KR20190115162A - 랜덤 액세스용 프리앰블 송신 방법, 랜덤 액세스용 프리앰블 수신 방법 및 랜덤 액세스용 프리앰블 수신 장치 - Google Patents

랜덤 액세스용 프리앰블 송신 방법, 랜덤 액세스용 프리앰블 수신 방법 및 랜덤 액세스용 프리앰블 수신 장치 Download PDF

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Abstract

기지국의 랜덤 액세스용 프리앰블의 수신 방법은, 수신 신호를 주파수 영역 신호로 변환하는 단계, 주파수 호핑 패턴에 기초하여, 단말에게 할당된 복수의 제1부반송파 중 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스를 구성하는 복수의 프리앰블 심볼 그룹 전송에 사용된 복수의 제2부반송파를 추정하는 단계, 상기 복수의 제2부반송파의 인덱스에 기초하여, 상기 복수의 프리앰블 심볼 그룹에 대응하는 복수의 제1심볼을 추정하는 단계, 상기 복수의 제2부반송파의 인덱스 및 상기 복수의 제1심볼로부터, 상기 복수의 제1부반송파 중 복수의 제3부반송파에 대응하는 복수의 제2심볼을 추정하는 단계, 상기 복수의 제3부반송파에 대응하는 상기 복수의 제2심볼을 이용하여, 시간 영역 신호를 생성하는 단계, 및 상기 시간 영역 신호 중 에너지가 최대인 시간 구간을 토대로 상기 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스의 타이밍 옵셋을 추정하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

랜덤 액세스용 프리앰블 송신 방법, 랜덤 액세스용 프리앰블 수신 방법 및 랜덤 액세스용 프리앰블 수신 장치{RANDOM ACCESS PREAMBLE TRANSMISSION METHOD, RANDOM ACCESS PREAMBLE RECEIVING METHOD AND RANDOM ACCESS PREAMBLE RECEIVING APPRATUS}
본 발명의 실시 예는 랜덤 액세스용 프리앰블 송신 방법, 랜덤 액세스용 프리앰블 수신 방법 및 랜덤 액세스용 프리앰블 수신 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 협대역 사물인터넷 시스템에서의 랜덤 액세스용 프리앰블 송신 방법, 랜덤 액세스용 프리앰블 수신 방법 및 랜덤 액세스용 프리앰블 수신 장치에 관한 것이다..
협대역 사물인터넷(NarrowBand-Internet of Things, NB-IoT) 기술은, GSM(Global System for Mobile Communications) 또는 LTE(Long Term Evolution) 망을 통해 저전력 광역(Low Power Wide Area, LPWA) 통신을 지원하는 사물인터넷(IoT) 기술 중 하나이다. NB-IoT 기술은, 수도 검침, 위치 추적용 기기 등과 같이 원거리에 있고 전력 소비가 낮은 사물 간의 통신에 적합하다.
NB-IoT 시스템에서의 랜덤 액세스용 물리채널인 NPRACH(Narrowband Physical Random Access Channel)는, 단말이 망과 접속하기 위하여 프리앰블(preamble) 신호를 전송하기 위한 물리채널이다.
3GPP Rel. 13 의 NB-IoT 물리계층 규격에 따르면, NB-IoT 시스템은 NPRACH를 통해 랜덤 액세스용 프리앰블을 전송하기 위해서 단일 톤(single tone)을 사용한 주파수 호핑 기법을 사용한다.
본 발명의 실시 예가 해결하려는 과제는 NB-IoT 시스템에서 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스의 타이밍 옵셋 추정 정확도를 향상시키기 위한 랜덤 액세스용 프리앰블 수신 방법 및 랜덤 액세스용 프리앰블 수신 장치를 제공하는 것이다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 기지국의 랜덤 액세스용 프리앰블의 수신 방법은, 수신 신호를 주파수 영역 신호로 변환하는 단계, 주파수 호핑 패턴에 기초하여, 단말에게 할당된 복수의 제1부반송파 중 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스를 구성하는 복수의 프리앰블 심볼 그룹 전송에 사용된 복수의 제2부반송파를 추정하는 단계, 상기 복수의 제2부반송파의 인덱스에 기초하여, 상기 복수의 프리앰블 심볼 그룹에 대응하는 복수의 제1심볼을 추정하는 단계, 상기 복수의 제2부반송파의 인덱스 및 상기 복수의 제1심볼로부터, 상기 복수의 제1부반송파 중 복수의 제3부반송파에 대응하는 복수의 제2심볼을 추정하는 단계, 상기 복수의 제3부반송파에 대응하는 상기 복수의 제2심볼을 이용하여, 시간 영역 신호를 생성하는 단계, 및 상기 시간 영역 신호 중 에너지가 최대인 시간 구간을 토대로 상기 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스의 타이밍 옵셋을 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 복수의 제2심볼을 추정하는 단계는, 상기 복수의 제2부반송파들 중 선택된 두 개의 제2부반송파들의 인덱스들로부터, 상기 두 개의 제2부반송파들 사이에 위치하는 상기 제3부반송파의 인덱스를 획득하는 단계를 포함 할 수 있다.
상기 제3부반송파의 인덱스를 획득하는 단계는, 상기 두 개의 제2부반송파들 사이의 인덱스 차이 값으로부터, 상기 제3부반송파의 인덱스를 획득하는 단계를 포함 할 수 있다.
상기 복수의 제2심볼을 추정하는 단계는, 상기 두 개의 제2부반송파에 대응하는 두 개의 제1심볼들로부터, 상기 두 개의 제2부반송파들 사이에 위치하는 상기 제3부반송파에 대응하는 상기 제2심볼을 추정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제3부반송파에 대응하는 상기 제2심볼을 추정하는 단계는, 상기 두 개의 제1심볼들 중 어느 하나의 심볼 값을 나머지 심볼의 심볼 값으로 나눈 값으로부터, 상기 두 개의 제2부반송파들 사이에 위치하는 상기 제3부반송파에 대응하는 상기 제2심볼의 심볼 값으로 획득하는 단계를 더 포함 할 수 있다.
상기 시간 영역 신호를 생성하는 단계는, 상기 복수의 제1부반송파 중 상기 복수의 제3부반송파를 제외한 나머지 부반송파에 대해 널링(nulling)을 수행하는 단계, 및 상기 널링을 수행한 이후에, 상기 복수의 제1부반송파에 대한 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)를 통해 상기 시간 영역 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 시간 영역 신호를 생성하는 단계는, 상기 복수의 제2부반송파에 대응하는 상기 복수의 제1심볼과, 상기 복수의 제3부반송파에 대응하는 상기 복수의 제2심볼을 이용하여 상기 시간 영역 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 복수의 제2부반송파에 대응하는 상기 복수의 제1심볼과, 상기 복수의 제3부반송파에 대응하는 상기 복수의 제2심볼을 이용하여 상기 시간 영역 신호를 생성하는 단계는, 상기 복수의 제1부반송파 중 상기 복수의 제2부반송파 및 상기 복수의 제3부반송파를 제외한 나머지 부반송파에 대해 널링(nulling)을 수행하는 단계, 및 상기 널링을 수행한 이후에, 상기 복수의 제1부반송파에 대한 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)를 통해 상기 시간 영역 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 수신 신호를 주파수 영역 신호로 변환하는 단계는, 상기 수신 신호로부터 CP를 제거하는 단계, 및 FFT(Fast Fourier Transform)를 통해 상기 CP가 제거된 수신 신호를 상기 주파수 영역 신호로 변환하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 랜덤 액세스용 프리앰블의 수신 장치는, 수신 신호를 수신하는 수신부, 상기 수신 신호를 주파수 영역 신호로 변환하고, 주파수 호핑 패턴에 기초하여 단말에게 할당된 복수의 제1부반송파 중 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스를 구성하는 복수의 프리앰블 심볼 그룹 전송에 사용된 복수의 제2부반송파를 추정하며, 상기 복수의 제2부반송파의 인덱스에 기초하여 상기 복수의 프리앰블 심볼 그룹에 대응하는 복수의 제1심볼을 추정하고, 상기 복수의 제2부반송파의 인덱스 및 상기 복수의 제1심볼로부터 상기 복수의 제1부반송파 중 복수의 제3부반송파에 대응하는 복수의 제2심볼을 추정하는 심볼 검출부, 및 상기 복수의 제3부반송파에 대응하는 상기 복수의 제2심볼을 이용하여 시간 영역 신호를 생성하고, 상기 시간 영역 신호 중 에너지가 최대인 시간 구간을 토대로 상기 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스의 타이밍 옵셋을 추정하는 타이밍 옵셋 추정부를 포함할 수 있다.
