KR20190076207A - 식별자와 심볼 레벨 확산에 기반한 비직교 상향 링크 전송 방법 및 이를 위한 단말 장치 - Google Patents

식별자와 심볼 레벨 확산에 기반한 비직교 상향 링크 전송 방법 및 이를 위한 단말 장치 Download PDF

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Abstract

단말에서 수행되는 기지국에 대한 비직교 상향링크 전송 방법이 개시된다. 비직교 상향링크 전송 방법은 기지국으로부터 단말 식별자를 획득하는 단계; 기지국으로 전송할 정보 비트열(information bit)에 채널 코딩 및 비트-레벨 확산(bit-level spreading)을 수행하는 단계; 채널 코딩 및 확산된 정보 비트열에 대하여 단말 식별자에 기반한 비트-레벨 인터리빙을 수행하는 단계; 및 인터리빙된 비트열을 주어진 변조 차수에 따른 비트들의 묶음에 대응되는 변조 차수에 따른 심볼 쌍들로 생성하는 심볼-레벨 확산(symbol-level spreading) 및 변조 단계를 포함하여 구성될 수 있다. 따라서, 별도의 스케쥴링 요청 및 그랜트 절차 없이 상향링크 전송을 수행할 수 있기 때문에 전송 지연과 전력 소모를 감소시킬 수 있다.

Description

식별자와 심볼 레벨 확산에 기반한 비직교 상향 링크 전송 방법 및 이를 위한 단말 장치{NON-ORTHOGONAL UPLINK TRANSMISSION METHOD BASED ON IDENTIFICATION AND SYMBOL-LEVEL SPREADING AND TERMINAL APPARATUS THEREFOR}
본 발명은 무선 이동 통신 시스템의 물리 계층 다중화 기법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기지국의 제어 없이 단말이 상향링크 전송 시점을 결정하여 전송하는 비직교 상향링크 전송 방법에 관한 것이다.
종래 셀룰러 네트워크의 상향 링크는 직교 전송(orthogonal transmission)을 기본으로 구성되어 왔다. 직교 전송이란 시간(time), 주파수(frequency) 혹은 코드(code) 상으로 단말 간의 자원이 겹치지 않도록 하는 전송을 의미한다. 따라서, 직교 전송에 기반한 경우, 기지국은 각자 독립된 자원을 사용하는 단말의 상향전송 신호를 수신하여 하나의 단말이 송신한 신호를 다른 단말의 신호의 간섭 없이 복조할 수 있다.
또한, 단말이 상향링크를 통해서 전송할 데이터의 양이 큰 반면 기지국이 해당 단말에 할당할 수 있는 상향링크 자원이 부족한 경우, 단말이 전송하는 데이터의 채널 코딩율(channel coding rate)을 높이거나 변조 차수(modulation order)를 높여야 하는 상황인데, 기지국 수신 성능의 제약 때문에 채널 코딩율이나 변조 차수를 높이지 못하는 경우는 상향링크를 통해서 동시에 전송 가능한 단말의 수를 제한하는 형태로 대처하여 왔다. 하지만, 이 경우 전체 네트워크의 처리량(throughput) 저하를 유발한다. 따라서, 채널 코딩율이나 변조 차수를 높이지 않으면서도, 스펙트럼 효율(spectral efficiency)를 높이되 기지국의 수신 성능 저하를 유발하지 않는 비-직교 전송(non-orthogonal transmission) 방식이 필요하다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 기지국의 제어 없이 단말이 상향링크 전송 시점을 결정하여 전송하는 비직교 상향링크 전송 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은, 기지국의 제어 없이 상향링크 전송 시점을 결정하여 전송하는 비직교 상향링크 전송을 수행하는 단말 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 단말에서 수행되는 기지국에 대한 비직교 상향링크 전송 방법으로서 상기 기지국으로부터 단말 식별자를 획득하는 단계; 상기 기지국으로 전송할 정보 비트열(information bit)에 채널 코딩 및 비트-레벨 확산(bit-level spreading)을 수행하는 단계; 상기 채널 코딩 및 확산된 정보 비트열에 대하여 상기 단말 식별자에 기반한 비트-레벨 인터리빙을 수행하는 단계; 및 상기 인터리빙된 비트열을 주어진 변조 차수에 따른 비트들의 묶음에 대응되는 상기 변조 차수에 따른 심볼 쌍들로 생성하는 심볼-레벨 확산(symbol-level spreading) 및 변조 단계를 포함할 수 있다.
상기 단말 식별자는 상기 기지국으로부터 획득된 하향링크 프레임 타이밍 정보로부터 추정된 상향링크 프레임 타이밍 정보에 기초하여 전송되는 등록 요청에 대한 응답으로서 수신될 수 있다.
상기 하향링크 프레임 타이밍 정보는 상기 기지국으로부터 수신된 동기 신호 및 시스템 정보로부터 획득될 수 있다.
상기 단말 식별자는 C-RNTI(cell radio network temporary identifier)일 수 있다.
상기 채널 코딩 및 확산에 의한 상기 정보 비트열에 대한 최종 부호화율은 상기 채널 코딩의 부호화율과 상기 확산의 확산계수(spreading factor)의 역수의 곱으로 결정될 수 있다.
