KR20210065849A - 다중 컴포넌트 캐리어를 지원하는 이동 통신 시스템에서 기저대역 송신 신호를 생성하는 방법 및 장치 - Google Patents

다중 컴포넌트 캐리어를 지원하는 이동 통신 시스템에서 기저대역 송신 신호를 생성하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

기저대역(baseband) 신호 생성 방법은 복수의 컴포넌트 캐리어(component carrier)들을 위한 주파수 영역 데이터를 서브캐리어 자원들에 매핑하는 단계; 상기 서브캐리어 자원들에 할당된 주파수 영역 데이터에 주파수 쉬프트(frequency shift)를 수행하는 단계; 하나의 IFFT(inverse fast Fourier transform) 블록을 이용하여 상기 주파수 쉬프트된 주파수 영역 데이터에 IFFT를 수행하여 시간 영역 신호를 생성하는 단계; 및 상기 시간 영역 신호에 CP(cyclic prefix)를 추가하여 시간 영역 기저대역 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

다중 컴포넌트 캐리어를 지원하는 이동 통신 시스템에서 기저대역 송신 신호를 생성하는 방법 및 장치{Method and apparatus for generating baseband transmission signal in mobile communication system supporting multiple component carriers}
본 발명은 이동 통신 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다중 컴포넌트 캐리어(component carrier)를 지원하는 이동 통신 시스템에서 복수 개의 컴포넌트 캐리어의 주파수 영역(frequency domain) 신호들을 시간 영역(time domain) 신호로 변환하여 하나의 기저대역(baseband) 송신 신호를 생성하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
스마트폰이나 태블릿 PC와 같은 이동 통신 단말기의 보급이 급속도로 늘어나면서, 이동 통신 기지국에서 처리해야 하는 데이터의 양이 폭증하고 있으며, 이러한 사용자 요구사항을 만족시키기 위해서 5세대 이동 통신 시스템 표준이 완성되어 상용화되었다.
대표적인 5세대 이동 통신 시스템인 3GPP(3rd generation partnership project) NR(new radio) 이동 통신 시스템은 FR1(frequency region 1)과 FR2(frequency region 2)의 2개의 주파수 대역에서 동작할 수 있고, 복수의 주파수 블록들을 사용하여 광대역을 지원하는 캐리어 집성(carrier aggregation) 기술을 사용하고 있다. 캐리어 집성 기술은 여러 주파수 블록들을 하나의 큰 논리 주파수 대역으로 사용하여 더 넓은 주파수 대역을 지원하는 기술이다. 이 경우, 각 주파수 블록의 대역폭은 5G 시스템에서 사용되는 시스템 대역폭에 기초하여, 각 주파수 블록은 컴포넌트 캐리어(component carrier)로 정의된다.
한편, 5G 이동 통신 시스템에서 복수의 컴포넌트 캐리어를 지원하는 캐리어 집성 기술을 사용하기 위해서는, 복수의 컴포넌트 캐리어들의 기저대역 신호를 생성하기 위한 효율적인 방법이 필요하다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 다중 컴포넌트 캐리어를 지원하는 이동 통신 시스템에서 복수개의 주파수 영역(frequency domain) 신호들을 시간 영역(time domain) 신호로 변환하여 하나의 기저대역(baseband) 신호를 생성하는 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 신호 송신 장치에서 수행되는 기저대역(baseband) 신호 생성 방법으로서, 복수의 컴포넌트 캐리어(component carrier)들을 위한 주파수 영역 데이터를 서브캐리어 자원들에 매핑하는 단계; 상기 서브캐리어 자원들에 할당된 주파수 영역 데이터에 주파수 쉬프트(frequency shift)를 수행하는 단계; 하나의 IFFT(inverse fast Fourier transform) 블록을 이용하여 상기 주파수 쉬프트된 주파수 영역 데이터에 IFFT를 수행하여 시간 영역 신호를 생성하는 단계; 및 상기 시간 영역 신호에 CP(cyclic prefix)를 추가하여 시간 영역 기저대역 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 복수의 컴포넌트 캐리어들은 주파수 영역에서 연속된(contiguous) 컴포넌트 캐리어들일 수 있다.
상기 신호 송신 장치가 분산 유닛(distributed unit, DU)인 경우, 상기 주파수 영역 데이터는 프론트 홀 인터페이스를 통해 중앙 유닛(central unit, CU)으로부터 수신될 수 있다.
상기 복수의 컴포넌트 캐리어들 각각은 95.04MHz의 데이터 전송 대역과 4.920MHz의 보호 대역을 가질 수 있다.
상기 복수의 컴포넌트 캐리어들 각각은 120Khz 서브캐리어 간격(subcarrier spacing, SCS)를 가지며, 상기 데이터 전송 대역은 792개의 서브캐리어들로 구성되며, 상기 보호 대역은 41개의 서브캐리어들로 구성될 수 있다.
상기 주파수 쉬프트를 수행하는 단계에서, 상기 서브캐리어 자원들에 할당된 주파수 영역 데이터의 절반들이 상호 교차되어 상기 IFFT 블록에 입력되도록 상기 주파수 쉬프트가 수행될 수 있다.
상기 IFFT 블록은 매 클럭당 복수의 입력을 수신하는 벡터 입력 방식(vector input scheme)을 이용할 수 있다.