상기 심볼 검출부는, 상기 복수의 제2부반송파들 중 선택된 두 개의 제2부반송파들 사이의 인덱스 차이 값으로부터, 상기 두 개의 제2부반송파들 사이에 위치하는 상기 제3부반송파의 인덱스를 획득할 수 있다.
상기 심볼 검출부는, 상기 두 개의 제2부반송파에 대응하는 두 개의 제1심볼들 중 어느 하나의 심볼 값을 나머지 심볼의 심볼 값으로 나눈 값으로부터, 상기 두 개의 제2부반송파들 사이에 위치하는 상기 제3부반송파에 대응하는 상기 제2심볼을 획득할 수 있다.
상기 타이밍 옵셋 추정부는, 상기 복수의 제1부반송파 중 상기 복수의 제3부반송파를 제외한 나머지 부반송파에 대해 널링(nulling)을 수행하고, 상기 널링을 수행한 이후에, 상기 복수의 제1부반송파에 대한 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)를 통해 상기 시간 영역 신호를 생성할 수 있다.
상기 타이밍 옵셋 추정부는, 상기 복수의 제2부반송파에 대응하는 상기 복수의 제1심볼과, 상기 복수의 제3부반송파에 대응하는 상기 복수의 제2심볼을 이용하여 상기 시간 영역 신호를 생성할 수 있다.
상기 타이밍 옵셋 추정부는, 상기 복수의 제1부반송파 중 상기 복수의 제2부반송파 및 상기 복수의 제3부반송파를 제외한 나머지 부반송파에 대해 널링(nulling)을 수행하고, 상기 널링을 수행한 이후에, 상기 복수의 제1부반송파에 대한 IFFT를 통해 상기 시간 영역 신호를 생성할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 단말의 랜덤 액세스용 프리앰블 송신 방법은, 기 설정된 주파수 호핑 패턴에 기초하여, 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스를 구성하는 복수의 프리앰블 심볼 그룹에 대해 대응하는 부반송파 인덱스를 각각 매핑하는 단계, 및 상기 복수의 프리앰블 심볼 그룹 각각에 매핑된 부반송파 인덱스에 기초하여, 상기 복수의 프리앰블 심볼 그룹을 순차적으로 전송하는 단계를 포함하며, 상기 주파수 호핑 패턴은, 상기 복수의 프리앰블 심볼 그룹들 중 주파수 영역에서 서로 이웃하는 두 개의 프리앰블 심볼 그룹들 사이에 하나 이상의 부반송파가 위치하도록 설정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 매핑하는 단계는, 상기 복수의 프리앰블 심볼 그룹 중 최초로 전송되는 제1프리앰블 심볼 그룹에 제1부반송파 인덱스를 매핑하는 단계, 상기 주파수 호핑 패턴 및 상기 제1부반송파 인덱스에 기초하여, 상기 복수의 프리앰블 심볼 그룹 중 상기 제1프리앰블 심볼 그룹 다음에 전송되는 제2프리앰블 심볼 그룹에 제2부반송파 인덱스를 매핑하는 단계, 상기 주파수 호핑 패턴 및 상기 제2부반송파 인덱스에 기초하여, 상기 복수의 프리앰블 심볼 그룹 중 상기 제2프리앰블 심볼 그룹 다음에 전송되는 제3프리앰블 심볼 그룹에 제3부반송파 인덱스를 매핑하는 단계, 및 상기 주파수 호핑 패턴 및 상기 제3부반송파 인덱스에 기초하여, 상기 복수의 프리앰블 심볼 그룹 중 상기 제3프리앰블 심볼 그룹 다음에 전송되는 제4프리앰블 심볼 그룹에 제4부반송파 인덱스를 매핑하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 주파수 호핑 패턴은, 상기 제1 및 제2부반송파 인덱스에 대응하는 부반송파들 사이에는 1개의 부반송파가 위치하고, 상기 제2 및 제3부반송파 인덱스에 대응하는 부반송파들 사이에는 5개의 부반송파가 위치하고, 상기 제3 및 제4부반송파 인덱스에 대응하는 부반송파들 사이에는 1개의 부반송파가 위치하도록 설정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 주파수 호핑 패턴은, 아래 수학식 1에 대응하는 것을 특징으로 할 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
상기 수학식 1에서,
Figure pat00002
는 상기 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스를 구성하는 i번째 프리앰블 심볼 그룹에 매핑된 부반송파 인덱스이고,
Figure pat00003
는 상기 단말이 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스 전송에 사용할 수 있는 부반송파 개수이며, 상기 f(i/4)는 상기 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스의 반복 전송 시 의사-랜덤 시퀀스에 의해 결정되는 값이다.
