KR20200107860A - 디지털 방식의 동기 신호 검출 방법, 하이브리드 방식의 동기 신호 검출 방법 및 이를 수행하는 5g 무선 주파수 중계기 - Google Patents

디지털 방식의 동기 신호 검출 방법, 하이브리드 방식의 동기 신호 검출 방법 및 이를 수행하는 5g 무선 주파수 중계기 Download PDF

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Abstract

디지털 방식의 동기 신호 검출 방법, 하이브리드 방식의 동기 신호 검출 방법 및 이를 수행하는 5G 무선 주파수 중계기에 관한 것으로서, 이 방법은 시분할 듀플렉스(Time Division Duplexing, TDD)로 동작하는 무선 주파수 중계기가 디지털 방식으로 동기 신호를 검출하는 방법으로서, 5G 프레임에 대한 SSB(Synchronization Signal Block)의 주파수 도메인 상에서 PBCH(Physical Broadcast Channel) DMRS(Demodulation Reference Signal)가 전송되는 RE(Resource Element)들의 위치를 계산하는 단계, 상기 주파수 도메인에서 상기 RE들의 위치를 중심으로 복수개의 서브캐리어를 검출하고, 상기 복수개의 서브캐리어를 기준으로 매핑되는 SSB 인덱스를 검출하는 단계, 상기 SSB 인덱스에 기초하여 다운링크 구간의 시작점을 추출하는 단계, 사전에 정의된 다운링크 주기 및 업링크 주기와 상기 추출한 다운링크 구간의 시작점을 이용하여 다운링크-업링크 스위칭을 위한 동기 신호를 생성하고, 상기 동기 신호를 이용하여 상기 기지국과 동기를 맞추는 단계를 포함하고, 상기 SSB 인덱스는, 상기 5G 프레임에서 상기 SSB가 수신되는 시간 정보에 대응한다.

Description

디지털 방식의 동기 신호 검출 방법, 하이브리드 방식의 동기 신호 검출 방법 및 이를 수행하는 5G 무선 주파수 중계기{SYNC SIGNAL DETECTION METHOD OF DIGITAL SCHEME, SYNC SIGNAL DETECTION METHOD OF HYBRID SCHEME AND 5G RADIO FREQUENCY REPEATER THEREOF}
본 발명은 디지털 방식의 동기 신호 검출 방법, 하이브리드 방식의 동기 신호 검출 방법 및 이를 수행하는 5G 무선 주파수 중계기에 관한 것으로서, 5G 무선 주파수 중계기가 기지국과 시각 동기화하는 기술에 관한 것이다.
시분할 듀플렉스(Time Division Duplexing, 앞으로, "TDD"라 한다) 시스템에서 동기 신호는 기지국과 이동국 사이의 서비스 시간을 조정하는데 필수불가결한 기술이다. 예를들어, "TDD configuration 4:1"은 전체 서비스 시간에서 DL(DownLink)과 UL(UpLink)을 4:1의 비율로 서비스한다는 의미이다.
현재 이동통신 3사는 4:1의 서비스 시간을 2.5ms 주기로 변경하여 서비스 할 계획이다. 이는 2ms의 DL 구간과 0.5ms의 UL 구간으로 나누어 서비스한다는 의미이다.
기지국의 경우, 고정밀의 GPS(Global Positioning System) 수신기를 통해 DL/UL 동기 신호를 제공한다. 기지국간의 간섭이 없도록 모든 기지국은 시각동기를 맞추어야 한다.
이동통신 서비스를 위해 구축하는 기지국은 일정 영역에 대한 서비스를 담당하므로, 기지국이 커버하지 못하는 음영 지역이 발생한다. 이러한 음영 지역을 서비스하기 위해서 광 중계기 및 RF(Radio Frequency) 중계기와 같은 이동통신 중계기가 사용된다.
일반적으로, 음영 지역은 산, 빌딩 및 기타 지형지물 등으로 인해 전파가 차단되는 지역 또는 터널, 지하 주차장 등과 같은 전파 전달이 어려운 지역이다. 이동통신 중계기는 기지국의 신호가 음영 지역까지 도달할 수 있도록 신호를 증폭하여 전송함으로써, 기지국의 통신 지역을 확장한다. 이동통신 중계기는 중계 방향과 반대 방향으로 음영 지역에 존재하는 단말기에서 요청된 신호를 증폭하여 기지국으로 전송하는 기능도 동시에 수행한다.
광 중계기는 기지국으로부터 수신한 시각 동기 신호를 동기 신호 사용하므로, 서비스 제공에 문제가 없다. 반면, RF 중계기의 경우, 기지국으로부터 수신한 SSB(Synchronization Signal Block) 신호로부터 동기 신호를 추출하여 음영 지역 단말기에 서비스를 제공한다.
그런데, 5G TDD 시스템은 새로이 도입된 빔포밍(beam-forming) 기능으로 인하여 LTE(Long Term Evolution) TDD 시스템 또는 WiBro TDD 시스템과는 다르게 RF 신호를 수신하여 동기 신호를 추출하는 것이 쉽지 않다.
본 발명이 해결하고자 하는 하나의 과제는 디지털 방식으로 동기 신호를 검출하는 방법 및 5G 무선 주파수 중계기를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 여러 기지국으로부터 동기 신호를 수신할 수 있는 지역에서는 빔 스위핑(Beam sweeping)을 통해 검출한 빔 패턴에 기초하여 아날로그 방식으로 동기 신호를 검출하고, 빔 스위핑(Beam sweeping)시 특정한 빔을 수신할 수 없는 지역에서는 디지털 방식으로 동기 신호를 검출하는 하이브리드 방식의 동기 신호 검출 방법 및 5G 무선 주파수 중계기를 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 특징에 따르면, 시분할 듀플렉스(Time Division Duplexing, TDD)로 동작하는 무선 주파수 중계기가 디지털 방식으로 동기 신호를 검출하는 방법으로서, 5G 프레임에 대한 SSB(Synchronization Signal Block)의 주파수 도메인 상에서 PBCH(Physical Broadcast Channel) DMRS(Demodulation Reference Signal)가 전송되는 RE(Resource Element)들의 위치를 계산하는 단계, 상기 주파수 도메인에서 상기 RE들의 위치를 중심으로 복수개의 서브캐리어를 검출하고 상기 복수개의 서브캐리어에 매핑되는 SSB 인덱스를 검출하는 단계, 상기 SSB 인덱스에 기초하여 다운링크 구간의 시작점을 추출하는 단계, 그리고 사전에 정의된 다운링크 주기 및 업링크 주기와, 상기 추출한 다운링크 구간의 시작점을 이용하여 다운링크-업링크 스위칭을 위한 동기 신호를 검출하는 단계를 포함하고, 상기 SSB 인덱스는, 상기 5G 프레임에서 상기 SSB가 수신되는 시간 정보에 대응한다.
상기 SSB 인덱스를 검출하는 단계는, 상기 RE들의 위치에 해당하는 각각의 서브캐리어를 대상으로 고속 푸리에 변환을 수행하여 각 RE에 매핑된 복수의 OFDM 심볼을 추출하는 단계, 상기 복수의 OFDM 심볼에 대해 PBCH DMRS의 자동 상관(Auto Correlation)이 최대가 되는 PBCH DMRS 시퀀스를 추출하는 단계, 그리고 추출한 PBCH DMRS 시퀀스의 인덱스에 대응하는 SSB 인덱스를 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 PBCH DMRS 시퀀스는, 물리 셀 식별자(Physical Cell IDentifier) 및 SSB 인덱스를 기반으로 생성될 수 있다.
상기 계산하는 단계는, 상기 주파수 도메인에서 사전에 알고 있는 동기 래스터의 위치를 중심으로 PBCH DMRS 시퀀스가 전송되는 RE의 위치를 계산하고, 상기 PBCH DMRS 시퀀스는, 의사 랜덤 시퀀스(pseudo random sequence)를 이용하여 PBCH DMRS의 성상도 매핑을 통해 생성된 복수의 OFDM 심볼이 상기 RE에 매핑되어 전송될 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 시분할 듀플렉스(Time Division Duplexing, TDD)로 동작하는 무선 주파수 중계기가 하이브리드 방식으로 동기 신호를 검출하는 방법으로서, 기지국으로부터 수신한 SSB(Synchronization Signal Block) 신호들로 형성된 SSB 패턴이 사전 정의된 SSB 패턴인지 판단하는 단계, 상기 사전 정의된 SSB 패턴이면, 상기 수신한 SSB 신호들 중에서 피크(Peak)값을 가지는 SSB 신호의 수신 시점에 기초하여 다운링크 구간의 시작점을 추출하는 단계, 상기 사전 정의된 SSB 패턴이 아니면, SSB의 주파수 도메인 상에서 전송되는 PBCH(Physical Broadcast Channel) DMRS(Demodulation Reference Signal)를 디코딩하여 SSB 인덱스를 검출하고, 상기 SSB 인덱스에 기초하여 상기 다운링크 구간의 시작점을 추출하는 단계, 그리고 사전에 정의된 다운링크 주기, 업링크 주기 및 상기 추출한 다운링크 구간의 시작점을 이용하여 다운링크-업링크 스위칭을 위한 동기 신호를 생성하는 단계를 포함하고, 상기 SSB 인덱스는, 상기 SSB가 수신되는 시간 정보에 대응한다.
상기 사전 정의된 SSB 패턴은, 상기 기지국의 빔포밍 방식 별로 상기 피크값을 가지는 SSB 신호의 수신 시점이 다른 복수개의 SSB 신호들의 패턴을 포함할 수 있다.
상기 SSB 인덱스는, PBCH DMRS 시퀀스의 인덱스에 대응할 수 있다.