상기 기저대역 신호 생성 방법은 상기 시간 영역 기저대역 신호의 중심 주파수를 서브캐리어의 중심에 정렬시키기 위해, 상기 시간 영역 기저대역 신호의 주파수를 서브캐리어 간격의 1/2 만큼 상향 컨버팅 또는 하향 컨버팅하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예는, 기저대역 신호 생성 장치로서, 복수의 컴포넌트 캐리어(component carrier)들을 위한 주파수 영역 데이터를 서브캐리어 자원들에 매핑하는 서브캐리어 매핑부; 상기 서브캐리어 자원들에 할당된 주파수 영역 데이터에 주파수 쉬프트(frequency shift)를 수행하는 주파수 쉬프트부; 하나의 IFFT(inverse fast Fourier transform) 블록을 이용하여 상기 주파수 쉬프트된 주파수 영역 데이터에 IFFT를 수행하여 시간 영역 신호를 생성하는 IFFT 부; 및 상기 시간 영역 신호에 CP(cyclic prefix)를 추가하여 시간 영역 기저대역 신호를 생성하는 CP 추가부를 포함할 수 있다.
상기 복수의 컴포넌트 캐리어들은 주파수 영역에서 연속된(contiguous) 컴포넌트 캐리어들일 수 있다.
상기 기저대역 신호 생성 장치가 탑재된 신호 송신 장치가 분산 유닛(distributed unit, DU)인 경우, 상기 주파수 영역 데이터는 프론트 홀 인터페이스를 통해 중앙 유닛(central unit, CU)으로부터 수신될 수 있다.
상기 복수의 컴포넌트 캐리어들 각각은 95.04MHz의 데이터 전송 대역과 4.920MHz의 보호 대역을 가질 수 있다.
상기 복수의 컴포넌트 캐리어들 각각은 120Khz 서브캐리어 간격(subcarrier spacing, SCS)를 가지며, 상기 데이터 전송 대역은 792개의 서브캐리어들로 구성되며, 상기 보호 대역은 41개의 서브캐리어들로 구성될 수 있다.
상기 주파수 쉬프트부는 상기 서브캐리어 자원들에 할당된 주파수 영역 데이터의 절반들이 상호 교차되어 상기 IFFT 블록에 입력되도록 상기 주파수 쉬프트를 수행할 수 있다.
상기 IFFT 블록은 매 클럭당 복수의 입력을 수신하는 벡터 입력 방식(vector input scheme)을 이용할 수 있다.
상기 기저대역 신호 생성 장치는 상기 시간 영역 기저대역 신호의 중심 주파수를 서브캐리어의 중심에 정렬시키기 위해, 상기 시간 영역 기저대역 신호의 주파수를 서브캐리어 간격의 1/2 만큼 상향 컨버팅 또는 하향 컨버팅하는 기저대역 주파수 컨버팅부를 추가로 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예는, 분산 유닛(distributed unit, DU)으로서, 중앙 유닛(central unit)으로부터 복수의 컴포넌트 캐리어들을 위한 주파수 영역 데이터를 수신하는 프론트홀 인터페이스 장치; 상기 복수의 컴포넌트 캐리어들을 위한 주파수 영역 데이터를 하나의 IFFT(inverse fast Fourier transform) 블록을 이용하여 시간 영역 기저대역 신호로 변환하는 기저대역 신호 생성 장치; 및 상기 시간 영역 기저대역 신호를 RF 신호로 변환하는 주파수 컨버터를 포함할 수 있다.
상기 기저대역 신호 생성 장치는 상기 주파수 영역 데이터를 서브캐리어 자원들에 매핑하는 서브캐리어 매핑부; 상기 서브캐리어 자원들에 할당된 주파수 영역 데이터에 주파수 쉬프트(frequency shift)를 수행하는 주파수 쉬프트부; 상기 하나의 IFFT 블록을 이용하여, 상기 주파수 쉬프트부에서 상기 주파수 쉬프트된 주파수 영역 데이터에 IFFT를 수행하여 시간 영역 신호를 생성하는 IFFT 부; 및 상기 시간 영역 신호에 CP(cyclic prefix)를 추가하여 시간 영역 기저대역 신호를 생성하는 CP 추가부를 포함할 수 있다.
상기 복수의 컴포넌트 캐리어들은 주파수 영역에서 연속된(contiguous) 컴포넌트 캐리어들일 수 있다.
상기 기저대역 신호 생성 장치는, 상기 시간 영역 기저대역 신호의 중심 주파수를 서브캐리어의 중심에 정렬시키기 위해, 상기 시간 영역 기저대역 신호의 주파수를 서브캐리어 간격의 1/2 만큼 상향 컨버팅 또는 하향 컨버팅하는 기저대역 주파수 컨버팅부를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 다중 컴포넌트 캐리어를 지원하는 이동 통신 시스템에서 복수개의 주파수 영역 신호들을 시간 영역 신호로 변환하여 하나의 기저대역 신호를 생성하는 효율적인 방법을 제시한다. 종래의 기술과 다르게 단일 IFFT 블록 만을 이용하여 복수개의 주파수 영역 신호들을 직접 시간 영역 신호로 변환하므로, 각 컴포넌트 캐리어에 개별적으로 존재하는IFFT 블록들에서 출력된 시간 영역 신호에 주파수 옵셋을 곱하기 위한 별도의 회로 구성이 필요하지 않다는 장점이 있다.