상기 수학식 1에서 상기 f(i/4)는 아래의 수학식 2에 의해 결정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00004
상기 수학식 2에서, c(n)은 상기 의사-랜덤 시퀀스로 길이 31의 골드 시퀀스이다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스를 구성하는 프리앰블 심볼 그룹들의 주파수 호핑 패턴을 이용하여, 프리앰블 심볼 그룹뿐만 아니라 프리앰블 심볼 그룹들 사이의 심볼을 추정하고, 프리앰블 심볼 그룹들 사이에서 추정된 심볼을 타이밍 옵셋 추정에 사용한다. 이에 따라, 주파수 옵셋이 존재하는 경우에도 타이밍 옵셋 추정의 정확도를 향상시킬 수 있으며, 낮은 SNR 환경에서 보다 정확한 타이밍 옵셋 값을 추정할 수 있다. 따라서, 결과적으로 프리앰블 시퀀스의 반복 전송 횟수를 줄일 수 있어 송수신기 복잡도를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 NB-IoT 시스템에서의 랜덤 액세스용 프리앰블 송신 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 NB-IoT 시스템에서의 랜덤 액세스용 프리앰블 송신 방법을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 랜덤 액세스용 프리앰블 수신 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 랜덤 액세스용 프리앰블 수신 장치에서 프리앰블 심볼 그룹들 사이의 심볼을 추정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 랜덤 액세스용 프리앰블 수신 방법을 개략적으로 도시한 것이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
명세서 전체에서, 단말(terminal)은 이동 단말(mobile terminal, MT), 이동국(mobile station, MS), 진보된 이동국(advanced mobile station, AMS), 고신뢰성 이동국(high reliability mobile station, HR-MS), 가입자국(subscriber station, SS), 휴대 가입자국(portable subscriber station, PSS), 접근 단말(access terminal, AT), 사용자 장비(user equipment, UE) 등을 지칭할 수도 있고, MT, MS, AMS, HR-MS, SS, PSS, AT, UE 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
또한, 기지국(base station, BS)은 진보된 기지국(advanced base station, ABS), 고신뢰성 기지국(high reliability base station, HR-BS), 노드B(node B), 고도화 노드B(evolved node B, eNodeB), 접근점(access point, AP), 무선 접근국(radio access station, RAS), 송수신 기지국(base transceiver station, BTS), MMR(mobile multihop relay)-BS, 기지국 역할을 수행하는 중계기(relay station, RS), 기지국 역할을 수행하는 중계 노드(relay node, RN), 기지국 역할을 수행하는 진보된 중계기(advanced relay station, ARS), 기지국 역할을 수행하는 고신뢰성 중계기(high reliability relay station, HR-RS), 소형 기지국[펨토 기지국(femoto BS), 홈 노드B(home node B, HNB), 홈 eNodeB(HeNB), 피코 기지국(pico BS), 메트로 기지국(metro BS), 마이크로 기지국(micro BS) 등] 등을 지칭할 수도 있고, ABS, 노드B, eNodeB, AP, RAS, BTS, MMR-BS, RS, RN, ARS, HR-RS, 소형 기지국 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 협대역 사물인터넷(NarrowBand- Internet of Things, NB-IoT) 시스템에서의 랜덤 액세스용 프리앰블 송신 방법, 랜덤 액세스용 프리앰블 수신 방법 및 랜덤 액세스용 프리앰블 수신 장치에 대해 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시 예는 NB-IoT 시스템에서 단일 톤을 이용한 주파수 호핑 기법으로 송신되는 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스를 검출하고, 해당 프리앰블 시퀀스의 타이밍 옵셋을 측정하기 위한 것으로서, 특히, 프리앰블 검출 시 오 경보(False Alarm) 및 미검출(Miss Detection) 확률을 낮춤으로써 검출 시퀀스의 신뢰도를 향상시키고, 일정 범위 이상의 타이밍 옵셋을 측정할 수 있도록 지원하는 랜덤 액세스용 프리앰블 송신 방법, 랜덤 액세스용 프리앰블 수신 방법 및 랜덤 액세스용 프리앰블 수신 장치를 제공하기 위한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 NB-IoT 시스템에서의 단말의 랜덤 액세스용 프리앰블 송신 방법을 설명하기 위한 도면이다.
NB-IoT 시스템에서 단말의 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스는 NPRACH(Narrowband Physical Random Access Channel)를 통해 전송된다. NPRACH를 통해 송신되는 각 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스는 4개의 프리앰블 심볼 그룹으로 구성되며, 각 프리앰블 심볼 그룹은 CP(Cyclic Prefix)와 5개의 프리앰블 심볼로 구성된다. 각 프리앰블 심볼 그룹에서, CP 길이는 프리앰블 포맷에 따라서 다르게 구성된다. NB-IoT 시스템에서는 서로 다른 셀 반경을 지원하기 위해 66.7μs 길이와 266.67μs 길이의 CP를 지원한다.
3GPP 규격에서 NPRACH의 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스의 전송은 3.75kHz 부반송파 간격(subcarrier spacing)만 적용되며, 단일 부반송파를 사용하는 단일 톤(single tone) 방식으로 이루어진다.
도 1을 참조하면, NPRACH의 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스는, 시간 영역 상에서 연속되는 4개의 슬롯을 통해 전송되는 4개의 프리앰블 심볼 그룹들(11 ~ 14)을 기본으로 구성된다. 또한, 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스를 구성하는 각 프리앰블 심볼 그룹(11, 12, 13, 14)은, 전술한 바와 같이, 하나의 CP와 5개의 프리앰블 심볼(PA)들로 구성된다.
NPRACH의 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스에서, 최초로 전송되는 프리앰블 심볼 그룹(11)(이하, '최초 프리앰블 심볼 그룹'이라 칭함)이 매핑되는 부반송파 인덱스는, MAC 계층에 의해 제공된다. 그리고, 최초 프리앰블 심볼 그룹(11)을 제외한 나머지 프리앰블 심볼 그룹들(12, 13, 14)은 주파수 호핑 패턴에 의해, 매핑되는 부반송파의 위치(이하, '부반송파 인덱스'라 명명하여 사용함)가 결정된다.
NPRACH에서 하나의 단말이 전송하는 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스는, 대응하는 프리앰블 심볼 그룹들이 12부반송파(
Figure pat00005
) 내에서만 주파수 호핑되도록 호핑 패턴이 결정된다. 즉, NPRACH에 할당된 48개의 부반송파들 중, 하나의 단말이 랜덤 액세스용 프리앰블 전송을 위해 사용할 수 있는 부반송파의 개수는 12개로, 이는 기지국에 의해 미리 결정될 수 있다.
랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스에서, i번째 프리앰블 심볼 그룹이 매핑되는 부반송파 위치(
Figure pat00006
)는 다음의 수학식 1과 같이 결정된다.
[수학식 1]
Figure pat00007
여기서,
Figure pat00008
는 아래의 수학식 2와 같이 산출된다.
[수학식 2]
Figure pat00009
위 수학식 2에서,
Figure pat00010
는 NPRACH에 할당된 첫 번째 부반송파의 주파수 위치(인덱스)이며, L1 제어 파라미터로 주어진다. 또한,
Figure pat00011
은
Figure pat00012
중 하나의 값을 가지며,
Figure pat00013
는 NPRACH에 할당된 부반송파 개수로써 12, 24, 36, 48 중 하나의 값을 갖도록 L1 제어 파라미터에 의해 주어진다.
위 수학식 1에서, 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스의 최초 프리앰블 심볼 그룹이 매핑되는 부반송파 위치
Figure pat00014
은 MAC 계층에서 선택된
Figure pat00015
값에 의해서 아래의 수학식 3과 같이 정해진다.
[수학식 3]
Figure pat00016
위 수학식 1에서, 최초 프리앰블 심볼 그룹이 아닌 나머지 i번째 프리앰블 심볼 그룹의
Figure pat00017
는 아래의 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 4]
Figure pat00018
위 수학식 4를 참조하면, 단말로 전송되는 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스를 구성하는 첫 번째 프리앰블 심볼 그룹과 두 번째 프리앰블 심볼 그룹에는, 도 1에 도시된 바와 같이, 하나의 부반송파가 사이에 위치하도록 부반송파 인덱스들이 매핑된다. 또한, 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스를 구성하는 세 번째 프리앰블 심볼 그룹과 네 번째 프리앰블 심볼 그룹들 또한, 하나의 부반송파가 사이에 위치하도록 부반송파 인덱스들이 매핑된다. 또한, 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스를 구성하는 두 번째 프리앰블 심볼 그룹과 세 번째 프리앰블 심볼 그룹들 사이에는 5개의 부반송파가 사이에 위치하도록 부반송파 인덱스들이 매핑된다.
이와 같이, 본 발명의 실시 예에서는 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스를 구성하는 복수의 프리앰블 심볼 그룹에 대해, 주파수 영역에서 서로 이웃하는 두 개의 프리앰블 심볼 그룹들 사이에 하나 이상의 부반송파가 위치하도록 부반송파 인덱스를 매핑한다. 이에 따라, 후술하는 수신 장치(도 3의 도면 부호 100 참조)는 주파수 영역에서 프리앰블 심볼 그룹들 사이의 값 즉, 각 프리앰블 심볼 그룹이 매핑된 부반송파들 사이에 위치하는 부반송파의 신호 값을 추정하여 타임 오프셋 추정에 사용할 수 있다.