상기 PBCH DMRS 시퀀스는, 복수의 OFDM 심볼에 대해 PBCH DMRS의 자동 상관(Auto Correlation)을 통해 검출되고, 상기 복수의 OFDM 심볼은, 상기 RE들의 위치에 해당하는 각각의 서브캐리어를 대상으로 한 고속 푸리에 변환을 통해 획득될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 시분할 듀플렉스(Time Division Duplexing, TDD)로 동작하는 5G 무선 주파수 중계기로서, 기 정의된 패턴으로 수신되는 SSB(Synchronization Signal Block) 신호들 중에서 피크(Peak)값을 가지는 SSB 신호의 수신 시점에 기초하여 다운링크 구간의 시작점을 추출하는 아날로그 동기 신호 검출부, 상기 SSB 신호의 주파수 도메인 상에서 전송되는 PBCH(Physical Broadcast Channel) DMRS(Demodulation Reference Signal)로부터 상기 SSB 신호가 수신되는 시간 정보에 대응하는 SSB 인덱스를 검출하고, 상기 SSB 인덱스에 기초하여 상기 시작점을 추출하는 디지털 동기 신호 검출부, 기지국으로부터 수신되는 다운링크 무선 주파수 신호로부터 상기 SSB 신호를 검출하는 SSB 검출부, 상기 기지국과 단말기 사이의 상향링크 및 다운링크를 스위칭하는 스위칭부, 그리고 상기 다운링크 구간의 시작점을 이용하여 생성된 동기 신호를 기초로 상기 기지국에 동기화하여 상기 상향링크 또는 상기 다운링크로 스위칭하도록 상기 스위칭부를 제어하는 다운링크/업링크 제어부를 포함한다.
상기 SSB 검출부는, 상기 SSB 신호를 상기 아날로그 동기 신호 검출부로 우선 출력하도록 설정되고, 상기 아날로그 동기 신호 검출부에서 사전 정의된 패턴의 SSB 신호들을 검출하지 못하면, 상기 SSB 신호를 상기 디지털 동기 신호 검출부로 출력할 수 있다.
상기 디지털 동기 신호 검출부는, 상기 PBCH DMRS가 전송되는 RE(Resource Element)들의 위치를 중심으로 복수개의 서브캐리어에 매핑되는 SSB 인덱스를 검출하고, 상기 SSB 인덱스에 기초하여 상기 다운링크 구간의 시작점을 추출하며, 상기 다운링크 구간의 시작점과 사전에 정의된 슬롯 구성 정보에 기초하여 상기 동기 신호를 검출할 수 있다.
상기 디지털 동기 신호 검출부는, PCI(Physical Cell Identity)를 사전에 알고 있는 경우, PCI의 모듈로 4 값(PCI mod 4)에 해당하는 서브캐리어들을 대상으로 고속 푸리에 연산을 수행하여 상기 각 RE에 매핑된 심볼을 획득하고, 상기 심볼에 대해 PBCH DMRS의 자동 상관(Auto Correlation)이 최대가 되는 PBCH DMRS 시퀀스를 추출하며, 상기 추출한 PBCH DMRS 시퀀스의 인덱스에 대응하는 SSB 인덱스를 검출할 수 있다.
상기 디지털 동기 신호 검출부는, PCI(Physical Cell Identity)를 사전에 알고 있지 않은 경우, PCI의 모듈로 4 값(PCI mod 4)에 해당하는 서브캐리어들을 대상으로 고속 푸리에 연산을 수행하여 상기 각 RE에 매핑된 심볼들로 구성된 복수의 세트를 획득하고, 상기 복수의 세트 각각에 대해 PBCH DMRS의 자동 상관(Auto Correlation)이 최대가 되는 기준 위상을 검출한 후, 상기 기준 위상을 통해 PBCH DMRS 시퀀스를 추출하고, 상기 추출한 PBCH DMRS 시퀀스의 인덱스에 대응하는 SSB 인덱스를 검출할 수 있다.
실시예에 따르면, SINR(Signal-to-interference-plus-noise ratio)이 저하되거나 공통 빔(common beam)을 고정으로 사용하는 지역에서는 아날로그 방식으로 추출한 동기 신호를 사용하고, 빔 스위핑(Beam sweeping)시 특정 빔(Beam)을 수신할 수 없는 지역에서는 디지털 방식으로 동기 신호를 추출하여 서비스 불가 지역을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 5G TDD(Time Division Duplexing) 방식의 무선 중계 시스템을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 3GPP 5G에서 TDD(Time Division Duplexing) 무선 프레임 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3GPP 5G에서 TDD 무선 프레임 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 동기 신호 및 PBCH 블록(SSB)신호의 구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 PCI(Physical Cell Identity) 별 PBCH DMRS(Demodulation Reference Signal)의 위치를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 RF 중계기의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 동기 신호 검출 방법을 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 PCI 별 SSB 인덱스 및 DMRS 시퀀스 인덱스의 매핑 테이블을 나타낸다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 DMRS RE 영역에 대응하는 DMRS 시퀀스의 위치를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 빔포밍 방식을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 빔포밍 방식을 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 빔포밍 방식을 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 빔포밍 방식을 나타낸 도면이다.
도 14는 도 10의 빔 포밍 방식에 따른 SSB 신호 패턴을 나타낸다.
도 15는 도 11의 빔포밍 방식에 따른 SSB 신호 패턴을 나타낸다.
도 16은 도 12의 빔포밍 방식에 따른 SSB 신호 패턴을 나타낸다.
도 17은 도 13의 빔포밍 방식에 따른 SSB 신호 패턴을 나타낸다.
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 SSB 신호 패턴에 기초하여 동기 신호를 검출하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 19는 본 발명의 다른 실시예에 따른 5G RF 중계기의 구성을 나타낸다.
도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 중계기 동작을 설명하는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
본 발명에서 설명하는 장치들은 적어도 하나의 프로세서, 메모리 장치, 통신 장치 등을 포함하는 하드웨어로 구성되고, 지정된 장소에 하드웨어와 결합되어 실행되는 프로그램이 저장된다. 하드웨어는 본 발명의 방법을 실행할 수 있는 구성과 성능을 가진다. 프로그램은 도면들을 참고로 설명한 본 발명의 동작 방법을 구현한 명령어(instructions)를 포함하고, 프로세서와 메모리 장치 등의 하드웨어와 결합하여 본 발명을 실행한다.
본 명세서에서 단말은 통신에서의 사용자 단말을 의미하는 포괄적 개념으로서, UE(User Equipment), MS(Mobile Station), MT(Mobile Terminal), SS(Subscriber Station), PSS(Portable Subscriber Station), AT(Access Terminal), 이동국, 이동 단말, 가입자국, 휴대 가입자국, 사용자 장치, 접근 단말, 무선 기기 등의 용어로 불릴 수도 있고, UE, MS, MT, SS, PSS, AT, 이동국, 이동 단말, 가입자국, 휴대 가입자국, 사용자 장치, 접근 단말, 무선 기기 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
단말은 기지국(base station, BS), 접근점(Access Point, AP), 무선 접근국(Radio Access Station, RAS), 노드B(Node B), 고도화 노드B(evolved NodeB, eNodeB), 송수신 기지국(Base Transceiver Station, BTS), MMR(Mobile Multihop Relay)-BS 등과 같은 네트워크 장치에 접속하여 원격의 서버에 연결될 수 있다.
기지국(Base Station, BS)은 접근점(Access Point, AP), 무선 접근국(Radio Access Station, RAS), 노드 B(Node B), 송수신 기지국(Base Transceiver Station, BTS), MMR(Mobile Multihop Relay)-BS 등을 지칭할 수도 있고, 접근점, 무선 접근국, 노드B, 송수신 기지국, MMR-BS 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
이제, 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 디지털 방식의 동기 신호 검출 방법, 하이브리드 방식의 동기 신호 검출 방법 및 이를 수행하는 5G RF(Radio Frequency Repeater) 중계기에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 5G TDD(Time Division Duplexing) 방식의 무선 중계 시스템을 나타낸다.
도 1을 참조하면, RF 중계기(100)는 기지국(200) 및 단말(300) 간의 무선 통신을 중계하는 5G RF 중계기로서, TDD 방식을 사용한다.
RF 중계기(100)는 기지국(200)의 전파가 잘닿지 않는 음영 지역의 단말(300)이 기지국(200)과 송수신할 수 있도록 신호를 중계한다.
RF 중계기(100)는 기지국(200)으로부터 수신되는 다운링크(Down Link, 이하, "DL"로 통칭함) 신호를 증폭하여 단말(300)로 전송한다.
RF 중계기(100)는 단말(300)로부터 수신되는 상향링크(Up Link, 이하, "UL"로 통칭함) 신호를 취합하여 기지국(200)으로 전송한다.
RF 중계기(100)는 DL과 UL이 동일한 주파수 대역을 사용하되, 시간을 분할하여 통신하는 TDD 방식을 사용한다. 따라서, RF 중계기(100)는 기지국(200)의 DL 또는 UL의 통신 시점을 인지하고, 적절하게 동작하는 것이 중요하다.
이하, 본 발명의 상세 설명에서 동기 신호는 DL/UL 스위칭 신호를 의미한다.
RF 중계기(100)는 빔포밍(beam-forming)을 사용하는 5G RF 중계기로서, 기지국(200)으로부터 수신한 SSB(Synchronization Signal Block) 신호로부터 동기 신호를 추출한다. 그리고 이러한 동기 신호를 기초로, 기지국(200)과 DL/UL 타이밍(Timing)을 맞추어 동작한다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 3GPP 5G에서 TDD(Time Division Duplexing) 무선 프레임 구조를 나타낸 도면으로서, DL:UL의 비율이 4:1인 경우의 TDD 프레임을 설명한다.
도 2를 참조하면, 하나의 무선 프레임은 복수개의 서브프레임으로 구성된다. 하나의 서브프레임은 복수개의 슬롯(slot)으로 구성된다. 하나의 서브프레임이 전송되는데 걸리는 시간을 TTI(transmission time interval)이라 한다. 예를들어, 하나의 서브프레임의 길이는 1ms이다. 하나의 슬롯의 길이는 0.5ms 일 수 있다. 5G의 경우, Subcarrier spacing 30kHz를 사용하므로, 슬롯은 0.5ms이다.
슬롯은 시간 영역에서 복수의 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼을 포함하고, 주파수 영역에서 복수의 자원 블록(Resource Block, 앞으로, "RB"라 한다)을 포함한다.
OFDM 심볼은 시간 영역에서 하나의 심볼 구간(symbol period)을 표현하기 위한 것에 불과할 뿐, 다중 접속 방식이나 명칭에 제한을 두는 것은 아니다.