도 1은 캐리어 집성(carrier aggregation) 기술이 적용된 이동 통신 시스템에서 기저대역 신호를 생성하는 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 통신 시스템에서 캐리어 집성이 적용된 경우를 위한 기저대역 신호 생성 방법 및 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 컴포넌트 캐리어의 구성을 설명하기 위한 표이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기저대역 신호 생성 방법 및 장치에서 8개의 컴포넌트 캐리어들의 주파수 영역에서의 배치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 중심 주파수에 위치한 2개의 인접한 컴포넌트 캐리어들을 도시한 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 컴포넌트 캐리어들에 대한 서브캐리어 인덱스의 할당을 설명하기 위한 표이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 FFT 쉬프트 블록의 역할을 설명하기 위한 개념도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 IFFT 부가 필요로 하는 데이터 처리량을 설명하기 위한 표이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 CP 추가부의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 기저대역 신호 생성 장치가 적용된 분산 유닛(DU)의 구성을 도시한 블록도이다.
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, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예들은 5G 이동 통신 기지국 시스템에서 국사에 설치된 기지국 중앙 유닛(central unit, CU)과 프론트홀(fronthaul) 인터페이스를 통해 연결된 지국 분산 유닛(distributed unit, DU)에서 수행되는 기저대역(baseband) 신호 생성 방법 및 해당 방법을 수행하는 장치를 제공한다.
이하에서는, 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명의 실시예들은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명되는 실시예들에 한정되지 않는다.
도 1은 캐리어 집성(carrier aggregation) 기술이 적용된 이동 통신 시스템에서 기저대역 신호를 생성하는 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 8개의 컴포넌트 캐리어(component carrier)들을 집성하여 사용하는 캐리어 집성 기술이 적용된 이동 통신 시스템에서 기저대역 신호를 생성하는 과정이 도시되어 있다.
도 1에서, 컴포넌트 캐리어들을 통해서 전송되는 신호들은 변조기(111~118)들에 의해서 변조 심볼(modulation symbol)들로 변환되어 출력될 수 있다. 각 컴포넌트 캐리어의 변조 심볼들은 각 서브캐리어 매퍼(121~128)에 의해서 서브캐리어들에 매핑될 수 있다. 이때, 각 서브캐리어 매퍼(121~128)는 매핑된 서브캐리어들의 인덱스를 대응되는 IFFT(inverse fast Fourier transform) 블록(131~138)의 입력 신호에 대응되도록 수정하여 각각에 대응되는 IFFT 블록(131~138)에 입력하게 된다.
예컨대, 각 서브캐리어 매퍼에서는 1024개의 서브캐리어들에 대응되는 서브캐리어 인덱스 0~1023에 대하여 주파수 쉬프트(frequency shift)를 적용하여 서브캐리어 인덱스 512~1023과 서브캐리어 인덱스 0~511의 위치를 변경하여 각 IFFT 블록에 입력하게 된다. 즉, 1024개의 서브캐리어들에 대응되는 변조 심볼들의 절반들이 상호 교차되어 IFFT 블록에 입력된다.
각각의 IFT 블록(131~138)에서는 입력된 변조 심볼들에 IFFT를 수행하여 각각의 컴포넌트 캐리어에 대응되는 시간 영역 신호를 출력할 수 있다. 이후에, 각 IFFT 블록에서 출력된 시간 영역 신호에는 각각의 컴포넌트 캐리어에 대응되는 주파수 옵셋 적용부(141~148)에 의해서 각각의 컴포넌트 캐리어에 대응되는 주파수 옵셋(frequency offset)이 곱해질 수 있다. 이후, 주파수 옵셋이 곱해진 컴포넌트 캐리어들의 시간 영역 신호가 합해져서 캐리어 집성된 기저대역 신호가 생성되며, CP 추가부(150)에 의해 캐리어 집성된 기저대역 신호에 사이클릭 프리픽스(cyclic prefix, CP)가 추가될 수 있다.
상술된 바와 같이, 종래 기술에 따르면, 8개의 컴포넌트 캐리어들이 집성된 경우, 8개의 IFFT 블록들이 필요하며, 각 IFFT 블록에서 출력된 시간 영역 신호에 각각의 컴포넌트 캐리어에 대응되는 주파수 옵셋을 곱하기 위한 회로 구성이 필요하다. 특히, 시간 영역에서의 주파수 옵셋을 곱하는 주파수 옵셋 적용부(141~148)는 IFFT 블록들의 높은 샘플 레이트(sample rate)에서 대응되는 높은 동작 클럭으로 동작되어야 하므로, 회로의 복잡도와 비용이 증가되는 문제가 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 통신 시스템에서 캐리어 집성이 적용된 경우를 위한 기저대역 신호 생성 방법 및 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2를 참조하여 설명되는 기저대역 생성 방법 및 장치는 개방형 기지국 분산 유닛(Distributed Unit)에서 사용될 수 있으나, CU-DU 구조(즉, 기능 분할(function-splitting)이 적용된 구조)가 아닌 일반적인 기지국에서도 사용될 수 있다. 이하에서는, 상기 기저대역 신호 생성 방법 및 장치가 적용되는 DU 또는 일반적인 기지국을 통칭하여 '신호 송신 장치'로 표현한다.
