KR20180092753A

KR20180092753A - 무선 셀룰라 통신 시스템에서 동기화 신호 전송 방법 및 장치

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Publication number: KR20180092753A
Application number: KR1020170018901A
Authority: KR
Inventors: 김영범; 최승훈; 김태형; 여정호; 신철규; 오진영; 김윤선; 곽영우; 노훈동
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2017-02-10
Filing date: 2017-02-10
Publication date: 2018-08-20
Also published as: EP3579464A1; EP3579464A4; US11064530B2; WO2018147568A1; US20200015275A1; EP3579464B1; CN110268648A; CN110268648B

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 발명의 실시 예에 따르면 차세대 무선 셀룰라 통신시스템에서 동기신호를 전송하는 방법 및 장치를 제공한다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따르면 단말이 랜덤억세스를 수행하는 동안 신호 송수신을 하는 방법 및 장치를 제공한다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따르면 5G 통신 시스템에서 RBG 및 PRG 크기에 대한 설정 방법 및 장치를 제공한다.

Description

무선 셀룰라 통신 시스템에서 동기화 신호 전송 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR INITIAL ACCESS AND PAGING IN WIRELSS CELLULAR COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 무선통신 시스템에 대한 것으로서, 보다 구체적으로 차세대 무선 셀룰라 통신시스템에서 동기신호를 전송하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

본 발명은 셀룰러(cellular) 무선통신 시스템에 대한 것으로서, 단말이 랜덤억세스를 수행하는 동안 신호 송수신을 하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 무선통신 시스템에 대한 것으로서, 5G 통신 시스템에서 RBG (Resource block group) 및 PRG (Precoding Resource block group) 크기에 대한 설정 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.

무선 통신 시스템에서 단말은 최초로 시스템에 접속하거나 혹은 이동성을 지원하기 위하여 이웃하는 셀(Cell)에 접속하기 위하여, 네트워크 내의 셀(Cell)과의 동기를 획득하는 과정이 요구되고 이를 셀 탐색(Cell Search)이라 일컫는다. 셀 탐색을 위해 LTE에서는 하향링크로 PSS(Primary Synchronization Signal), SSS(Secondary Synchronization Signal)의 2개의 동기 신호(Synchronization Signal)가 전송된다. 단말은 동기 신호에 대한 검출을 통해 셀에 대한 주파수 및 심볼 동기, 셀의 프레임 동기, 셀의 물리계층 셀 ID(Identity)를 획득할 수 있다. LTE에서는 총 504개의 물리계층 셀 ID가 정의되어 있으며, 이는 3개의 물리계층 ID가 있는 168개의 물리계층 셀 ID 그룹으로 나뉘어진다. 동기 신호 검출을 통해 획득한 셀 ID는 하나의 CRS(Cell-specific Reference Signal) 시퀀스와 대응되고, CRS를 이용하여 단말은 PBCH(Physical Broadcast Channel)에 대한 디코딩(Decoding)을 수행할 수 있다. 이로부터 단말은 해당 셀의 하향링크 셀 대역폭, PHICH(Physical Hybrid ARQ Indicator Channel) 설정 정보, 시스템 프레임 넘버(System Frame Number) 등의 시스템 정보를 획득할 수 있다.

5세대 무선 셀룰러 통신시스템(5th Generation Wireless Cellular Communication System: 이하 5G 통신 시스템)에서는 사용자의 다양한 요구 사항 및 서비스를 만족시키기 위해 하나의 시스템에서 서로 다른 송수신 기법, 송수신 파라메터를 갖는 다양한 서비스를 제공할 수 있어야 하며, 향후 호환성(Forward compatibility)를 고려하여 추가되는 서비스가 현재 시스템에 의해 제한되는 제약사항이 발생하지 않도록 설계하는 것이 중요하다. 특히. 5G 통신 시스템에서는 종래의 무선 통신 시스템 대비 넓은 셀 커버리지(Covergae) 지원, 낮은 지연시간 지원, 높은 이동성 보장, 다양한 셀 ID 지원 등의 목적으로 보다 효율적인 동기 신호에 대한 설계가 필요하다. 특히 5G 통신 시스템에서는 always-on 신호를 지양함에 따라, LTE에서 존재하던 CRS가 부재할 수 있고, 이에 따라 동기 신호를 PBCH를 디코딩하기 위한 RS로 사용하는 것을 고려 중에 있다.

본 발명에서는 5G 통신 시스템의 요구사항을 만족시키기 위한 동기 신호 전송 방법을 제안한다. 본 발명에서 제안하는 동기 신호는 PSS와 SSS로 구성되어 있으며, SSS의 경우 셀 ID에 기반하여 셀 마다 서로 다른 패턴(Pattern)으로 전송될 수 있다. SSS의 패턴은 PSS와 SSS사이의 시간 또는 주파수 오프셋(Offset)으로 정의되거나, SSS와 PBCH사이의 다중화(Multiplexing) 형태로 정의될 수 있다. 본 발명에서는 SSS의 패턴을 이용하여 셀 ID의 일부를 획득할 수 있는 것을 특징으로 한다. 이를 통해 기존 LTE 대비 더 많은 셀 ID를 지원하기에 용이하고, 동기 신호 검출 성능을 더 높일 수 있는 장점이 있다. 또한 PBCH 디코딩에 SSS가 RS로 사용될 경우, 셀 간 RS 간섭을 최소화하여 PBCH에 대한 디코딩 성능을 더 높일 수 있는 특징이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이동 통신 시스템에서 단말이 랜덤 억세스를 수행하는 동안 명확한 정의에 따라 신호 송수신을 하는 방법을 제공하는 것이다.

5G NR 무선통신 시스템에서는 다양한 numerology가 지원될 뿐만 아니라, 100MHz까지의 채널 대역폭을 고려하고 있다. 하지만 자원 할당을 위한 DCI 비트 수를 증가시키는 데는 한계가 있으므로 이를 해결하기 위해 RBG(Resource block group) 크기를 결정하는 방법을 제안한다. 또한 NR에서는 슬롯의 구조가 다양해지고, 다양한 DMRS (Demodulation reference signal) 구조가 지원되며, 제어 채널에서도 DMRS가 사용된다. 따라서 PRG (Precoding Resource block group) 크기를 증가시키고 PRB bundling을 통해 채널 추정 성능을 향상 시킬 필요가 있다. 또한 NR에서는 다양한 PRG 크기가 고려될 필요가 있다. 따라서 본 발명에서는 이러한 이슈를 해결하기 위하여 다음과 같은 기술을 제안한다.

- 증가된 채널 대역폭에 대한 자원 할당 방법 및 RBG 크기 설정 방법

- 슬롯의 구조/제어채널/데이터채널의 다양한 DMRS 패턴에 따른 PRG 크기 설정 방법

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.

상술한 바와 같이 본 발명은 다양한 numerology를 지원하는 5G 통신시스템에서 효과적인 셀 초기 접속 및 페이징 방법을 제공함으로써 서로 다른 요구사항을 갖는 다양한 서비스를 동시에 지원하는 5G 무선 통신 시스템을 효율적으로 운용할 수 있도록 한다.

본 발명은 이동 통신 시스템에서 단말의 랜덤억세스 구간 동안 송수신 신호를 명확히 정의함으로써, 랜덤 억세스 동작의 오류를 방지한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 5G 통신 시스템에서 RBG (Resource block group) 및 PRG (Precoding Resource block group) 크기에 대한 설정 방법을 제공함으로써, DCI 비트 수를 최소화 하여 자원을 할당할 수 있을 뿐만 아니라 해당 기준신호에 대한 채널 추정 성능 향상을 기대할 수 있다.

도 1a는 LTE에서 시간-주파수영역의 기본 구조를 도시한 도면이다.
도 1b는 LTE에서 동기신호가 전송되는 구조를 도시한 도면이다.
도 1c는 LTE에서 동기신호로부터 셀 ID를 획득하는 구조를 도시한 도면 이다.
도 1d는 5G 무선 통신 시스템에서 동기신호가 전송되는 구조의 일 예를 도시한 도면이다.
도 1e는 본 발명의 제 1 실시 예를 따르는 동기신호 전송 방법을 도시한 도면이다.
도 1f는 본 발명의 제 2 실시 예를 따르는 동기신호 전송 방법을 도시한 도면이다.
도 1g는 본 발명의 제 3 실시 예를 따르는 동기신호 전송 방법을 도시한 도면이다.
도 1h는 본 발명의 제 4 실시 예를 따르는 동기신호 전송 방법을 도시한 도면이다.
도 1i는 본 발명에서 제안하는 동기 신호로부터 셀 ID를 획득하는 구조를 도시한 도면이다.
도 1j는 본 발명의 실시 예에 따른 기지국 동작을 도시한 도면이다.
도 1k는 본 발명의 실시 예에 따른 단말 동작을 도시한 도면이다.
도 1l는 본 발명의 실시 예에 따른 단말의 내부 구조를 도시한 도면이다.
도 1m는 본 발명의 실시 예에 따른 기지국의 내부 구조를 도시한 도면이다.
도 2a 는 LTE 및 LTE-A 시스템의 데이터 혹은 제어채널이 전송되는 무선자원영역인 시간-주파수 자원 영역의 기본 구조를 나타낸 도면이다.
도 2b 는 5G 시스템의 확장형 프레임 구조의 일례를 나타낸 도면이다.
도 2c 는 5G 시스템의 확장형 프레임 구조의 또 다른 일례를 나타낸 도면이다.
도 2d 는 5G 시스템의 확장형 프레임 구조의 또 다른 일례를 나타낸 도면이다.
도 2e 는 랜덤 억세스 절차를 나타낸 도면이다.
도 2f 는 단말의 UE capability 보고 절차를 나타낸 도면이다.
도 2g 는 랜덤 억세스 진행 여부에 따른 송수신 방법을 나타낸 도면이다.
도 2h 는 단말 상태에 따른 송수신 방법을 나타낸 도면이다.
도 2i 는 단말 송수신 장치를 나타낸 도면이다.
도 3a는 LTE/LTE-A 시스템에서 하향링크에서 상기 데이터 혹은 제어채널이 전송되는 무선자원영역인 시간-주파수영역의 기본 구조를 나타낸 도면이다.
도 3b는 종래 기술에 따른 LTE/LTE-A 시스템에서 상향링크에서 데이터 혹은 제어채널이 전송되는 무선자원영역인 시간-주파수영역의 기본 구조를 나타낸 도면이다.
도 3c는 본 발명의 실시 예에 따른 RBG 설정 과정을 나타내는 도면이다.
도 3d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자원 할당을 위한 RGB를 나타내는 도면이다.
도 3e는 본 발명의 실시 예에 따른 DMRS의 구조를 나타내는 도면이다.
도 3f는 본 발명의 실시 예에 따른 PRG 크기를 지시하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 3g는 본 발명의 실시 예에 따른 단말과 기지국의 RBG 및 PRG 크기 설정 방법을 나타내는 도면이다.
도 3h는 본 발명의 실시 예에 따른 단말의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3i는 본 발명의 실시 예에 따른 기지국의 구성을 나타내는 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.

이 때, 처리 흐름도 도면들의 각 블록과 흐름도 도면들의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.

또한, 각 블록은 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실행 예들에서는 블록들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.

이 때, 본 실시 예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.

<제1 실시 예>

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 동시에 만족하는 서비스가 지원되어야 한다. 5G 통신시스템을 위해 고려되는 서비스로는 향상된 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 20Gbps의 최대 전송 속도(peak data rate), 상향링크에서는 10Gbps의 최대 전송 속도를 제공할 수 있어야 한다. 또한 5G 통신시스템은 최대 전송 속도를 제공하는 동시에, 증가된 단말의 실제 체감 전송 속도(User perceived data rate)를 제공해야 한다. 이와 같은 요구 사항을 만족시키기 위해, 더욱 향상된 다중 안테나 (Multi Input Multi Output, MIMO) 전송 기술을 포함하여 다양한 송수신 기술의 향상을 요구한다. 또한 현재의 LTE가 사용하는 2GHz 대역에서 최대 20MHz 전송대역폭을 사용하여 신호를 전송하는 반면에 5G 통신시스템은 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 10~15년과 같이 매우 긴 배터리 생명시간(battery life time)이 요구된다.

마지막으로, URLLC의 경우, 특정한 목적(mission-critical)으로 사용되는 셀룰라 기반 무선 통신 서비스이다. 예를 들어, 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 서비스 등을 고려할 수 있다. 따라서 URLLC가 제공하는 통신은 매우 낮은 저지연 및 매우 높은 신뢰도 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 통신 링크의 신뢰성을 확보하기 위해 주파수 대역에서 넓은 리소스를 할당해야 하는 설계사항이 요구된다.

5G의 세가지 서비스들, 즉 eMBB, URLLC, mMTC는 하나의 시스템에서 다중화되어 전송될 수 있다. 이 때, 각각의 서비스들이 갖는 상이한 요구사항을 만족시키기 위해 서비스간에 서로 다른 송수신 기법 및 송수신 파라메터를 사용할 수 있다.

이하 LTE 및 LTE-A 시스템의 프레임 구조에 대해 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명하고자 한다.

도 1a는 LTE에서 시스템에서 하향링크에서 상기 데이터 혹은 제어채널이 전송되는 무선자원영역인 시간-주파수영역의 기본 구조를 나타낸 도면이다.

도 1a에서 가로축은 시간영역을, 세로축은 주파수영역을 나타낸다. 시간영역에서의 최소 전송단위는 OFDM 심벌로서, N_symb (1a-02)개의 OFDM 심벌이 모여 하나의 슬롯(1a-06)을 구성하고, 2개의 슬롯이 모여 하나의 서브프레임(1a-05)을 구성한다. 상기 슬롯의 길이는 0.5ms 이고, 서브프레임의 길이는 1.0ms 이다. 그리고 라디오 프레임(1a-14)은 10개의 서브프레임으로 구성되는 시간영역 단위이다. 주파수영역에서의 최소 전송단위는 서브캐리어로서, 전체 시스템 전송 대역 (Transmission bandwidth)의 대역폭은 총 N_BW (1a-04)개의 서브캐리어로 구성된다. 시간-주파수영역에서 자원의 기본 단위는 리소스 엘리먼트(1a-12, Resource Element, RE)로서 OFDM 심벌 인덱스 및 서브캐리어 인덱스로 나타낼 수 있다. 리소스 블록(1a-08, Resource Block, RB 혹은 Physical Resource Block, PRB)은 시간영역에서 N_symb (1a-02)개의 연속된 OFDM 심벌과 주파수 영역에서 N_RB (1a-10)개의 연속된 서브캐리어로 정의된다. 따라서, 하나의 RB(1a-08)는 N_symb x N_RB 개의 RE(1a-12)로 구성된다. 일반적으로 데이터의 최소 전송단위는 상기 RB 단위이다. LTE 시스템에서 일반적으로 상기 N_symb = 7, N_RB=12 이고, N_BW 및 N_RB는 시스템 전송 대역의 대역폭에 비례한다.

다음으로 LTE 및 LTE-A 시스템에서의 동기 신호의 구조에 대해 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.

도 1b는 LTE에서 동기신호가 전송되는 구조를 도시한 도면이다.

도 1b에는 LTE의 동기신호인 PSS(1b-01), SSS(1b-02)와 시스템 정보를 전송하는 브로드캐스트 채널(Broadcast Channel)인 PBCH(1b-03)이 각각 도시되어 있다. PSS(1b-01), SSS(1b-02), PBCH(1b-03)에 대한 전송 방식은 듀플레스 모드에 따라 달라질 수 있다.

도 1b에서 FDD(1b-20)의 경우, PSS(1b-01)는 서브프레임 0번과 5번의 첫 번째 슬롯, 즉 슬롯#0(1b-05)과 슬롯#10(1b-10)의 마지막 심볼에 전송되며, SSS(1b-02)는 동일 슬롯(1b-05, 1b-10)의 마지막에서 두 번째 심볼, 즉 PSS(1b-01) 바로 앞 심볼에서 전송된다. PBCH(1b-03)은 PSS(1b-01)가 전송되는 바로 다음 심볼에서 총 4 심볼에 걸쳐 전송된다.