상기 비트-레벨 인터리빙은 상기 단말 식별자(n 비트, n은 자연수)를 각각 n/m개 비트로 구성된 m개(m은 자연수)의 파라미터들로 분할하고, 분할된 m개의 파라미터와 대역폭에 대응되는 비트 길이의 랜덤 시퀀스를 이용한 대역폭-심도-인터리빙(BDI; bandwidth depth interleaving)일 수 있다.
이때, 상기 대역폭에 대응되는 비트 길이는, OFDM 전송의 경우, 상기 대역폭에 대응되는 부반송파의 개수와 각 부반송파에 전송되는 심볼당 비트 수의 곱일 수 있다.
상기 심볼 쌍들 각각은 홀수번째 심볼과 짝수번째 심볼을 포함하고, 상기 주어진 변조 차수에 따른 비트들의 묶음에 속한 적어도 하나의 비트는 상기 홀수번째 심볼과 짝수번째 심볼에 공통적으로 매핑될 수 있다.
상기 주어진 변조 차수가 3인 경우, 상기 인터리빙된 비트열을 3비트들의 묶음에 대응되는 2개의 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 심볼들로 구성할 수 있다.
상기 주어진 변조 차수가 4인 경우, 상기 인터리빙된 비트열을 4비트들의 묶음에 대응되는 2개의 8-PSK(Phase Shift Keying) 심볼 쌍들로 구성할 수 있다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 기지국에 대한 비직교 상향링크 전송을 수행하는 단말 장치로서, 적어도 하나의 프로세서, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해서 실행되는 적어도 하나의 명령어가 저장된 메모리, 및 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해서 제어되는 송수신기(transceiver)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 적어도 하나의 명령어는, 상기 기지국으로부터 상기 송수신기를 통하여 단말 식별자를 획득하고, 상기 기지국으로 전송할 정보 비트열(information bit)에 채널 코딩 및 비트-레벨 확산(bit-level spreading)을 수행하며, 상기 채널 코딩 및 확산된 정보 비트열에 대하여 상기 단말 식별자에 기반한 비트-레벨 인터리빙을 수행하며, 상기 인터리빙된 비트열을 주어진 변조 차수에 따른 비트들의 묶음에 대응되는 상기 변조 차수에 따른 심볼 쌍들로 생성하도록 구성될 수 있다.
상기 단말 식별자는 상기 기지국으로부터 획득된 하향링크 프레임 타이밍 정보로부터 추정된 상향링크 프레임 타이밍 정보에 기초하여 전송되는 등록 요청에 대한 응답으로서 수신될 수 있다.
상기 하향링크 프레임 타이밍 정보는 상기 기지국으로부터 수신된 동기 신호 및 시스템 정보로부터 획득될 수 있다.
상기 채널 코딩 및 확산에 의한 상기 정보 비트열에 대한 최종 부호화율은 상기 채널 코딩의 부호화율과 상기 확산의 확산계수(spreading factor)의 역수의 곱으로 결정될 수 있다.
상기 비트-레벨 인터리빙은 상기 단말 식별자(n 비트, n은 자연수)를 각각 n/m개 비트로 구성된 m개(m은 자연수)의 파라미터들로 분할하고, 분할된 m개의 파라미터와 대역폭에 대응되는 비트 길이의 랜덤 시퀀스를 이용한 대역폭-심도-인터리빙(BDI; bandwidth depth interleaving)일 수 있다.
상기 대역폭에 대응되는 비트 길이는, OFDM 전송의 경우, 상기 대역폭에 대응되는 부반송파의 개수와 각 부반송파에 전송되는 심볼당 비트 수의 곱일 수 있다.
상기 심볼 쌍들 각각은 홀수번째 심볼과 짝수번째 심볼을 포함하고, 상기 주어진 변조 차수에 따른 비트들의 묶음에 속한 적어도 하나의 비트는 상기 홀수번째 심볼과 짝수번째 심볼에 공통적으로 매핑될 수 있다.
상기 적어도 하나의 명령어는 상기 송수신기를 제어하여 상기 생성된 심볼 쌍들에 대한 IFFT(inverse fast Fourier transform) 및 순환전치(cyclic prefix) 추가 과정을 수행하여, 상기 심볼 쌍들을 전송하도록 구성될 수 있다.
상기 주어진 변조 차수가 3인 경우, 상기 인터리빙된 비트열을 3비트들의 묶음에 대응되는 2개의 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 심볼 쌍들로 구성할 수 있다.
상기 주어진 변조 차수가 4인 경우, 상기 인터리빙된 비트열을 4비트들의 묶음에 대응되는 2개의 8-PSK(Phase Shift Keying) 심볼 쌍들로 구성할 수 있다.
본 발명의 구성에 따르면 제한된 상향링크 자원이 제공된 경우 수신 성능을 높이는 변조 신호 구성에 따른 효율적인 비-직교 상향링크 전송이 가능하다. 또한, 단말 별 식별자 정보에 기반하여 여러 단말의 신호를 구분할 수 있기 때문에 별도의 스케쥴링 요청(scheduling request) 및 그랜트(grant) 절차 없이 상향링크 전송을 수행할 수 있기 때문에 전송 지연(transmission latency)과 전력 소모를 감소시킬 수 있다. 따라서, 대규모 사물통신(mMTC; massive machine-type communications)의 요소 기술로서 활용될 수 있다.