한편, 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스는 최대 128번까지 반복 전송이 가능하다. 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스가 반복 전송되는 경우, 반복 전송되는 프리앰블 시퀀스의 첫 번째 심볼 그룹에 매핑되는 부반송파 인덱스를 결정하기 위해서는, 위 수학식 4의 f(i/4)를 산출할 필요가 있다. 위 수학식 4의 f(i/4)는 아래의 수학식 5의 함수를 이용하여 결정될 수 있다.
[수학식 5]
Figure pat00019
위 수학식 5에서, 의사-랜덤 시퀀스(pseudo random sequence) c(n)은 길이 31의 골드 시퀀스로 정의되며, 길이 MPN을 가지는 출력 시퀀스 c(n)은 다음의 수학식 6과 같이 정의된다.
[수학식 6]
Figure pat00020
위 수학식 6에서, n=0, 1, …, MPN-1이며, Nc=1600, 첫 번째 m-시퀀스는
Figure pat00021
로 초기화되며, 두 번째 m-시퀀스는
Figure pat00022
로 표현될 수 있다. 이 때,
Figure pat00023
로 정의되며, 셀 고유 ID 값인
Figure pat00024
은 L1 제어 파라미터로 주어진다.
NB-IoT 시스템에서 단말은 NPRACH를 통해 망에 접속하고자 하는 경우, 이를 위한 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스를 전술한 주파수 호핑 방식으로 기지국으로 전송할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 NB-IoT 시스템에서 단말의 랜덤 액세스용 프리앰블 송신 방법을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 NB-IoT 시스템에서 단말은 NPRACH를 통해 망에 접속하고자 하는 경우, 주파수 호핑 패턴을 이용하여 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스를 구성하는 복수의 프리앰블 심볼 그룹에, 대응하는 부반송파 인덱스를 각각 매핑한다(S100).
상기 S100 단계에서, 단말은 랜덤 액세스용 프리앰블 전송을 위해 자신에게 할당된 복수의 부반송파 내에서만 주파수 호핑이 이루어지도록, 프리앰블 심볼 그룹들에 부반송파 인덱스를 할당할 수 있다. 여기서, 단말의 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스 전송에 사용할 수 있는 부반송파의 개수는 12개로, 기지국에 의해 미리 결정될 수 있다.
상기 S100 단계에서, 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스를 구성하는 최초 번째 프리앰블 심볼 그룹에 매핑되는 부반송파 인덱스는, 주파수 호핑 패턴이 아닌 MAC 계층의 L1 제어기로부터 입력 받을 수 있다.
상기 S100 단계에서, 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스를 구성하는 프리앰블 심볼 그룹들 중 최초 번째 프리앰블 심볼 그룹을 제외한 나머지 프리앰블 심볼 그룹들은, 전술한 수학식 4를 참조하여 설명된 주파수 호핑 패턴에 의해, 매핑되는 부반송파의 위치가 결정될 수 있다.
상기 S100 단계를 통해 각 프리앰블 심볼 그룹에 대한 부반송파 인덱스의 매핑이 완료되면, 단말은 각 프리앰블 심볼 그룹에 매핑된 부반송파 인덱스에 기초하여, 주파수 영역에서 각 프리앰블 심볼 그룹에 대응하는 심볼(이하, '주파수 영역 심볼'이라 명명하여 사용함)을 생성한다(S101).
상기 S101 단계에서, 각 프리앰블 심볼 그룹에 대응하는 주파수 영역 심볼은, 각 프리앰블 심볼 그룹에 매핑된 부반송파의 주파수 영역에서의 신호 값을 프리엠블 심볼 값(0 또는 1)으로 설정함으로써 생성될 수 있다.
이후, 각 주파수 영역 심볼에 대한 역고속푸리에변환(Invers Fast Fourier Transform, IFFT)을 수행하여, 각 주파수 영역 심볼을 시간 영역 심볼로 변환한다(S102).
상기 S102 단계에서, 단말은 주파수 영역 심볼에 대한 IFFT를 통해, 시간 영역에서 하나의 심볼 구간에 해당하는 시간 영역 신호(이하, '시간 영역 심볼,로 명명하여 사용함)를 생성할 수 있다. 여기서, 하나의 심볼 구간은 8192*Ts이고, Ts는 307200ㅇTs=10ms일 수 있다.
상기 S102 단계를 통해, 각 프리앰블 심볼 그룹에 대응하는 하나의 시간 영역 심볼이 생성되면, 단말은 생성된 시간 영역 심볼을 시간 영역 상에서 연속적으로 5회 반복 배치한 후 CP를 결합하여 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스를 구성하는 각 프리앰블 심볼 그룹을 생성한다(S103).
그리고, 생성된 복수의 프리앰블 심볼 그룹을 순차적으로 전송한다(S104).
한편, 단말은 랜덤 액세스용 프리엠블 시퀀스의 반복 전송이 요구되는 경우(S105), 전술한 S100 단계 내지 S104 단계를 반복적으로 수행함으로써 복수의 프리앰블 심볼 그룹으로 구성되는 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스를 반복 횟수만큼 반복하여 연속적으로 전송한다. 예를 들어, 반복 횟수가 8이면 랜덤 액세스용 프리엠블 시퀀스를 시간 영역 상에서 8번 연속적으로 반복 전송한다. NPRACH 전송에 있어서, 랜덤 액세스용 프리엠블 시퀀스의 반복 횟수는 최대 128번까지 가능하다.
한편, 전술한 도 2에서는 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스를 구성하는 복수의 프리앰블 심볼 그룹을 생성하는 과정(S100 단계 내지 S103 단계)이, 복수의 프리앰블 심볼 그룹에 대해 병렬적으로 수행하는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명의 실시 예가 이로 한정되는 것은 아니다. 다른 실시 예에 따르면, 단말은 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스를 구성하는 각 프리앰블 심볼 그룹을 시간 영역 상에서의 전송 순서에 따라 순차적으로 생성할 수도 있다.
이하, 필요한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 랜덤 액세스용 프리앰블의 수신 장치 및 그 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 랜덤 액세스용 프리앰블 수신 장치를 개략적으로 도시한 것이다. 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 랜덤 액세스용 프리앰블 수신 장치에서 프리앰블 심볼 그룹들 사이의 심볼을 추정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 랜덤 액세스용 프리앰블 수신 장치(100)는 수신부(110), CP 제거부(120), 심볼 검출부(130), 및 타이밍 옵셋 추정부(140)를 포함할 수 있다.
수신부(110)는 적어도 하나의 안테나를 포함하며, 이를 통해 NPRACH를 통해 송신측으로부터 송신된 신호(이하, '수신 신호'라 명명하여 사용함)를 수신할 수 있다.
CP 제거부(120)는 수신부(110)를 통해 수신되는 수신 신호로부터 CP를 제거하여 출력할 수 있다. CP 제거부(120)에 의해 제거되는 CP의 길이는 NPRACH 제어 정보에 의해 결정될 수 있다.
NPRACH 제어 정보는 L1 제어기에 의해 제공되며, 대응하는 셀에 대한 셀 ID, PRB 인덱스, NPRACH 전송 주기, NPRACH 주파수 옵셋(subcarrier offset) 정보, NPRACH 포맷(프리앰블 포맷), NPRACH 반복 전송 횟수, NPRACH 전송 구간에서의 전송 프레임 정보, 및 NPRACH 부반송파 정보(NPRACH에 할당된 부반송파 개수 등)를 포함할 수 있다. NPRACH 제어 정보에서 NPRACH 포맷은, CP의 길이 정보를 지시할 수 있다.