도 1b에서 TDD(1b-30)의 경우, PSS(1b-01)는 서브프레임#1(1b-08)과 서브프레임#6(1b-10)의 세 번째 심볼에 전송되며, SSS(1b-02)는 서브프레임#0(1b-08)과 서브프레임#5(1b-10)의 마지막 심볼, 즉 PSS(1b-01)보다 3 심볼 앞에 전송된다. PBCH(1b-03)은 SSS(1b-02)가 전송되는 슬롯의 첫 번째 심볼에서 총 4심볼에 걸쳐 전송된다.

LTE에서 FDD 및 TDD의 동기 신호의 위치 차이를 통해 미리 듀플렉스 방식이 알려지지 않은 경우에 사용되는 듀플렉스 방식을 알아낼 수 있다.

LTE에서 PSS는 셀 ID에 따라 세 개의 서로 다른 시퀀스에 매핑될 수 있으며, 이는 길이 63의 Zadoff-Chu(ZC) 시퀀스로 생성된다. 시퀀스는 전체 대역의 한가운데 73개의 부반송파, 즉 6개의 RB에 매핑되어 전송될 수 있다. PSS를 검출함으로써 셀의 5ms 타이밍을 알 수 있고, PSS 대비 고정적인 오프셋(Offset)만큼 앞에 있는 SSS의 위치를 알 수 있다. 또한 셀 ID 그룹 내의 물리계층 ID에 대해 알 수 있다.

LTE에서 SSS는 셀 ID 그룹에 따라 168개의 서로 다른 시퀀스에 매핑될 수 있으며, 이는 두 개의 길이 31의 m-시퀀스, X와 Y의 주파수 인터리빙에 기초하여 생성된다. 한 셀 내에는 두 개의 SSS(서브프레임 0에서 SSS₁, 서브프레임 5에서 SSS₂)가 존재하며, SSS₁과 SSS₂는 동일한 시퀀스를 주파수 영역에서 위치를 바꾸어 사용한다. SSS를 검출함으로써, 시퀀스 X와 Y가 SSS-₁과 SSS₂ 사이에서 서로 뒤바뀌는 것을 이용하여, 프레임 타이밍을 찾을 수 있다. 또한 물리계층 ID 그룹을 알게 되어, PSS로부터 획득한 물리계층 ID와 조합하여 실제 셀 ID를 획득할 수 있다.

다음으로 LTE 및 LTE-A 시스템에서의 동기 신호를 이용하여 셀 ID를 획득하는 방법에 대해 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.

도 1c는 LTE에서 동기신호로부터 셀 ID를 획득하는 구조를 도시한 도면이다.

LTE에는 총 504개의 서로 다른 물리계층 셀 ID가 정의되어 있고, 이는 각 그룹 당 3개의 셀 ID(물리계층 ID, 1c-04)가 있는 168개의 셀 ID 그룹(물리계층 ID 그룹, 1c-03)으로 나뉘어 진다. 한 셀의 PSS는 셀의 물리계층 ID(1c-04)에 따라 3개의 서로 다른 값을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 하나의 물리계층 ID 그룹(1c-03)내의 3개의 셀 ID는 각각 서로 다른 PSS에 대응된다. 따라서 단말이 셀의 PSS를 검출할 경우, 3개의 물리계층 ID(1c-04) 중 한 가지를 알 수 있다 (1c-02). 물리계층 ID(1c-04) 중 하나를 획득하였더라도, 아직 물리계층 ID 그룹(1c-03) 자체는 어느 그룹인지 모르고 있으므로, 가능한 셀 ID는 504개에서 168개로 줄어든다. SSS는 셀의 물리계층 ID 그룹(1c-03)에 따라 168개의 서로 다른 값을 가질 수 있고, 따라서 단말이 셀의 SSS를 검출할 경우, 168개의 물리계층 ID 그룹(1c-03) 중 한 가지를 알 수 있다 (1c-01). 결과적으로 PSS와 SSS에 대한 검출을 통해 알게 된 물리계층 ID(1c-04)와 물리계층 ID 그룹(1c-03)의 조합으로 504개의 셀 ID 중 한 가지를 알 수 있다. 이를 하기 [수식 1]로 표현할 수 있다.

[수식 1]

N⁽¹⁾ _ID는 0에서 167 사이의 값을 가지는 물리계층 ID 그룹(1c-03)에 대한 값이며, SSS로부터 추정된다. N⁽²⁾ _ID는 0에서 2 사이의 값을 가지는 물리계층 ID(1c-04)에 대한 값이며, PSS로부터 추정된다.

상기에서는 종래 LTE에서의 동기 신호를 전송하는 방법에 대하여 설명하였다.

다음으로 5G 통신 시스템에서 동기 신호가 전송되는 구조에 대해 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.

도 1d는 5G 무선 통신 시스템에서 동기 신호가 전송되는 구조의 일 예를 도시한 도면이다. 도 1d에는 5G 통신 시스템에서 초기접속에 사용되는 사용되는 동기신호 제1동기신호(이하 PSS, 1d-01), 제2동기신호(이하 SSS, 1d-02)와 시스템 정보를 전송하는 브로드캐스트 채널(Broadcast Channel)인 PBCH(1d-03)가 각각 도시되어 있다. PSS(1d-01), SSS(1d-02), PBCH(1d-03)를 묶어 동기 신호 블록(Synchronization Signal Block, 1d-04)로 명명할 수 있다. 동기 신호 블록(1d-04)는 주파수 축에서 전체 시스템 대역폭(System Bandwidth, 1d-20) 내의 특정 서브밴드 (Subband) 내에서 전송될 수 있으며, 이를 동기 신호 대역폭(1d-30)으로 명명할 수 있다. 동기 신호 블록(1d-04)는 시간 축에서 slot(1d-10) 내의 특정 OFDM 심볼 수로 전송될 수 있다. 또한, PSS(1d-01)와 SSS(1d-02)는 TDM(Time Division Multiplexing)되어 전송될 수 있고, SSS(1d-02)와 PBCH(1d-03)은 다양한 방식으로 다중화될 수 있다. 도 1d의 일 예에서는 PSS(1d-01), SSS(1d-02), PBCH(1d-03)이 모두 TDM되는 것을 도시하였다. 5G 통신 시스템에서 PSS(1d-01), SSS(1d-02), PBCH(1d-03)은 다양한 방식으로 다중화 될 수 있으며, 예컨대 5G 통신 시스템이 동작하는 캐리어 주파수 (Carrier Frequency)에 따라 달라질 수 있다. PSS(1d-01)와 SSS(1d-02)를 통해 단말은 슬롯 타이밍, 프레임 타이밍, 셀 ID 등의 정보를 획득할 수 있다. 추가적으로 검출된 SSS(1d-02)를 이용하여 PBCH(1d-03)에 대한 코히어런트(Coherent) 검출을 위한 RS로 사용할 수도 있다.

5G 통신 시스템에서는 종래의 무선 통신 시스템 대비 넓은 셀 커버리지(Covergae) 지원, 낮은 지연시간 지원, 높은 이동성 보장, 다양한 셀 ID 지원 등의 목적으로 보다 효율적인 동기 신호에 대한 설계가 필요하다. 이를 위해 동기 신호에 대한 검출 성능 향상은 필수적이다. 동기 신호의 검출 성능은 인접 셀로부터 오는 동기 신호 간의 간섭에 따른 간섭 대비 수신 신호 잡음비(Signal-to-Noise-Plus-Interference Ratio)에 결정된다. 동기 신호에 대한 검출 성능을 높이기 위한 하나의 방법으로 셀 ID 대비 더 많은 시퀀스를 사용할 수 있는데, 이는 동기 신호를 전송하는데 필요한 시간/주파수 자원의 양을 증가시키고 단말에서의 검출 복잡도를 증가시킬 수 있다. 또 다른 방법으로는 사용되는 시퀀스 대비 더 적은 수의 셀 ID를 사용할 수 있는데, 이는 구분할 수 있는 셀의 수를 제한시킬 수 있다. 따라서 5G 통신 시스템에서 더 많은 셀 ID를 지원하거나, 동기 신호의 검출 성능을 향상시키기 위해 새로운 구조가 필요하다.

추가적으로, 5G 통신 시스템에서는 always-on 신호를 지양함에 따라, LTE에서 존재하던 CRS가 부재하게 되고, 이에 따라 SSS를 PBCH를 디코딩하기 위한 RS로 사용하는 것을 고려 중에 있다. 이 때, SSS의 검출 성능이 PBCH의 디코딩 성능에 영향을 줄 수 있다. 특히 종래 LTE에서는 SSS가 셀에 관계없이 동일한 위치에서 전송되기 때문에 셀 간 간섭의 영향으로 RS로써의 성능이 열화 될 수 있다. PBCH의 디코딩 목적으로 SSS를 사용할 경우, SSS에 대한 더 높은 검출 능력 향상이 요구된다.

본 발명에서는 5G 통신 시스템의 요구사항을 만족시키기 위한 동기 신호 전송 방법을 제안한다. 본 발명에서 제안하는 동기 신호는 PSS와 SSS로 구성되어 있으며, SSS의 경우 셀 ID에 기반하여 셀 마다 서로 다른 패턴으로 전송될 수 있다. SSS의 패턴은 PSS와 SSS사이의 시간 또는 주파수 오프셋(Offset)으로 정의되거나, SSS와 PBCH사이의 인터리빙 패턴 등의 형태로 정의될 수 있다. 본 발명에서는 SSS의 패턴을 이용하여 셀 ID의 일부를 획득할 수 있는 것을 특징으로 한다. 이를 통해 기존 LTE 대비 더 많은 셀 ID를 지원하기에 용이하고, 동기 신호 검출 성능을 더 높일 수 있는 장점이 있다. 또한 PBCH 디코딩에 SSS가 RS로 사용될 경우, 셀 간 RS 간섭을 최소화하여 PBCH에 대한 디코딩 성능을 더 높일 수 있는 특징이 있다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면과 함께 상세히 설명한다. 이하에서 LTE 혹은 LTE-A 시스템을 일례로서 본 발명의 실시예를 설명하지만, 유사한 기술적 배경 또는 채널형태를 갖는 여타의 통신시스템에도 본 발명의 실시예가 적용될 수 있다. 예를 들어 LTE-A 이후에 개발되는 5세대 이동통신 기술(5G, new radio, NR)이 이에 포함될 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예는 숙련된 기술적 지식을 가진자의 판단으로써 본 발명의 범위를 크게 벗어나지 아니하는 범위에서 일부 변형을 통해 다른 통신시스템에도 적용될 수 있다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 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.

<제 1-1 실시 예>

도 1e는 본 발명의 제 1-1 실시 예를 따르는 동기신호 전송 방법을 도시한 도면이다.

도 1e에서는 PSS(1e-01), SSS(1e-02), PBCH(1e-03)가 모두 TDM되어 있고 동기 신호 블록(1e-10)이 특정 시간 및 주파수 영역에서 전송되는 일 예가 도시되어 있다. 동기 신호 블록(1e-10) 내에서 PSS(1e-01), SSS(1e-02), PBCH(1e-03)는 각각 특정 OFDM 심볼에서 전송될 수 있다.

본 발명의 제 1-1 실시 예에서 동기 신호 블록(1e-10)내의 PSS(1e-01)은 고정된 심볼 위치에서 전송될 수 있고, SSS(1e-02)는 동기 신호 블록(1e-02) 내의 서로 다른 심볼에서 전송될 수 있다. 따라서, PSS(1e-01)과 SSS(1e-02) 사이에는 오프셋(offset, 1e-07)이 존재할 수 있으며, 오프셋(1e-07)에 따라 다양한 SSS(1e-02)에 대한 패턴이 존재할 수 있다. 도 1e에서는 일 예로 세 가지 패턴이 존재하는 모습을 도시하였다. 제1패턴(1e-04)에서 SSS(1e-02)는 동기 신호 블록(1e-10)내의 두 번째 심볼에서 전송될 수 있으며, 이에 따라 PSS(1e-01)과 SSS(1e-02) 사이의 오프셋(1e-07)은 1 심볼이 된다. 제2패턴(1e-05)에서 SSS(1e-02)는 동기 신호 블록(1e-10)내의 세 번째 심볼에서 전송될 수 있으며, 이에 따라 PSS(1e-01)과 SSS(1e-02) 사이의 오프셋(1e-07)은 2 심볼이 된다. 제3패턴(1e-05)에서 SSS(1e-02)는 동기 신호 블록(1e-10)내의 네 번째 심볼에서 전송될 수 있으며, 이에 따라 PSS(1e-01)과 SSS(1e-02) 사이의 오프셋(1e-07)은 3 심볼이 된다. 도 1e에 도시된 도면에 따르면, PBCH(1e-03)은 동기 신호 블록(1e-10) 내에서 PSS(1e-01)와 SSS(1e-02)를 제외한 나머지 심볼을 차지하여 전송될 수 있다. 본 발명의 제 1-1 실시 예에서 동기 신호 블록(1e-10)은 SSS(1e-02)의 패턴에 관계 없이 동일한 시간/주파수 자원에서 전송될 수 있다.

본 발명의 제 1-1 실시 예에서 기지국은 셀 ID에 기반하여 서로 다른 패턴의 SSS(1e-02)를 전송할 수 있다. 단말은 SSS(1e-02)를 검출하기 위하여, 기 약속되어 있는 가능한 모든 SSS(1e-02) 패턴을 가정하고 SSS(1e-02)에 대한 검출을 수행할 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 도 1e의 일 예에서 기지국은 셀 ID에 따라 제1패턴(1e-04), 제2패턴(1e-05), 제3패턴(1e-06) 중 하나로 SSS(1e-02)를 전송할 수 있으며, 단말은 SSS(1e-02)를 검출하기 위하여 제1패턴(1e-04), 제2패턴(1e-05), 제3패턴(1e-06)에 따른 SSS(1e-02)의 심볼 위치를 가정한 후 검출 동작을 수행할 수 있다. SSS(1e-02)이 검출된 패턴에 따라 동기 신호 블록(1e-10)내의 PBCH(1e-03)가 전송되는 심볼 위치가 달라질 수 있다. 따라서, 단말은 SSS(1e-02)을 검출과 동시에 획득한 패턴 정보에 기반하여 PBCH(1e-03)에 대한 디코딩을 수행할 수 있다.

본 발명의 제 1-1 실시 예에서 인접 셀이 서로 다른 패턴으로 SSS(1e-02)를 전송할 경우, SSS(1e-02)에 대한 power boosting을 통해 셀 간 간섭을 줄여 SSS(1e-02)에 대한 검출 성능을 더 높일 수 있다. 이는 서로 다른 셀의 SSS(1e-02)가 전송되는 위치가 겹치지 않기 때문에 가능하다. 보다 구체적으로 설명하면, 셀#1이 제1패턴(1e-04)으로 SSS(1e-02)를 전송하고, 셀#2가 제2패턴(1e-05)으로 SSS(1e-02)를 전송할 경우를 가정하자. 셀#1에서는 제1패턴(1e-04)에 따라 SSS(1e-02)가 두 번째 OFDM 심볼에서 전송되고, 셀#2에서는 제2패턴(1e-05)에 따라 PBCH(1e-03)가 두 번째 OFDM 심볼에서 전송된다. 따라서 셀#1에서 SSS(1e-02)에 대한 power boosting을 수행할 경우, 셀#1 내의 SSS(1e-02)에 대한 간섭 대비 수신 신호 품질이 상대적으로 좋아질 수 있다. 마찬가지로 셀#2에서는 제2패턴(1e-05)에 따라 SSS(1e-02)가 세 번째 OFDM 심볼에서 전송되고, 셀#1에서는 제1패턴(1e-04)에 따라 PBCH(1e-03)가 세 번째 OFDM 심볼에서 전송된다. 따라서 셀#2에서 SSS(1e-02)에 대한 power boosting을 수행할 경우, 셀#2 내의 SSS(1e-02)에 대한 간섭 대비 수신 신호 품질 또한 개선될 수 있다. 따라서 power boosting을 통해 SSS(1e-02)에 대한 검출 확률을 높일 수 있다.

<제 1-2 실시 예>

도 1f는 본 발명의 제 1-2 실시 예를 따르는 동기신호 전송 방법을 도시한 도면이다.