설명의 편의상, 이하에서 설명되는 실시예는 28 GHz 대역에서 각각 100MHz의 대역폭을 가지는 8개의 컴포넌트 캐리어들을 사용하는 신호 송신 장치를 가정한다. 또한, 8개의 컴포넌트 캐리어들은 주파수 영역에서 연속된다. 그러나, 본 발명의 다양한 실시예들은 28Ghz 대역이 아닌 대역에서 동작하는 시스템에도 쉽게 변형되어 적용될 수 있다 또한, 본 발명의 다양한 실시예들은 100MHz의 대역폭이 아닌 다른 대역폭을 가진 컴포넌트 캐리어들에 대해서도 쉽게 변형되어 적용될 수 있다.
도 2를 참조하면, 기저대역 신호 생성 장치(200)는 8개의 컴포넌트 캐리어들에 대응되는 변조된 주파수 영역 데이터(201)을 수신할 수 있다. 상기 주파수 영역 데이터는 상기 기저대역 신호 생성 장치를 포함한 신호 송신 장치(예컨대, 기지국)에서 생성될 수 있다. 또는, 상기 기저대역 신호 생성 장치를 포함한 신호 송신 장치가 분산 유닛(DU)인 경우, 신호 송신 장치는 프론트홀 인터페이스를 통해서 8개의 컴포넌트 캐리어들에 대응되는 변조된 주파수 영역 데이터를 CU(미도시)로부터 수신할 수 있다. 이때, 각각의 컴포넌트 캐리어에 대응되는 주파수 영역 데이터는 5G NR 규격에 의하여 보호 대역(guard band)을 포함하여 100MHz 대역폭을 가지는 주파수 영역 복소수 데이터(즉, 복소수 변조 심볼들)로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 서브캐리어 매핑부(210)는 8개의 컴포넌트 캐리어들에 대응되는 주파수 영역 데이터들을 후술될 IFFT 부(230)에 입력할 수 있도록 8192개의 서브캐리어들에 맵핑할 수 있다. 즉, 서브캐리어 맵핑부(210)는 8개 컴포넌트 캐리어들의 주파수 영역 데이터를 8192개의 서브캐리어 자원들에 할당하는 역할을 하며, 사용하지 않는 서브캐리어 자원에는 '0'을 채워 넣는다. 각각의 컴포넌트 캐리어들 간에는 보호 대역(guard band, GB)이 존재하며, 보호 대역은 대응되는 서브캐리어 자원들에 '0'을 채워 넣어 구현될 수 있다.
주파수 쉬프트부(220)은 서브캐리어 자원들에 매핑된 서브캐리어들의 인덱스들을 IFFT부(230)의 입력에 대응되도록 쉬프트하여 IFFT 부(240)에 입력하게 된다. 예컨대, 주파수 쉬프트부(220)에서는 8196개의 서브캐리어들에 대응되는 인덱스 0~8195에 대하여 주파수 쉬프트를 적용하여 서브캐리어 인덱스 4096~8191과 서브캐리어 인덱스 0~4095의 위치를 변경하여 IFFT부(240)에 입력하게 된다. 즉, 상기 서브캐리어 자원들에 할당된 주파수 영역 데이터의 절반들이 상호 교차되어 상기 IFFT부(230)에 입력될 수 있다. 이때, 상기 IFFT부(230)는 단일 IFFT 블록으로 구성될 수 있다.
CP 추가부(240)에서는 IFFT부(230)에서 출력된 시간 영역 신호에 CP를 추가하여 최종적으로 시간 영역 기저대역 신호를 생성할 수 있다. 즉, CP 추가부(240)은 IFFT부(230)에서 출력된 시간영역 신호의 끝부분 일정영역을 복사하여 신호의 제일 앞부분에 추가하는 동작을 수행하여 최종적으로 1개의 OFDM 심볼에 대응하는 시간영역 기저대역 신호를 생성할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 기저대역 신호 생성 장치(200)는 기저대역 주파수 컨버팅부(250)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 기저대역 주파수 컨버팅부(250)는 상기 생성된 시간영역 기저대역 신호의 중심 주파수를 그 서브캐리어의 중심에 정렬시키기 위해, 상기 시간 영역 기저대역 신호의 주파수를 서브캐리어 간격의 1/2 만큼 상향 컨버팅 또는 하향 컨버팅하기 위한 구성요소이다. 기저대역 주파수 컨버팅부(250)에 대해서는 후술된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기저대역 신호 생성 방법 및 장치를 이용할 경우, 8개의 컴포넌트 캐리어들에 대응되는 주파수 영역 데이터가 1개의 IFFT 블록만을 이용하는 IFFT부(230)에 의해서 1개의 통합된 시간영역 신호로 바로 변환될 수 있다. 도 2에서 예시된 기저대역 신호 생성 방법 및 장치를, 도 1에서 설명된 예와 비교하면, 8개의 IFFT 블록들(131~138)이 1개의 IFFT 블록만으로 구성된 IFFT부(230)으로 대체될 수 있고, 각각의 IFFT 블록(131~138)에서 출력된 시간 영역 신호에 주파수 옵셋을 곱하기 위한 주파수 옵셋 적용부(141~148)가 필요하지 않다는 장점이 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 컴포넌트 캐리어의 구성을 설명하기 위한 표이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 각 컴포넌트 캐리어의 서브캐리어 간격(subcarrier spacing, SCS)은 120KHz로 구성되며, 122.88MHz의 샘플링 레이트(sampling rate)가 사용된다. 데이터 전송을 위해서 총 66개의 리소스 블록들(resource block, RB)이 사용되므로, 총 792(=12*66)개의 서브캐리어들이 데이터 전송을 위해서 사용되며, 이에 해당하는 주파수 대역폭은 95.040MHz이다. 따라서, 보호 대역(guard band)을 포함할 경우 컴포넌트 캐리어 당 약 100MHz의 대역폭이 사용된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기저대역 신호 생성 방법 및 장치에서 8개의 컴포넌트 캐리어들의 주파수 영역에서의 배치를 설명하기 위한 개념도이다.