도 1은 종래 통신 시스템에서 기지국과 단말들 간의 직교 전송 방식에 따른 상향링크 전송을 설명하기 위한 개념도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비직교 상향링크 전송 방법이 적용될 경우의 기지국과 단말들 간의 상향링크 전송을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비직교 다중화 상향링크 전송 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비직교 다중화 상향링크 전송 방법이 복수의 단말들에서 병렬적으로 수행될 경우를 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 비직교 다중화 상향링크 전송 방법에서 각 단말의 상향링크 데이터에 대한 코딩/확산/변조 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 비직교 다중화 상향링크 전송 방법의 심볼-레벨 확산 및 변조 과정에 따른 QPSK 심볼 쌍의 구성예를 설명하기 위한 성상도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 비직교 다중화 상향링크 전송 방법의 심볼-레벨 확산 및 변조 과정에 따른 8-PSK 심볼 쌍의 구성예를 설명하기 위한 성상도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 종래 통신 시스템에서 기지국과 단말들 간의 직교 전송 방식에 따른 상향링크 전송을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 기지국(100)과 단말들(120, 130)로 구성된 종래 통신 시스템에서는, 단말들 간에 직교성(orthogonality)이 보장된 상향링크 전송이 이루어지려면 모든 단말의 상향링크 전송은 전적으로 기지국(100)의 제어와 스케쥴링에 기반하여 운영되어야만 한다. 즉, 기지국(100)이 각각의 단말에게 할당된 시간(time), 주파수(frequency), 혹은 코드(code) 자원 등의 상향링크 자원에 대한 정보(즉, 후술될 스케쥴링 정보 또는 그랜트 정보)를 각 단말에게 전송해주어야 하며, 이러한 자원 할당 정보를 각 단말은 수신해야 한다.
구체적으로, 단말(예컨대, 단말(110))이 기지국(100)에게 상향링크로 전송하려는 데이터를 가지고 있다면, 단말은 먼저 기지국에게 전송할 데이터의 양에 대한 정보(BSR; buffer status report)를 포함한 스케쥴링 요청(SR; scheduling request; 111)을 전송하게 한다. 단말(110)의 스케쥴링 요청(111)을 수신하면, 지지국은 스케쥴링 요청(111)에 포함된 정보를 참조하여, 단말(110)의 상향링크 전송을 위해 할당된 시간, 주파수 혹은 코드 자원에 대한 정보, 전송될 데이터의 크기, 전송될 데이터에 전용될 변조 방식과 채널 코딩율 등의 정보가 포함된 스케쥴링 정보(scheduling information; 112) 또는 그랜트 정보(grant information)를 단말(110)에게 전송한다. 이때, 상기 스케쥴링 요청과 스케쥴링 정보의 전송 및 수신은 기지국(100)과 단말(110), 기지국(100)과 단말(120)에 대해서 각각 수행되게 된다. 예컨대, 단말(120)은 기지국(100)에게 상향링크로 전송할 데이터가 있다면 스케쥴링 요청(121)을 기지국(100)으로 전송하고, 이에 대한 응답으로 스케쥴링 정보(122)를 기지국(100)으로부터 수신하게 된다. 이때, 단말(110)과 단말(120)에게 할당되는 상향링크 전송 자원들(즉, 시간, 주파수, 또는 코드 자원)은 서로 직교한 자원들이다.
상기 스케쥴링 정보(112, 122)를 수신한 단말들(110, 120)는 상호 직교하는 상향링크 자원들(즉, 스케쥴링 정보(112, 122)를 통해서 할당 받은 상향링크 자원들)을 이용하여 각자의 상향링크 데이터((113, 123))를 기지국(100)으로 전송할 수 있다. 따라서, 기지국은 각자 독립된 자원을 사용하는 단말들(110, 120)의 상향링크 전송 신호를 수신하여 각각의 단말이 송신한 사용자의 신호를 다른 단말 사용자의 신호의 간섭 없이 복조할 수 있게 된다.
한편, 상술된 직교 전송 기반의 통신 시스템에서 상향링크 전송은 스케쥴링 요청(111, 121)과 스케쥴링 정보(112, 122)의 수신이 항상 수반되어야 하므로, 상향링크로 전송할 데이터가 발생된 시점으로부터 실제 상향링크 전송을 할 수 있는 시간까지 상당한 전송 지연(transmission latency)과 전력 소모(power consumption)가 발생하게 된다. 특히, 상향링크를 통해 전송할 데이터의 양이 상대적으로 작은 경우, 상술된 스케쥴링 요청과 스케줄링 정보의 교환 절차는 상당한 오버헤드(overhead)가 될 수 있다.