도 1f에서는 PSS(1f-01), SSS(1f-02), PBCH(1f-03)가 모두 TDM되어 있고 동기 신호 블록(1f-10)이 특정 시간 및 주파수 영역에서 전송되는 일 예가 도시되어 있다. 동기 신호 블록(1f-10) 내에서 PSS(1f-01), SSS(1f-02), PBCH(1f-03)는 각각 특정 OFDM 심볼에서 전송될 수 있다. 또한 도 1f의 일 예에서 SSS(1f-02)와 PBCH(1f-03)를 묶어 SSS-PBCH 블록(1f-20)으로 정의할 수 있다.

본 발명의 제 1-2 실시 예에서 동기 신호 블록(1f-10)내의 PSS(1f-01)은 고정된 심볼 위치에서 전송될 수 있고, SSS(1f-02)는 서로 다른 심볼 위치에서 전송 될 수 있다. 따라서, PSS(1f-01)과 SSS(1f-02) 사이에는 오프셋(offset, 1f-07)이 존재할 수 있으며, 오프셋(1f-07)에 따라 다양한 SSS(1f-02)에 대한 패턴이 존재할 수 있다. 도 1f에서는 일 예로 세 가지 패턴이 존재하는 모습을 도시하였다. 제1패턴(1f-04)에서 SSS(1f-02)는 동기 신호 블록(1f-10)내의 두 번째 심볼에서 전송될 수 있으며, 이에 따라 PSS(1f-01)과 SSS(1f-02) 사이의 오프셋(1f-07)은 1 심볼이 된다. 제2패턴(1f-05)에서 SSS(1f-02)는 동기 신호 블록(1f-10)내의 세 번째 심볼에서 전송될 수 있으며, 이에 따라 PSS(1f-01)과 SSS(1f-02) 사이의 오프셋(1f-07)은 2 심볼이 된다. 제3패턴(1f-05)에서 SSS(1f-02)는 동기 신호 블록(1f-10)내의 네 번째 심볼에서 전송될 수 있으며, 이에 따라 PSS(1f-01)과 SSS(1f-02) 사이의 오프셋(1f-07)은 3 심볼이 된다. 도 1f에 도시된 도면에 따르면 SSS-PBCH 블록(1f-20)의 위치는 SSS(1f-02)에 의해 결정될 수 있으며, 이에 따라 PBCH(1f-03)의 전송 위치가 달라질 수 있다. 따라서, 본 발명의 제 1-1 실시 예에서는 동기 신호 블록(1f-10)이 SSS(1f-02)의 패턴에 따라 서로 다른 시간/주파수 자원에서 전송될 수 있다.

본 발명의 제 1-2 실시 예에서 기지국은 셀 ID에 기반하여 서로 다른 패턴의 SSS(1f-02)를 전송할 수 있다. 단말은 SSS(1f-02)를 검출하기 위하여, 기 약속되어 있는 가능한 모든 SSS(1f-02) 패턴을 가정하고 SSS(1f-02)에 대한 검출을 수행할 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 도 1f의 일 예에서 기지국은 셀 ID에 따라 제1패턴(1f-04), 제2패턴(1f-05), 제3패턴(1f-06) 중 하나로 SSS(1f-02)를 전송할 수 있으며, 단말은 SSS(1f-02)를 검출하기 위하여 제1패턴(1f-04), 제2패턴(1f-05), 제3패턴(1f-06)에 따른 SSS(1f-02)의 심볼 위치를 가정한 후 검출 동작을 수행할 수 있다. SSS(1f-02)가 검출된 패턴에 따라 SSS-PBCH 블록(1f-20)의 심볼 위치가 달라질 수 있다. 따라서, 단말은 SSS(1f-02)을 검출과 동시에 획득한 패턴 정보에 기반하여 SSS-PBCH 블록(1f-20)의 심볼 위치에 대한 정보를 획득하고, 이에 기반하여 PBCH(1f-03)에 대한 디코딩을 수행할 수 있다.

본 발명의 제 1-2 실시 예에서 인접 셀이 서로 다른 패턴으로 SSS(1f-02)를 전송할 경우, SSS(1f-02)에 대한 power boosting을 통해 셀 간 간섭을 줄여 SSS(1f-02)에 대한 검출 성능을 더 높일 수 있다. 이는 제 1-1 실시 예에서 설명했던 바와 마찬가지로, 서로 다른 셀에서 SSS(1f-02)가 서로 다른 패턴으로 전송될 경우, SSS(1f-02)가 전송되는 심볼 위치가 다르기 때문에, SSS(1f-02) 사이의 간섭이 발생하지 않게 된다. 따라서 SSS(1f-02)의 power boosting을 수행하는 것이 SSS(1f-02)의 간섭 대비 수신신호 품질을 향상시켜, SSS(1f-02)에 대한 검출 성능을 높일 수 있다.

<제 1-3 실시 예>

도 1g는 본 발명의 제 1-3 실시 예를 따르는 동기신호 전송 방법을 도시한 도면이다.

도 1g에서는 PSS(1g-01), SSS(1g-02), PBCH(1g-03)가 모두 TDM되어 있고 동기 신호 블록(1g-10)이 특정 시간 및 주파수 영역에서 전송되는 일 예가 도시되어 있다. 동기 신호 블록(1g-10) 내에서 PSS(1g-01), SSS(1g-02), PBCH(1g-03)는 각각 특정 OFDM 심볼에서 전송될 수 있다. 또한 SSS(1g-02)는 하나 또는 다수의 OFDM 심볼로 전송될 수 있다. 도 1g의 일 예에서는 SSS(1g-02)가 2개의 OFDM 심볼로 전송될 수 있다.

본 발명의 제 1-3 실시 예에서 동기 신호 블록(1g-10)내의 PSS(1g-01), SSS(1g-02), PBCH(1g-03)은 모두 고정된 심볼 위치에서 전송될 수 있고, SSS(1g-02)가 다수의 OFDM 심볼로 전송될 경우, OCC(Othogonal Cover Code, 1g-20)가 적용될 수 있다. SSS(1g-02)에 어떤 OCC(1g-20)가 적용되었느냐에 따라 서로 다른 SSS(1g-02)로 구분 될 수 있으며, 이를 본 발명을 기술하는 데 있어 편의를 위해 상기에서와 동일하게 패턴이라 명명하도록 한다. 다시 말하자면, SSS(1g-02)에 적용된 OCC(1g-02)에 따라 서로 다른 패턴으로 정의될 수 있다. 도 1g에 도시된 일 예에서 SSS(1g-02)는 두 개의 OFDM 심볼로 전송될 수 있다. 도 1g에서는 SSS(1g-02)에 대하여 두 가지 패턴이 존재할 수 있으며, 제1패턴(1g-04)에는 [+1 +1]의 OCC(1g-20)가 적용될 수 있고, SSS(1g-02)에 대한 제2패턴(1g-05)에는 [+1 -1]의 OCC(1g-20)가 적용될 수 있다. 도 1g에 도시된 도면은 본 발명의 제 1-3 실시 예가 적용된 일 예일 뿐이며, SSS(1g-02)가 다수의 심볼로 전송될 경우 그에 해당하는 다양한 OCC(1g-02)가 적용될 수 있다.

본 발명의 제 1-3 실시 예에서 기지국은 셀 ID에 기반하여 서로 다른 패턴, 즉 서로 다른 OCC(1g-20)가 적용된 SSS(1g-02)를 전송할 수 있다. 단말은 SSS(1g-02)를 검출하기 위하여, 기 약속되어 있는 가능한 모든 SSS(1g-02) 패턴을 가정하고 SSS(1g-02)에 대한 검출을 수행할 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 도 1g의 일 예에서 제1패턴(1g-04), 제2패턴(1g-05)에 해당하는 OCC(1g-20)가 약속되어 있고, 기지국은 셀 ID에 따라 특정 패턴으로 SSS(1g-02)를 전송할 수 있다. 단말은 SSS(1g-02)를 검출하기 위하여 제1패턴(1g-04), 제2패턴(1g-05)에 따른 SSS(1g-02)에 적용된 OCC(1g-20)을 가정한 후 검출 동작을 수행할 수 있다.

<제 1-4 실시 예>

도 1h는 본 발명의 제 1-4 실시 예를 따르는 동기신호 전송 방법을 도시한 도면이다.

도 1h에서 PSS(1h-01)와 SSS(1h-02)는 TDM방식으로 다중화되고, SSS(1h-02)와 PBCH(1h-03)는 IFDM(Interleaved Frequency Division Multipelxing) 방식으로 다중화 되어 전송될 수 있다. 또한 동기 신호 블록(1h-10)은 특정 시간 및 주파수 영역에서 전송되고, 동기 신호 블록(1h-10)내의 PSS(1h-01)는 고정된 심볼 위치에서 전송될 수 있다.

본 발명의 제 1-4 실시 예에서 SSS(1h-02)와 PBCH(1h-03) 사이의 인터리빙(Interleaving) 패턴에 따라 다수 개의 전송 패턴이 존재할 수 있다. 도 1h에는 일 예로 서로 다른 세 가지 패턴, 제1패턴(1h-04), 제2패턴(1h-05), 제3패턴(1h-06)이 도시되어 있다. 가능한 인터리빙 패턴은 SSS(1h-02)와 PBCH(1h-03)가 차지하는 심볼 수 혹은 RE 비율에 의해 결정될 수 있다. 도 1h의 일 예에서 SSS(1h-02)와 PBCH(1h-03)가 차지하는 총 RE 수의 비율은 1:2이고, 이에 따라 3가지 서로 다른 인터리빙 패턴이 존재할 수 있다. 만약 SSS(1h-02)와 PBCH(1h-03)가 차지하는 총 RE 수의 비율이 1:(P-1)이라면, 총 P개의 인터리빙 패턴이 존재할 수 있다.

본 발명의 제 1-4 실시 예에서 기지국은 셀 ID에 기반하여 서로 다른 인터리빙 패턴으로 다중화되어 있는 SSS(1h-02)와 PBCH(1h-03)을 전송할 수 있다. 단말은 SSS(1h-02)를 검출하기 위하여, 기 약속되어 있는 가능한 모든 SSS(1h-02) 패턴을 가정하고 SSS(1h-02)에 대한 검출을 수행할 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 도 1h의 일 예에서 기지국은 셀 ID에 따라 제1패턴(1h-04), 제2패턴(1h-05), 제3패턴(1h-06) 중 하나로 SSS(1h-02)를 전송할 수 있으며, 단말은 SSS(1h-02)를 검출하기 위하여 제1패턴(1h-04), 제2패턴(1h-05), 제3패턴(1h-06)에 따른 SSS(1h-02)의 인터리빙 패턴을 가정한 후 SSS(1h-02)에 대한 검출 동작을 수행할 수 있다. 단말은 SSS(1h-02)가 검출된 패턴에 따라 SSS-PBCH 블록(1h-20)의 인터리빙 패턴을 알 수 있고, 이 정보에 기반하여 PBCH(1h-03)에 대한 디코딩을 수행할 수 있다.

본 발명의 제 1-4 실시 예에서 인접 셀이 서로 다른 패턴으로 SSS(1h-02)를 전송할 경우, SSS(1h-02)에 대한 power boosting을 통해 셀 간 간섭을 줄여 SSS(1h-02)에 대한 검출 성능을 더 높일 수 있다. 이는 제 1-1 실시 예에서 설명했던 바와 마찬가지로, 서로 다른 셀에서 SSS(1h-02)가 서로 다른 패턴으로 전송될 경우, SSS(1h-02)가 전송되는 RE의 위치가 다르기 때문에, SSS(1h-02) 사이의 간섭이 발생하지 않게 된다. 따라서 SSS(1h-02)의 power boosting을 수행하는 것이 SSS(1h-02)의 간섭 대비 수신신호 품질을 향상시켜, SSS(1h-02)에 대한 검출 성능을 높일 수 있다.

상기에서는 기술한 본 발명에서는 셀 ID에 따라 서로 다른 패턴으로 동기 신호가 전송될 수 있으며, 이에 대한 구체적인 일 예를 제 1-1 실시 예, 제 1-2 실시 예, 제 1-3 실시 예, 제 1-4 실시 예를 통하여 기술하였다. 본 발명에서 기술한 상기의 실시 예들은 일련의 예일 뿐이며 동일한 철학으로 다양한 실시 예들이 존재할 수 있다. 예컨대 상기에서 기술한 실시 예들을 조합한 추가적인 실시 예들이 있을 수 있다. 하기에서는 본 발명에서 제안하는 동기 신호 전송 방식으로부터 셀 ID를 획득하는 구체적인 방법에 대하여 기술하도록 한다.

<제 1-5 실시 예>

도 1i는 본 발명에서 제안하는 동기신호로부터 셀 ID를 획득하는 구조를 도시한 도면이다.

5G 통신 시스템에서는 총 X개의 서로 다른 물리계층 셀 ID가 정의될 수 있다. 본 발명의 실시 예를 따르는 셀 ID에 대한 구조는 물리계층 ID(1i-04), 물리계층 ID 그룹(1i-05), 물리계층 ID 그룹 집합(1i-06)의 세 계층으로 구성되어 있다. 도 1i의 일 예에서는 L개의 물리계층 ID(1i-04), M개의 물리계층 ID 그룹(1i-05), N개의 물리계층 ID 그룹 집합(1i-06)이 도시되어 있으며, 전체 셀 ID 개수는 X = LMN을 만족하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 제 1-5 실시 예에서 한 셀의 PSS는 셀의 물리계층 ID(1i-04)에 따라 L개의 서로 다른 값을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 하나의 물리계층 ID 그룹(1i-05)내의 L개의 셀 ID는 각각 서로 다른 PSS에 대응된다. 따라서 단말이 셀의 PSS를 검출할 경우, L개의 물리계층 ID(1i-04) 중 한 가지를 알 수 있다 (1i-03). SSS는 셀의 물리계층 ID 그룹(1i-05)에 따라 M개의 서로 다른 값을 가질 수 있고, 따라서 단말이 셀의 SSS를 검출할 경우, M개의 물리계층 ID 그룹(1i-05) 중 한 가지를 알 수 있다 (1i-02). SSS에 대한 전송 패턴은 물리계층 ID 그룹(1i-06)에 따라 N개의 서로 다른 패턴을 가질 수 있다. 단말이 SSS를 검출할 경우, 이와 동시에 SSS 전송 패턴에 대한 정보를 획득할 수 있고, 이에 따라 N개의 물리계층 ID 그룹 집합(1i-06) 중 한 가지를 알 수 있다. 결과적으로 PSS와 SSS에 대한 검출을 통해 알게 된 물리계층 ID(1i-04), 물리계층 ID 그룹(1i-05), 물리계층 ID 그룹(1i-06)의 조합으로 X개의 셀 ID 중 한 가지를 알 수 있다. 이를 하기 [수식 2]로 표현할 수 있다.

[수식 2]

N⁽⁰⁾ _ID는 0에서 N-1 사이의 값을 가지는 물리계층 ID 그룹 집합(1i-06)에 대한 값이며, SSS 전송 패턴으로부터 추정된다. N⁽¹⁾ _ID는 0에서 M-1 사이의 값을 가지는 물리계층 ID 그룹(1i-05)에 대한 값이며, SSS로부터 추정된다. N⁽²⁾ _ID는 0에서 L-1 사이의 값을 가지는 물리계층 ID 그룹(1i-05)에 대한 값이며, PSS로부터 추정된다.

상기에서 기술한 본 발명에 따르면 SSS 신호가 특정 패턴을 이용하여 전송될 수 있고, 이는 셀 ID 일부의 정보를 전달하는데 활용될 수 있다. 보다 일반적으로는 SSS에 대한 전송 패턴을 이용하여 해당 셀의 특정 시스템 정보를 얻는데 이용할 수 있다. 예컨대 SSS에 대한 전송패턴은 셀 ID 뿐만 아니라 TDD/FDD 여부, 시스템 프레임 넘버의 일부, 해당 셀의 DC 부반송파의 위치, 시스템 대역폭 등의 시스템 정보에 따라 다양한 패턴으로 전송될 수 있다.

도 1j는 본 발명의 실시 예에 따른 기지국 동작을 도시한 도면이다.