28GHz 대역을 사용하는 시스템에서는 각각 100MHz 대역폭을 가진 8개의 컴포넌트 캐리어들을 지원하기 위해서 8192 포인트(point) IFFT 블록이 사용되므로, 8192개의 서브캐리어 자원들(subcarrier resource)이 존재한다.
NR 시스템에서, 28GHz 대역에서의 연속적으로 집성된 캐리어들(intra-band contiguously aggregated carriers)을 위한, 인접한 100MHz 대역의 컴포넌트 캐리어들 간의 명목 채널 간격(nominal channel spacing)은 3GPP 38.104 규격에 따라 아래 수학식 1과 같이 정의된다.
Figure pat00001
Figure pat00002
여기에서,
Figure pat00003
과
Figure pat00004
은 기지국 채널 대역폭으로 100MHz이며,
Figure pat00005
는 120KHz SCS에 대응되는 3 이며,
Figure pat00006
은 최소 보호대역(minimum guard band)로서 2,420KHz이다.
상기 수학식 1을 이용한 계산 결과에 따라 명목 채널 간격은 99.96MHz이며, 95.04MHz의 데이터 전송 대역과 4.920MHz의 보호 대역으로 구성된다.
이하에서는, 앞서 설명된 서브캐리어 매핑부(210)의 구성과 기저대역 주파수 컨버팅부(250)의 역할에 대해서 설명한다.
도 5는 중심 주파수에 위치한 2개의 인접한 컴포넌트 캐리어들을 도시한 개념도이다.
도 5를 참조하면, 두 컴포넌트 캐리어들 간의 주파수 간격은 채널 래스터(channel raster)인 60KHz와 서브캐리어 간격인 120KHz의 최소공배수에 해당하는 120KHz 단위로 최소 보호 대역(minimum guard band)보다 크고 명목 채널 간격(nominal channel spacing)보다 작은 값으로 설정될 수 있다. 28GHz 대역 시스템의 경우, 도 5과 같이 4,920 kHz의 보호 대역이 설정될 수 있으며, 4,920KHz는 41 개의 서브 캐리어들에 대응될 수 있다. 따라서, 서브 캐리어 매핑부(210)는 고정된 매핑으로 구현될 수 있다.
한편, 중심 주파수는 서브캐리어의 중심에 정렬되어야 하므로 매핑된 서브 캐리어들은 전체 RF 밴드의 중심이 아니라 서브캐리어 간격의 1/2(즉, 60KHz) 만큼 오른쪽으로 이동(낮은 주파수로 이동)되거나 왼쪽으로 이동(높은 주파수로 이동)되어야 한다. 이러한 이동 방향은 설계 단계에서 고정될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 기저대역 신호 생성 방법 및 장치에서는 상기 기저대역 주파수 컨버팅부(250)를 이용하여 상기 CP 추가부(240)에서 출력된 시간 영역 기저대역 신호의 주파수를 60kHz 만큼 상향 컨버팅하거나 하향 컨버팅할 수 있다.
따라서, 중심주파수를 서브캐리어의 중심에 용이하게 정렬할 수 있도록, 본 발명의 일 실시예에서는 총 41개의 보호 대역 서브캐리어들 중 20개(즉, 2420kHz)를 중심 주파수의 왼쪽(또는, 오른쪽)에 위치시키고, 총 41개의 보호 대역 서브캐리어들 중 21개(즉, 2540kHz)를 중심 주파수의 오른쪽(또는, 왼쪽)에 위치시킬 수 있다. 즉, 41개의 보호 대역 서브캐리어들 중 20개가 중심 주파수의 왼쪽에 위치될 경우, CP 추가부(240)에서 출력되는 시간 영역 기저대역 신호는 기저대역 주파수 컨버팅부(250)에 의해 왼쪽(낮은 주파수 쪽)으로 60Khz 이동된다. 한편, 즉, 41개의 보호 대역 서브캐리어들 중 20개가 중심 주파수의 오른쪽에 위치될 경우, CP 추가부(240)에서 출력되는 시간 영역 기저대역 신호는 기저대역 주파수 컨버팅부(250)에 의해 오른쪽(높은 주파수 쪽)으로 60Khz 이동된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 컴포넌트 캐리어들에 대한 서브캐리어 인덱스의 할당을 설명하기 위한 표이다.