RB는 자원 할당 단위로서, 하나의 슬롯에서 복수의 서브캐리어(Subcarrier)를 포함한다. 예를들어, 하나의 슬롯이 시간 영역에서 14개의 OFDM 심볼을 포함하고 RB는 주파수 영역에서 12 서브캐리어를 포함한다면, 하나의 RB는 14×12=168개의 자원 요소(Resource Element, 앞으로, "RE"라 한다)를 포함할 수 있다.
3GPP 기반 시스템에서 RB는 주파수 도메인에서 12개 연속적(consecutive) 서브캐리어들로서 정의된다. 각 자원 요소는 주파수 도메인에서 1개 서브캐리어, 시간 도메인에서 1개 OFDM 심볼에 의해 정의된다.
SSB는 SSB 주기(periodicity)에 맞춰 주기적으로 전송된다. 초기 셀 선택 시에 사용되는 SSB 기본 주기는 20ms로 정의된다.
SSB 인덱스는 반송파 주파수 범위에 따라, PBCH(Physical Broadcast Channel) DMRS(Demodulation Reference Signal) 시퀀스 및/또는 PBCH에 포함된 비트에 의해 명시적으로 지시될 수 있다.
예를들어, 6GHz 이하의 주파수 대역에 대해서는 SSB 인덱스(index)의 3비트가 PBCH DMRS 시퀀스로만 전달된다.
또한, 6GHz 이상의 주파수 대역에 대해서 SSB 인덱스의 최하위 3비트는 PBCH DMRS 시퀀스로 표시되고, SSB 인덱스의 최상위 3비트는 PBCH에 의해 전달된다. 즉, 6GHz ~ 52.6GHz의 주파수 범위에 한하여, SSB 인덱스를 위한 최대 3비트가 PBCH에 정의될 수 있다.
도 2의 실시예에 따르면, 5G TDD 프레임은 DL:UL 비율이 4:1로 설정될 수 있다. 따라서, 3개의 DL 슬롯(Slot), 1개의 믹스(Mixed) 슬롯 및 1개의 UL 슬롯으로 구성된다. DL/UL 주기는 2.5ms이다.
TDD 스위치 타이밍은 DL 펄스가 출력되는 DL 구간, GP(Guard Period) 구간 및 UL 펄스가 출력되는 UL 구간이 순차적으로 연속된다.
SSB는 DL 구간에 전송된다. 3GPP 규격에 의하면, 6GHz 이하에서는 최대 8개의 SSB를 송출할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 사용하는 "DL/UL configuration"에 따르면, GP 구간의 2개의 갭 심볼로 인하여 8번째 SSB는 송출되지 못하고 7개(t1 ~ t7)의 SSB만 송출 가능하다.
여기서, t1 ~ t7은 공통 빔(common beam)을 송신할 수 있는 시각을 의미한다. SSB 신호를 송출하는 기지국(200)의 빔(beam)을 공통 빔이라고 한다.
SSB가 송출되는 각 시각(t1 ~ t7)은 4개의 OFDM 심볼로 구성된다. OFDM 심볼의 주기는 35.68usec이다. DL 구간의 주기는 1855.36usec(=35.68usec×52)이다. UL 구간의 주기는 570.88usec(=35.68usec×16)이다. 플렉서블(Flexible) 구간인 GP 구간은 72.36usec(=35.68usec×2)이다.
이때, DL 구간, GP 구간, UL 구간의 산출에 필요한 절대시간은 RF 중계기(100) 출시전 GPS(Global Positioning System)로부터 추출한 절대시간이 사용된다. 다만, GPS의 절대시간과 RF 중계기(100)의 펄스(pulse) 생성부(115F)와의 오차를 사전에 캘리브레이션(calibration)함으로써, 최소화할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3GPP 5G에서 TDD 무선 프레임 구조를 나타낸 도면으로서, DL:UL의 비율이 9:1인 경우의 TDD 프레임을 설명한다.
이때, 도 2와 동일한 내용에 대한 설명은 중복되므로 생략하고, 도 2와 다른 구성에 대해서만 설명한다.
도 3을 참조하면, DL:UL의 비율을 9:1로 하는 TDD 프레임의 DL/UL 주기는 5ms이고, TDD 프레임은 8개의 DL 슬롯, 1개의 믹스 슬롯 및 1개의 UL 슬롯으로 구성된다. 이때, 최대 8개의 SSB 신호가 DL 구간(t1 ~ t8) 동안 송출될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 SSB 신호의 구조를 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 PCI 별 PBCH DMRS(Demodulation Reference Signal)의 위치를 나타낸 도면이다.
먼저, 도 4를 참조하면, SSB는 4개의 연속된 OFDM 심볼에 구성되며, OFDM 심볼 별로 PSS(Primary Synchronization Signal), PBCH, SSS(Secondary Synchronization Signal)/PBCH 및 PBCH가 전송된다.
SS는 PSS와 SSS로 구분된다. PSS는 OFDM 심볼 동기, 슬롯 동기 등의 시간 도메인 동기 및/또는 주파수 도메인 동기를 얻기 위해 사용된다. SSS는 프레임 동기, 셀 그룹 ID 및/또는 셀의 CP(Cyclic Prefix) 설정(configuration), 즉, 일반 CP 또는 확장 CP의 사용 정보를 얻기 위해 사용된다. PSS와 SSS는 SSB 내 2개의 OFDM 심볼에서 각각 전송된다.
PBCH는 SSB 인덱스 검출 및 하프-프레임 검출을 위해 사용되며, MIB(Master Information Block)를 포함한다.
PBCH는 OFDM 심볼마다 PBCH RE와 DMRS RE로 구성된다.
도 5를 참조하면, RB 별로 3개의 DMRS RE가 존재하며, 각각의 DMRS RE 사이에는 3개의 PBCH 용 RE가 존재한다. PCI와 SSB 인덱스 별로 DMRS 시퀀스는 상이하다. 즉, DMRS 시퀀스에 대응하는 RE 위치는 4개의 PCI 그룹(PCI Mod=0, 1, 2, 3)으로 구분된다. 즉, PCI 에 기초하여 DMRS RE의 위치가 결정된다. 따라서, DMRS RE의 위치를 알면, SSB 인덱스를 검출할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, RF 중계기(100)는 디지털 방식으로 동기 신호를 검출, 즉, SSB 인덱스를 검출할 수 있다. 이에 대해 설명하면, 도 6 ~ 도 9와 같다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 RF 중계기의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 6을 참조하면, RF 중계기(100)는 안테나 #1(101), 안테나 #2(103), 대역 통과 필터(Band Pass Filter, 앞으로, "BPF"라 한다) #1(105), BPF #2(107), 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier, 앞으로, "LNA"라 한다) #1(109), LNA #2(111), 분배기(113), 동기 검출부(115), DL/UL 스위칭부 #1(117), DL/UL 스위칭부 #2(119), 다운링크 블록(121), 업링크 블록(123), DL/UL 제어부(125) 및 국부 발진기(Local Oscillator) #1(127)를 포함한다.
동기 검출부(115)는 믹서(Mixer) #1(115A), 국부 발진기 #2(115B), 표면 탄성파(Surface Acoustic Wave, 앞으로, "SAW"라 한다) 필터 #1(115C), SSB 검출부(115D), 디지털 동기 신호 검출부(115E)를 포함한다.
다운링크 블록(121)은 믹서 #2(121A), SAW 필터 #2(121B), 믹서 #3(121C) 및 전력 증폭기(Power Amplifier, 앞으로, "PA"라 한다) #1(121D)를 포함한다.
업링크 블록(123)은 믹서 #4(123A), SAW 필터 #3(123B), 믹서 #4(123C) 및 PA #2(123D)를 포함한다.
이때, 4개의 믹서(121A, 121C, 123A, 123C)는 국부 발진기 #1(127)에 의해 동작한다.
BPF #1(105), BPF #2(107)는 5G 무선 주파수 대역인 3.5GHz 대역의 100MHz 통과대역을 가질 수 있다.
LNA #1(109), LNA #2(111)는 저잡음 증폭을 할 수 있다.
SAW 필터 #1(115C)는 SSB 신호를 측정하기 위하여 100MHz가 아닌 4.32MHz (12RB) 또는 360kHz(1RB)의 신호를 필터링한다.
SAW 필터 #2(121B), SAW 필터 #3(123B)는 중간 주파수에서 동작하므로, LNA #1(109), LNA #2(111)에 의해 증폭된 신호 중 100MHz 대역의 신호만 필터링한다.
이때, SAW 필터 #2(121B), SAW 필터 #3(123B)는 통신 사업자가 사전에 설정한 무선 주파수 대역의 신호를 필터링할 수 있다.
기지국(200)으로부터 수신된 DL 신호는 안테나 #1(101) → BPF #1(105) → DL/UL 스위칭부 #1(117) → LNA #1(109) → 분배기(113)로 전달된다.
안테나 #1(101)는 기지국(300)과 RF 신호를 송수신한다. 안테나 #1(101)는 기지국(300)으로부터 DL RF 신호를 수신하여 BPF #1(105)로 출력하고, BPF #1(105)가 출력하는 UL RF 신호를 기지국(300)으로 송신한다.
BPF #1(105)는 안테나 #1(101)가 출력하는 DL RF 신호에서 특정 대역의 신호를 필터링하여 DL/UL 스위칭부 #1(117)로 출력한다. BPF #1(105)는 안테나 #1(101)가 출력하는 DL RF 신호에서 5G 신호를 필터링할 수 있다.
DL/UL 스위칭부 #1(117)는 DL/UL 제어부(125)로부터 수신되는 제어 신호에 따라 DL/UL 경로를 전환 또는 온/오프한다. DL 경로는 BPF #1(105) → DL/UL 스위칭부 #1(117) → LNA #1(109)로 구성된다. UL 경로는 PA #2(123D) → DL/UL 스위칭부 #1(117) → BPF #1(105)로 구성된다.
DL/UL 스위칭부 #1(117)는 DL/UL 제어부(125)로부터 DL 제어 신호가 입력되면, BPF #1(105)에서 LNA #1(109)에 이르는 DL 경로를 연결 또는 DL 경로로 스위칭한다.