기지국은 단계 1j-01에서 물리계층 ID에 해당하는 PSS를 생성할 수 있다. 기지국은 단계 1j-02에서 물리계층 ID 그룹에 해당하는 SSS를 생성할 수 있다. 기지국은 단계 1j-03에서 물리계층 ID 그룹 집합에 해당하는 SSS 전송 패턴을 결정할 수 있다. 기지국은 단계 1j-04에서 PSS, SSS, PBCH 즉 SS 블록을 전송할 수 있다.

도 1k는 본 발명의 실시 예에 따른 단말 동작을 도시한 도면이다.

단말은 단계 1k-01에서 PSS를 검출 할 수 있고, 단계 1k-02에서 검출된 PSS로부터 물리계층 ID 정보를 획득할 수 있다. 단말은 단계 1k-03에서 SSS를 검출하기 위해 기 약속된 N개의 SSS 전송패턴 중 하나를 가정하고 SSS에 대한 검출을 수행할 수 있다. 단말은 단계 1k-04에서 SSS에 대한 검출 여부를 판단하고, 만약 SSS가 검출되지 않았을 경우에 단계 1k-03으로 복귀하여 이전에 시도하지 않았던 다른 SSS 패턴을 가정하고 SSS에 대한 검출을 다시 수행할 수 있다. 단말이 단계 1k-04에서 만약 SSS가 검출되었다면, 단계 1k-05에서 검출된 SSS로부터 물리계층 ID 그룹을 획득할 수 있다. 이어서, 단말은 단계 1k-06에서 검출된 SSS 패턴으로부터 물리계층 ID 그룹 집합을 획득할 수 있다. 단말은 단계 1k-07에서 PSS와 SSS의 검출로부터 획득한 물리계층 ID, 물리계층 ID 그룹, 물리계층 ID 그룹 집합의 조합으로부터 셀 ID를 획득할 수 있다.

본 발명의 상기 실시 예들을 수행하기 위해 단말과 기지국의 송신부, 수신부, 제어부가 각각 도 1l과 도 1m에 도시되어 있다. 상기 제 1-1 실시 예, 제 1-2 실시 예, 제 1-3 실시 예, 제 1-4 실시 예, 제 1-5 실시 예에 해당하는 5G 통신 시스템에서의 동기 신호 전송 및 수신을 위한 기지국과 단말의 송수신 방법이 나타나 있으며, 이를 수행하기 위해 기지국과 단말의 송신부, 수신부, 처리부가 각각 실시 예에 따라 동작하여야 한다.

구체적으로 도 1l은 본 발명의 실시 예에 따른 단말의 내부 구조를 도시하는 블록도이다. 도 1l 에 도시되는 바와 같이, 본 발명의 단말은 단말기 처리부(1l-01), 수신부(1l-02), 송신부(1l-03)을 포함할 수 있다. 단말기 처리부(1l-01)는 제어부라 지칭할 수 있다. 단말기 처리부(1l-01)은 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다.

단말기 처리부(1l-01)는 상술한 본 발명의 실시 예에 따라 단말이 동작할 수 있는 일련의 과정을 제어할 수 있다. 예컨대 본 발명의 실시 예에 따르는 PSS, SSS, 및 PBCH 전송 방식에 대한 설정 사항, SSS 전송 패턴, SSS 전송에 사용된 OCC 설정 사항, SSS에 대한 power boosting 여부, PBCH 매핑 방식 등에 따라 단말 동작, 예컨대 동기 신호 검출 방식과 셀 ID 획득 방식 및 PBCH 디코딩 방식을 상이하게 제어할 수 있다. 단말기 수신부(1l-02)와 단말이 송신부(1l-03)를 통칭하여 본 발명의 실시 예에서는 송수신부라 칭할 수 있다. 송수신부는 기지국과 신호를 송수신할 수 있다. 상기 신호는 제어 정보와, 데이터를 포함할 수 있다. 이를 위해, 송수신부는 송신되는 신호의 주파수를 상승 변환 및 증폭하는 RF 송신기와, 수신되는 신호를 저 잡음 증폭하고 주파수를 하강 변환하는 RF 수신기 등으로 구성될 수 있다. 또한, 송수신부는 무선 채널을 통해 신호를 수신하여 단말기 처리부(1l-01)로 출력하고, 단말기 처리부(1l -01)로부터 출력된 신호를 무선 채널을 통해 전송할 수 있다.

도 1m는 본 발명의 실시 예에 따른 기지국의 내부 구조를 도시하는 블록도이다. 도 1m에 도시되는 바와 같이, 본 발명의 기지국은 기지국 처리부(1m-01), 수신부(1m-02), 송신부(1m-03)을 포함할 수 있다. 기지국 처리부(1m-01)는 제어부라 지칭할 수 있다. 기지국 처리부(1m-01)은 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다.

기지국 처리부(1m-01)는 상술한 본 발명의 실시 예에 따라 기지국이 동작할 수 있도록 일련의 과정을 제어할 수 있다. 예컨대 본 발명의 실시 예에 따르는 실시 예에 따르는 PSS, SSS, 및 PBCH 전송 방식에 대한 설정 사항, SSS 전송 패턴, SSS 전송에 사용된 OCC 설정 사항, SSS에 대한 power boosting 여부, PBCH 매핑 방식 등에 따라 기지국 동작, 예컨대 PSS와 SSS에 대한 시퀀스 결정, 셀 ID 매핑 방식 결정, SSS 전송 패턴, SSS 전송 전력, PBCH 매핑 및 전송 등을 상이하게 제어할 수 있다.

기지국 수신부(1m-02)와 기지국 송신부(1m-03)를 통칭하여 본 발명의 실시예에서는 송수신부라 칭할 수 있다. 송수신부는 단말과 신호를 송수신할 수 있다. 상기 신호는 제어 정보와, 데이터를 포함할 수 있다. 이를 위해, 송수신부는 송신되는 신호의 주파수를 상승 변환 및 증폭하는 RF 송신기와, 수신되는 신호를 저 잡음 증폭하고 주파수를 하강 변환하는 RF 수신기 등으로 구성될 수 있다. 또한, 송수신부는 무선 채널을 통해 신호를 수신하여 기지국 처리부(1m-01)로 출력하고, 기지국 처리부(1m-01)로부터 출력된 신호를 무선 채널을 통해 전송할 수 있다.

<제2 실시 예>

최근 폭발적으로 증가하는 모바일 데이터 트래픽을 처리하기 위해 LTE (Long Term Evolution 혹은 E-UTRA (Evolved Universal Terrestrial Radio Access)) 및 LTE-A (LTE-Advanced 혹은 E-UTRA Evolution) 이후의 차세대 통신 시스템인 5G (5^th Generation) 시스템 혹은 New Radio access technology (NR) 에 대한 논의가 활발히 진행되고 있다. 기존의 이동통신 시스템이 통상적인 음성/데이터 통신에 중점을 두었던데 비해, 5G 시스템은 기존 음성/데이터 통신의 향상을 위한 eMBB (enhanced Mobile BroadBand) 서비스, 고신뢰도/초저지연 (Ultra-Reliable and Low Latency Communication; URLLC) 서비스, 대량의 사물 통신을 지원하는 massive MTC (Machine Type Communication) 서비스 등, 다양한 서비스와 요구사항을 만족시키는 것을 목표로 하고 있다.

기존 LTE 및 LTE-A 의 단일 케리어당 시스템 전송 대역 (Transmission bandwidth)의 대역폭은 최대 20MHz 로 제한되는데 반해, 5G 시스템은 이보다 월등히 넓은 초광대역폭을 활용해서 수 Gbps 에 이르는 초고속 데이터 서비스를 주요 목표로 한다. 이에 따라 5G 시스템은 초광대역폭 주파수 확보가 상대적으로 용이한 수 GHz 부터 최대 100 GHz 의 초고주파 대역을 후보 주파수로 고려하고 있다. 추가적으로 기존 이동통신 시스템에서 사용하는 수백 MHz 에서 수 GHz 에 포함되는 주파수 대역 중에서 주파수 재배치 혹은 할당을 통해 5G 시스템을 위한 광대역폭 주파수 확보를 함께 고려하고 있다.

상기 초고주파 대역의 전파는 파장이 수 mm 수준으로 밀리미터웨이브 (mmWave) 라고 부르기도 한다. 그러나 초고주파 대역에서는 주파수 대역에 비례해서 전파의 경로 손실 (pathloss)이 증가하여, 이동통신 시스템의 커버리지는 작아지게 된다.

상기 초고주파 대역의 커버리지 감소의 단점을 극복하기 위해, 다수의 안테나를 사용해서 전파의 방사 에너지를 소정의 목적 지점으로 집중시켜 전파의 도달 거리를 증가 시키는 빔포밍 (beamforming) 기술이 중요하게 부각되고 있다. 상기 빔포밍 기술은 송신단 및 수신단에 각각 적용할 수 있다. 빔포밍 기술은 커버리지 증가 효과 이외에도, 빔포밍 방향 이외 영역에서 간섭을 감소시키는 효과가 있다. 상기 빔포밍 기술이 적절히 동작하기 위해서는 송/수신 빔의 정확한 측정 및 피드백 방법이 필요하다.

5G 시스템의 또 다른 요구사항으로, 송수신단 사이 전송지연이 약 1ms 내외인 초저지연 (ultra-low latency) 서비스가 요구되고 있다. 전송지연을 줄이기 위한 한가지 방안으로 LTE 및 LTE-A 대비 짧은 TTI (short TTI; Transmission Time Interval) 기반의 프레임 구조 설계가 필요하다. TTI 는 스케쥴링을 수행하는 기본 시간 단위로, 기존 LTE 및 LTE-A 시스템의 TTI 는 한 서브프레임의 길이에 해당하는 1ms 이다. 예를 들어, 상기 5G 시스템의 초저지연 서비스에 대한 요구사항을 만족시키기 위한 짧은 TTI 로, 기존 LTE 및 LTE-A 시스템보다 짧은 0.5ms, 0.2ms, 0.1ms 등이 가능하다. 이하 LTE 및 LTE-A 시스템의 프레임 구조를 도면을 참조하여 설명하고, 5G 시스템의 설계 방향을 설명하고자 한다.

도 2a는 기존 LTE 및 LTE-A 시스템의 데이터 혹은 제어채널이 전송되는 무선자원영역인 시간-주파수 자원 영역의 기본 구조를 나타낸 도면이다.

도 2a에서 가로축은 시간영역을, 세로축은 주파수영역을 나타낸다. 상향링크(UL: uplink)는 단말이 기지국으로 데이터 혹은 제어 신호를 전송하는 무선링크를 뜻하고, 하향링크(DL: downlink)는 기지국이 단말로 데이터 혹은 제어 신호를 전송하는 무선링크를 뜻한다. 기존 LTE 및 LTE-A 시스템의 시간영역에서의 최소 전송단위는 하향링크의 경우 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심벌, 상향링크의 경우 SC-FDMA (Single Carrier-Frequency Division Multiple Access) 심벌로서, N_symb (2a-02)개의 심벌이 모여 하나의 슬롯(2a-06)을 구성하고, 2개의 슬롯이 모여 하나의 서브프레임(2a-05)을 구성한다. 상기 슬롯의 길이는 0.5ms 이고, 서브프레임의 길이는 1.0ms 이다. 그리고 라디오 프레임(2a-14)은 10개의 서브프레임으로 구성되는 시간영역 단위이다. 주파수영역에서의 최소 전송단위는 15kHz 단위의 서브캐리어로서 (subcarrier spacing = 15kHz), 전체 시스템 전송 대역 (Transmission bandwidth)의 대역폭은 총 N_BW (2a-04)개의 서브캐리어로 구성된다.

시간-주파수 영역에서 자원의 기본 단위는 리소스 엘리먼트(2a-12, Resource Element; RE)로서 OFDM 심벌 혹은 SC-FDMA 심벌 인덱스 및 서브캐리어 인덱스로 나타낼 수 있다. 리소스 블록(108, Resource Block; RB 혹은 Physical Resource Block; PRB)은 시간영역에서 N_symb (2a-02)개의 연속된 OFDM 심벌 혹은 SC-FDMA 심벌과 주파수 영역에서 N_RB (2a-10)개의 연속된 서브캐리어로 정의된다. 따라서, 하나의 RB(2a-08)는 N_symb x N_RB 개의 RE(2a-12)로 구성된다. LTE 및 LTE-A 시스템에서 데이터는 RB 단위로 매핑되고, 기지국은 소정의 단말에 대해 한 서브프레임을 구성하는 RB-pair 단위로 스케쥴링을 수행한다. SC-FDMA 심벌개수 혹은 OFDM 심벌개수 N_symb은 심벌간 간섭 방지를 위해 심벌마다 추가되는 순환 프리픽스(CP; Cyclic Prefix)의 길이에 따라 정해지는데, 예를 들어 일반형 CP가 적용되면 N_symb = 7, 확장형 CP가 적용되면 N_symb = 6 이 된다. 확장형 CP 는 일반형 CP 보다 전파 전송 거리가 상대적으로 큰 시스템에 적용해서 심벌간 직교성을 유지할 수 있게 된다.

상기 서브케리어 간격 (subcarrier spacing), CP 길이 등은 OFDM 송수신에 필수적인 정보로서 기지국과 단말이 서로 공통의 값으로 인지해야 원활한 송수신이 가능하다.

N_BW 및 N_RB 는 시스템 전송 대역의 대역폭에 비례한다. 단말에게 스케쥴링되는 RB 개수에 비례하여 데이터 레이트가 증가한다.

상기와 같은 LTE 및 LTE-A 시스템의 프레임 구조는 통상적인 음성/데이터 통신을 고려한 설계로서, 5G 시스템과 같이 다양한 서비스와 요구사항을 만족하기에는 확장성의 제약이 따르게 된다. 따라서 5G 시스템에서는 다양한 서비스와 요구사항을 고려해서, 프레임구조를 flexible 하게 정의하여 운용할 필요가 있다.

도 2b, 2c, 2d는 확장형 프레임 구조의 일례를 나타낸다. 도 2b, 2c, 2d의 예에서 확장형 프레임 구조를 정의하는 필수 파라메터 세트로서 서브케리어 간격, CP 길이, 슬롯 길이 등을 포함하는 것을 예시한다. 5G 시스템에서는 스케쥴링을 수행하는 기본 시간 단위를 슬롯으로 칭한다.

향후 5G 시스템이 도입되는 초기에는, 적어도 기존 LTE/LTE-A 시스템과의 공존 혹은 듀얼 모드 운영이 예상된다. 이를 통해 기존 LTE/LTE-A 는 안정적인 시스템 동작을 제공하고, 5G 시스템은 향상된 서비스를 제공하는 역할을 수행할 수 있다. 따라서 5G 시스템의 확장형 프레임 구조는 적어도 LTE/LTE-A 의 프레임 구조 혹은 필수 파라메터 세트를 포함할 필요가 있다. 도 2b 는 LTE/LTE-A 의 프레임 구조와 같은 5G 프레임 구조 혹은 필수 파라메터 세트를 나타낸다. 도 2b 를 참조하면, 프레임 구조 타입 A 는 서브케리어 간격은 15kHz 이고, 14 심볼이 1ms 슬롯을 구성하고, 12 서브케리어 (=180kHz = 12 x15kHz)로 PRB를 구성하는 것을 나타낸다.

도 2c 는 프레임 구조 타입 B 로서, 서브케리어 간격은 30kHz 이고, 14 심볼이 0.5ms 슬롯을 구성하고, 12 서브케리어 (=360kHz = 12x30kHz)로 PRB를 구성하는 것을 나타낸다. 즉, 프레임 구조 타입 A 대비 서브케리어 간격과 PRB 크기는 2배 커지고, 슬롯 길이와 심벌 길이는 2배 작아진 것을 나타낸다.

도 2d 는 프레임 구조 타입 C 로서, 서브케리어 간격은 60kHz 이고, 14 심볼이 0.25ms 서브프레임을 구성하고, 12 서브케리어 (=720kHz = 12x60kHz)로 PRB를 구성하는 것을 나타낸다. 즉, 프레임 구조 타입 A 대비 서브케리어 간격과 PRB 크기는 4배 커지고, 슬롯 길이와 심벌 길이는 4배 작아진 것을 나타낸다.