도 6을 참조하면, 100MHz 대역폭의 각 컴포넌트 캐리어 별 주파수 간격이 99.960 MHz이고, 중심주파수를 왼쪽으로 60KHz 만큼 이동하였을 때, 서브캐리어 인덱스와 IFFT 입력(input) 인덱스 간의 대응관계가 설명된다. 상기 예에서, 각 컴포넌트 캐리어 별 주파수 간격이 99.960 MHz 일 때, 95.040 MHz의 전송대역폭과 4.920 MHz의 보호대역이 구성된다. 95.040 MHz는 792개의 서브캐리어들로 구성되며, 4.840MHz는 41개의 서브캐리어들로 구성될 수 있다.
이하에서는, 앞서 설명된 주파수 쉬프트부(220)에 대해서 상술한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 FFT 쉬프트 블록의 역할을 설명하기 위한 개념도이다.
전술된 바와 같이, 서브캐리어 인덱스는 0에서 8191까지 주파수 순으로 순차적으로 나열되며, 주파수 쉬프트부(220)에서는 서브캐리어 인덱스 0~8191을 반으로 나뉘어 교차되도록 주파수 쉬프트를 수행하여 IFFT 부(230)에 입력하게 된다. 즉, 상기 주파수 쉬프트부(220)는 상기 서브캐리어 자원들에 할당된 주파수 영역 데이터의 절반들이 상호 교차되도록 상기 IFFT 부(230)를 구성하는 IFFT 블록에 입력하게 된다.
주파수 쉬프트부(220)는 제로 주파수 성분(DC(direct current) 성분)을 스펙트럼의 가운데로 이동하여 IFFT 부(230)에 적합한 입력 데이터를 생성한다. 예컨대, 28GHz 대역 시스템의 신호 송신 장치에서 사용하는 8192 포인트 IFFT 블록을 위한 주파수 쉬프트부(220)의 동작은 하기와 같은 슈도코드(pseudocode)로 표현될 수 있다.
If (subcarrier index < 4096) then
FFT input index = subcarrier index + 4096;
Else
FFT input index = subcarrier index - 4096;
한편, IFFT 부(230)은 처리량 또는 면적을 최적화하기 위해 다양한 유형의 아키텍처를 사용할 수 있다. 예컨대, 초당 기가 샘플(giga samples per second, Gsps) 급 처리량을 달성하기 위한 최적화 아키텍처인 벡터 입력 데이터를 지원하는 IFFT 아키텍처를 사용하여 필요한 처리량이 달성될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 IFFT 부가 필요로 하는 데이터 처리량을 설명하기 위한 표이다.
도 8을 참조하면, 종래 1개의 100MHz 컴포넌트 캐리어 별로 IFFT 블록이 존재하는 경우, 서브캐리어 간격 120kHz에 대해서 1024 포인트 IFFT 블록이 사용되어야 한다. 또한, 122.88MHz의 샘플링 클럭을 처리하기 위해서 IFFT 블록 또한 122.88MHz의 동작 클럭으로 동작하여야 한다.
따라서, 8개의 컴포넌트 캐리어들에 대응되는 800MHz 주파수 대역을 처리하기 위해서는, 983.04 MHz의 샘플링 클럭이 필요하며, 단일한 8192 포인트 IFFT블록을 이용하는 IFFT부(230) 또한 983.04 MHz의 동작 클럭으로 동작하여야 한다. 이와 같은 높은 동작 속도는FPGA(field programmable gate array)에서는 구현이 불가능하므로, 동작 클럭을 낮추기 위하여 매 클럭당 8개의 입력을 동시에 입력하는 벡터 입력 방식에 기초하여 122.88 MHz의 동작 클럭으로 IFFT를 수행하여 983.04 Msps(mega samples per second)의 속도로 데이터를 처리하도록 할 수 있다.
이하는, 앞서 설명된 CP 추가부(240)에 대해서 상술한다.
최종적으로 8192 포인트 IFFT를 이용해서 주파수 영역에서 시간영역으로 변환된 OFDM 심볼데이터는 8192개의 데이터 샘플들로 구성될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 CP 추가부의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
NR 시스템에서는, 120kHz SCS이 적용될 경우, 0.5ms마다 4개의 슬롯들이 존재하며 각 슬롯은 14개의 심볼들로 구성될 수 있다. 0.5ms의 첫번째 심볼을 제외한 모든 심볼들 각각은 576개의 CP 샘플들과 8192개의 데이터 샘플들을 포함한 8768개의 샘플들을 가지며, 0.5ms의 첫번째 심볼은 1088개의 CP 샘플들과 8192개의 데이터 샘플로 구성되어 9280개의 샘플들을 가질 수 있다.