DL/UL 스위칭부 #1(117)는 DL/UL 제어부(125)로부터 UL 제어 신호가 입력되면, PA #2(123D)에서 BPF #1(105)에 이르는 UL 경로를 연결 또는 UL 경로로 스위칭한다.
LNA #1(109)는 DL/UL 스위칭부 #1(117)로부터 BPF #1(105)에 의해 필터링된 DL RF 신호를 수신한다. LNA #1(109)는 필터링된 DL RF 신호를 증폭한 후, 분배기(113)로 출력한다.
분배기(113)는 서비스용 신호와 동기 신호 추출을 위한 신호를 구분한다. 즉, LNA #1(109)가 출력하는 증폭된 DL RF 신호를 동기 검출부(115)의 믹서 #1(115A)와 다운링크 블록(121)의 믹서 #2(121A)로 분배한다.
분배기(113)로부터 다운링크 블록(121)으로 분기된 DL RF 신호는 믹서 #2(121A) → SAW 필터 #2(121B) → 믹서 #3(121C) → PA #1(121D)를 거쳐 DL/UL 스위칭부 #2(119)로 전달된다.
믹서 #2(121A)는 DL RF 신호를 국부 발진기 #1(127)에서 출력되는 주파수와 섞어 IF(Intermediate Frequency, 중간주파수) 대역으로 낮춘다.
SAW 필터 #2(121B)는 믹서 #2(121A)가 출력하는 IF 대역의 DL 신호를 필터링하여 BPF #1(105)에서 필터링하지 못한 미세한 잡음 및 믹서 #2(121A)를 통과하며 발생한 이미지 신호를 제거한다.
믹서 #3(121C)는 SAW 필터 #2(121B)로부터 입력받은 잡음이 제거된 IF 대역의 DL 신호를 국부 발진기 #1(127)에서 출력되는 주파수와 섞어 RF 대역으로 높인다.
PA #1(121D)는 믹서 #3(121C)가 출력하는 DL RF 신호를 설정된 이득값에 따라 증폭한 후, DL/UL 스위칭부 #2(119)로 출력한다.
DL/UL 스위칭부 #2(119)는 PA #1(121D)가 출력하는 증폭된 DL RF 신호를 BPF #2(107)로 출력한다.
BPF #2(107)는 DL/UL 스위칭부 #2(119)가 출력하는 DL RF 신호 중에서 특정 대역의 주파수를 필터링한 후, 필터링된 DL RF 신호를 안테나 #2(103)로 출력한다. BPF #2(107)는 DL RF 신호에서 5G 신호를 필터링할 수 있다.
안테나 #2(103)는 단말(300)과 RF 신호를 송수신한다. 안테나 #2(103)는 BPF #2(107)가 출력하는 DL RF 신호를 단말(300)에게 송신하고, 단말(300)로부터 수신되는 UL RF 신호를 BPF #2(107)로 출력한다.
단말(300)로부터 수신되는 UL 신호는 안테나 #2(103) → BPF #2(107) → DL/UL 스위칭부 #2(119) → LNA #2(111) → 믹서 #4(123A) → SAW 필터 #3(123B) → 믹서 #5(123C) → PA #2(123D)를 통해 DL/UL 스위칭부 #1(117)로 전달된다. 그리고 BPF #1(105)를 거쳐 안테나 #1(101)을 통해 기지국(200)으로 전달된다.
BPF #2(107)는 안테나 #2(103)가 출력하는 UL RF 신호에서 특정 대역의 신호를 필터링하여 DL/UL 스위칭부 #2(119)로 출력한다. BPF #2(107)는 안테나 #2(103)가 출력하는 UL RF 신호에서 5G 신호를 필터링할 수 있다.
DL/UL 스위칭부 #2(119)는 DL/UL 제어부(125)로부터 수신되는 제어 신호에 따라 DL/UL 경로를 전환 또는 온/오프한다. DL 경로는 PA #1(121D) → DL/UL 스위칭부 #2(119) → BPF #2(107)로 구성된다. UL 경로는 BPF #2(107) → DL/UL 스위칭부 #2(119) → LNA #2(111)로 구성된다.
DL/UL 스위칭부 #2(119)는 DL/UL 제어부(125)로부터 DL 제어 신호가 입력되면, PA #1(121D)에서 BPF #2(107)에 이르는 DL 경로를 연결하거나 또는 DL 경로로 스위칭한다.
DL/UL 스위칭부 #2(119)는 DL/UL 제어부(125)로부터 UL 제어 신호가 입력되면, BPF #2(107)에서 LNA #2(111)에 이르는 UL 경로를 연결하거나 또는 UL 경로로 스위칭한다.
LNA #2(111)는 DL/UL 스위칭부 #2(119)가 출력하는 UL RF 신호를 증폭한 후, 업링크 블록(123)의 믹서 #4(123A)로 출력한다.
믹서 #4(123A)는 LNA #2(111)가 출력하는 UL RF 신호를 국부 발진기 #1(127)에서 출력되는 주파수와 섞어 IF 대역으로 낮춘다.
SAW 필터 #3(123B)는 믹서 #4(123A)가 출력하는 IF 대역의 UL 신호를 필터링하여 BPF #2(107)에서 필터링하지 못한 미세한 잡음 및 믹서 #4(123A)를 통과하며 발생한 이미지 신호를 제거한다.
믹서 #5(123C)는 잡음이 제거된 IF 대역의 DL 신호를 국부 발진기 #1(127)에서 출력되는 주파수와 섞어 RF 대역으로 높인다.
PA #2(123D)는 믹서 #5(123C)가 출력하는 DL RF 신호를 설정된 이득값에 따라 증폭한 후, DL/UL 스위칭부 #1(117)로 출력한다.
DL/UL 스위칭부 #1(117)는 PA #2(123D)가 출력하는 증폭된 UL RF 신호를 BPF #1(105)로 출력한다.
BPF #1(105)는 DL/UL 스위칭부 #1(117)가 출력하는 UL RF 신호 중에서 특정 대역의 주파수를 필터링한 후, 필터링된 UL RF 신호를 안테나 #1(101)로 출력한다. BPF #1(105)는 UL RF 신호에서 5G 신호를 필터링할 수 있다.
안테나 #1(101)는 BPF #1(105)가 출력하는 필터링된 UL RF 신호를 기지국(200)으로 전송한다.
한편, 분배기(113)에 의해 동기 검출부(115)로 분기된 DL 신호는 믹서 #1(115A) → SAW 필터 #1(115C) → SSB 검출부(115D)로 전달된다.
믹서 #1(115A)는 분배기(113)로부터 분기된 DL RF 신호를 국부 발진기 #2(115B)에서 출력되는 주파수와 섞어 IF 대역으로 낮춘다.
SAW 필터 #1(115C)는 믹서 #1(115A)가 출력하는 IF 대역의 DL 신호에서 SSB 신호의 주파수 대역을 필터링한다.
SSB 검출부(115D)는 SAW 필터 #1(115C)가 출력하는 필터링된 DL 신호로부터 SSB 신호를 추출하고, 추출한 SSB 신호를 디지털 동기 신호 검출부(115E)로 출력한다.
3GPP(3rd Generation Partnership Project) 표준에 따르면, SSB 신호의 주기는 5ms, 10ms, 20ms, 40ms, 80ms, 160ms일 수 있다.
기지국(200)이 SSB를 자주 송출할 경우, 동기 획득후 보정을 잘 할 수 있지만, SSB 신호가 송출되는 영역에는 자원 할당이 불가하므로, 오버헤드(overhead)가 커져 쓰루풋(throughput)은 저하될 수 있다. 따라서, 기지국(200)은 특정 주기에 SSB 신호를 송출할 수 있다.
디지털 동기 신호 검출부(115E)는 5G 프레임에 대한 SS/PBCH 블럭 내 주파수 도메인 상에서 복수의 심볼 위치를 계산하고, 주파수 도메인에서 복수의 심볼 위치를 중심으로 복수개의 서브캐리어를 검출한다.
디지털 동기 신호 검출부(115E)는 캐리어 주파수(Carrier Frequency)에 따라 PBCH의 수(Lmax)를 도출하고, SSB 내의 DMRS를 디코딩하여 SSB 인덱스를 추출한다. 여기서, SSB 인덱스는 도 2에서 "t1, t2, t3, t4, t5, t6, t7"의 시간을 의미하고 도 3에서 "t1, t2, t3, t4, t5, t6, t8"의 시간을 의미한다.
디지털 동기 신호 검출부(115E)는 SSB 인덱스에 기초하여 DL 시작점을 검출한다. 그리고 DL 시작점을 기초로 동기 신호를 생성하여 DL/UL 제어부(125)로 출력한다.
DL 시작점을 알면, DL 구간과 UL 구간을 계산하여 DL/UL 스위칭을 위한 동기 신호를 검출할 수 있다.
예를들어, SSB 인덱스가 도 2의 t1을 나타내면, DL 시작점은 t1 시점으로부터 2 심볼(symbol) 이전, 즉, 72.36usec(=35.68usec×2) 이전 시점으로 추출된다. 또한, SSB 인덱스가 도 2의 t6을 나타내면, DL 시작점은 t6 시점으로부터 36 심볼 이전, 즉, 1284.48usec(=35.68usec×36) 이전 시점으로 추출된다.
또한, SSB 인덱스가 도 3의 t8을 나타내면, DL 시작점은 t8 시점으로부터 50 심볼(symbol) 이전, 즉, 1784usec(=35.68usec×50) 이전 시점으로 추출된다.
디지털 동기 신호 검출부(115E)는 DL/UL의 비율 정보, DL 구간의 주기, UL 구간의 주기를 포함하는 슬롯 구성 정보와, DL 시작점을 이용하여 DL/UL 스위칭 타이밍을 계산한다. 그리고 계산한 DL/UL 스위칭 타이밍에 기초하여 동기 신호, 즉, DL/UL 스위칭 펄스를 생성하도록 펄스 생성부(115F)에게 요청한다. 그러면, 펄스 생성부(115F)는 디지털 동기 신호 검출부(115E)의 요청에 따른 DL/UL 주기 펄스를 생성한다.