CP 제거부(120)는 NPRACH 포맷이 CP 길이를 66.7μs로 지시하는 경우, 수신 신호로부터 66.7μs 구간만큼 CP를 제거한다. 또한, CP 제거부(120)는 NPRACH 포맷이 CP 길이를 266.67μs로 지시하는 경우, 수신 신호로부터 266.67μs 구간만큼 CP를 제거한다.
심볼 검출부(130)는 CP 제거부(120)로부터 CP가 제거된 수신 신호가 입력되면, 이에 대한 고속푸리에변환(Fast Fourier Transform, FFT)을 수행하여 수신 신호를 시간 영역 신호에서 주파수 영역 신호로 변환한다.
또한, 심볼 검출부(130)는 주파수 호핑 패턴을 바탕으로 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스를 구성하는 각 프리앰블 심볼 그룹의 전송에 사용된 주파수 위치(부반송파 인덱스)를 추정하고, 이를 바탕으로 주파수 영역으로 변환된 수신 신호로부터 랜덤 액세스 프리앰블 시퀀스를 구성하는 각 프리앰블 심볼 그룹에 대응하는 주파수 영역 심볼들을 검출할 수 있다.
NPRACH에서 하나의 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스를 구성하는 각 프리앰블 심볼 그룹은, 동일한 심볼을 전송하기 위한 5개의 프리앰블 심볼로 구성된다. 따라서, 심볼 검출부(130)는 각 프리앰블 심볼 그룹의 주파수 위치를 바탕으로 FFT를 수행하여, 각 프리앰블 심볼 그룹을 구성하는 5개의 주파수 영역 심볼을 생성하고, 5개의 주파수 영역 심볼의 평균값을 대응하는 프리앰블 심볼 그룹의 프리앰블 심볼로 추정할 수 있다. 한편, 심볼 검출부(130)는 FFT 변환 후가 아니라, FFT 변환 전에 하나의 프리앰블 심볼 그룹에 속하는 5개의 심볼 구간 신호들을 하나의 심볼 구간 신호로 결합(combining)하고, 이후 이에 대한 FFT를 수행하여 각 프리앰블 심볼 그룹에 대응하는 프리앰블 심볼을 추정할 수도 있다.
심볼 검출부(130)는 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스를 구성하는 각 프리앰블 심볼 그룹의 프리앰블 심볼이 추정되면, 각 프리앰블 심볼 그룹의 주파수 위치와 추정된 프리앰블 심볼을 이용하여 프리앰블 심볼 그룹의 전송에 사용되지 않은 부반송파들에 대응하는 심볼을 추정할 수 있다.
이하, k번째 프리앰블 심볼 그룹에 대해 복조된 프리앰블 심볼을 s(k), 주파수 위치를
Figure pat00025
라 정의하여, 각 프리앰블 심볼 그룹의 주파수 위치
Figure pat00026
와 추정된 프리앰블 심볼 s(k)을 이용하여 프리앰블 심볼 그룹의 전송에 사용되지 않은 부반송파들에 대응하는 심볼을 산출하는 방법에 대해 설명하기로 한다. 여기서, k=(i mod 4)이고, i는 랜덤 액세스 프리앰블 시퀀스의 반복 전송 시 대응하는 프리앰블 심볼 그룹의 인덱스를 나타낸다.
주파수 위치
Figure pat00027
를 통해 전송되는 0번째 프리앰블 심볼 그룹의 프리앰블 심볼 s(0)와, 주파수 위치
Figure pat00028
를 통해 전송되는 1번째 프리앰블 심볼그룹의 심볼 s(1)을 이용하여,
Figure pat00029
와
Figure pat00030
사이의 심볼 x(0)을 다음의 수학식 7과 같이 계산할 수 있다.
[수학식 7]
Figure pat00031
위 수학식 7을 참조하면, 서로 다른 주파수(
Figure pat00032
,
Figure pat00033
)에 매핑된 두 개의 프리앰블 심볼(s(0), s(1)) 중 심볼 값이 더 큰 프리앰블 심볼을 나머지 프리앰블 심볼로 나눈 값을 심볼 값(x(0))으로 추정한다. 그리고, 두 개의 프리앰블 심볼들(s(0), s(1)) 간의 주파수 위치 차이 값(
Figure pat00034
)(부반송파 인덱스 차이 값)을 추정된 심볼의 주파수 위치(
Figure pat00035
= 2, 부반송파 인덱스 #1)로 추정할 수 있다.
이와 유사한 방식으로, 마찬가지로, 주파수 위치
Figure pat00036
를 통해 전송되는 2번째 프리앰블 심볼그룹의 프리앰블 심볼 s(2)와, 주파수 위치
Figure pat00037
를 통해 전송되는 3번째 프리앰블 심볼그룹의 프리앰블 심볼 s(3)을 이용하여,
Figure pat00038
와
Figure pat00039
사이의 심볼 x(1)을 다음의 수학식 8과 같이 산출할 수 있다.
[수학식 8]
Figure pat00040
전술한 바와 같이 산출된 심볼 x(0)와 x(1)은, 모두 주파수 위치
Figure pat00041
에 해당하는 심볼 값이다. 이와 같이, 하나의 주파수 위치에 대해 복수의 심볼 값 추정되는 경우, 신호대 잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR) 성능 향상을 위해 추정된 심볼들(x(0), x(1))의 평균 x=[x(0)+x(1)]/2를 대응하는 주파수 위치
Figure pat00042
에 매핑한다.
도 4를 예로 들면,
Figure pat00043
= 0,
Figure pat00044
= 2,
Figure pat00045
= 8,
Figure pat00046
= 6 이므로,
Figure pat00047
즉, 12개의 부반송파 중 2번째 부반송파(부반송파 인덱스 #1)에는 심볼 x=[x(0)+x(1)]/2이 매핑된다.
전술한 바와 동일한 방법으로,
Figure pat00048
에 해당하는 주파수 위치의 심볼 y(0)와 y(1)을 다음의 수학식 9와 같이 산출할 수 있다.
[수학식 9]
Figure pat00049
Figure pat00050
이와 같이 산출된 심볼 y(0)와 y(1)은 모두 주파수 위치
Figure pat00051
에 해당하는 심볼 값이다. 이와 같이, 하나의 주파수 위치에 대해 복수의 심볼 값 추정되는 경우, SNR 성능 향상을 위해 추정된 심볼들(y(0), y(1))의 평균 y=[y(0)+y(1)]/2를 대응하는 주파수 위치
Figure pat00052
에 매핑한다.
도 4를 예로 들면,
Figure pat00053
= 0,
Figure pat00054
= 2,
Figure pat00055
= 8,
Figure pat00056
= 6 이므로,
Figure pat00057
즉, 12개의 부반송파 중 8번째 부반송파(부반송파 인덱스 #7)에는 심볼 y=[y(0)+y(1)]/2이 매핑된다.
전술한 방식을 이용하면, 프리앰블 심볼들(s(m)과 s(n))과 이에 대응하는 주파수 위치들(
Figure pat00058
과
Figure pat00059
)의 조합뿐만 아니라, 프리앰블 심볼 그룹들 사이의 심볼(x, y)과, 이에 대응하는 주파수 위치를 이용하여 더 다양한 주파수 위치에 해당하는 심볼을 추정할 수 있다. 여기서 m≠n이다.
심볼 검출부(130)는 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스를 구성하는 각 프리앰블 심볼 그룹의 프리앰블 심볼이 획득되면, 이를 대응하는 주파수 위치(부반송파 인덱스)에 매핑한다. 즉, 심볼 검출부(130)는 각 프리앰블 심볼이 획득되면, 이를 대응하는 프리앰블 심볼 그룹이 전송되는데 사용된 주파수 위치(부반송파의 인덱스)에 매핑한다.