따라서, 면허대역에서 상향링크로 신호를 전송하는 단말들이 동일한 자원을 사용하는 비-직교 형식의 경쟁 기반(contention based) 상향링크 전송을 하게 되면 스케쥴링 요청(SR)을 전송한 뒤 스케쥴링 정보를 수신하는 절차를 생략할 수 있다. 또한, 상향링크 전송 시점의 조정(TA; timing adjustment) 절차가 필요 없는 비동기(asynchronous) 시스템일 경우 추가적인 오버헤드, 전송 지연, 및 전력 소모량의 감소를 기대 할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비직교 상향링크 전송 방법이 적용될 경우의 기지국과 단말들 간의 상향링크 전송을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2를 참조하면, 기지국(200)에 전송할 상향링크 데이터를 각각 가진 단말(210)과 단말(220)은 기지국(200)에 대한 스케쥴링 요청의 전송 및 기지국(200)으로부터 스케쥴링 정보의 수신이 없이 전송할 상향링크 데이터가 존재하는 시점에서 즉시적으로 상향링크 데이터(213, 223)의 전송을 수행할 수 있다. 이 경우, 각각의 단말들(210, 220)은 기지국에 대한 스케쥴링 요청 전송 및 스케쥴링 정보 수신의 절차를 수행하지 않으므로, 스케쥴링 요청 전송 및 스케쥴링 정보 수신의 과정의 수행에 따른 전송 지연과 전력 소모를 줄일 수 있게 된다.
다만, 기지국 측에서는 수신된 상향링크 데이터(213, 223)가 어느 단말로부터 수신된 것인지를 확인할 수 있는 방법이 필요하다. 또한, 상향링크 데이터(213, 223)가 상호 직교하지 않는 상향링크 자원(즉, 중첩된 상향링크 자원)을 통해서 수신되는 비직교 전송의 경우, 단말별 상향링크 데이터를 적절하게 분리하고 안정적으로 복조 및 복호화(demodulation and decoding)할 수 있는 방법이 필요하다.
이하, 상술된 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 식별자와 심볼 레벨 확산에 기반한 비직교 다중화 상향 링크 전송 방법이 설명된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비직교 다중화 상향링크 전송 방법을 설명하기 위한 순서도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비직교 다중화 상향링크 전송 방법이 복수의 단말들에서 병렬적으로 수행될 경우를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비직교 다중화 상향링크 전송 방법은 도 2에서 예시된 단말들(210, 220) 각각에 의해서 기지국(200)에 대하여 수행될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 비직교 다중화 상향링크 전송 방법은, 상기 기지국으로부터 단말 식별자를 획득하는 단계(S310); 상기 기지국으로 전송할 정보 비트열(information bit)에 채널 코딩 및 비트-레벨 확산(spreading)을 수행하는 단계(S320); 상기 채널 코딩 및 확산된 정보 비트열에 대하여 상기 단말 식별자에 기반한 비트-레벨 인터리빙을 수행하는 단계(S330); 및 상기 인터리빙된 비트열을 주어진 변조 차수에 따른 소정 비트 수의 묶음에 대응되는 상기 변조 차수에 따른 심볼 쌍들로 생성하는 심볼-레벨 확산 및 변조 단계(S340)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 생성된 심볼 쌍들을 실제 전송하는 상향링크 전송 단계(S350)를 추가로 포함할 수 있다.
한편, 도 4를 참조하면, 상술된 도 3의 순서도를 통해 설명된 상향링크 전송 방법이 복수(예컨대, 5개)의 단말들(예컨대, 210, 220, ..., 250)에 의해서 독립적으로 각각 수행되는 경우, 각 단말의 송신단 구성이 설명될 수 있다.
예컨대, 단말(210)은 채널 코딩 블록(210-1), 비트-레벨 확산 블록(210-2), 비트-레벨 인터리빙 블록(210-3), 심볼-레벨 확산 및 변조 블록(210-4)을 거쳐서 상향링크 데이터를 전송할 수 있다. 또한, 단말(220)도 동일하게 채널 코딩 블록(220-1), 비트-레벨 확산 블록(220-2), 비트-레벨 인터리빙 블록(220-3), 심볼-레벨 확산 및 변조 블록(220-4)을 거쳐서 상향링크 데이터를 전송할 수 있다. 한편, 각 단말의 상향링크 전송이 직교 주파수 분할 다중화(OFDM; Orthogonal Frequency Division Multiplexing)에 기반할 경우, 추가적으로 IFFT(inverse fast Fourier transform) 및 순환전치(CP; cyclic prefix) 추가 블록(210-5, ..., 250-5)가 포함될 수 있다.
상기 블록들(210-1, ..., 210-5)을 거쳐서 생성된 각 단말의 상향링크 데이터 신호들은 기지국과 각 단말들간의 채널들을 거쳐서 기지국의 수신단을 통하여 기지국 측에 수신될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 비직교 다중화 상향링크 전송 방법에 의한 각 단말의 상향링크 데이터에 대한 코딩/확산/변조 과정을 설명하기 위한 개념도이다. 이하에서는, 상기 언급된 비직교 상향링크 전송 방법을 구성하는 각각의 세부 단계들(S310 내지 S340)을 도 5를 참조하여 상술한다.
먼저, 단말 식별자를 획득하는 단계(S310)의 수행 이전에, 각 단말은 기지국에서 전송하는 동기 신호(synchronization signal) 및 시스템 파라미터 정보를 이용하여, 기지국이 기준으로 설정한 하향링크 프레임 타이밍(downlink frame timing) 정보를 획득할 수 있다. 예컨대, 상기 동기 신호로는 LTE(Long Term Evolution) 기반 시스템의 PSS(Primary Synchronization Signal) 및 SSS(Secondary Synchronization Signal)가 적용될 수 있다. 또한, 상기 시스템 파라미터 정보로는 LTE 기반 시스템의 시스템 정보(SI; System Information)가 적용될 수 있다.