디지털 동기 신호 검출부(115E)는 OFDM 심볼, DL 구간, UL 구간 각각의 주기를 알고 있다. t1 시점으로부터 72.36usec(=35.68usec×2) 이전 시점을 DL 시작점으로 추출한 경우,DL 시작점으로부터 1855.36us(=35.68usec×52) 동안 DL 구간이 지속되고, 72.36us(=35.68usec×2) 동안의 GP 구간 이후, 570.88us(=35.68usec×16) 동안 UL 구간이 지속된다. 이처럼, DL 시작점이 추출되면, 이미 알고 있는 DL 구간과 UL 구간의 주기에 기초하여 DL/UL 스위칭 신호, 즉, 동기 신호가 검출된다.
DL/UL 제어부(125)는 펄스 생성부(115F)가 출력하는 DL/UL 주기 펄스에 따라 DL/UL 스위칭부 #1(117) 및 DL/UL 스위칭부 #2(119)의 동작을 제어한다. DL/UL 스위칭부 #1(117) 및 DL/UL 스위칭부 #2(119)는 동기 신호에 따라 DL 경로로 스위칭하거나 또는 UL 경로로 스위칭한다.
디지털 동기 신호 검출부(115E)가 SSB 인덱스를 검출하는 구체적인 동작에 대하여 설명하면, 도 7 ~ 도 9와 같다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 동기 신호 검출 방법을 설명하는 도면이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 PCI 별 SSB 인덱스 및 DMRS 시퀀스 인덱스의 매핑 테이블을 나타내고, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 DMRS RE 영역에 대응하는 DMRS 시퀀스의 위치를 나타낸다.
도 7을 참조하면, SSB 검출부(115D)가 기지국(300)으로부터 수신한 다운링크 신호로부터 SSB 신호를 검출(S101)하여 디지털 동기 신호 검출부(115E)로 전달한다.
도 8을 참조하면, 표준에 정의된 1024개의 PCI, Lmax가 8인 경우, 총 8,192개의 DMRS 시퀀스를 생성할 수 있다. 1024개의 PCI는 "PCI mod 4"의 연산값(0, 1, 2, 3)에 따라 4개의 그룹으로 분류된다. 8192개의 DMRS 시퀀스는 "PCI mod 4"의 연산값에 따라 4개의 그룹에 매핑된다.
도 5에서 설명하였듯이, PCI와 SSB 인덱스 별로 DMRS 시퀀스는 상이하고 DMRS 시퀀스가 생성되는 RE의 위치 역시 4개의 그룹 마다 다르게 할당된다. 후술할 수학식 4에 따르면, PCI와 SSB 인덱스를 통해 별도의 cinit값이 생성되므로, 독립적인 8192개의 DMRS 시퀀스가 생성된다.
디지털 동기 신호 검출부(115E)는 SSB 검출부(115D)가 출력하는 SSB 신호로부터 PBCH DMRS를 통해 SSB 인덱스를 추출한다. SSB는 PSS, SSS 및 PBCH로 구성되고, PBCH는 SCS(subcarrier spacing) 30kHz, 그리고 대역폭(Bandwidth) 100MHz 기준에서 273개의 RB 중 20개 RB를 활용한다.
PBCH는 시간 영역에서는 3개의 심볼에서 신호를 송신한다. DMRS의 위치는 PCI mod 4에 의해 결정되고, SSB 인덱스에 의해 의사 랜덤 시퀀스(pseudo random sequence)가 결정된다.
의사 랜덤 시퀀스 c(n)은 수학식 1과 같이 정의된다.
Figure pat00001
c(n)은 x1(n), x2(n) 두 개의 시퀀스의 조합으로 생성된다. x1(n), x2(n)은 수학식 2, 수학식 3과 같이 정의된다.
Figure pat00002
Figure pat00003
c(n), x1(n), x2(n)은 직교 시퀀스(orthogonal sequence)를 생성하기 위한 산출식이라 정의할 수 있다.
이때, x1(n)의 31개 값은 x1(0)은 0, x1(n)=0 (n=1,2,…,30)으로 초기화된다.
x2(n)은 아래 수학식 4와 같이 PCI와 SSB 인덱스에 의해 초기 31개 값이 결정되어 초기화된다.
Figure pat00004
여기서,
Figure pat00005
는 PCI에 해당한다. iSSB는 half frame에서 전송되는 SSB 블록의 index를 의미한다. 이때,
Figure pat00006
는 SSB 블록의 전송 주기 내에서 전송되는 최대 SSB 빔의 개수인 Lmax에 의해 결정된다. Lmax는 SSB 인덱스의 최대 개수에 해당한다.
Lmax는 주파수에 따라 상이하나 8 또는 64일 수 있다. 이 경우,
Figure pat00007
=iSSB이다. Lmax가 4인 경우,
Figure pat00008
=iSSB+4nhf이다. nhf는 SSB의 위치에 따라 0 또는 1로 구분된다. iSSB는 half frame 내에서 오름차순(ascending order)으로 0,1,…, Lmax-1가 차례로 할당된다.
Lmax=4 인 경우, iSSB의 LSB(least significant bit) 2 bits는 수학식 4를 통해결정된 PBCH DMRS의 시퀀스 인덱스인
Figure pat00009
에 해당한다.
Lmax > 4인 경우, 즉, Lmax가 8 또는 64인 경우, iSSB의 LSB 3 bits는 수학식 4를 통해 결정된 PBCH DMRS의 시퀀스 인덱스인
Figure pat00010
에 해당한다.
Lmax=64인 경우, iSSB의 LSB 3 bits는 수학식 4에 의해 결정되는 PBCH DMRS의 시퀀스 인덱스인
Figure pat00011
에 해당하고, MSB(Most Significant Bit) 3bits는 PBCH의 payload에서 추출된다.
예를들어, NR 셀이 PCI(
Figure pat00012
)=0, Lmax =8을 사용할 때, SSB 인덱스(iSSB)=0이고, 빔의
Figure pat00013
=0이며, cinit은 "
Figure pat00014
"이므로, x2(n)(n=0,1,…,30)은 x2(0), x2(1),…, x2(30) =0000001000010000000000000000000과 같이 초기화된다.
n>30 인 경우, x1(n), x2(n)는 앞서 설명한 수학식 2, 수학식 3에 의해 결정된다. c(n)은 x1(n), x2(n)를 이용하여 수학식 1과 같이 생성되며, 이때, Nc는 1600이다.
이와 같이 생성된 의사 랜덤 시퀀스(c(n))를 활용하여 아래 수학식 5와 같이 PBCH DMRS의 성상도 매핑(constellation mapping)을 수행한다. 이렇게 생성된 복소수 심볼(Complex symbol)을 PBCH DMRS RE(Resource Element)에 매핑하여 무선으로 전송한다.
Figure pat00015
r(m)은 DMRS RE 별로 매핑된 복소수값(complex value)에 해당한다. m은 144개의 RE 위치, 즉, 심볼 별 서브캐리어 넘버(subcarrier #, 0~143)를 말한다.
Cinit별 상관관계가 없는 144 길이의 DMRS 시퀀스(r(m))이 수학식 4와 같이 산출된다.
이때, PBCH DMRS가 매핑되는 RE는 PCI mod 4에 의해 결정된다. 따라서, DMRS 시퀀스를 통해 Cinit을 확인 가능하고, Cinit을 통해 PCI와 SSB 인덱스를 확인할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, Cinit은 PCI와 SSB 인덱스가 반영된 의사 랜덤 시퀀스의 시드(seed)값이다. 시드가 상이한 DMRS 시퀀스는 직교성(Orthogonality)가 보장되고, 이때의 iSSB와 SSB 인덱스는 동일하다.
디지털 동기 신호 검출부(115E)는 동기 검출 시간 단축을 위해 운용자에 의해 SSB 블록이 전송되는 주파수 대역에 대한 정보를 미리 획득할 수 있다. 그 이외의 PCI 정보나 Lmax 등의 정보도 검출 시간 단축을 위해 제공될 수 있으나 이 정보들이 없는 경우에도 동작할 수 있다.
디지털 동기 신호 검출부(115E)는 운용자에 의해 제공된 SSB 블록의 전송 주파수 정보로부터 PBCH DMRS가 전송되는 RE들의 주파수 위치를 획득한다.
디지털 동기 신호 검출부(115E)는 주파수 위치를 획득한 RE들을 대상으로 FFT(Fast Fourier Transform)를 수행(S103)하여 각 RE에 매핑된 OFDM 심볼의 복소수값(Complex value)을 검출한다(S105). 즉, DMRS 시퀀스인 r(m)을 획득하기 위한 SSB 영역인 4 심볼, 20RB에 대한 FFT를 수행한 후, 도 9와 같은 DMRS RE 위치의 값들(m)을 검출한다.
이는 각 서브캐리어에 위상 변이 형태로 매핑된 변조 정보를 탐색하는 과정과 동일하다.
이때, 기준 위상은 PSS/SSS를 검출하여 프레임 시작(Frame Start) 위치를 알아내 획득할 수도 있다. 그러나, PBCH DMRS를 구성하는 의사 랜덤 시퀀스의 특성을 이용하여 시간 영역에서 Tc/8 단위로 동기 신호 검출 수신 윈도우(window)를 이동시키면서 PBCH DMRS의 모든 예상 시퀀스의 자동 상관(Auto Correlation) 결과가 최대가 되는 지점을 찾아 기준 위상을 검출 할 수도 있다.
PBCH DMRS RE에 해당하는 서브캐리어(Subcarrier)의 위치는 표 1과 같이 결정된다.
PCI mod 4 OFDM symbol number relative to the start of an SSB block PBCH DMRS Subcarrier number k relative to the start of an SSB block
0
(Group 0)		 1, 3 0, 4, 8,…,232, 236
2 0, 4, 8,…,40, 44
192, 196, 200,…,232, 236
1
(Group 1)		 1, 3 1, 5, 9,…,233, 237
2 1, 5, 9,…,41, 45
193, 197, 201,…,233, 237
2
(Group 2)		 1, 3 2, 6, 10,…,234, 238
2 2, 6, 10,…,42, 46
194, 198, 202,…,234, 238
3
(Group 3)		 1, 3 3, 7, 11,…,235, 239
2 3, 7, 11,…,43, 47
195, 199, 203,…,235, 239
디지털 동기 신호 검출부(115E)는 각 PCI DMRS 정보가 있는 서브캐리어 위치가 표 1을 참고하면, 상이하다. 따라서, 매핑되는 서브캐리어 기준으로 상관을 확인하여 Cinit를 도출하고, 이를 통해 SSB 인덱스를 획득한다.