또한, 심볼 검출부(130)는 전술한 방식으로 프리앰블 심볼 그룹들 사이의 부반송파를 통해 전송된 심볼들이 추정되면, 이를 대응하는 주파수 위치(부반송파 인덱스)에 매핑할 수 있다.
타이밍 옵셋 추정부(140)는 심볼 검출부(130)에 의해 각 주파수 위치(부반송파 인덱스)에 대응하는 심볼들이 매핑되면, 이를 이용하여 대응하는 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스의 타이밍 옵셋을 추정할 수 있다.
타이밍 옵셋 추정부(140)는 단말로부터 전송된 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스의 타이밍 옵셋을 추정하기 위해, 단말이 프리앰블 시퀀스를 전송하기 위해 사용한 12개의 부반송파에 대한 IFFT를 수행한다. 단말은 NPRACH에 할당된 48개의 부반송파 중 12개의 부반송파들 내에서만 자신의 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스 전송이 허용된다. 따라서, 타이밍 옵셋 추정부(140)는 심볼 검출부(130)에 의해 검출된 심볼들 중 단말에게 할당된 12개의 부반송파의 심볼들을 확인하고, 이에 대한 N포인트 IFFT 를 수행한다.
한편, 타이밍 옵셋 추정 시, 단말에게 할당된 12개의 부반송파들에 매핑된 심볼들을 모두 사용하여 IFFT를 수행하는 경우, 잡음 성분이 타이밍 옵셋 추정에 반영되어 타이밍 옵셋 추정 성능이 저하될 수 있다.
따라서, 타이밍 옵셋 추정부(140)는 단말에게 할당된 12개의 부반송파들 중 프리앰블 심볼 그룹들 사이에서 추정된 심볼이 매핑된 부반송파들만 사용하기 위해, 나머지 부반송파에 대해서는 대응하는 심볼 값을 0(Null)으로 채운 후 12개의 부반송파에 대해 IFFT를 수행할 수 있다.
또한, 타이밍 옵셋 추정부(140)는 단말에게 할당된 12개의 부반송파들 중 프리앰블 심볼이 매핑된 부반송파들과, 프리앰블 심볼 그룹들 사이에서 추정된 심볼이 매핑된 부반송파들만 사용하기 위해, 나머지 부반송파에 대해서는 대응하는 심볼 값을 0(Null)으로 채운 후 12개의 부반송파에 대해 IFFT를 수행할 수도 있다.
타이밍 옵셋 추정부(140)는 전술한 방식으로 IFFT가 완료되면, IFFT 결과로 생성된 시간 영역 신호의 에너지(power)를 측정하고, 에너지가 최대인 시간 구간의 인덱스로부터 단말의 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스의 타이밍 옵셋을 추정할 수 있다. 또한, 타이밍 옵셋 추정부(140)는 단말의 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스에 대응하는 타이밍 옵셋을 L1 제어기(미도시)로 전송하여 단말의 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스에 대한 타이밍 보정이 이루어지도록 한다.
전술한 구조의 랜덤 액세스용 프리앰블 수신 장치(100)는, NB-IoT 시스템의 기지국 내에 구현될 수 있다.
또한, 전술한 구조의 랜덤 액세스용 프리앰블 수신 장치(100)에서 수신부(110), CP 제거부(120), 심볼 검출부(130), 심볼 검출부(130), 및 타이밍 옵셋 추정부(140)의 기능은 하나 이상의 중앙 처리 유닛(central processing unit, CPU)이나 기타 칩셋, 마이크로프로세서 등으로 구현되는 프로세서에 의해 수행될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 랜덤 액세스용 프리앰블 수신 장치의 랜덤 액세스용 프리앰블 수신 방법을 개략적으로 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 랜덤 액세스용 프리앰블 수신 장치(100)는, 단말로부터 신호가 수신되면(S200), 수신 신호로부터 CP를 제거하여 출력한다(S201).
상기 S201 단계에서, 수신 신호로부터 제거되는 CP의 길이는 NPRACH 제어 정보에 의해 결정될 수 있다. 랜덤 액세스용 프리앰블 수신 장치(100)는 NPRACH 제어 정보가 CP 길이를 66.7μs로 지시하는 경우, 수신 신호로부터 66.7μs 구간만큼 CP를 제거한다. 반면에, 랜덤 액세스용 프리앰블 수신 장치(100)는 NPRACH 제어 정보가 CP 길이를 266.67μs로 지시하는 경우, 수신 신호로부터 266.67μs 구간만큼 CP를 제거한다.
랜덤 액세스용 프리앰블 수신 장치(100)는 수신 신호로부터 CP가 제거되면, CP가 제거된 수신 신호에 대한 FFT를 수행하여, 수신 신호를 시간 영역에서 주파수 영역의 신호로 변환한다(S202). 또한, 주파수 영역으로 변환된 수신 신호로부터 랜덤 액세스 프리앰블 시퀀스를 구성하는 각 프리앰블 심볼 그룹에 대응하는 프리앰블 심볼을 검출한다(S203).
상기 S203 단계에서, 랜덤 액세스용 프리앰블 수신 장치(100)는 주파수 호핑 패턴을 바탕으로 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스를 구성하는 각 프리앰블 심볼 그룹의 전송에 사용된 주파수 위치(부반송파 인덱스)를 추정하고, 이를 바탕으로 각 프리앰블 심볼 그룹에 대응하는 프리앰블 심볼을 검출할 수 있다.
NPRACH에서 하나의 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스를 구성하는 각 프리앰블 심볼 그룹은, 동일한 심볼을 전송하기 위한 5개의 프리앰블 심볼로 구성된다.
이에 따라, 상기 S202 및 S203 단계에서, 랜덤 액세스용 프리앰블 수신 장치(100)는 각 프리앰블 심볼 그룹의 주파수 위치를 바탕으로 FFT를 수행하여, 각 프리앰블 심볼 그룹을 구성하는 5개의 주파수 영역 심볼을 생성하고, 5개의 주파수 영역 심볼의 평균값을 대응하는 프리앰블 심볼 그룹의 프리앰블 심볼로 추정할 수 있다. 또한, 상기 S202 및 S203 단계에서, 랜덤 액세스용 프리앰블 수신 장치(100)는 FFT 변환 후가 아니라, FFT 변환 전에 시간 영역에서 하나의 프리앰블 심볼 그룹에 속하는 5개의 심볼 구간 신호들을 하나의 심볼 구간 신호로 결합(combining)하고, 이후 이에 대한 FFT를 수행하여 각 프리앰블 심볼 그룹에 대응하는 프리앰블 심볼을 추정할 수도 있다.
랜덤 액세스용 프리앰블 수신 장치(100)는 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스를 구성하는 각 프리앰블 심볼 그룹의 프리앰블 심볼이 검출되면, 각 프리앰블 심볼 그룹의 주파수 위치와 추정된 프리앰블 심볼을 이용하여, 주파수 영역에서 프리앰블 심볼 그룹들 사이의 심볼을 추정한다(S204). 즉, 프리앰블 심볼 그룹 전송에 사용된 부반송파들 사이의 부반송파에 대응하는 주파수 영역 심볼을 추정할 수 있다.