이후에, 단말은 획득한 하향링크 프레임 타이밍 정보를 기준으로 상향링크 프레임 타이밍 정보를 유추할 수 있다. 단말은 획득된 상향링크 프레임 타이밍 정보를 이용하여 기지국에 등록 요청(registration request)을 전송한 뒤 기지국으로부터 등록 요청에 대한 응답으로 단말 식별자를 획득하게 된다(S310). 이와 같이 단말 식별자를 기지국으로부터 부여 받는 절차는 그 자체가 요청된 등록에 성공하였음을 알리는 역할을 겸할 수 있다. 예를 들어, 상기 단말 식별자는 n비트(예컨대, 16 비트)로 이루어진 C-RNTI(cell radio network temporary identifier)일 수 있다. 이와 같이 획득된 단말 식별자는 후술될 비트-레벨 인터리빙에서 인터리빙 파라미터를 결정하기 위한 세부 파라미터로서 이용될 수 있다.
한편, 상술된 단말 식별자 획득 단계(S310)는 상향링크 전송 시점의 조정(TA; timing adjustment) 절차가 필요 없는 비동기(asynchronous) 시스템에서의 동작을 예시적으로 설명한 것이다. 비직교 전송의 경우, 일반적으로 상향링크 전송 시점의 조정이 필요 없는 비동기 시스템이 적용되지만, 상기 단말 식별자는 동기 시스템에서의 상향링크 전송 시점 조정 절차(TA)를 수반하는 랜덤 액세스(random access) 절차를 통해서 할당될 수도 있을 것이다.
다음으로, 채널 코딩 및 비트-레벨 확산을 수행하는 단계(S320)에서, 상기 기지국으로 전송할 정보 비트열(information bit)에 대한 채널 코딩 및 확산(spreading)이 수행될 수 있다. 본 발명의 실시예들에 적용되는 채널 코딩은 체계적(systematic) 형태를 가질 수 있다.
도 5를 참조하면, 각 단말이 전송할 상향링크 데이터를 구성하는 정보 비트열(information bit, 510)는 낮은 부호화율(low code rate)을 가지는 채널 코더(channel encoder)로 입력될 수 있다. 각 단말 별로 지정된 채널 코딩이 적용되어 출력 비트열(520)이 생성되면, 출력 비트열(520)에 대한 비트-레벨 확산(bit-level spreading)이 적용될 수 있다.
이때, 본 발명의 실시예들에서는 채널 코딩 단계에서 낮은 부호율(예컨대, R=1/24, 다른 부호화율을 가질 수도 있다)이 적용될 수 있다. 한편, 단계(S320)를 거친 이후의 최종 부호화율은 상기 채널 코딩의 부호화율과 상기 확산의 확산계수(spreading factor)의 역수의 곱으로 결정될 수 있다. 예컨대, 최종 부호율이 1/24인 경우, 부호율 R=1/2에 따른 채널 코딩과 12배 확산이 적용되거나, 부호율 R=1/3에 따른 채널 코딩과 8배 확산이 적용되거나, 부호율 R=1/4에 따른 채널 코딩과 6배 확산이 적용되거나, 부호율 R=1/6에 따른 채널 코딩과 4배 확산이 적용되거나, 부호율 R=1/12에 따른 채널 코딩과 2배 확산이 적용될 수 있다.
한편, 확산에 적용되는 시퀀스(sequence, w)는 확산 계수에 따라 다양하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 확산 계수가 2인 경우, 시퀀스(w)는 [+1 -1] 가 될 수 있고, 확산 계수가 4인 경우, 시퀀스(w)는 [+1 -1 +1 -1]가 될 수 있고, 확산 계수가 6인 경우, 시퀀스(w)는 [+1 -1 +1 -1 +1 -1]가 될 수 있다. 또한, 확산 계수가 8인 경우, 시퀀스(w)는 [+1 -1 +1 -1 +1 -1 +1 -1]가 될 수 있으며, 확산 계수가 12인 경우 시퀀스(w)는 [+1 -1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 +1 -1]가 될 수 있다.
단계(S320)를 거쳐서 채널 코딩과 비트-레벨 확산이 적용된 비트열(530)에 대해 단계(S310)에서 기지국으로부터 부여 받은 단말 식별자가 시그니춰(signature)로서 적용될 수 있다. 이와 같이 단말 식별자가 시그니춰로서 반영되는 과정은 단계(S330)의 비트-레벨 인터리빙에 의해서 수행될 수 있다. 비직교 전송의 경우, 앞서 설명된 바와 같이, 기지국 측에서 수신된 상향링크 데이터가 어느 단말로부터 수신된 것인지를 확인할 수 있도록 하기 위하여, 단말 식별자에 기반한 비트-레벨 인터리빙을 이용하여 단말별 시그니춰를 전송 데이터의 비트열에 반영하게 된다.