도 10을 참조하면, 0.5ms의 첫번째 심볼에 대해서, CP 추가 블록은 8192 개의 IFFT 출력 샘플들 중 후반부 1088개의 샘플들을 복사하고 앞 부분에 첨부하여 총 9280개의 샘플들을 가지는 심볼을 생성할 수 있다. 또한, 0.5ms의 첫번째 심볼을 제외한 심볼들 각각에 대해서, CP 추가 블록은 8192 개의 IFFT 출력 샘플들의 후반부 576개의 샘플들을 앞 부분에 첨부하여 총 8768개의 샘플들을 가지는 심볼을 생성할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 기저대역 신호 생성 장치가 적용된 분산 유닛(DU)의 구성을 도시한 블록도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 DU(1000)는 중앙 유닛(CU)으로부터 복수의 컴포넌트 캐리어들을 위한 주파수 영역 데이터를 수신하는 프론트홀 인터페이스 장치(1010), 상기 복수의 컴포넌트 캐리어들을 위한 주파수 영역 데이터를 1개의 단일 IFFT 블록을 이용하여 시간 영역 기저대역 신호로 변환하는 기저대역 신호 생성 장치(1020); 및 상기 시간 영역 기저대역 신호를 RF 신호로 변환하는 주파수 컨버터(1030)를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 DU는 O-RAN 얼라이언스(open radio access network alliance) 표준에 따른 O-DU(O-RAN distributed unit)으로서 구현될 수 있다. 또한, 상기 DU와 프론트홀 인터페이스를 통해 연결되는 CU는 O-CU(O-RAN central unit)으로서 구현될 수 있다. 이 경우, 상기 프론트홀 인터페이스 장치는 O-RAN 프론트홀 규격에 따른 인터페이스 장치로 구성될 수 있다.
상기 기저대역 신호 생성 장치(1020)는 도 2를 참조하여 설명된 기저대역 신호 생성 장치(200)에 대응되는 장치이다. 즉, 기저대역 신호 생성 장치(1020)는 서브캐리어 매핑부(210), 주파수 쉬프트부(220), IFFT 부(230), 및 CP 추가부(240)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 기저대역 신호 생성 장치(1020)는 기저대역 주파수 컨버팅부(250)를 추가로 포함할 수 있다.
한편, 상술된 기저대역 신호 생성 장치(1020)는 적어도 하나의 프로세서와 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해서 실행되는 명령어들을 저장하는 메모리로 구성될 수도 있다. 이 경우, 상기 서브캐리어 매핑부(210), 주파수 쉬프트부(220), IFFT부(230), 및 CP 추가부(240)들은 상기 명령어들에 의해서 구현되는 프로그램 코드로 구성될 수도 있다. 또는, 상기 서브캐리어 매핑부(210), 주파수 쉬프트부(220), IFFT부(230), 및 CP 추가부(240)들의 일부는 전용의 로직 회로로 구성되고 나머지 일부는 상기 명령어들에 의해서 구현되는 프로그램 코드로 구성될 수 있다.
마지막으로, 주파수 컨버터(1030)는 상기 기저대역 신호 생성 장치(1020)에서 생성된 시간 영역 기저대역 신호를 RF 신호로 변환하는 장치이다. 상기 RF 신호는 증폭부 및 안테나 등을 거쳐 전송될 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, 램, 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 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 포함한다. 상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 적어도 하나의 소프트웨어 모듈로 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상 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.

Claims (20)

  1. 신호 송신 장치에서 수행되는, 기저대역(baseband) 신호 생성 방법으로서,
    복수의 컴포넌트 캐리어(component carrier)들을 위한 주파수 영역 데이터를 서브캐리어 자원들에 매핑하는 단계;
    상기 서브캐리어 자원들에 할당된 주파수 영역 데이터에 주파수 쉬프트(frequency shift)를 수행하는 단계;
    하나의 IFFT(inverse fast Fourier transform) 블록을 이용하여 상기 주파수 쉬프트된 주파수 영역 데이터에 IFFT를 수행하여 시간 영역 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 시간 영역 신호에 CP(cyclic prefix)를 추가하여 시간 영역 기저대역 신호를 생성하는 단계를 포함하는,
    기저대역 신호 생성 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 컴포넌트 캐리어들은 주파수 영역에서 연속된(contiguous) 컴포넌트 캐리어들인,
    기저대역 신호 생성 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 신호 송신 장치가 분산 유닛(distributed unit, DU)인 경우, 상기 주파수 영역 데이터는 프론트 홀 인터페이스를 통해 중앙 유닛(central unit, CU)으로부터 수신되는,
    기저대역 신호 생성 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 컴포넌트 캐리어들 각각은 95.04MHz의 데이터 전송 대역과 4.920MHz의 보호 대역을 가지는,
    기저대역 신호 생성 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 복수의 컴포넌트 캐리어들 각각은 120Khz 서브캐리어 간격(subcarrier spacing, SCS)를 가지며, 상기 데이터 전송 대역은 792개의 서브캐리어들로 구성되며, 상기 보호 대역은 41개의 서브캐리어들로 구성되는,
    기저대역 신호 생성 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 주파수 쉬프트를 수행하는 단계에서, 상기 서브캐리어 자원들에 할당된 주파수 영역 데이터의 절반들이 상호 교차되어 상기 IFFT 블록에 입력되도록 상기 주파수 쉬프트가 수행되는,
    기저대역 신호 생성 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 IFFT 블록은 매 클럭당 복수의 입력을 수신하는 벡터 입력 방식(vector input scheme)을 이용하는,
    기저대역 신호 생성 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 시간 영역 기저대역 신호의 중심 주파수를 서브캐리어의 중심에 정렬시키기 위해, 상기 시간 영역 기저대역 신호의 주파수를 서브캐리어 간격의 1/2 만큼 상향 컨버팅 또는 하향 컨버팅하는 단계를 추가로 포함하는,
    기저대역 신호 생성 방법.