디지털 동기 신호 검출부(115E)는 PCI 정보를 알고 있는 경우, PCI mod 4에 의해 결정된 서브캐리어들을 대상으로 FFT를 수행(S103)하여 각 RE에 매핑된 OFDM 심볼의 복소수값(위치값)을 획득할 수 있다(S105).
디지털 동기 신호 검출부(115E)는 각 OFDM 심볼의 복수값을 이용하여 PBCH DMRS의 자동 상관(Auto Correlation)이 최대가 되는 PBCH DMRS 시퀀스를 검출한다(S107). 여기서, PCI는 SSB 내 PSS, SSS를 통해 알아낼 수 있다. 그러나, PCI를 모르는 상태에서도 SSB 인덱스를 검출할 수 있다.
또한, 디지털 동기 신호 검출부(115E)는 PCI 정보를 모르는 경우, 가능한 모든 PCI mod 4 의 값들(0, 1, 2, 3)에 해당하는 서브캐리어들을 대상으로 FFT를 수행(S103)하여 각 서브캐리어에 매핑된 OFDM 복소수 심볼(complex symbol) set 4개를 획득할 수 있다(S105). 그리고 각 OFDM 복소수 심볼 set에 대해 PBCH DMRS의 자동 상관이 최대가 되는 지점을 찾아 기준 위상을 검출하고, 이를 통해 PBCH DMRS 시퀀스를 검출한다(S107).
디지털 동기 신호 검출부(115E)는 검출한 PBCH DMRS 시퀀스 인덱스에 매핑되는 SSB 시퀀스 인덱스(iSSB)를 도 8을 참고하여, 획득할 수 있다(S109).
디지털 동기 신호 검출부(115E)는 S101 단계에서 일정시간 동안 SSB 피크(Peak) 신호가 검출되지 않으면, NR(New RAT) 동기 래스터(Sync rater) 대상으로 S101 단계 ~ S109 단계를 반복해서 수행한다(S111).
여기서, 동기 래스터는 설정 가능한 SSB 중심 주파수 간의 최소 간격으로서, SSB가 전송될 수 있는 주파수의 위치를 말한다.
일반적으로, 기지국(200)은 SSB가 전송될 수 있는 주파수의 위치를 단말(300)과 사전에 공유할 수 있다. 단말(300)은 기지국(200)과 공유한 동기 래스터에서만 SSB의 검출을 수행한다. 기지국(300)과 단말(300) 간에 사전에 공유되는 동기 래스터는 사전에 약속되어 있으며, 표준 문서에 정의될 수 있다.
이와 같이, 기지국(200)과 단말(300) 간에 공유하는 동기 래스터는 디지털 동기 신호 검출부(115E)에 사전에 저장되어 있고, 디지털 동기 신호 검출부(115E)는 동기 래스터에서만 SSB 검출을 수행한다. 주파수 도메인에서 사전에 알고 있는 동기 래스터의 위치를 중심으로 PBCH DMRS 시퀀스가 전송되는 RE의 위치를 계산할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 RF 중계기(100)는 다양한 형태의 기지국 빔포밍(beam-forming) 신호로부터 SSB 신호를 추출할 수 있다.
기지국(200)의 빔포밍 기술은 크게 3가지로 나누어 볼 수 있다. 이러한 3가지 빔포밍 신호로부터 SSB 신호를 추출할 수 있어야 RF 중계기(100)를 장소와 무관하게 사용할 수 있다.
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 빔포밍 방식을 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, 기지국(200)은 기존의 안테나처럼 고정된 빔, 즉, 정해진 하나의 방향(1)으로 공통 빔을 송출할 수 있다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 빔포밍 방식을 나타낸 도면이다.
도 11을 참조하면, 기지국(200)의 서비스 영역을 좁은 빔을 활용하여 스위핑하는 방식으로서, 기지국(200)은 서비스 영역을 여러 개의 방향(1 ~ 6)으로 구분하고, 각 방향(1 ~ 6)으로 좁은 공통 빔을 송출한다. 즉, 공통 빔 6개를 전체 커버리지 내에서 순차적으로 스캔하는 경우를 나타낸다.
이때, 방향(1 ~ 6)은 순차적으로 스위핑(sweeping)된다. 빔 방향을 돌려가면서 신호를 전송/수신하는 것을 빔 스위핑 혹은 빔 스캐닝이라 한다.
이하, 본 발명에서 "빔 스위핑"은 전송기 측 행동이고, "빔 스캐닝"은 수신기 측 행동을 나타낸다.
기지국(200)은 1 방향으로 t1의 공통 빔을 송출하고, 2 방향으로 t2의 공통 빔을 송출한다. 이와 같은 방식으로, 공통 빔은 t1 ~ t6의 시간에 각 방향으로 순차적으로 스위핑된다. 이때, t7에는 공통 빔이 스위핑되지 않는다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 빔포밍 방식을 나타낸 도면이다.
도 12를 참조하면, 서비스 영역을 여러 개의 방향(1 ~ 7)으로 구분하고, 중간 정도의 공통 빔을 송출한다. 이 방식은 공통 빔 7개를 두 개의 영역(zone), 즉, 가까운 영역(near zone)과 먼 영역(far zone)으로 스위핑하는 경우에 해당한다.
이때, 방향(1 ~ 7)은 순차적이지 않고, 왼쪽-오른쪽, 위-아래로 교차해서 설정될 수 있다. 각 방향(1 ~ 7)은 도 3에서 SSB가 송출되는 t1 ~ t7에 스위핑된다. 즉, 1 방향은 t1에 스위핑되고, 2 방향은 t2에 스위핑된다. 이와 같은 방식으로, 각 방향(1 ~ 7)은 t1 ~ t7에 좌우 또는 상하 방향이 교차로 스위핑된다.
SSB 신호를 송출하는 시각에 따른 커버리지는 7개로 나누어진다. SSB 주기(x ms)마다 한번의 피크 신호를 수신할 수 있다.
이때, 도 10, 도 11, 도 12는 도 2와 같이 TDD 프레임의 DL:UL 비율이 4:1인 경우에 해당한다.
도 3과 같이 TDD 프레임의 DL:UL 비율이 9:1인 경우의 빔 포밍 방식은 도 13과 같다.도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 빔 포밍 방식을 나타낸 도면이다.
도 13을 참조하면, 기지국(200)은 서비스 영역을 여러 개의 방향(1, 2, 3, 6, 7, 8)으로 구분하고, 각 방향(1, 2, 3, 6, 7, 8)으로 좁은 공통 빔을 송출한다. 즉, 공통 빔 6개를 전체 커버리지 내에서 순차적으로 스캔하는 경우를 나타낸다. 이때, t1~t3, t6~t8 구간에서만 스캔한다. 즉, 기지국(200)은 1 방향으로 t1의 공통 빔을 송출하고, 2 방향으로 t2의 공통 빔을 송출한다. 이와 같은 방식으로, 공통 빔은 t1 ~ t3, 그리고 t6~t8의 시간에 각 방향으로 순차적으로 스위핑된다.
SSB 신호는 도 10 ~ 도 13에서 설명한 빔 포밍 방식 별로 서로 다른 패턴으로 수신된다.
도 14는 도 10의 빔 포밍 방식에 따른 SSB 신호 패턴을 나타낸다.
도 14를 참조하면, 도 10과 같이 공통 빔을 통해 수신되는 SSB 신호 패턴을 나타낸다. SSB 신호는 t1 ~ t7 시각에 동일한 크기로 RF 중계기(100)에 수신된다.
이때, UL 구간에도 일정하지 않은 패턴의 SSB 신호가 수신될 수도 있지만 대부분의 경우 SSB 신호가 수신되지 않는다. 따라서, 도 14와 같은 패턴의 SSB 신호가 수신되면, 매 주기의 시작, 즉, UL 구간에서 DL 구간으로 스위칭되는 시점으로부터 2 심볼(symbol) 이전이 DL 시작점이 된다.
도 15는 도 11의 빔포밍 방식에 따른 SSB 신호 패턴을 나타낸다.
도 15를 참조하면, 도 11과 같이 스위핑되는 SSB 신호가 수신되는 패턴을 나타낸다. 이때, 총 6개의 일정한 SSB 신호 패턴이 발생한다. 이러한 SSB 신호 패턴은 빔 스캐닝 시점(t1, t2, t3, t4, t5, t6) 마다 각각 피크 신호는 한번 수신된다. 따라서, 피크 신호가 수신되는 시점(t1, t2, t3, t4, t5, t6)을 기준으로 DL 시작점이 검출된다.
도 16은 도 12의 빔포밍 방식에 따른 SSB 신호 패턴을 나타낸다.
도 16을 참조하면, 도 12와 같이 스위핑되는 SSB 신호가 수신되는 패턴을 나타낸다. 이때, 총 7개의 일정한 SSB 신호 패턴이 발생한다. 이러한 SSB 신호 패턴은 빔 스캐닝 시점(t1, t2, t3, t4, t5, t6, t7) 마다 각각 피크 신호는 한번 수신된다. 따라서, 피크 신호가 수신되는 시점(t1, t2, t3, t4, t5, t6, t7)을 기준으로 DL 시작점이 검출된다.
도 17은 도 13의 빔포밍 방식에 따른 SSB 신호 패턴을 나타낸다.
도 17을 참조하면, 도 13과 같이 스위핑되는 SSB 신호가 수신되는 패턴을 나타낸다. 이때, 총 6개의 일정한 SSB 신호 패턴이 발생한다. 이러한 SSB 신호 패턴은 빔 스캐닝 시점(t1, t2, t3, t6, t7, t8) 마다 각각 피크 신호는 한번 수신된다. 따라서, 피크 신호가 수신되는 시점(t1, t2, t3, t6, t7, t8)을 기준으로 DL 시작점이 검출된다.
이와 같이, DL 시작점을 알면, DL 구간과 UL 구간을 계산하여 DL/UL 스위칭을 위한 동기 신호를 검출할 수 있다. DL 시작점을 검출하는 과정에 대해서 설명하면, 도 18과 같다.