즉, 상기 프레임 구조 타입을 일반화하면, 필수 파라메터 세트인 서브케리어 간격, CP 길이, 슬롯 길이 등이 프레임 구조 타입별로 서로 정수배의 관계를 갖도록 함으로서, 높은 확장성을 제공한다. 그리고 상기 프레임 구조 타입과 무관한 기준 시간 단위를 나타내기 위해 1ms 의 고정된 길이의 서브프레임을 정의한다. 따라서, 프레임 구조 타입 A 는 하나의 서브프레임이 하나의 슬롯으로 구성되고, 프레임 구조 타입 B 는 하나의 서브프레임이 두 개의 슬롯으로 구성되고, 프레임 구조 타입 C 는 하나의 서브프레임이 네 개의 슬롯으로 구성된다.

상기 예시한 프레임 구조 타입을 다양한 시나리오에 대응시켜 적용할 수 있다. 셀 크기 관점에서는, CP 길이가 길수록 큰 셀을 지원 가능하므로 프레임 구조 타입 A 가 프레임 구조 타입 B, C 대비 상대적으로 큰 셀을 지원할 수 있다. 동작 주파수 대역 관점에서는, 서브케리어 간격이 클수록 고주파 대역의 phase noise 복구에 유리하므로 프레임 구조 타입 C가 프레임 구조 타입 A, B 대비 상대적으로 높은 동작 주파수를 지원할 수 있다. 서비스 관점에서는, URLLC 와 같이 초저지연 서비스를 지원하기에는 서브프레임 길이가 짧을수록 유리하므로, 프레임 구조 타입 C 가 프레임 구조 타입 A, B 대비 상대적으로 URLLC 서비스에 적합하다.

또한 상기 여러 개의 프레임 구조 타입을 하나의 시스템 내에 다중화해서 통합 운영할 수도 있다.

5G 시스템의 다양한 서비스와 요구사항을 만족시키기 위해, 상기 확장형 프레임 구조 외에도, 단말의 송수신 대역폭, waveform, 상향링크 제어채널 전송형식 등을 단말별로 다양하게 정의할 수 있다.

상술한 바와 같이, 5G 시스템에서 수 Gbps 에 이르는 초고속 데이터 서비스를 달성하기 위해, 수십 ~ 수백 MHz, 혹은 수 GHz 의 초광대역폭의 신호 송수신을 고려하고 있다. 다만, 다양한 종류의 5G 단말을 지원하기 위해서, 단말 별로 사양에 따라 지원하는 송수신 대역폭이 다를 수 있다. 예를 들어, 단말 A 는 최대 1GHz 대역폭의 신호 송수신을 지원하고, 단말 B 는 최대 100MHz 대역폭의 신호 송수신을 지원할 수 있다. 그리고 기지국 입장에서는 상기 단말 A 와 단말 B 를 5G 시스템 내에 동시에 지원할 수 있어야 한다.

단말의 상향링크 waveform 은 OFDM 방식을 기본적으로 적용하지만, 상대적으로 넓은 커버리지 확보가 가능한 DFT-S-OFDM (혹은 SC-FDMA) 방식을 추가적으로 적용할 수 있다. DFT-S-OFDM 은 단말의 capability 로 정의할 수 있고, 따라서 DFT-S-OFDM 을 지원하는 단말과 DFT-S-OFDM 을 지원하지 않는 단말로 구분할 수 있다.

단말의 상향링크 waveform 의 경우와 비슷하게, 상향링크 제어채널(PUCCH; Physical Uplink Control Channel)의 전송형식을 커버리지에 따라 long format 과 short format 으로 분리해서 정의할 수 있다. 즉, 만약 넓은 커버리지가 요구되는 경우 PUCCH 전송 구간이 상대적으로 긴 long format 을 적용하고, 그렇지 않다면 PUCCH 전송 구간이 상대적으로 짧은 short format 을 적용해서, 각각의 커버리지 요구 사항을 만족할 수 있다.

상기와 같이 확장형 프레임 구조, 단말의 송수신 대역폭, waveform, 상향링크 제어채널 전송형식 등을 단말별로 다양하게 운용할 경우, 기지국에게 단말에 대한 사전 정보가 없는 랜덤 억세스와 같은 초기 접속 단계에서 어떤 방식을 적용할지 정의해서, 단말과 기지국 사이에 원활한 통신이 가능하게 할 필요가 있다.

본 발명의 주요 요지는, 기지국이 단말에 대한 사전 정보가 있는지 여부에 따라서 단말과 기지국 사이의 송수신 신호에 적용할, 확장형 프레임 구조, 단말의 송수신 대역폭, waveform, 상향링크 제어채널 전송형식 등을 결정하도록 한다.

이하 구체적인 실시 예를 통해 본 발명의 주요 요지를 설명한다.

<제 2-1 실시 예>

단말이 최초로 시스템에 접속하는 초기접속 (initial access) 단계에서, 단말은 먼저 셀 탐색(cell search)을 통해 동기신호 (synchronization signal) 로부터 하향링크 시간 및 주파수 영역 동기를 맞추고 셀아이디 (cell ID)를 획득한다. 그리고 기지국으로부터 시스템 정보를 수신하여 시스템 대역폭 혹은 관련 제어정보 등 송수신 관련한 기본적인 파라메터 값을 획득한다. 이후 단말은 기지국과의 링크를 접속상태 (connected state)로 전환하기 위해 랜덤 억세스 (random access) 절차를 수행한다. 랜덤 억세스 절차를 완료하면 단말은 connected 상태로 전환하고, 여러 가지 통신 기능들 중에서 단말 자신이 지원하는 기능을 통지하는 UE capability 정보를 기지국으로 전송할 수 있다. 예를 들어, 상술한 확장형 프레임 구조, 단말의 송수신 대역폭, waveform, 상향링크 제어채널 전송형식 등에 대한 단말의 지원 여부 혹은 구체적인 파라메터 값을 UE capability 정보를 통해 기지국으로 알려줄 수 있다. 따라서, 기지국은 단말의 랜덤 억세스 절차가 완료된 후 단말의 UE capability 정보를 획득한 다음에야 비로서 해당 단말의 UE capability 에 맞는 송수신 동작이 가능하다. 즉, 기지국이 단말의 UE capability 정보를 획득하기 이전에는 단말과 기지국 사이에 상호 약속된 송수신 방법이 정의되어야 한다.

이하 도 2e를 참조하여 랜덤 억세스 절차를 상세히 설명한다. 도 2e 를 참조하면, 랜덤 억세스 절차의 제 1 단계(2e-01)로서 단말은 랜덤 억세스 프리앰블(random access preamble)을 기지국으로 전송한다. 그러면 기지국은 단말과 기지국 사이의 전송 지연값을 측정하고, 상향링크 동기를 맞춘다. 이 때 단말은 어떤 랜덤 억세스 프리앰블을 사용할지는 사전에 시스템 정보에 의해 주어진 랜덤 억세스 프리앰블 세트 내에서 임의로 선택한다. 그리고 랜덤 억세스 프리앰블의 초기 전송전력은 단말이 측정한 기지국과 단말 사이의 경로손실(pathloss)에 따라 결정한다.

제2 단계(2e-02)에서 기지국은 제1 단계에서 측정한 전송지연 값으로부터 단말에게 타이밍 조절 명령을 전송한다. 또한 기지국은 스케쥴링 정보로서 단말이 사용할 상향 링크 자원 및 전력제어 명령을 함께 전송한다. 만약 단말이 제2 단계(2e-02)에서 기지국으로부터 스케쥴링 정보(random access response, message 2)를 수신하지 못하면, 제1 단계(2e-01)를 다시 진행한다.

제3 단계(2e-03)에서 단말은 기지국에게 자신의 단말 아이디를 포함한 상향링크 데이터(message 3)를 제2 단계(2e-02)에서 할당 받은 상량링크 자원을 통해 전송한다. 이때 단말의 전송타이밍 및 전송전력은 제2 단계(2e-02)에서 기지국으로부터 수신한 명령을 따른다. 마지막으로 제4 단계(2e-04)에서 기지국은 단말이 다른 단말과 충돌 없이 랜덤 억세스를 수행한 것으로 판단되면, 제3 단계(2e-03)에서 상향링크 데이터를 전송한 단말의 아이디를 포함하는 데이터(message 4)를 해당 단말에게 전송한다. 단말은 기지국으로부터 제4 단계(2e-04)에서 기지국이 전송한 신호가 수신되면, 랜덤 억세스가 성공했음을 판단한다.

만일 단말이 제3 단계(2e-03)에서 전송한 데이터와 다른 단말의 데이터가 서로 충돌하여 기지국이 단말로부터의 데이터 신호 수신에 실패하면, 기지국은 단말에게 더 이상의 데이터 전송을 하지 않는다. 이에 단말은 일정 시간 구간 동안 기지국으로부터 제4 단계(2e-04)에서 전송되는 데이터 수신을 하지 못하면, 랜덤 억세스 절차 실패로 판단하고, 제 1 단계(2e-04)부터 다시 시작한다. 그리고 랜덤 억세스에 성공하면, 단말은 랜덤 억세스에 의해 전력제어(power control)된 단말의 전송전력 값을 기준으로 기지국으로 전송하는 상향링크 데이터 채널 혹은 제어채널의 초기 전송전력을 설정한다.

상기 랜덤 억세스 절차의 제 1 단계에서 단말이 전송하는 랜덤 억세스 프리앰블(메시지 1)의 서브 캐리어 간격, 전송 대역폭 등은 다음과 같은 방법에 의해 정의할 수 있다.

랜덤 억세스 프리앰블의 서브 캐리어 간격

- 방법 1: 하향링크 동기 신호 혹은 시스템 정보를 전송하는 PBCH (Physical Broadcast Channel) 에 적용되는 서브 캐리어 간격에 따라 결정한다. 예를 들어, 하향링크 동기 신호 혹은 PBCH 에 적용하는 서브 캐리어 간격이 15kHz 인 경우, 랜덤 억세스 프리앰블의 서브 캐리어 간격은 마찬가지로 15kHz 로 결정하거나, 혹은 15kHz 로부터 계산되는 소정의 값 (15kHz x N) 으로 정의할 수 있다.

- 방법 2: 랜덤 억세스를 수행하고자 하는 셀의 주파수 대역에 따라 결정한다. 예를 들어, 저주파 대역에서는 상대적으로 좁은 서브 캐리어 간격1을 적용하고, 가용한 대역폭이 넓은 고주파 대역에서는 상대적으로 넓은 서브 캐리어 간격2 을 적용한다. 그리고 상기 서브 캐리어 간격1 및 서브 캐리어 간격2 는 5G 시스템이 동작하는 주파수 대역별로 사전에 고정된 값으로 정의한다.

랜덤 억세스 프리앰블의 전송 대역폭

- 랜덤 억세스를 수행하고자 하는 셀의 주파수 대역에 따라 결정한다. 예를 들어, 저주파 대역에서는 상대적으로 좁은 전송 대역폭 (대역폭 1)을 적용하고, 가용한 대역폭이 넓은 고주파 대역에서는 상대적으로 넓은 전송 대역폭(대역폭 2)을 적용한다. 그리고 상기 대역폭 1 및 대역폭 2 는 5G 시스템이 동작하는 주파수 대역별로 사전에 고정된 값으로 정의한다.

상기 랜덤 억세스 절차의 제 2 단계에서 기지국이 전송하는 메시지 2 의 서브 캐리어 간격, 전송 대역폭, 슬롯 길이 등은 다음과 같은 방법에 의해 정의할 수 있다.

메시지 2의 서브 캐리어 간격

- 상기 메시지 1의 서브 캐리어 간격 결정 방법1 혹은 방법2 를 따른다.

메시지 2의 전송 대역폭

- 5G 시스템에서 정의하는 단말의 최소 수신 대역폭과 해당 셀의 하향링크 시스템 대역폭 중에서 작은 값을 메시지 2의 전송 대역폭으로 결정한다. 따라서 랜덤 억세스 절차의 제 2 단계에서 비록 기지국이 단말이 실제 지원하는 수신 대역폭을 알지 못하더라도, 단말의 수신 대역폭을 초과해서 메시지 2를 전송하는 경우를 방지한다.

메시지 2의 슬롯 길이

- 전송하고자 하는 신호의 전송 길이인 슬롯의 길이가 짧을수록 빠른 송수신이 가능하지만, 수신 에너지 부족으로 커버리지가 작아질 수 있다. 따라서 적어도 아직 단말과 기지국 사이의 통신 링크가 완전히 연결되지 않은 랜덤 억세스 절차 동안에는, 여러 개의 슬롯 길이 중에서 가장 큰 슬롯 길이를 적용해서 넓은 커버리지를 지원하도록 한다. 이후 단말이 랜덤 억세스 절차를 완료해서 기지국과의 링크를 접속상태 (connected state)로 전환한 경우, 단말의 피드백에 따라 기지국이 적응적으로 슬롯 길이를 조절할 수 있다.

상기 랜덤 억세스 절차의 제 3 단계에서 단말이 전송하는 메시지 3 의 서브 캐리어 간격, 전송 대역폭, 슬롯 길이, waveform 등은 다음과 같은 방법에 의해 정의할 수 있다.

메시지 3의 서브 캐리어 간격

메시지 3의 전송 대역폭

- 방법1: 상기 메시지 1의 전송 대역폭 결정 방법을 따른다.

- 방법2: 단말이 지원하는 최소 전송 대역폭으로 제한한다.

메시지 3의 슬롯 길이

- 방법 1: 상기 메시지 3의 슬롯 길이 결정 방법을 따른다.

- 방법 2: 기지국이 메시지 2 혹은 메시지 2를 스케쥴링하기 위한 제어정보를 통해 단말이 메시지 3에 적용할 슬롯 길이를 알려준다. 이 경우, 기지국은 상기 메시지 1으로부터 단말이 기지국 근처에 있는지 혹은 기지국으로부터 멀리 떨어져 있는지 판단한다. 예를 들어, 상기 메시지 1의 수신 신호 세기가 작은 경우, 기지국은 단말이 기지국으로부터 멀리 떨어져 있는 것으로 판단하고, 넓은 커버리지를 확보하기 위해 상대적으로 긴 슬롯 길이를 메시지 3 전송에 사용할 것을 단말에게 통지할 수 있다. 반대로 상기 메시지 1의 수신 신호 세기가 큰 경우, 기지국은 단말이 기지국 근처에 있는 것으로 판단하고, 상대적으로 작은 슬롯 길이를 메시지 3 전송에 사용할 것을 단말에게 통지할 수 있다.

Waveform

- 방법1: 기지국이 메시지 2 혹은 메시지 2를 스케쥴링하기 위한 제어정보를 통해 단말이 메시지 3에 적용할 waveform을 알려준다. 혹은 기지국이 자신이 지원하는 상향링크 waveform 을 단말에게 알려준다. 예를 들어, 기지국이 OFDM 만 지원하는지 혹은 OFDM 및 DFT-S-OFDM 을 모두 지원하는지 알려줄 수 있다. 혹은 기지국이 시스템 정보를 통해 단말에게 기지국이 지원하는 상향링크 waveform을 단말에게 알려주고, 상기 메시지 2 혹은 메시지 2를 스케쥴링하기 위한 제어정보를 통해 단말이 메시지 3 에 적용할 waveform 을 알려준다.

- 방법2: OFDM 방식으로 고정한다.

- 방법3: DFT-S-OFDM 방식으로 고정한다.

상기 랜덤 억세스 절차의 제 4 단계에서 기지국이 전송하는 메시지 4 의 서브 캐리어 간격, 전송 대역폭, 슬롯 길이 등은 다음과 같은 방법에 의해 정의할 수 있다.

메시지 4의 서브 캐리어 간격

메시지 4의 전송 대역폭

- 상기 메시지 2의 전송 대역폭 결정 방법을 따른다.

메시지 4의 슬롯 길이

- 방법1: 메시지 2의 슬롯 길이 결정 방법을 따른다.

- 방법2: 메시지 4의 스케쥴링 정보에 슬롯 길이 관련 제어 정보를 포함시켜 단말에게 통지한다.

상기 랜덤 억세스 절차의 제 4 단계에서 단말이 수신한 메시지 4에 대응되는 HARQ-ACK/NACK 을 전송하기 위한 PUCCH 의 전송형식은 다음과 같은 방법에 의해 정의할 수 있다.

- 방법 1: 넓은 커버리지를 지원하는 long format 으로 고정된 전송형식을 적용한다.