  9. 기저대역 신호 생성 장치로서,
    복수의 컴포넌트 캐리어(component carrier)들을 위한 주파수 영역 데이터를 서브캐리어 자원들에 매핑하는 서브캐리어 매핑부;
    상기 서브캐리어 자원들에 할당된 주파수 영역 데이터에 주파수 쉬프트(frequency shift)를 수행하는 주파수 쉬프트부;
    하나의 IFFT(inverse fast Fourier transform) 블록을 이용하여 상기 주파수 쉬프트된 주파수 영역 데이터에 IFFT를 수행하여 시간 영역 신호를 생성하는 IFFT 부; 및
    상기 시간 영역 신호에 CP(cyclic prefix)를 추가하여 시간 영역 기저대역 신호를 생성하는 CP 추가부를 포함하는,
    기저대역 신호 생성 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 복수의 컴포넌트 캐리어들은 주파수 영역에서 연속된(contiguous) 컴포넌트 캐리어들인,
    기저대역 신호 생성 장치.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 기저대역 신호 생성 장치가 탑재된 신호 송신 장치가 분산 유닛(distributed unit, DU)인 경우, 상기 주파수 영역 데이터는 프론트 홀 인터페이스를 통해 중앙 유닛(central unit, CU)으로부터 수신되는,
    기저대역 신호 생성 장치.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 복수의 컴포넌트 캐리어들 각각은 95.04MHz의 데이터 전송 대역과 4.920MHz의 보호 대역을 가지는,
    기저대역 신호 생성 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 복수의 컴포넌트 캐리어들 각각은 120Khz 서브캐리어 간격(subcarrier spacing, SCS)를 가지며, 상기 데이터 전송 대역은 792개의 서브캐리어들로 구성되며, 상기 보호 대역은 41개의 서브캐리어들로 구성되는,
    기저대역 신호 생성 장치.
  14. 청구항 9에 있어서,
    상기 주파수 쉬프트부는 상기 서브캐리어 자원들에 할당된 주파수 영역 데이터의 절반들이 상호 교차되어 상기 IFFT 블록에 입력되도록 상기 주파수 쉬프트를 수행하는,
    기저대역 신호 생성 장치.
  15. 청구항 9에 있어서,
    상기 IFFT 블록은 매 클럭당 복수의 입력을 수신하는 벡터 입력 방식(vector input scheme)을 이용하는,
    기저대역 신호 생성 장치.
  16. 청구항 9에 있어서,
    상기 시간 영역 기저대역 신호의 중심 주파수를 서브캐리어의 중심에 정렬시키기 위해, 상기 시간 영역 기저대역 신호의 주파수를 서브캐리어 간격의 1/2 만큼 상향 컨버팅 또는 하향 컨버팅하는 기저대역 주파수 컨버팅부를 추가로 포함하는,
    기저대역 신호 생성 장치.
  17. 분산 유닛(distributed unit, DU)으로서,
    중앙 유닛(central unit)으로부터 복수의 컴포넌트 캐리어들을 위한 주파수 영역 데이터를 수신하는 프론트홀 인터페이스 장치;
    상기 복수의 컴포넌트 캐리어들을 위한 주파수 영역 데이터를 하나의 IFFT(inverse fast Fourier transform) 블록을 이용하여 시간 영역 기저대역 신호로 변환하는 기저대역 신호 생성 장치; 및
    상기 시간 영역 기저대역 신호를 RF 신호로 변환하는 주파수 컨버터를 포함하는,
    분산 유닛.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 기저대역 신호 생성 장치는
    상기 주파수 영역 데이터를 서브캐리어 자원들에 매핑하는 서브캐리어 매핑부;
    상기 서브캐리어 자원들에 할당된 주파수 영역 데이터에 주파수 쉬프트(frequency shift)를 수행하는 주파수 쉬프트부;
    상기 하나의 IFFT 블록을 이용하여, 상기 주파수 쉬프트부에서 상기 주파수 쉬프트된 주파수 영역 데이터에 IFFT를 수행하여 시간 영역 신호를 생성하는 IFFT 부; 및
    상기 시간 영역 신호에 CP(cyclic prefix)를 추가하여 시간 영역 기저대역 신호를 생성하는 CP 추가부를 포함하는,
    분산 유닛.
  19. 청구항 17에 있어서,
    상기 복수의 컴포넌트 캐리어들은 주파수 영역에서 연속된(contiguous) 컴포넌트 캐리어들인,
    분산 유닛.
  20. 청구항 17에 있어서,
    상기 기저대역 신호 생성 장치는, 상기 시간 영역 기저대역 신호의 중심 주파수를 서브캐리어의 중심에 정렬시키기 위해, 상기 시간 영역 기저대역 신호의 주파수를 서브캐리어 간격의 1/2 만큼 상향 컨버팅 또는 하향 컨버팅하는 기저대역 주파수 컨버팅부를 추가로 포함하는,
    분산 유닛.
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