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 SSB 신호 패턴에 기초하여 동기 신호를 검출하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 18을 참조하면, 도 14~도 17에서 ③번 패턴에 해당한다. 피크 신호가 t3 시점에 수신되었으므로, DL 시작점은 피크치 수신되는 t3 시점으로부터 16 심볼 이전, 즉, 570.88usec(=35.68usec×16) 이전 시점으로 추출된다.
이와 같이, DL 시작점은 SSB 신호 패턴으로부터 추출될 수 있으며, 이러한 방식을 아날로그 방식이라 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, RF 중계기(100)에 필요한 동기 신호를 도 1 ~ 도 9에서 설명한 디지털 방식으로 추출하는 방식과, 도 10 ~ 도 18에서 설명한 SSB 패턴을 분석하여 추출하는 아날로그 방식을 결합함으로써 동기 신호 추출 확률을 획기적으로 높일 수 있다.
한 예시로, 기지국(200)이 밀집된 지역에서는 여러 기지국(200)으로부터 SSB 신호를 수신할 수 있으며 이 경우 수신된 SSB 신호 패턴을 분석하여 동기 신호를 검출, 즉, 아날로그 방식의 동기 신호 검출을 수행할 수 있다. 그리고 기지국(200)이 많지 않은 지역에서는 하나의 혹은 소수의 기지국(200)으로부터 SSB 신호를 수신하게 되며 이 경우 수신된 SSB 신호는 특정한 패턴을 보이지 않을 수 있다. 따라서, 수신된 SSB 신호는 SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio)이 양호한 상황이 대부분이다. 이러한 지역에서는 디지털 방식으로 동기 신호를 검출하여 음영 지역을 정상적으로 서비스할 수 있게 할 수 있다. 이러한 RF 중계기가(100)의 동작에 대해 설명하면, 도 19 및 도 20과 같다.
도 19는 본 발명의 다른 실시예에 따른 5G RF 중계기의 구성을 나타낸다.
도 19를 참조하면, RF 중계기(100')는 도 6의 구성과 거의 유사하고, 동기 검출부(115')의 구성이 다르다. 동기 검출부(115')는 도 6과 달리, 하이브리드 방식의 동기 신호 검출을 수행한다. 즉, 동기 검출부(115')는 디지털 방식과 아날로그 방식의 동기 신호 검출 구성을 모두 포함하고, 디지털 방식과 아날로그 방식을 선택적으로 수행한다. 이에, 도 6과 동일한 구성에 대한 설명은 중복되므로 생략하고, 도 6과 다른 구성, 즉, 동기 검출부(115')의 구성에 대해서 설명한다.
동기 검출부(115')는 믹서 #1(115A), 국부 발진기 #2(115B), SAW 필터 #1(115C), SSB 검출부(115D), 디지털 동기 신호 검출부(115E), 펄스(Pulse) 생성부(115F) 및 아날로그 동기 신호 검출부(115G)를 포함한다.
SSB 검출부(115D)는 다운링크 신호로부터 검출한 SSB 신호를 디지털 동기 신호 검출부(115E) 또는 아날로그 동기 신호 검출부(115G)로 선택적으로 출력할 수 있다.
아날로그 동기 신호 검출부(115G)는 SSB 검출부(115D)가 검출한 SSB 신호로부터 피크(Peak)를 탐색하고, 탐색된 피크를 기초로, SSB 신호의 패턴을 추출한다.
이때, 아날로그 동기 신호 검출부(115G)는 도 14 ~ 도 17에서 설명한 복수의 SSB 신호 패턴에 관한 정보를 저장한 메모리(미도시)를 구비할 수 있다.
아날로그 동기 신호 검출부(115G)는 추출한 SSB 신호 패턴이 기 저장된 복수의 SSB 신호 패턴에 포함되면, 추출한 SSB 신호 패턴에 기초하여 DL 시작점을 검출한다. 아날로그 동기 신호 검출부(115G)는 DL 시작점을 이용하여 DL-UL 구간을 계산한다. 아날로그 동기 신호 검출부(115G)가 계산한 DL-UL 구간의 정보는 펄스 생성부(115F)로 전달된다.
SSB 검출부(115D)는 디지털 동기 신호 검출부(115E)와 아날로그 동기 신호 검출부(115G) 중에서 하나로 우선적으로 SSB 신호를 출력하도록 설정되어 있을 수 있다. 어느 구성(115E, 115G)을 우선적으로 할지는 중계기 정책에 따를 수 있다.
한 실시예에 따르면, SSB 검출부(115D)는 아날로그 동기 신호 검출부(115G)로 우선적으로 SSB 신호를 출력할 수 있다. 이때, 아날로그 동기 신호 검출부(115G)가 SSB 신호 패턴 검출에 실패하면, SSB 검출부(115D)는 디지털 동기 신호 검출부(115E)로 SSB 신호를 출력할 수 있다. 이후, SSB 검출부(115D)는 사전 설정된 타이머가 만료한 이후, 또는 무선 환경이 좋아지면 다시 아날로그 동기 신호 검출부(115G)로 SSB 신호를 출력할 수 있다. 여기서, 무선 환경의 개선을 측정하는 기술은 이미 널리 알려진 공지된 기술들을 사용할 수 있다.
펄스 생성부(115F)는 디지털 동기 신호 검출부(115E) 또는 아날로그 동기 신호 검출부(115G)로부터 DL-UL 구간의 정보를 입력받는다. 즉, DL 시작점을 기초로 생성된 DL-UL 타이밍 정보를 입력받을 수 있다.
펄스 생성부(115F)는 DL-UL 타이밍 정보에 기초하여 DL/UL 스위칭 제어를 위한 DL-UL 펄스를 생성하여 DL/UL 제어부(125)로 출력한다. 여기서, DL-UL 펄스는 동기 펄스에 해당한다.
DL/UL 제어부(125)는 DL-UL 펄스에 따라 DL/UL 스위칭부 #1(117) 및 DL/UL 스위칭부 #2(119)의 동작을 제어한다. DL/UL 스위칭부 #1(117) 및 DL/UL 스위칭부 #2(119)는 DL-UL 펄스에 따라 DL 경로로 스위칭하거나 또는 UL 경로로 스위칭한다.
도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 중계기 동작을 설명하는 도면으로서, 도 19의 RF 중계기(100)의 동작을 나타낸다.
도 20을 참조하면, RF 중계기(100)의 전원이 온(S101)되면, SSB 검출부(115D)는 기지국(200)으로부터 수신되는 DL 신호로부터 SSB 신호를 검출한다(S103).
SSB 검출부(115D)는 아날로그 동기 신호 검출부(115G)로 SSB 신호를 출력한다. 그러면, 아날로그 동기 신호 검출부(115G)는 SSB 검출부(115D)로부터 입력받은 SSB 신호의 크기를 측정하고, 최대 신호 크기(Peak)를 가지는 SSB 신호를 탐색한다(S105).
아날로그 동기 신호 검출부(115G)는 탐색된 최대 신호 크기를 가지는 SSB 신호의 주기가 표준 주기, 즉, 3GPP 규격에 설정된 주기(= 5, 10, 20, 40, 80, 160ms 중 하나)를 만족하는지 판단한다(S107).
이때, 만족하지 않으면, 아날로그 동기 신호 검출부(115G)는 S105 단계부터 다시 시작한다.
반면, 만족하면, 아날로그 동기 신호 검출부(115G)는 S103 단계에서 입력받은 SSB 신호들의 패턴이 기 저장된 패턴, 즉, 도 14 ~ 도 17에 도시된 SSB 패턴들 중 하나에 해당하는지 판단한다(S109).
기 저장된 SSB 패턴 중 해당되는 패턴이 있으면, 아날로그 동기 신호 검출부(115G)는 피크치를 가진 SSB 신호가 수신된 시점을 기준으로 DL 시작점을 검출한다(S111).
반면, 기 저장된 SSB 패턴 중 해당되는 패턴이 없으면, SSB 검출부(115D)는 디지털 동기 신호 검출부(115E)로 SSB 신호를 출력한다. 디지털 동기 신호 검출부(115E)는 도 7 ~ 도 9에서 설명한 방식으로 PBCH DMRS를 탐색하여 Cinit를 확인하고, 이를 통해 SSB 인덱스를 검출한다(S119, S121).
디지털 동기 신호 검출부(115E)는 SSB 인덱스 검출에 성공하면, SSB 인덱스를 기준으로 DL 시작점을 검출한다(S111). SSB 인덱스 검출에 실패하면, S119 단계부터 다시 시작한다.
아날로그 동기 신호 검출부(115G) 또는 디지털 동기 신호 검출부(115E)는 앞서 설명하였듯이, DL/UL 비율 정보, DL 구간의 주기, UL 구간의 주기를 포함한 슬롯 구성 정보와, S111 단계에서 검출한 DL 시작점을 이용하여 DL/UL 스위칭 타이밍을 계산한다. 그리고 계산한 DL/UL 스위칭 타이밍에 기초하여 동기 신호, 즉, DL/UL 스위칭 펄스를 생성하도록 펄스 생성부(115F)에게 요청한다.
그러면, 펄스 생성부(115F)는아날로그 동기 신호 검출부(115G) 또는 디지털 동기 신호 검출부(115E)의 요청에 따른 DL/UL 주기 펄스를 생성한다(S113).
아날로그 동기 신호 검출부(115G) 또는 디지털 동기 신호 검출부(115E)는 S113 단계에서 생성된 DL/UL 주기 펄스가 측정된 DL 신호 및 UL 신호의 주기와 일치하는지 판단한다(S115). 즉, SSB 검출부(115D)가 기지국(200)으로부터 현재 수신한 DL 신호가 S113 단계에서 생성된 DL 구간에 존재하는지를 재확인한다. 이는 동기 신호를 장시간 사용할 경우, RF 중계기(100) 내부의 클록(clock) 등이 틀어질 가능성이 있어, 이를 보정하기 위한 절차이다.
만약, S115 단계에서 불일치로 판단되면, 아날로그 동기 신호 검출부(115G) 또는 디지털 동기 신호 검출부(115E)는 S103 단계부터 다시 시작한다.