- 방법 2: 메시지 4의 스케쥴링 정보에 PUCCH 전송형식 관련 제어정보를 포함시켜 단말에게 통지한다.

상술한 랜덤 억세스 절차가 성공적으로 완료되면, 단말은 기지국과의 링크를 접속상태 (connected state)로 전환하고, 단말과 기지국 사이의 데이터 송수신이 가능하게 된다. Connected state 의 단말에 대해 기지국은 단말의 UE capability 정보를 보고할 것을 요청할 수 있고 (UE capability enquiry), 이에 단말은 자신의 UE capability 정보를 기지국으로 보고한다. 상기 UE capability 정보는 상술한 확장형 프레임 구조, 서브 캐리어 간격, 슬롯 길이, 단말의 송수신 대역폭, waveform, 상향링크 제어채널 전송형식에 대한 capability 정보 중에서 적어도 하나 이상의 정보를 포함한다. 도 2f 는 단말의 UE capability 보고 절차를 나타낸다. 단계 2f-01 에서 기지국이 connected state 단말에게 UE capability 정보를 보고할 것을 요청하면, 단계 2f-02 에서 단말은 자신의 UE capability 정보를 기지국으로 보고한다. 상기 UE capability 보고 절차가 성공적으로 완료되면, 기지국은 단말의 UE capability 에 대한 불확실성이 해소되고, 따라서 상기 단말의 UE capability 내에서 flexible 한 스케쥴링이 가능하게 된다.

도 2g 는 상술한 설명에 따라, 단말 혹은 기지국이 랜덤 억세스를 성공적으로 완료했는지 혹은 랜덤 억세스를 진행 중인지에 따라 단말과 기지국 사이의 송수신 방법을 결정하는 절차를 나타낸다. 단계 2g-01 에서 단말 혹은 기지국은 단말이 현재 랜덤 억세스를 수행 중인지 여부를 판단한다. 만약 단말이 랜덤 억세스를 수행 중에 있다면, 즉 상기 랜덤 억세스 절차의 제 1 단계 ~ 제 4 단계 중의 어느 한 단계에 있다면, 단말 혹은 기지국은 단계 2g-02 에서 단말과 기지국의 송수신 방법으로 기본 설정 (default configuration)을 적용한다. 상기 기본 설정은 단말과 기지국 사이에 미리 약속한 값으로서, 표준에 소정의 값으로 고정하거나 혹은 기지국이 시스템 정보로 단말에게 알려준다. 상기 기본 설정은 상술한 랜덤 억세스 절차의 각 단계에서 단말과 기지국 사이의 송수신 신호에 적용할, 확장형 프레임 구조, 서브 캐리어 간격, 단말의 송수신 대역폭, waveform, 상향링크 제어채널 전송형식 등에 대한 제어정보를 적어도 하나 이상 포함하며, 각각의 제어정보는 하나의 고정된 값으로 정한다. 만약 상기 단계 2g-01 에서 단말이 랜덤 억세스 절차를 성공적으로 완료한 경우로 판단되면, 단계 2g-02 에서 기지국 스케쥴링에 따라 단말의 UE capability 내에서 flexible 한 스케쥴링이 가능하게 된다. 즉, 상기 기본 설정으로 약속된 값 이외에, 단말의 UE capability 내에서 확장형 프레임 구조, 서브 캐리어 간격, 단말의 송수신 대역폭, waveform, 상향링크 제어채널 전송형식 등에 대한 다양한 적용이 가능하다.

상기 도 2g 의 설명에 대한 변형된 예로서, 단말이 접속상태 (connected state) 인지 유휴상태 (idle state) 인지를 추가적인 판단조건으로 단말과 기지국 절차를 정의할 수 있다. 단말은 초기접속을 위한 랜덤 억세스 절차를 성공적으로 완료하면, 유휴상태에서 접속상태로 상태천이 (state transition)를 한다. 그런데 접속상태의 단말일지라도, 셀간 이동을 위한 핸드오버, 혹은 단말과 기지국 사이의 시간 동기를 맞추기 위한 타이밍 조정 절차 등에서 랜덤 억세스 절차가 추가적으로 발생할 수 있다. 이 경우, 접속상태의 단말에 대한 UE capability 정보를 기지국이 이미 확보한 상태이므로, 초기접속용 랜덤 억세스 시의 동작과는 달리 기지국은 단말의 UE capability 에 대한 불확실성이 해소된 상태이다. 따라서 상기 단말의 UE capability 내에서 flexible 한 스케쥴링이 가능하게 된다.

도 2h 를 참조하면, 상기 도 2g 의 경우와 다르게 단계 2h-01에서 단말이 랜덤 억세스를 진행 중인지 여부와 함께 접속상태인지 유휴상태인지 여부를 추가적으로 판단한다. 만약 판단 결과, 단말이 현재 유휴 상태이고 랜덤 억세스 절차를 진행 중에 있다면, 단계 2h-02 에서 단말과 기지국의 송수신 방법으로 기본 설정 (default configuration)을 적용한다. 만약 상기 단계 2h-01 의 판단 결과, 단말이 현재 연결상태에서 랜덤 억세스를 수행 중이거나 혹은 이미 랜덤 억세스를 성공적으로 완료한 경우라면, 단계 2h-03 에서 기지국 스케쥴링에 따라 단말의 UE capability 내에서 flexible 한 스케쥴링이 가능하게 된다. 기지국은 상기 flexible 스케쥴링을 위해, 단말이 측정해서 기지국으로 보고하는 채널상태정보, 상향링크 채널상태 추정용으로 단말이 기지국으로 전송하는 기준신호인 SRS (Sounding Reference Signal), 혹은 스케쥴링하고자 하는 트래픽의 타입 (예컨데 전송지연에 민감한지 여부) 등을 참조한다.

상기 도 2g 의 설명에 대한 또 다른 변형된 예로서, 단말이 초기접속을 수행하는 랜덤 억세스 동안에는 단말과 기지국의 송수신 방법으로 상기 기본 설정을 적용하고, 단말이 적어도 한번 연결상태로 진입한 적이 있다면 이후 단말이 유휴상태로 상태천이를 한 경우라 하더라도 랜덤 억세스 동안의 단말과 기지국의 송수신 방법으로 flexible 한 스케쥴링을 적용한다. 이 경우, 기지국은 적어도 한번 접속상태로 진입한 적이 있는 단말에 대해서는, 이후 단말이 유휴상태로 상태천이를 하더라도 해당 단말에 대해 확보해 놓은 UE capability 정보를 그대로 보관한다.

도 2i는 본 발명에 따른 단말 송수신 장치를 나타낸다. 설명의 편의를 위해 본 발명과 직접 관련이 없는 장치는 그 도시 및 설명을 생략한다.

도 2i 를 참조하면, 단말은 상향링크 송신 프로세싱 블록(2i-01), 다중화기(2i-02), 송신 RF 블록(2i-03)으로 구성되는 송신부(2i-04)와 하향링크 수신 프로세싱 블록(2i-05), 역다중화기(2i-06), 수신 RF 블록(2i-07)으로 구성되는 수신부(2i-08)와 제어부(2i-09)로 구성된다. 제어부(2i-09)는 상술한 바와 같이 단말이 단말의 랜덤 억세스 절차의 성공적인 완료 여부, 단말 상태 (idle or connected state) 등을 판단하여 단말의 하향링크 신호 수신을 위한 수신부 (2i-08)의 각각의 구성 블록들과 상향링크 신호 전송을 위한 송신부(2i-04)의 각각의 구성 블록들을 제어한다. 상기 단말의 제어부(2i-09)는 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다.

단말의 송신부(2i-04)에서 상향링크 송신 프로세싱 블록(2i-01)은, 채널 코딩, 변조 등의 프로세스를 수행하여 전송하고자 하는 신호를 생성한다. 상향링크 송신 프로세싱 블록(2i-01)에서 생성된 신호는 다중화기(2i-02)에 의해 다른 상향링크 신호와 다중화된 다음, 송신 RF 블록(2i-03)에서 신호처리 된 후, 기지국으로 전송된다.

단말의 수신부(2i-08)는 기지국으로부터 수신한 신호를 역다중화하여 각각의 하향링크 수신 프로세싱 블록으로 배분한다. 하향링크 수신 프로세싱 블록(2i-05)은 기지국의 하향링크 신호 대해 복조, 채널 디코딩 등의 프로세스를 수행하여 기지국이 전송한 제어정보 혹은 데이터를 획득한다. 단말 수신부(2i-08)는 하향링크 수신 프로세싱 블록의 출력 결과를 제어부(2i-09)로 인가하여 제어부(2i-09)의 동작을 지원한다.

도시하지 않았지만, 본 발명에서 기지국은 제어부 및 송수신부를 포함할 수 있다. 기지국의 제어부는 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다. 기지국의 송수신부는 신호를 송신/및 또는 수신할 수 있다. 기지국의 제어부는 기지국이 본 발명의 실시 예에서 설명한 기지국의 각 동작을 수행하도록 제어할 수 있다.

<제3 실시 예>

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), 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. 또한, 5세대 무선통신 시스템으로 5G 혹은 NR (new radio)의 통신표준이 만들어지고 있다. 아래에서는 본 발명의 설명을 위하여 LTE/LTE-A 시스템에서 기지국이 단말에게 자원 할당 정보를 전달하는 방법과 단말이 가정할 수 있는 전송 precoding 단위를 설명한다.

상기 광대역 무선 통신 시스템의 대표적인 예로, LTE/LTE-A 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.

도 3a는 LTE/LTE-A 시스템에서 하향링크에서 상기 데이터 혹은 제어채널이 전송되는 무선자원영역인 시간-주파수영역의 기본 구조를 나타낸 도면이다.

도 3a에서 가로축은 시간영역을, 세로축은 주파수영역을 나타낸다. 시간영역에서의 최소 전송단위는 OFDM 심벌로서, N_symb (102)개의 OFDM 심벌이 모여 하나의 슬롯(106)을 구성하고, 2개의 슬롯이 모여 하나의 서브프레임(105)을 구성한다. 상기 슬롯의 길이는 0.5ms 이고, 서브프레임의 길이는 1.0ms 이다. 그리고 라디오 프레임(114)은 10개의 서브프레임으로 구성되는 시간영역구간이다. 주파수영역에서의 최소 전송단위는 서브캐리어(subcarrier)로서, 전체 시스템 전송 대역 (Transmission bandwidth)의 대역폭은 총 N_BW (104)개의 서브캐리어로 구성된다.

시간-주파수영역에서 자원의 기본 단위는 리소스 엘리먼트(112, Resource Element; RE)로서 OFDM 심벌 인덱스 및 서브캐리어 인덱스로 나타낼 수 있다. 리소스 블록(108, Resource Block; RB 혹은 Physical Resource Block; PRB)은 시간영역에서 N_symb (102)개의 연속된 OFDM 심벌과 주파수 영역에서 N_RB (110)개의 연속된 서브캐리어로 정의된다. 따라서, 하나의 RB(108)는 N_symb x N_RB 개의 RE(112)로 구성된다. 일반적으로 데이터의 최소 전송단위는 상기 RB 단위이다. LTE 시스템에서 일반적으로 상기 N_symb = 7, N_RB=12 이고, N_BW 및 N_RB 는 시스템 전송 대역의 대역폭에 비례한다. 단말에게 스케쥴링 되는 RB 개수에 비례하여 데이터 전송률이 증가하게 된다. LTE 시스템은 6개의 전송 대역폭을 정의하여 운영한다. 하향링크와 상향링크를 주파수로 구분하여 운영하는 FDD 시스템의 경우, 하향링크 전송 대역폭과 상향링크 전송 대역폭이 서로 다를 수 있다. 채널 대역폭은 시스템 전송 대역폭에 대응되는 RF 대역폭을 나타낸다. 표 3a은 LTE 시스템에 정의된 시스템 전송 대역폭과 채널 대역폭 (Channel bandwidth)의 대응관계를 나타낸다. 예를 들어, 10MHz 채널 대역폭을 갖는 LTE 시스템은 전송 대역폭이 50개의 RB로 구성된다.

[표 3a]

하향링크 제어정보의 경우 상기 서브프레임 내의 최초 N 개의 OFDM 심벌 이내에 전송된다. 일반적으로 N = {1, 2, 3} 이다. 따라서 현재 서브프레임에 전송해야 할 제어 정보의 양에 따라 상기 N 값이 서브프레임마다 가변하게 된다. 상기 제어정보로는 제어정보가 OFDM 심벌 몇 개에 걸쳐 전송되는지를 나타내는 제어채널 전송구간 지시자, 하향링크 데이터 혹은 상향링크 데이터에 대한 스케쥴링 정보, HARQ ACK/NACK 신호 등을 포함한다.

LTE 시스템에서 하향링크 데이터 혹은 상향링크 데이터에 대한 스케줄링 정보는 하향링크 제어정보(Downlink Control Information; DCI)를 통해 기지국으로부터 단말에게 전달된다. DCI 는 여러 가지 포맷을 정의하여, 상향링크 데이터에 대한 스케줄링 정보 (UL grant) 인지 하향링크 데이터에 대한 스케줄링 정보 (DL grant) 인지 여부, 제어정보의 크기가 작은 컴팩트 DCI 인지 여부, 다중안테나를 사용한 공간 다중화 (spatial multiplexing)을 적용하는지 여부, 전력제어 용 DCI 인지 여부 등에 따라 정해진 DCI 포맷을 적용하여 운용한다. 예컨대, 하향링크 데이터에 대한 스케줄링 제어정보(DL grant)인 DCI format 1 은 적어도 다음과 같은 제어정보들을 포함하도록 구성된다.

- 자원 할당 유형 0/1 플래그(Resource allocation type 0/1 flag): 리소스 할당 방식이 유형 0 인지 유형 1 인지 통지한다. 유형 0 은 비트맵 방식을 적용하여 RBG (resource block group) 단위로 리소스를 할당한다. LTE 시스템에서 스케줄링의 기본 단위는 시간 및 주파수 영역 리소스로 표현되는 RB이고, RBG 는 복수개의 RB로 구성되어 유형 0 방식에서의 스케줄링의 기본 단위가 된다. 유형 1 은 RBG 내에서 특정 RB를 할당하도록 한다.

- 자원 블록 할당(Resource block assignment): 데이터 전송에 할당된 RB를 통지한다. 시스템 대역폭 및 리소스 할당 방식에 따라 표현하는 리소스가 결정된다.

- 변조 및 코딩 방식(Modulation and coding scheme; MCS): 데이터 전송에 사용된 변조방식과 전송하고자 하는 데이터인 transport block 의 크기를 통지한다.

- HARQ 프로세스 번호(HARQ process number): HARQ 의 프로세스 번호를 통지한다.

- 새로운 데이터 지시자(New data indicator): HARQ 초기전송인지 재전송인지를 통지한다.

- 중복 버전(Redundancy version): HARQ 의 중복 버전(redundancy version)을 통지한다.

- PUCCH를 위한 전송 전력 제어 명령(TPC(Transmit Power Control) command for PUCCH(Physical Uplink Control CHannel): 상향링크 제어 채널인 PUCCH에 대한 전송 전력 제어 명령을 통지한다.

상기 DCI는 채널코딩 및 변조과정을 거쳐 하향링크 물리제어채널인 PDCCH (Physical downlink control channel)(또는, 제어 정보, 이하 혼용하여 사용하도록 한다) 혹은 EPDCCH (Enhanced PDCCH)(또는, 향상된 제어 정보, 이하 혼용하여 사용하도록 한다)를 통해 전송된다.

일반적으로 상기 DCI는 각 단말에 대해 독립적으로 특정 RNTI (Radio Network Temporary Identifier)(또는, 단말 식별자)로 스크램블 되어 CRC(cyclic redundancy check) 가 추가되고 채널코딩된 후, 각각 독립적인 PDCCH로 구성되어 전송된다. 시간영역에서 PDCCH는 상기 제어채널 전송구간 동안 매핑되어 전송된다. PDCCH 의 주파수영역 매핑 위치는 각 단말의 식별자(ID) 에 의해 결정되고, 전체 시스템 전송 대역에 퍼뜨려진다.