상기 S204 단계에서, 랜덤 액세스용 프리앰블 수신 장치(100)는 프리앰블 심볼들(s(m), s(n))과 이에 대응하는 주파수 위치들(
Figure pat00060
과
Figure pat00061
)의 조합뿐만 아니라, 프리앰블 심볼들로부터 추정된 심볼들(x, y)과, 이에 대응하는 주파수 위치를 이용하여 더 다양한 주파수 위치에 해당하는 심볼을 추정할 수도 있다. 즉, 단말에게 할당된 12개의 부반송파들 중,
Figure pat00062
,
Figure pat00063
,
Figure pat00064
, 및
Figure pat00065
에 매핑된 프리앰블 심볼들 뿐만 아니라, 이로부터 추정된 다른 심볼들(도 4를 예로 들면, 2번째 및 8번째 부반송파의 심볼들)과 이에 대응하는 주파수 위치로부터 다른 부반송파의 심볼을 추정할 수도 있다. 이 경우에도 마찬가지로, 심볼 추정에 사용된 두 개의 심볼 중 심볼 값이 더 큰 심볼을 나머지 심볼로 나눈 값을 심볼 값으로 추정하고, 심볼 추정에 사용된 두 개의 심볼들이 매핑된 주파수 위치 차이 값(부반송파 인덱스 차이 값)을 추정된 심볼의 주파수 위치로 획득할 수 있다.
랜덤 액세스용 프리앰블 수신 장치(100)는 전술한 S203 및 S204 단계를 통해, 프리앰블 심볼, 및 프리앰블 심볼이 아닌 심볼을 획득하면, 이를 대응하는 주파수 위치(부반송파 인덱스)에 매핑한다.
이후, 랜덤 액세스용 프리앰블 수신 장치(100)는 단말에 할당된 12개의 부반송파에 대해 심볼들이 매핑되면, 12개의 부반송파에 매핑된 주파수 영역 심볼들에 대해 IFFT를 수행하여 시간 영역 신호로 변환한다(S205).
한편, 타이밍 옵셋 추정 시, 단말에게 할당된 12개의 부반송파들에 매핑된 심볼들을 모두 사용하여 IFFT를 수행하는 경우, 잡음 성분이 타이밍 옵셋 추정에 반영되어 타이밍 옵셋 추정 성능이 저하될 수 있다.
따라서, 상기 S205 단계에서, 랜덤 액세스용 프리앰블 수신 장치(100)는 단말에게 할당된 12개의 부반송파들 상기 S204 단계를 통해 추정된 심볼들이 매핑된 부반송파들만 사용하고, 나머지 부반송파에 대해서는 대응하는 신호 값을 0(Null)으로 채운 후 IFFT를 수행할 수 있다.
또한, 상기 S205 단계에서, 랜덤 액세스용 프리앰블 수신 장치(100)는 상기 S204 및 S205 단계를 통해 추정된 심볼들이 매핑된 부반송파들만 사용하고, 나머지 부반송파에 대해서는 대응하는 신호 값을 0(Null)으로 채운 후 IFFT를 수행할 수도 있다.
랜덤 액세스용 프리앰블 수신 장치(100)는 IFFT가 완료되면, IFFT 결과로 생성된 시간 영역 신호에 대해 시간 구간 별 에너지(power)를 측정하고(S206), 측정 결과를 바탕으로 최대 에너지를 가지는 시간 구간을 검출하여(S207), 에너지가 최대인 시간 구간의 인덱스로부터 단말의 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스의 타이밍 옵셋을 추정한다(S208).
랜덤 액세스용 프리앰블 수신 장치(100)는 단말의 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스에 대응하는 타이밍 옵셋이 추정되면, 이를 L1 제어기(미도시)로 전송하여 단말의 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스에 대한 타이밍 보정이 이루어지도록 한다.
전술한 바에 따르면, 본 발명의 실시 예에서는, 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스를 구성하는 프리앰블 심볼 그룹들의 주파수 호핑 패턴을 이용하여, 프리앰블 심볼 그룹뿐만 아니라 프리앰블 심볼 그룹들 사이의 심볼을 추정하고, 프리앰블 심볼 그룹들 사이에서 추정된 심볼을 타이밍 옵셋 추정에 사용한다. 이에 따라, 주파수 옵셋이 존재하는 경우에도 타이밍 옵셋 추정의 정확도를 향상시킬 수 있으며, 낮은 SNR 환경에서 보다 정확한 타이밍 옵셋 값을 추정할 수 있다. 따라서, 결과적으로 프리앰블 시퀀스의 반복 전송 횟수를 줄일 수 있어 송수신기 복잡도를 줄일 수 있다.
본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

Claims (20)

  1. 기지국의 랜덤 액세스용 프리앰블의 수신 방법에 있어서,
    수신 신호를 주파수 영역 신호로 변환하는 단계,
    주파수 호핑 패턴에 기초하여, 단말에게 할당된 복수의 제1부반송파 중 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스를 구성하는 복수의 프리앰블 심볼 그룹 전송에 사용된 복수의 제2부반송파를 추정하는 단계,
    상기 복수의 제2부반송파의 인덱스에 기초하여, 상기 복수의 프리앰블 심볼 그룹에 대응하는 복수의 제1심볼을 추정하는 단계,
    상기 복수의 제2부반송파의 인덱스 및 상기 복수의 제1심볼로부터, 상기 복수의 제1부반송파 중 복수의 제3부반송파에 대응하는 복수의 제2심볼을 추정하는 단계,
    상기 복수의 제3부반송파에 대응하는 상기 복수의 제2심볼을 이용하여, 시간 영역 신호를 생성하는 단계, 및
    상기 시간 영역 신호 중 에너지가 최대인 시간 구간을 토대로 상기 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스의 타이밍 옵셋을 추정하는 단계를 포함하는 수신 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제2심볼을 추정하는 단계는,
    상기 복수의 제2부반송파들 중 선택된 두 개의 제2부반송파들의 인덱스들로부터, 상기 두 개의 제2부반송파들 사이에 위치하는 상기 제3부반송파의 인덱스를 획득하는 단계를 포함하는 수신 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제3부반송파의 인덱스를 획득하는 단계는,
    상기 두 개의 제2부반송파들 사이의 인덱스 차이 값으로부터, 상기 제3부반송파의 인덱스를 획득하는 단계를 포함하는 수신 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 제2심볼을 추정하는 단계는,
    상기 두 개의 제2부반송파에 대응하는 두 개의 제1심볼들로부터, 상기 두 개의 제2부반송파들 사이에 위치하는 상기 제3부반송파에 대응하는 상기 제2심볼을 추정하는 단계를 더 포함하는 수신 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제3부반송파에 대응하는 상기 제2심볼을 추정하는 단계는,
    상기 두 개의 제1심볼들 중 어느 하나의 심볼 값을 나머지 심볼의 심볼 값으로 나눈 값으로부터, 상기 두 개의 제2부반송파들 사이에 위치하는 상기 제3부반송파에 대응하는 상기 제2심볼의 심볼 값으로 획득하는 단계를 더 포함하는 수신 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 시간 영역 신호를 생성하는 단계는,
    상기 복수의 제1부반송파 중 상기 복수의 제3부반송파를 제외한 나머지 부반송파에 대해 널링(nulling)을 수행하는 단계, 및
    상기 널링을 수행한 이후에, 상기 복수의 제1부반송파에 대한 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)를 통해 상기 시간 영역 신호를 생성하는 단계를 포함하는 수신 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 시간 영역 신호를 생성하는 단계는,
    상기 복수의 제2부반송파에 대응하는 상기 복수의 제1심볼과, 상기 복수의 제3부반송파에 대응하는 상기 복수의 제2심볼을 이용하여 상기 시간 영역 신호를 생성하는 단계를 포함하는 수신 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 제2부반송파에 대응하는 상기 복수의 제1심볼과, 상기 복수의 제3부반송파에 대응하는 상기 복수의 제2심볼을 이용하여 상기 시간 영역 신호를 생성하는 단계는,
    상기 복수의 제1부반송파 중 상기 복수의 제2부반송파 및 상기 복수의 제3부반송파를 제외한 나머지 부반송파에 대해 널링(nulling)을 수행하는 단계, 및
    상기 널링을 수행한 이후에, 상기 복수의 제1부반송파에 대한 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)를 통해 상기 시간 영역 신호를 생성하는 단계를 포함하는 수신 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 수신 신호를 주파수 영역 신호로 변환하는 단계는,
    상기 수신 신호로부터 CP를 제거하는 단계, 및
    FFT(Fast Fourier Transform)를 통해 상기 CP가 제거된 수신 신호를 상기 주파수 영역 신호로 변환하는 단계를 포함하는 수신 방법.