따라서, 단계(S330)에서는 채널 코딩과 비트-레벨 확산이 적용된 비트열(530)에 대한 비트-레벨 인터리빙(bit-level interleaving)을 수행할 수 있다. 상기 비트-레벨 인터리빙은 상기 단말 식별자(예컨대, n 비트, n은 자연수)를 각각 n/m개 비트로 구성된 m개(m은 자연수)의 파라미터들로 분할하고, 분할된 m개의 파라미터와 통신 시스템의 대역폭(bandwidth)에 대응되는 비트 길이의 랜덤 시퀀스(random sequence)를 이용한 대역폭-심도-인터리빙(BDI; bandwidth depth interleaving)일 수 있다.
예컨대, 본 발명의 일 실시예에 따른 비트-레벨 인터리빙은 하기의 수학식 1과 수학식 2에 기반하여 수행될 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
여기에서,
Figure pat00002
는 채널 코딩된 비트열(즉, 520)을 의미할 수 있고,
Figure pat00003
는 채널 코딩 및 비트-레벨 확산된 출력 비트열(즉, 530)의 총 길이를 의미할 수 있다. 즉,
Figure pat00004
는 채널 코딩된 비트열(520)의 총 비트 수가 되며,
Figure pat00005
는 비트-레벨 확산의 확산 계수(spreading factor)가 될 수 있다.
Figure pat00006
는 인터리빙을 위한 임의의 랜덤 시퀀스(random sequence)로서 랜덤 인터리빙 시퀀스(random interleaving sequence)가 될 수 있다. 예를 들어 Litlv가 12라면, 랜덤 시퀀스의 일 예로서,
Figure pat00007
가 될 수 있다. 이때,
Figure pat00008
의 길이 Litlv는 주로 시스템 대역폭(system bandwidth)에 대응되는 비트-레벨 길이에 대응될 수 있다. 예를 들어, 단말이 OFDM 전송에 기반할 경우, OFDM 심볼이 72개의 부반송파(subcarrier)에 대응되는 대역폭을 가지고, 각 부반송파에 할당되는 변조 심볼이 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 심볼이라면 Litlv는 144(=72*2)된다.
한편, 수학식 1의 a0, a1, a2 및 a3은 단계(S310)에서 기지국으로부터 획득한 단말 식별자로부터 생성될 수 있다. 예를 들어 n=16이고 m=4인 경우 a0, a1, a2 및 a3은 하기 수학식 2와 같이 생성될 수 있다.
Figure pat00009
즉, 단말의 식별자(예컨대, RNTI)를 4등분(m=4인 경우)으로 나누어 4개로 분할된 각 부분을 이진수에서 십진수로 변경하여 a0, a1, a2 및 a3으로 지정하는 것이다. 한편, 단말의 식별자를 이용한 파라미터 a0, a1, a2 및 a3의 생성은 반드시 상술된 방식에 한정되지 않고 다양하게 구성될 수 있다. 또한, 상기의 파라미터 a0, a1, a2 및 a3은 단말이 랜덤한 방식으로 선택할 수도 있다.
또한, 상기 수학식 1과 2에서
Figure pat00010
는 Litlv의 배수일 수 있다. 만일
Figure pat00011
의 길이가 Litlv의 배수가 되지 못할 경우, ((D+npadding) mod Litlv)=0이 되도록 Litlv 보다 짧은 길이 npadding의 패딩 비트열(padding bit)-즉, bit 0으로 이루어진 시퀀스-을 부여할 수 있다. 따라서, 단계(S330)에서는 채널 코딩 및 확산 단계(S320)에서 출력된 비트열(530)에 대하여 비트-레벨의 인터리빙이 수행하고 비트-레벨 인터리빙된 비트열(540)이 얻어질 수 있다.
마지막으로, 상기 인터리빙된 비트열(530)을 주어진 변조 차수에 따른 비트 들의 묶음에 대응되는 상기 변조 차수에 따른 심볼 쌍들로 생성하는 심볼-레벨 확산 및 변조 단계(S340)가 수행될 수 있다. 또한, 상기 주어진 변조 차수에 따른 비트들의 묶음에 속한 적어도 하나의 비트는 대응되는 심볼 쌍을 구성하는 상기 홀수번째 심볼과 짝수번째 심볼에 공통적으로 매핑될 수 있다. 이러한 점에서, 단계(S340)는 심볼-레벨 확산(symbol-level spreading) 및 변조 단계로 지칭될 수도 있다.
이하에서는, 주어진 변조 차수가 3인 경우(즉, QPSK 변조가 적용)와 주어진 변조 차수가 4인 경우(즉, 8-PSK 변조가 적용)를 예로서 설명될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 비직교 다중화 상향링크 전송 방법의 심볼-레벨 확산 및 변조 과정에 따른 QPSK 심볼 쌍의 구성예를 설명하기 위한 성상도(constellation chart)이다.
도 6을 참조하면, QPSK 변조가 적용되는 경우, 단계(S320) 및 단계(S330)를 거쳐서 비트-레벨 확산과 비트-레벨 인터리빙을 거친 비트열(540)을 3 비트 단위의 묶음에 대응되는 QPSK 심볼 쌍(즉, 홀수번째 심볼-짝수번째 심볼의 쌍)들로 생성할 수 있다. 특히, QPSK 변조의 경우, 각각의 묶음의 3번째 비트는 짝수번째 심볼과 홀수번째 심볼에 공통으로 매핑될 수 있다. 따라서, 두 개의 QPSK 심볼에 걸쳐 하나의 비트가 심볼-레벨에서 확산된 것으로 해석 할 수 있다.