하향링크 데이터는 하향링크 데이터 전송용 물리채널인 PDSCH (Physical Downlink Shared Channel) 를 통해 전송된다. PDSCH는 상기 제어채널 전송구간 이후부터 전송되는데, 주파수 영역에서의 구체적인 매핑 위치, 변조 방식 등의 스케줄링 정보는 상기 PDCCH 를 통해 전송되는 DCI가 알려준다

상기 DCI 를 구성하는 제어정보 중에서 5 비트로 구성되는 MCS 를 통해서, 기지국은 단말에게 전송하고자 하는 PDSCH에 적용된 변조방식과 전송하고자 하는 데이터의 크기 (transport block size; TBS)를 통지한다. 상기 TBS 는 기지국이 전송하고자 하는 데이터 (transport block, TB)에 오류정정을 위한 채널코딩이 적용되기 이전의 크기에 해당한다.

LTE 시스템에서 지원하는 변조방식은 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying), 16QAM(Quadrature Amplitude Modulation), 64QAM 으로서, 각각의 변조오더 (Modulation order) (Qm) 는 2, 4, 6 에 해당한다. 즉, QPSK 변조의 경우 심벌 당 2 비트, 16QAM 변조의 경우 심볼 당 4 비트, 64QAM 변조의 경우 심벌 당 6 비트를 전송할 수 있다.

도 3b는 종래 기술에 따른 LTE/LTE-A 시스템에서 상향링크에서 데이터 혹은 제어채널이 전송되는 무선자원영역인 시간-주파수영역의 기본 구조를 나타낸 도면이다.

도 3b를 참조하면, 가로축은 시간영역을, 세로축은 주파수영역을 나타낸다. 시간영역에서의 최소 전송단위는 SC-FDMA 심벌(202)로서, N_symb ^UL 개의 SC-FDMA 심벌이 모여 하나의 슬롯(206)을 구성한다. 그리고 2개의 슬롯이 모여 하나의 서브프레임(205)을 구성한다. 주파수영역에서의 최소 전송단위는 서브캐리어로서, 전체 시스템 전송 대역(transmission bandwidth; 204)은 총 N_BW개의 서브캐리어로 구성된다. N_BW는 시스템 전송 대역에 비례하여 값을 갖는다.

시간-주파수영역에서 자원의 기본 단위는 리소스 엘리먼트(Resource Element; RE, 212)로서 SC-FDMA 심벌 인덱스 및 서브캐리어 인덱스로 정의할 수 있다. 리소스 블록 페어(208, Resource Block pair; RB pair)은 시간영역에서 N_symb ^UL 개의 연속된 SC-FDMA 심벌과 주파수 영역에서 N_sc ^RB 개의 연속된 서브캐리어로 정의된다. 따라서, 하나의 RB는 N_symb ^UL x N_sc ^RB 개의 RE로 구성된다. 일반적으로 데이터 혹은 제어정보의 최소 전송단위는 RB 단위이다. PUCCH 의 경우 1 RB에 해당하는 주파수 영역에 매핑되어 1 서브프레임 동안 전송된다.

보다 구체적으로, 종래의 LTE 및 LTE-A 단말을 위한 하향링크 자원할당 타입은 타입 0, 타입 1, 그리고 타입 2가 있다. 타입 0은 리소스 블록 그룹 (RBG; resource block group)을 정의하고, 단말에게 할당하는 RBG을 가리키기 위한 비트맵을 전달하는 방법이다. 상기 RBG는 연속적인 버추얼 리소스 블록(VRB; virtual resource block)들의 집합이며, 타입 0에서의 VRB는 지역적 (localized) 방식으로 정의되며, 이는 물리적 리소스 블록(PRB; physical resource block)과 같은 의미로 사용될 수 있다. 타입 0에서 사용하는 RBG의 크기는 하나의 RBG에 포함되는 RB의 수이며 아래와 같이 정의된다.

[표 3b]

하향링크 자원할당 타입 1은 P개의 RBG 서브집합(subset)을 정의하고, 그 중 하나의 RBG 서브집합을 단말에게 알려주고, 하나의 RBG 서브집합에서 그 단말에게 할당되는 VRB를 비트맵으로 알려준다. 상기 하나의 RBG는 P개의 연속된 VRB로 구성된다.

로 p 값이 주어질 때, 상기에서 p(소문자)번째 RBG 서브집합은 p(소문자)번째 RBG에서부터 매 P(대문자)번째 RBG를 포함한다. 타입 1에서는 VRB는 지역적 (localized) 방식으로 정의되며, 이는 PRB와 같은 의미로 사용될 수 있다. 또한 상기 비트맵이 상기 RBG 서브집합에서 마지막 VRB를 가리킬 수 있도록 비트맵을 쉬프트(shift)한 리소스 할당을 알려주는 용도로 다른 1비트가 사용된다. 상기 RBG 서브집합을 단말에게 알려주기 위해

비트가 사용되며, 상기 쉬프트를 가리키기 위해 1비트가 사용된다. 또한 상기 비트맵을 위한 비트수는

로 정의된다.

하향링크 자원할당 타입 2는 연속된 VRB를 할당해줌에 있어서 할당되는 VRB의 시작 위치(

)와 할당되는 VRB의 개수(

)의 정보를 알 수 있는 RIV (resource indication value) 값을 알려준다. 상기 RIV 값은

이면,

로 정의되며, 다른 경우에는

로 정의된다. 상기 VRB는 지역적 (localized) 혹은 분산적 (distributed) 방식으로 PRB로 매핑될 수 있다. PDCCH의 DCI 포맷 1C의 경우에는 VRB를

단위로 묶어 시작하는

개 단위의 VRB 그룹의 위치와

개 단위의 VRB 그룹의 개수의 정보를 알 수 있는 RIV 값을 포함한다. 시스템 주파수 대역에 따른

값은 아래와 같이 정의 된다.

[표 3c]

종래의 LTE 및 LTE-A 단말을 위한 상향링크 자원할당 타입은 타입 0와 타입 1가 있다. 상향링크 자원할당 타입 0는 연속된 VRB를 할당해줌에 있어서 할당되는 VRB의 시작 위치(

)와 할당되는 VRB의 개수(

이면

로 정의되며, 다른 경우에는

로 정의된다.

상향링크 자원할당 타입 1은 단말에게 리소스 블록의 집합 두개의 정보를 단말에게 알려주며, 각 집합은 하나 이상의 RBG로 구성되고, 상기 RBG는 사이즈가 P이며, P는 상기 표 4b와 같이 정의된다. 자원할당을 위해 사용되는 비트수는

비트로 결정된다. 여기서 자원할당을 위해 전달되는 정보 r은

로 결정되며, 상기 M과 N은 M=4와

로 각각 정의된다. 상기

와

는 단말에게 할당된 첫번째 리소스 블록의 시작과 마지막 RBG 인덱스이며,

와

는 단말에게 할당된 첫번째 리소스 블록의 시작과 마지막 RBG 인덱스이다.

다음으로, 종래의 LTE 및 LTE-A 단말이 가정할 수 있는 전송 precoding 단위는 프리코딩 리소스 블럭(PRG; Precoding Resource block group) 크기에 의해 결정된다. 해당 PRG 단위는 단말에게 설정된 시스템 대역폭에 따라 크기가 달라지며 아래와 같이 정의된다.

[표 3d]

구체적으로, 해당 기준신호인 DMRS(Demodulation Reference Signal)가 PMI/RI 보고가 설정 되지 않았을 경우에는 항상 하나의 RB안에서만 동일한 precoding을 사용하는 것으로 가정하여 복호하며, PMI/RI 보고가 설정되었을 경우에는 하나의 Precoding Resource block Group(PRG) 내에서 같은 것으로 판단된다. 보다 구체적으로, DMRS를 이용하여 데이터 복호를 위한 채널 추정에 있어 시스템 대역에 연동된 PRB bundling을 이용하여 해당 bundling 단위인 PRG 내에서 채널 추정을 시행한다. LTE 시스템에서 TM10인 경우에는 다수의 CSI process 설정이 가능하기 때문에 모두 CSI process에 대해서 PMI/RI 보고가 설정되었을 경우에 하나의 PRG내에서 동일한 precoding이 사용되는 것으로 가정하며, 이렇지 않은 경우에는 항상 하나의 RB안에서만 동일한 precoding을 사용하는 것으로 가정한다.

LTE 이후의 향후 통신 시스템으로서, 즉, 5G 통신시스템은 다양한 numerology가 지원될 뿐만 아니라, 100MHz까지의 채널 대역폭을 고려하고 있다. 하지만 자원 할당을 위한 DCI 비트 수를 증가시키는 데는 한계가 있으므로 이를 해결하기 위해 RBG크기를 결정하는 방법을 제안한다. 또한 NR에서는 슬롯의 구조가 다양해지고, 다양한 DMRS 구조가 지원되며, 제어 채널에서도 DMRS가 사용된다. 따라서 PRG 크기를 증가시키고 PRB bundling을 통해 채널 추정 성능을 향상 시킬 필요가 있다. 또한 NR에서는 다양한 PRG 크기가 고려될 필요가 있다. 따라서 본 발명에서는 증가된 채널 대역폭에 대한 자원 할당 방법 및 RBG 크기 설정 방법을 제안한다. 또한 슬롯의 구조/제어채널/데이터채널의 다양한 DMRS 패턴에 따른 PRG 크기 설정 방법을 제안한다.

또한 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 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. 이하, 기지국은 단말의 자원할당을 수행하는 주체로서, eNode B, Node B, BS (Base Station), 무선 접속 유닛, 기지국 제어기, 또는 네트워크 상의 노드 중 적어도 하나일 수 있다. 단말은 UE (User Equipment), MS (Mobile Station), 셀룰러폰, 스마트폰, 컴퓨터, 또는 통신기능을 수행할 수 있는 멀티미디어시스템을 포함할 수 있다. 본 발명에서 하향링크(Downlink; DL)는 기지국이 단말에게 전송하는 신호의 무선 전송경로이고, 상향링크는(Uplink; UL)는 단말이 기국에게 전송하는 신호의 무선 전송경로를 의미한다.

아래 설명할 본 발명의 실시예 3-1~3-2에서는 5G 시스템에서 증가된 채널 대역폭에 대한 RBG 크기 설정 및 자원 할당 방법을 제안한다. 본 발명의 실시예 3-3에서는 슬롯의 구조/제어채널/데이터채널의 다양한 DMRS 패턴에 따른 PRG 크기 설정 및 PRB bundling방법을 제안한다. 또한 본 발명의 실시예 3-4는 제안한 RBG 및 PRG 크기에 대한 기지국 단말 동작을 구체적으로 설명한다.

<제3- 1실시예 >

제3-1실시예는 본 발명에서 제안하는 증가된 채널 대역폭에 대한 RBG 크기 설정 방법을 설명한다. 앞서 설명한 바와 같이 5G 통신시스템은 다양한 numerology가 지원될 뿐만 아니라, 100MHz까지의 채널 대역폭을 고려하고 있다. 예를 들어, 아래 표 3e에 NR 통신 시스템에서 지원하는 numerology따른 다양한 서브케리어 간격(subcarrier spacing)과 하향링크 채널 대역폭(Channel bandwidth)에 따른 하향링크 시스템 전송 대역폭(

)을 나타내었다.

[표 3e]

상기 표 3e에서 한 RB는 12개의 서브케리어로 구성됨을 가정한다 또한 NA는 전송 가능 RB가 없음을 의미한다. 상기 표 3b에서 설명한 바와 같이 현재 LTE 시스템에서는 시스템 전송 대역폭(

)이 110 RB까지 정의되었다. 하지만 3e에 도시된 바와 같이 NR 통신 시스템을 고려하였을 때 최대 500 RB의 시스템 대역폭이 고려될 수 있다. 표 3e에 현재 LTE 시스템에서는 정의되지 않은 시스템 전송 대역폭을 강조하여 표시하였다. 기지국이 증가된 시스템 대역폭에 대한 자원 할당 정보를 flexible하게 전달하기 위해서는 필요한 DCI 비트수가 증가하게 되는 문제점이 있다. 예를 들어, 상기 표 3b에서와 같이 최대 4 RBG를 가정할 경우에 500 RB에 대해 필요한 DCI 비트 수는 125 비트가 된다. 이렇게 증가된 DCI 비트 수는 제어채널의 전송 커버리지를 낮추기 때문에 증가된 대역폭에 따라서 DCI 비트 수를 증가시킬 수 없는 제약이 있다. 따라서 본 발명에서는 증가된 채널 대역폭에 대한 RBG 크기 설정 방법을 제안한다.

우선 RBG 크기의 설정은 현재 LTE 시스템과 유사하게 시스템 대역에 따라 정해진 값의 RBG 크기로 설정될 수 있다. 아래 표3f에 증가된 채널 대역폭에 대한 RBG 크기를 시스템 대역에 따라 결정하는 방법을 표 3f에 도시하였다.

[표 3f]

예를 들어, 상기 표 3f는 NR 시스템에서 정의된 슬롯이 14개의 심볼로 구성되었을 경우에, DCI 비트수를 최대 25비트로 유지하기 위해 유효한 RBG 설정값은 아래와 같이 결정될 수 있다.

[표 3g]

또 따른 예로, 표 3f는 NR 시스템에서 정의된 슬롯이 7개의 심볼로 구성되었을 경우에 또는 미니 슬롯으로 구성될 경우에, 자원 할당의 단위를 증가시킬 필요가 있기 때문에 유효한 RBG 설정 값은 아래와 같이 표 3g보다 크게 결정될 수 있다.

[표 3h]

따라서 이와 같이 RBG 설정 방법은 NR 시스템에서 고려되는 슬롯의 구조에 따라서 시스템 대역에 따라 정해진 값의 RBG 크기가 달라질 수 있다. 예를 들어, 슬롯이 14나 7의 심볼로 구성되었을 경우에는 표 3g를 참고하여 RBG가 결정되며, 더 작은 심볼로 구성된 미니 슬롯 구조에서는 표 3h를 참고하여 RBG가 결정될 수 있다. 표 3g와 표 3h에 명시된 RBG 크기는 NR 시스템을 고려하여 제안된 값이지만 본 발명에서 RBG 크기는 표 3g와 표 3h에 명시된 값에 한정하지 않는다. 도3c를 통해 발명에서 제안하는 RBG 설정 방법을 보다 구체적으로 설명한다. 우선 단말은 300단계에서 설정된 슬롯의 정보를 확인하고 310단계에서 슬롯의 구조에 따라서 다르게 설정된 RBG 크기를 판단할 수 있다. 만약 슬롯의 구조가 구조1로 설정되었다고 가정하면 RBG 설정1을 가정한다. 만약 슬롯의 구조가 구조2로 설정되었다고 가정하면 RBG 설정2을 가정한다. 또한 설정된 RBG 크기에 따라서 자원 할당 정보를 수신하게 된다.

<제3- 2실시예 >

제3-2실시예는 제3-1실시예에서 제안한 RBG 크기 설정 방법을 활용하여 보다 효과적으로 자원 할당하는 방법을 제안한다. 제3-2실시예의 표 3g와 표 3h에 도시된 바와 같이 증가된 채널 대역폭으로 인하여 RBG 크기가 최대 20까지 증가되었다. 만약 기지국이 RBG 크기 20을 기준으로 자원할당을 수행할 경우에 항상 큰 사이즈로 자원 할당을 수행해야 하는 제약이 발생할 수 있다. 제3-2실시예에서는 이러한 문제점을 해결하기 위한 추가적인 RBG 크기 설정 방법을 제안한다. 좀 더 작은 사이즈로 자원할당을 가능케 하기 위해서 추가적인 비트를 DCI에 추가할 수 있다. 표 3b에서 설명한 바와 같이 기존의 LTE 시스템의 최대 RBG 크기는 4이다. 자원 할당의 RBG 크기를 4로 유지하기 위한 방법으로 최대 5비트를 DCI에 추가할 수 있다. 이 방법을 도3d를 통해 보다 자세히 설명하다. 예를 들어, 도 3d의 410과 같이 최대 500 RB의 시스템 대역폭이 할당된 경우에 RBG 크기를 4로 유지하기 위한 첫번째 방법은 제3-1실시예에서 제안된 RBG값 P를 먼저 적용하여

=25bit 비트맵을 이용하여 500RB중 20RB의 자원 할당 위치를 설정한다. 그 다음 5bit 비트맵을 추가적으로 사용하여 할당된 20RB에서 4RB의 할당 위치를 설정할 수 있다. 5bit 비트맵을 이용하여 할당된 4RB 위치는 다른 위치에 20RB가 할당된 경우에도 항상 고정적이다.