  10. 랜덤 액세스용 프리앰블의 수신 장치에 있어서,
    수신 신호를 수신하는 수신부,
    상기 수신 신호를 주파수 영역 신호로 변환하고, 주파수 호핑 패턴에 기초하여 단말에게 할당된 복수의 제1부반송파 중 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스를 구성하는 복수의 프리앰블 심볼 그룹 전송에 사용된 복수의 제2부반송파를 추정하며, 상기 복수의 제2부반송파의 인덱스에 기초하여 상기 복수의 프리앰블 심볼 그룹에 대응하는 복수의 제1심볼을 추정하고, 상기 복수의 제2부반송파의 인덱스 및 상기 복수의 제1심볼로부터 상기 복수의 제1부반송파 중 복수의 제3부반송파에 대응하는 복수의 제2심볼을 추정하는 심볼 검출부, 및
    상기 복수의 제3부반송파에 대응하는 상기 복수의 제2심볼을 이용하여 시간 영역 신호를 생성하고, 상기 시간 영역 신호 중 에너지가 최대인 시간 구간을 토대로 상기 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스의 타이밍 옵셋을 추정하는 타이밍 옵셋 추정부를 포함하는 수신 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 심볼 검출부는,
    상기 복수의 제2부반송파들 중 선택된 두 개의 제2부반송파들 사이의 인덱스 차이 값으로부터, 상기 두 개의 제2부반송파들 사이에 위치하는 상기 제3부반송파의 인덱스를 획득하는 수신 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 심볼 검출부는,
    상기 두 개의 제2부반송파에 대응하는 두 개의 제1심볼들 중 어느 하나의 심볼 값을 나머지 심볼의 심볼 값으로 나눈 값으로부터, 상기 두 개의 제2부반송파들 사이에 위치하는 상기 제3부반송파에 대응하는 상기 제2심볼을 획득하는 수신 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 타이밍 옵셋 추정부는,
    상기 복수의 제1부반송파 중 상기 복수의 제3부반송파를 제외한 나머지 부반송파에 대해 널링(nulling)을 수행하고, 상기 널링을 수행한 이후에, 상기 복수의 제1부반송파에 대한 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)를 통해 상기 시간 영역 신호를 생성하는 수신 장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 타이밍 옵셋 추정부는,
    상기 복수의 제2부반송파에 대응하는 상기 복수의 제1심볼과, 상기 복수의 제3부반송파에 대응하는 상기 복수의 제2심볼을 이용하여 상기 시간 영역 신호를 생성하는 수신 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 타이밍 옵셋 추정부는,
    상기 복수의 제1부반송파 중 상기 복수의 제2부반송파 및 상기 복수의 제3부반송파를 제외한 나머지 부반송파에 대해 널링(nulling)을 수행하고, 상기 널링을 수행한 이후에, 상기 복수의 제1부반송파에 대한 IFFT를 통해 상기 시간 영역 신호를 생성하는 수신 장치.
  16. 단말의 랜덤 액세스용 프리앰블 송신 방법에 있어서,
    기 설정된 주파수 호핑 패턴에 기초하여, 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스를 구성하는 복수의 프리앰블 심볼 그룹에 대해 대응하는 부반송파 인덱스를 각각 매핑하는 단계, 및
    상기 복수의 프리앰블 심볼 그룹 각각에 매핑된 부반송파 인덱스에 기초하여, 상기 복수의 프리앰블 심볼 그룹을 순차적으로 전송하는 단계를 포함하며,
    상기 주파수 호핑 패턴은, 상기 복수의 프리앰블 심볼 그룹들 중 주파수 영역에서 서로 이웃하는 두 개의 프리앰블 심볼 그룹들 사이에 하나 이상의 부반송파가 위치하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 송신 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 매핑하는 단계는,
    상기 복수의 프리앰블 심볼 그룹 중 최초로 전송되는 제1프리앰블 심볼 그룹에 제1부반송파 인덱스를 매핑하는 단계,
    상기 주파수 호핑 패턴 및 상기 제1부반송파 인덱스에 기초하여, 상기 복수의 프리앰블 심볼 그룹 중 상기 제1프리앰블 심볼 그룹 다음에 전송되는 제2프리앰블 심볼 그룹에 제2부반송파 인덱스를 매핑하는 단계,
    상기 주파수 호핑 패턴 및 상기 제2부반송파 인덱스에 기초하여, 상기 복수의 프리앰블 심볼 그룹 중 상기 제2프리앰블 심볼 그룹 다음에 전송되는 제3프리앰블 심볼 그룹에 제3부반송파 인덱스를 매핑하는 단계, 및
    상기 주파수 호핑 패턴 및 상기 제3부반송파 인덱스에 기초하여, 상기 복수의 프리앰블 심볼 그룹 중 상기 제3프리앰블 심볼 그룹 다음에 전송되는 제4프리앰블 심볼 그룹에 제4부반송파 인덱스를 매핑하는 단계를 포함하는 송신 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 주파수 호핑 패턴은, 상기 제1 및 제2부반송파 인덱스에 대응하는 부반송파들 사이에는 1개의 부반송파가 위치하고, 상기 제2 및 제3부반송파 인덱스에 대응하는 부반송파들 사이에는 5개의 부반송파가 위치하고, 상기 제3 및 제4부반송파 인덱스에 대응하는 부반송파들 사이에는 1개의 부반송파가 위치하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 송신 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 주파수 호핑 패턴은, 아래 수학식 1에 대응하는 것을 특징으로 하는 송신 방법.
    [수학식 1]
    Figure pat00066

    상기 수학식 1에서,
    Figure pat00067
    는 상기 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스를 구성하는 i번째 프리앰블 심볼 그룹에 매핑된 부반송파 인덱스이고,
    Figure pat00068
    는 상기 단말이 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스 전송에 사용할 수 있는 부반송파 개수이며, 상기 f(i/4)는 상기 랜덤 액세스용 프리앰블 시퀀스의 반복 전송 시 의사-랜덤 시퀀스에 의해 결정되는 값이다.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 수학식 1에서 상기 f(i/4)는 아래의 수학식 2에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 송신 방법.
    [수학식 2]
    Figure pat00069

    상기 수학식 2에서, c(n)은 상기 의사-랜덤 시퀀스로 길이 31의 골드 시퀀스이다.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2023132481A1 (ko) * 2022-01-10 2023-07-13 삼성전자 주식회사 무선 통신 시스템에서 상향링크 동기를 획득하는 장치 및 방법

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WO2023132481A1 (ko) * 2022-01-10 2023-07-13 삼성전자 주식회사 무선 통신 시스템에서 상향링크 동기를 획득하는 장치 및 방법

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