예컨대, 심볼 쌍을 구성하는 각각의 심볼은 QPSK 변조의 경우 하기 표1을 참조하여 QPSK 변조 심볼로 변환되며, 각각 벡터(
Figure pat00012
)로 형성될 수 있다. 여기에서, M은 변조 차수를 의미하며, QPSK의 경우 3이 된다. 앞서 언급된 바와 같이, 각 묶음의 3번째 비트는 심볼 쌍을 구성하는 두 심볼에 걸쳐 확산되기 때문에, 비트열(540)의 패리티 비트(parity bit) 부분(542)이 아닌 정보 비트(information bit) 부분(541)에 속한 비트가 매핑될 수 있도록 하는 것이 바람직할 것이다.
Figure pat00013
여기에서,
Figure pat00014
가 된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 비직교 다중화 상향링크 전송 방법의 심볼-레벨 확산 및 변조 과정에 따른 8-PSK 심볼 쌍의 구성예를 설명하기 위한 성상도이다.
도 7을 참조하면, 8-PSK 변조가 적용되는 경우, 단계(S320) 및 단계(S330)를 거쳐서 비트-레벨 확산과 비트-레벨 인터리빙을 거친 비트열(540)을 4 비트 단위의 묶음에 대응되는 8-PSK 심볼 쌍(즉, 홀수번째 심볼-짝수번째 심볼의 쌍)들로 생성할 수 있다.
예컨대, 심볼 쌍을 구성하는 각각의 심볼은 하기 표2와 같이 변조 심볼로 변환되어, 각각 벡터(
Figure pat00015
)로 형성된다. 여기에서, M은 변조 차수를 의미하며, 8-PSK의 경우 4가 된다.
Figure pat00016
여기에서,
Figure pat00017
가 된다.
본 발명의 실시예들에서, 단말은, 통신 가능한 데스크탑 컴퓨터(desktop computer), 랩탑 컴퓨터(laptop computer), 노트북(notebook), 스마트폰(smart phone), 태블릿 PC(tablet PC), 모바일폰(mobile phone), 스마트 워치(smart watch), 스마트 글래스(smart glass), e-book 리더기, PMP(portable multimedia player), 휴대용 게임기, 네비게이션(navigation) 장치, 디지털 카메라(digital camera), DMB(digital multimedia broadcasting) 재생기, 디지털 음성 녹음기(digital audio recorder), 디지털 음성 재생기(digital audio player), 디지털 동영상 녹화기(digital video recorder), 디지털 동영상 재생기(digital video player), PDA(Personal Digital Assistant) 등일 수 있다.
본 발명에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통해 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위해 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
컴퓨터 판독 가능 매체의 예에는 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함될 수 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러(compiler)에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터(interpreter) 등을 사용해서 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다. 상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 적어도 하나의 소프트웨어 모듈로 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다. 또한, 상술한 방법 또는 장치는 그 구성이나 기능의 전부 또는 일부가 결합되어 구현되거나, 분리되어 구현될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100, 200: 기지국
110, 120, 210, 220: 단말
111, 121: 스케쥴링 요청
112, 122: 스케쥴링 정보(그랜트 정보)
123, 123: 상향링크 데이터 전송

Claims (20)

  1. 단말에서 수행되는 기지국에 대한 비직교 상향링크 전송 방법으로서,
    상기 기지국으로부터 단말 식별자를 획득하는 단계;
    상기 기지국으로 전송할 정보 비트열(information bit)에 채널 코딩 및 비트-레벨 확산(bit-level spreading)을 수행하는 단계;
    상기 채널 코딩 및 확산된 정보 비트열에 대하여 상기 단말 식별자에 기반한 비트-레벨 인터리빙을 수행하는 단계; 및
    상기 인터리빙된 비트열을 주어진 변조 차수에 따른 비트들의 묶음에 대응되는 상기 변조 차수에 따른 심볼 쌍들로 생성하는 심볼-레벨 확산(symbol-level spreading) 및 변조 단계를 포함하는,
    비직교 상향링크 전송 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 단말 식별자는 상기 기지국으로부터 획득된 하향링크 프레임 타이밍 정보로부터 추정된 상향링크 프레임 타이밍 정보에 기초하여 전송되는 등록 요청에 대한 응답으로서 수신되는,
    비직교 상향링크 전송 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 하향링크 프레임 타이밍 정보는 상기 기지국으로부터 수신된 동기 신호 및 시스템 정보로부터 획득되는,
    비직교 상향링크 전송 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 단말 식별자는 C-RNTI(cell radio network temporary identifier)인,
    비직교 상향링크 전송 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 채널 코딩 및 확산에 의한 상기 정보 비트열에 대한 최종 부호화율은 상기 채널 코딩의 부호화율과 상기 확산의 확산계수(spreading factor)의 역수의 곱으로 결정되는,
    비직교 상향링크 전송 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 비트-레벨 인터리빙은 상기 단말 식별자(n 비트, n은 자연수)를 각각 n/m개 비트로 구성된 m개(m은 자연수)의 파라미터들로 분할하고, 분할된 m개의 파라미터와 대역폭에 대응되는 비트 길이의 랜덤 시퀀스를 이용한 대역폭-심도-인터리빙(BDI; bandwidth depth interleaving)인,
    비직교 상향링크 전송 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 대역폭에 대응되는 비트 길이는, OFDM 전송의 경우, 상기 대역폭에 대응되는 부반송파의 개수와 각 부반송파에 전송되는 심볼당 비트 수의 곱인,
    비직교 상향링크 전송 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 심볼 쌍들 각각은 홀수번째 심볼과 짝수번째 심볼을 포함하고, 상기 주어진 변조 차수에 따른 비트들의 묶음에 속한 적어도 하나의 비트는 상기 홀수번째 심볼과 짝수번째 심볼에 공통적으로 매핑되는,
    비직교 상향링크 전송 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 주어진 변조 차수가 3인 경우, 상기 인터리빙된 비트열을 3비트들의 묶음에 대응되는 2개의 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 심볼 쌍들로 구성하는,
    비직교 상향링크 전송 방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 주어진 변조 차수가 4인 경우, 상기 인터리빙된 비트열을 4비트들의 묶음에 대응되는 2개의 8-PSK(Phase Shift Keying) 심볼 쌍들로 구성하는,
    비직교 상향링크 전송 방법.