이와 달리, 최대 500 RB의 시스템 대역폭이 할당된 경우에 RBG 크기를 4로 유지하기 위한 두번째 방법은 도3의 420과 같이 우선 5bit 비트맵을 이용하여 500RB중 100RB의 자원 할당 위치를 설정한다. 그 다음 25bit 비트맵을 이용하여 100RB에서 4RB의 할당 위치를 설정할 수 있다. 상기 두가지 방법 모두 총 30비트를 이용하여 4RB의 자원 할당이 가능하며, 추후 적용 방법에 따라서 RBG 크기가 RBG와 sub RGB와 같이 구분되어 정의 될 수 있다.

<제3- 3실시예 >

제3-3실시예는 본 발명에서 제안하는 PRG 크기를 설정 방법을 제안한다. 앞서 설명한 바와 같이 LTE 시스템과 비교하여, NR 시스템은 슬롯의 구조/제어채널/데이터채널의 다양한 DMRS 패턴에 따라 다양한 PRG 크기가 지원될 수 있다. 구체적으로, LTE 시스템에서는 상기 표 3d에서 설명한 바와 같이 해당 PRG 단위가 단말에게 설정된 시스템 대역폭에 따라 하나의 크기로 결정됨에 반하여 5G 통신시스템에서는 다양한 PRG 크기가 지원될 필요가 있다. 예를 들어, 슬롯에 비하여 미니 슬롯의 구조에서는 데이터를 보낼 수 있는 영역이 줄어들기 때문에 채널 추정 성능을 보장하는 최소한의 DMRS density가 요구된다. 또한 LTE에서는 전 밴드 에서 전송되는 CRS를 이용하여 제어 채널에 대한 채널 추정을 수행하는데 반하여, NR에서는 제어 채널에서 전송되는 DMRS를 사용하여 채널 추정을 수행한다. 제어 채널의 영역 역시 데이터 채널의 영역에 비해서 제어정보를 보낼 수 있는 영역이 한정되어 있기 때문에 채널 추정 성능을 보장하는 최소한의 DMRS density가 요구된다. 또한 NR에서는 데이터 채널에서 다양한 DMRS 패턴을 지원하는 것이 합의 되었다. 따라서 사용되는 DMRS 패턴에 따라서 채널 추정 성능이 달라 질 수 있다. 상기와 같은 경우에, PRB bundling의 크기를 증가시키게 되면 주파수상 작은 DMRS density를 가질 경우에 채널 추정 성능을 향상 시키는 것이 가능해 진다. 도3e를 통해 하나의 OFDM 심볼에 매핑된 다양한 DMRS 구조의 예를 도시하였다. 만약 510과 같이 주파수상에서 낮은 DMRS density를 가질 경우에 520이나 530의 DMRS의 구조와 비교하여 PRB bundling 크기를 증가시킬 경우에 채널 추정 성능을 향상 시키는 것이 가능해 진다. 따라서 LTE 시스템과 달리 NR에서는 해당 PRG 단위가 전송되는 OFDM 심볼 위치에 따라서 다양한 크기로 지원될 수 있다. 따라서 본 발명에서는 다양한 PRG 크기를 설정 방법을 제안한다. PRG 크기 설정 방법은 아래와 같이 두 가지 방법을 고려할 수 있다.

- PRG 설정 방법1: 시스템 대역에 따라 정해진 값의 PRG 크기를 설정

- PRG 설정 방법2: 기지국이 상위 레이어 시그널링 (RRC)이나 동적 시그널링 (DCI, MAC CE 등)을 통해 PRG 크기를 설정.

우선 PRG 설정 방법1은 현재 LTE 시스템과 유사하게 시스템 대역에 따라 정해진 값의 PRG 크기로 설정될 수 있다. 아래 표3f에 증가된 채널 대역폭에 대한 RBG 크기를 시스템 대역에 따라 결정하는 방법을 표 3f에 도시하였다.

[표 3i]

예를 들어, 상기 표 3i는 NR 시스템에서 시스템 대역에 따라 유효한 최소한의 PRB 설정 값은 아래와 같이 결정될 수 있다.

[표 3j]

또 따른 예로, 표 3k는 NR 시스템에서 PRB 크기를 증가시켜 채널 추정 성능을 상향시킬 필요가 있을 경우 유효한 PRB 설정 값은 아래와 같이 표 3j보다 크게 결정될 수 있다.

[표 3k]

따라서 PRG 설정 방법1의 경우에 시스템 대역에 따라 PRG 크기 설정되고 상기 설명한 바와 같이 슬롯의 구조나, 적용되는 채널, 또는 적용되는 DMRS 구조에 따라서 다른 PRG 크기를 설정하는 것이 가능하다. 예를 들어, 이는 DCI에 한 비트를 추가하여 표3j인지 표3k인지 지시하는 것으로 설정할 수 있다. 표 3j와 표 3k에 명시된 PRG 크기는 NR 시스템을 고려하고 PRB bundling의 성능을 고려하여 제안된 값이지만 본 발명에서 PRG 크기는 표 3j와 표 3k에 명시된 값에 한정하지 않는다. 하지만 추가적인 시그널링을 도입하지 않고, 간접적으로 PRG 크기를 지시하는 것이 가능하다. 우선 도3f를 통해 간접적으로 PRG 크기를 지시하는 방법을 보다 구체적으로 설명한다. 도3f에서 슬롯의 구조에 따른 PRG 크기를 간접적으로 지시하는 것은 600~630을 통해 도시하였다. 이 경우 우선 단말은 600단계에서 설정된 슬롯의 정보를 확인하고 610단계에서 슬롯의 구조에 따라서 다르게 설정된 PRG 크기를 판단할 수 있다. 만약 슬롯의 구조가 구조1로 설정되었다고 가정하면 PRG 설정1을 가정한다. 만약 슬롯의 구조가 구조2로 설정되었다고 가정하면 PRG 설정2을 가정한다. 예를 들어, 슬롯의 구조는 보통의 슬롯과 미니 슬롯으로 구분 지어질 수 있다. 도3f에서 채널의 종류에 따른 PRG 크기를 간접적으로 지시하는 것은 700~730을 통해 도시하였다. 이 경우 우선 단말은 700단계에서 해당 채널의 정보를 확인하고 710단계에서 채널의 종류에 따라서 다르게 설정된 PRG 크기를 판단할 수 있다. 만약 채널의 종류가 채널1로 설정되었다고 가정하면 PRG 설정1을 가정한다. 만약 채널의 종류가 채널2로 설정되었다고 가정하면 PRG 설정2을 가정한다. 예를 들어, 채널의 종류는 데이터 채널과 제어 채널로 구분 지어질 수 있다. 다음으로, 도3f에서 DMRS 구조에 따른 PRG 크기를 간접적으로 지시하는 것은 800~830을 통해 도시하였다. 이 경우 우선 단말은 800단계에서 설정된 DMRS 설정 정보를 확인하고 810단계에서 DMRS 구조에 따라서 다르게 설정된 PRG 크기를 판단할 수 있다. 만약 DMRS 구조가 구조1로 설정되었다고 가정하면 PRG 설정1을 가정한다. 만약 DMRS의 구조가 구조2로 설정되었다고 가정하면 PRG 설정2을 가정한다. 예를 들어, DMRS의 구조는 도3e에 도시한 바와 같이 서로 다른 DMRS density를 갖는 것으로 구분 지어질 수 있다. 또한 800~830에서 DMRS의 구조에 대한 용어는 DMRS pattern, DMRS port, 또는 DMRS 설정과 같은 해석상 유사한 기능을 갖는 다른 용어로 대체 될 수 있음에 유념한다.

다음으로 PRG 설정 방법2는 상기와 PRG 설정 방법1과 달리 설정 가능한 PRG 크기의 세트를 구성하고 기지국이 상위 레이어 시그널링 (RRC)이나 동적 시그널링 (DCI, MAC CE 등)을 통해 PRG 크기를 설정하는 방법이다. 이러한 방법은 PRG 설정을 방법1과 같이 간접적으로 지시하지 않고 직접적으로 설정하기 때문에 시그널링 오버헤드가 발생할 수 있지만, 기지국의 판단에 따라 유연하게 PRG 크기를 결정할 수 있는 장점을 갖는다. 예를 들어, NR 시스템에서 고려하는 대역폭과 PRG 크기를 고려하여 설정 가능한 PRG 크기의 세트는 다음과 같이 설정될 수 있다.

[수학식 3a]

PRG_set={1, 2, 3, 4, All}

상기 수학식 3a에서 PRG size=1은 PRB bundling을 하지 않고 항상 하나의 RB안에서만 동일한 precoding을 사용하는 것을 의미하며, PRG size=All은 시스템 대역 혹은 단말에게 설정 혹은 할당된 전대역에 PRB bundling 설정하도록 하는 것이다. 만약 기지국이 동적 시그널링을 통해 수학식 3a에 포함된 PRG를 단말에게 지시하기 위해서는 아래 표와 같이 3bit의 정보가 사용될 수 있다.

[표 3l]

상기 표3l에서 reserved는 더 큰 PRG를 설정하기 위해 활용할 수 있다. 예를 들어, PRG size=6, 8, 10이 추가될 수 있다.

다음으로 상위 레이어 시그널링 (RRC)이나 동적 시그널링 (DCI, MAC CE 등)을 모두 활용한 방법을 고려해 볼 수 있다. 표3l에서와 같이 동적 시그널링만을 사용하여 PRG 크기를 지시할 경우에 동적 시그널링 오버헤드가 발생하는 문제점이 있다. 이를 보완하기 위해 상위 레이어 시크널링을 활용할 수 있다. 첫번째로 상위 레이어에 PRB bundling ON/OFF 시그널링을 설정해 놓을 경우에 동적 시그널링에 사용되는 상기 수학식 3a은 아래 수학식으로 변형될 수 있다.

[수학식 3b]

PRG_set={2, 3, 4, All}

수학식 3a에서와 마찬가지로 상기 수학식 3b에서 PRG size=All은 시스템 대역 혹은 단말에게 설정 혹은 할당된 전대역에 PRB bundling 설정하도록 하는 것이다. 이와 같이 상위 레이어 시그널링을 통해 PRB bundling ON/OFF를 설정할 경우, 기지국은 동적 시그널링을 통해 수학식 3b에 포함된 PRG를 단말에게 지시하기 위해서는 아래 표와 같이 2bit의 정보가 사용될 수 있다.

[표 3m]

만약 1bit 동적 시그널링만으로 PRG 크기를 지시하고 싶은 경우에, 두번째 방법으로 상위 레이어에 다수의 PRG_set을 정의하고 이에 대한 선택을 시그널링을 설정할 수 있다. 예를 들어, 아래와 같이 2개의 PRG를 포함하는 다수의 PRG_set을 상위레이어에 설정할 수 있다.

[수학식 3c]

PRG_set1={1, All}, PRG_set1={2, 4}, PRG_set1={3, 6}

이와 같이 다수의 PRG_set를 설정하고, 상위 레이어 통해 이에 대한 선택을 시그널링 할 경우에, 기지국은 아래 표에 나타낸 바와 같이, 1bit 동적 시그널링을 통해 PRG_set의 두개의 PRG중 하나를 선택하여 단말에게 지시하는 것이 가능하다.

[표 3n]

<제3- 4실시예 >

제3-4실시예는 상기 실시예에서 제안한 RBG 및 PRG 크기 설정 방법에 대한 기지국 단말 동작을 도3g를 통해 보다 구체적으로 설명한다. 우선 RBG 설정의 경우 900~920을 통해 도시하였다. 도3g의 900단계에서 기지국은 제3-1실시예와 제3-2실시예에서 제시한 바와 같이 자원할당을 위해 설정된 RBG 크기에 따라 자원할당 정보를 단말에게 전송한다. 제3-1실시예의 경우 자원 할당 방법에 따라

의 비트를 DCI에 추가할 수 있다. 또한 제3-2실시예가 적용되는 경우 추가적인 비트를 사용하게 되어

에보다 큰 비트가 DCI에 추가될 수 있다. 다음으로 단말은 910단계에서 PRG 크기 정보를 수신하게 된다. 마지막으로 920단계에서 단말은 자원 할당 정보를 해석하고 이에 따라 resource deallocation을 수행할 수 있다.

다음으로 PRG 설정의 경우에 1000~1020을 통해 도시하였다. 도3g의 1000단계에서 기지국은 제3-2실시예에서 제시한 바와 같이 PRG 크기에 대한 정보를 정보를 직접적 또는 간접적으로 단말에게 전달한다. 다음으로 1010단계에서 단말은 PRG 크기에 대한 정보를 수신한다. 마지막으로 1020단계에서 단말은 기준신호를 이용한 데이터 복호를 위한 채널 추정에 있어 시스템 대역에 연동된 PRB bundling을 이용하여 해당 bundling 단위인 PRG 내에서 채널 추정을 시행한다.

본 발명의 상기 실시예들을 수행하기 위해 단말과 기지국의 송신부, 수신부, 처리부가 각각 도3h과 도3i에 도시되어 있다. 상기 제3-1실시예부터 제3-4실시예까지 RBG 및 PRG 크기 설정에 따른 기지국 단말 동작을 수행하기 위해 기지국과 단말의 송수신 방법이 나타나 있으며, 이를 수행하기 위해 기지국과 단말의 수신부, 처리부, 송신부가 각각 실시 예에 따라 동작하여야 한다.

구체적으로 도3h은 본 발명의 실시예에 따른 단말의 내부 구조를 도시하는 블록도이다. 도3h에서 도시되는 바와 같이, 본 발명의 단말은 단말기 수신부(1800), 단말기 송신부(1804), 단말기 처리부(1802)를 포함할 수 있다. 단말기 처리부(1802)는 제어부로 명명할 수 있다. 단말기 처리부(1802)는 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다. 단말기 수신부(1800)와 단말이 송신부(1804)를 통칭하여 본 발명의 실시 예에서는 송수신부라 칭할 수 있다. 송수신부는 기지국과 신호를 송수신할 수 있다. 상기 신호는 제어 정보와, 데이터를 포함할 수 있다. 이를 위해, 송수신부는 송신되는 신호의 주파수를 상승 변환 및 증폭하는 RF 송신기와, 수신되는 신호를 저 잡음 증폭하고 주파수를 하강 변환하는 RF 수신기 등으로 구성될 수 있다. 또한, 송수신부는 무선 채널을 통해 신호를 수신하여 단말기 처리부(1802)로 출력하고, 단말기 처리부(1802)로부터 출력된 신호를 무선 채널을 통해 전송할 수 있다. 단말기 처리부(1802)는 상술한 본 발명의 실시예에 따라 단말이 동작할 수 있도록 일련의 과정을 제어할 수 있다.

도3i는 본 발명의 실시예에 따른 기지국의 내부 구조를 도시하는 블록도이다. 도3i에서 도시되는 바와 같이, 본 발명의 기지국은 기지국 수신부(1901), 기지국 송신부(1905), 기지국 처리부(1903)를 포함할 수 있다. 기지국 처리부(1903)은 제어부로 명명할 수 있다. 기지국 처리부(1903)은 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다. 기지국 수신부(1901)와 기지국 송신부(1905)를 통칭하여 본 발명의 실시 예에서는 송수신부라 칭할 수 있다. 송수신부는 단말과 신호를 송수신할 수 있다. 상기 신호는 제어 정보와, 데이터를 포함할 수 있다. 이를 위해, 송수신부는 송신되는 신호의 주파수를 상승 변환 및 증폭하는 RF 송신기와, 수신되는 신호를 저 잡음 증폭하고 주파수를 하강 변환하는 RF 수신기 등으로 구성될 수 있다. 또한, 송수신부는 무선 채널을 통해 신호를 수신하여 기지국 처리부(1903)로 출력하고, 단말기 처리부(1903)로부터 출력된 신호를 무선 채널을 통해 전송할 수 있다. 기지국 처리부(1903)는 상술한 본 발명의 실시예에 따라 기지국이 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.

Claims

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.