일치하면, 아날로그 동기 신호 검출부(115G) 또는 디지털 동기 신호 검출부(115E)는 S113 단계에서 생성된 펄스를 DL/UL 제어부(125)로 제공하여 동기 신호로 사용하도록 하고, 중계기 서비스를 개시한다(S117).
디지털 동기 신호 검출 방식은 빔 스위핑을 하지 않는 경우, 인접 셀 신호에 의한 SINR 저하로 인한 디코딩(decoding) 실패 확률이 높아지는 반면, 아날로그 동기 신호 검출 방식은 빔 스위핑시 특정한 빔을 수신할 수 없는 위치에 중계기를 설치하는 경우 동기 신호를 추출하지 못하는 경우가 있다.
하이브리드 동기 신호 검출 방식은 이러한 각 방식의 한계점을 해결해 줄 수있다.
SINR이 저하되는 지역에서는 아날로그 방식으로 추출한 동기 신호를 사용하고 빔 스위핑에 의한 특정 빔을 수신할 수 없는 지역에서는 디지털 방식으로 동기신호를 추출하여 서비스 불가 지역을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 디지털 방식의 경우, PSS/SSS를 검출하여 PBCH를 디코딩하는 것이 아니라, 아날로그 방식으로 SSB 위치를 획득한 후 PBCH의 DMRS만 대상으로 프로세싱을 수행하므로, 규격대로 구현할 때와 대비할 때 프로세싱 부하 및 메모리 사용량 감소가 가능하다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (13)

  1. 시분할 듀플렉스(Time Division Duplexing, TDD)로 동작하는 무선 주파수 중계기가 디지털 방식으로 동기 신호를 검출하는 방법으로서,
    5G 프레임에 대한 SSB(Synchronization Signal Block)의 주파수 도메인 상에서 PBCH(Physical Broadcast Channel) DMRS(Demodulation Reference Signal)가 전송되는 RE(Resource Element)들의 위치를 계산하는 단계,
    상기 주파수 도메인에서 상기 RE들의 위치를 중심으로 복수개의 서브캐리어를 검출하고 상기 복수개의 서브캐리어에 매핑되는 SSB 인덱스를 검출하는 단계,
    상기 SSB 인덱스에 기초하여 다운링크 구간의 시작점을 추출하는 단계, 그리고
    사전에 정의된 다운링크 주기 및 업링크 주기와, 상기 추출한 다운링크 구간의 시작점을 이용하여 다운링크-업링크 스위칭을 위한 동기 신호를 검출하는 단계를 포함하고,
    상기 SSB 인덱스는,
    상기 5G 프레임에서 상기 SSB가 수신되는 시간 정보에 대응하는, 디지털 방식의 동기 신호 검출 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 SSB 인덱스를 검출하는 단계는,
    상기 RE들의 위치에 해당하는 각각의 서브캐리어를 대상으로 고속 푸리에 변환을 수행하여 각 RE에 매핑된 복수의 OFDM 심볼을 추출하는 단계,
    상기 복수의 OFDM 심볼에 대해 PBCH DMRS의 자동 상관(Auto Correlation)을 통하여 PBCH DMRS 시퀀스를 추출하는 단계, 그리고
    추출한 PBCH DMRS 시퀀스의 인덱스에 대응하는 SSB 인덱스를 검출하는 단계
    를 포함하는, 디지털 방식의 동기 신호 검출 방법.
  3. 제2항에서,
    상기 PBCH DMRS 시퀀스는,
    물리 셀 식별자(Physical Cell IDentifier) 및 SSB 인덱스를 기반으로 생성되는, 디지털 방식의 동기 신호 검출 방법.
  4. 제1항에서,
    상기 계산하는 단계는,
    상기 주파수 도메인에서 사전에 알고 있는 동기 래스터의 위치를 중심으로 PBCH DMRS 시퀀스가 전송되는 RE의 위치를 계산하고,
    상기 PBCH DMRS 시퀀스는,
    의사 랜덤 시퀀스(pseudo random sequence)를 이용하여 PBCH DMRS의 성상도 매핑을 통해 생성된 복수의 OFDM 심볼이 상기 RE에 매핑되어 전송되는, 디지털 방식의 동기 신호 검출 방법.
  5. 시분할 듀플렉스(Time Division Duplexing, TDD)로 동작하는 무선 주파수 중계기가 하이브리드 방식으로 동기 신호를 검출하는 방법으로서,
    기지국으로부터 수신한 SSB(Synchronization Signal Block) 신호들로 형성된 SSB 패턴이 사전 정의된 SSB 패턴인지 판단하는 단계,
    상기 사전 정의된 SSB 패턴이면, 상기 수신한 SSB 신호들 중에서 피크(Peak)값을 가지는 SSB 신호의 수신 시점에 기초하여 다운링크 구간의 시작점을 추출하는 단계,
    상기 사전 정의된 SSB 패턴이 아니면, SSB의 주파수 도메인 상에서 전송되는 PBCH(Physical Broadcast Channel) DMRS(Demodulation Reference Signal)를 디코딩하여 SSB 인덱스를 검출하고, 상기 SSB 인덱스에 기초하여 상기 다운링크 구간의 시작점을 추출하는 단계, 그리고
    사전에 정의된 다운링크 주기, 업링크 주기 및 상기 추출한 다운링크 구간의 시작점을 이용하여 다운링크-업링크 스위칭을 위한 동기 신호를 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 SSB 인덱스는,
    상기 SSB가 수신되는 시간 정보에 대응하는, 하이브리드 방식의 동기 신호 검출 방법.
  6. 제5항에서,
    상기 사전 정의된 SSB 패턴은,
    상기 기지국의 빔포밍 방식 별로 상기 피크값을 가지는 SSB 신호의 수신 시점이 다른 복수개의 SSB 신호들의 패턴을 포함하는, 하이브리드 방식의 동기 신호 검출 방법.
  7. 제5항에서,
    상기 SSB 인덱스는,
    PBCH DMRS 시퀀스의 인덱스에 대응하는, 하이브리드 방식의 동기 신호 검출 방법.
  8. 제7항에서,
    상기 PBCH DMRS 시퀀스는,
    복수의 OFDM 심볼에 대해 PBCH DMRS의 자동 상관(Auto Correlation)을 통해 검출되고,
    상기 복수의 OFDM 심볼은,
    상기 RE들의 위치에 해당하는 각각의 서브캐리어를 대상으로 한 고속 푸리에 변환을 통해 획득되는, 하이브리드 방식의 동기 신호 검출 방법.
  9. 시분할 듀플렉스(Time Division Duplexing, TDD)로 동작하는 5G 무선 주파수 중계기로서,
    기 정의된 패턴으로 수신되는 SSB(Synchronization Signal Block) 신호들 중에서 피크(Peak)값을 가지는 SSB 신호의 수신 시점에 기초하여 다운링크 구간의 시작점을 추출하는 아날로그 동기 신호 검출부,
    상기 SSB 신호의 주파수 도메인 상에서 전송되는 PBCH(Physical Broadcast Channel) DMRS(Demodulation Reference Signal)로부터 상기 SSB 신호가 수신되는 시간 정보에 대응하는 SSB 인덱스를 검출하고, 상기 SSB 인덱스에 기초하여 상기 시작점을 추출하는 디지털 동기 신호 검출부,
    기지국으로부터 수신되는 다운링크 무선 주파수 신호로부터 상기 SSB 신호를 검출하는 SSB 검출부,
    상기 기지국과 단말기 사이의 상향링크 및 다운링크를 스위칭하는 스위칭부, 그리고
    상기 다운링크 구간의 시작점을 이용하여 생성된 동기 신호를 기초로 상기 기지국에 동기화하여 상기 상향링크 또는 상기 다운링크로 스위칭하도록 상기 스위칭부를 제어하는 다운링크/업링크 제어부
    를 포함하는, 5G 무선 주파수 중계기.
  10. 제9항에서,
    상기 SSB 검출부는,
    상기 SSB 신호를 상기 아날로그 동기 신호 검출부로 우선 출력하도록 설정되고, 상기 아날로그 동기 신호 검출부에서 사전 정의된 패턴의 SSB 신호들을 검출하지 못하면, 상기 SSB 신호를 상기 디지털 동기 신호 검출부로 출력하는, 5G 무선 주파수 중계기.
  11. 제9항에서,
    상기 디지털 동기 신호 검출부는,
    상기 PBCH DMRS가 전송되는 RE(Resource Element)들의 위치를 중심으로 복수개의 서브캐리어에 매핑되는 SSB 인덱스를 검출하고, 상기 SSB 인덱스에 기초하여 상기 다운링크 구간의 시작점을 추출하며, 상기 다운링크 구간의 시작점과 사전에 정의된 슬롯 구성 정보에 기초하여 상기 동기 신호를 검출하는, 5G 무선 주파수 중계기.
  12. 제11항에서,
    상기 디지털 동기 신호 검출부는,
    PCI(Physical Cell Identity)를 사전에 알고 있는 경우, PCI의 모듈로 4 값(PCI mod 4)에 해당하는 서브캐리어들을 대상으로 고속 푸리에 연산을 수행하여 상기 각 RE에 매핑된 심볼을 획득하고, 상기 심볼에 대해 PBCH DMRS의 자동 상관(Auto Correlation)이 최대가 되는 PBCH DMRS 시퀀스를 추출하며, 상기 추출한 PBCH DMRS 시퀀스의 인덱스에 대응하는 SSB 인덱스를 검출하는, 5G 무선 주파수 중계기.
  13. 제11항에서,
    상기 디지털 동기 신호 검출부는,
    PCI(Physical Cell Identity)를 사전에 알고 있지 않은 경우, PCI의 모듈로 4 값(PCI mod 4)에 해당하는 서브캐리어들을 대상으로 고속 푸리에 연산을 수행하여 상기 각 RE에 매핑된 심볼들로 구성된 복수의 세트를 획득하고,
    상기 복수의 세트 각각에 대해 PBCH DMRS의 자동 상관(Auto Correlation)을 통하여 기준 위상을 검출한 후, 상기 기준 위상을 통해 PBCH DMRS 시퀀스를 추출하고,
    상기 추출한 PBCH DMRS 시퀀스의 인덱스에 대응하는 SSB 인덱스를 검출하는, 5G 무선 주파수 중계기.
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