  11. 기지국에 대한 비직교 상향링크 전송을 수행하는 단말 장치로서, 적어도 하나의 프로세서, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해서 실행되는 적어도 하나의 명령어가 저장된 메모리, 및 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해서 제어되는 송수신기(transceiver)를 포함하고, 상기 적어도 하나의 명령어는,
    상기 기지국으로부터 상기 송수신기를 통하여 단말 식별자를 획득하고,
    상기 기지국으로 전송할 정보 비트열(information bit)에 채널 코딩 및 비트-레벨 확산(bit-level spreading)을 수행하며,
    상기 채널 코딩 및 확산된 정보 비트열에 대하여 상기 단말 식별자에 기반한 비트-레벨 인터리빙을 수행하며,
    상기 인터리빙된 비트열을 주어진 변조 차수에 따른 비트들의 묶음에 대응되는 상기 변조 차수에 따른 심볼 쌍들로 생성하는,
    비직교 상향링크 전송 단말 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 단말 식별자는 상기 기지국으로부터 획득된 하향링크 프레임 타이밍 정보로부터 추정된 상향링크 프레임 타이밍 정보에 기초하여 전송되는 등록 요청에 대한 응답으로서 수신되는,
    비직교 상향링크 전송 단말 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 하향링크 프레임 타이밍 정보는 상기 기지국으로부터 수신된 동기 신호 및 시스템 정보로부터 획득되는,비직교 상향링크 전송 단말 장치.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 채널 코딩 및 확산에 의한 상기 정보 비트열에 대한 최종 부호화율은 상기 채널 코딩의 부호화율과 상기 확산의 확산계수(spreading factor)의 역수의 곱으로 결정되는,비직교 상향링크 전송 단말 장치.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 비트-레벨 인터리빙은 상기 단말 식별자(n 비트, n은 자연수)를 각각 n/m개 비트로 구성된 m개(m은 자연수)의 파라미터들로 분할하고, 분할된 m개의 파라미터와 대역폭에 대응되는 비트 길이의 랜덤 시퀀스를 이용한 대역폭-심도-인터리빙(BDI; bandwidth depth interleaving)인,
    비직교 상향링크 전송 단말 장치.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 대역폭에 대응되는 비트 길이는, OFDM 전송의 경우, 상기 대역폭에 대응되는 부반송파의 개수와 각 부반송파에 전송되는 심볼당 비트 수의 곱인,
    비직교 상향링크 전송 단말 장치.
  17. 청구항 11에 있어서,
    상기 심볼 쌍들 각각은 홀수번째 심볼과 짝수번째 심볼을 포함하고, 상기 주어진 변조 차수에 따른 비트들의 묶음에 속한 적어도 하나의 비트는 상기 홀수번째 심볼과 짝수번째 심볼에 공통적으로 매핑되는,
    비직교 상향링크 전송 단말 장치.
  18. 청구항 11에 있어서,
    상기 적어도 하나의 명령어는 상기 송수신기를 제어하여 상기 생성된 심볼 쌍들에 대한 IFFT(inverse fast Fourier transform) 및 순환전치(cyclic prefix) 추가 과정을 수행하여, 상기 심볼 쌍들을 전송하는,
    비직교 상향링크 전송 단말 장치.
  19. 청구항 11에 있어서,
    상기 주어진 변조 차수가 3인 경우, 상기 인터리빙된 비트열을 3비트들의 묶음에 대응되는 2개의 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 심볼 쌍들로 구성하는,
    비직교 상향링크 전송 단말 장치.
  20. 청구항 11에 있어서,
    상기 주어진 변조 차수가 4인 경우, 상기 인터리빙된 비트열을 4비트들의 묶음에 대응되는 2개의 8-PSK(Phase Shift Keying) 심볼 쌍들로 구성하는,
    비직교 상향링크 전송 단말 장치.
KR1020170177812A 2017-12-22 2017-12-22 식별자와 심볼 레벨 확산에 기반한 비직교 상향 링크 전송 방법 및 이를 위한 단말 장치 KR20190076207A (ko)

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