KR20210133109A - 위성 통신 시스템에서 신호 송수신 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 개시는 무선 통신 시스템에 대한 것으로서, 특히 단말로부터 기지국까지의 전파 지연시간이 매우 긴 경우에, 기지국과 단말이 랜덤 엑세스를 수행하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 무선 통신 시스템에서 위성의 동작 방법은 단말로부터 PRACH(Physical Random Access Channel) 프리앰블을 수신하는 단계; 상기 수신한 PRACH 프리앰블에 기초하여 상기 단말에게 RAR(Random Access Response)을 전송하는 단계; 상기 RAR에 기초하여 상기 단말로부터 제1 메시지를 수신하여 기지국에게 전송하는 단계; 및 상기 기지국으로부터 제2 메시지를 수신하여 상기 단말로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

위성 통신 시스템에서 신호 송수신 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR TRANSMISSION AND RECEPTION OF SIGNALS IN SATELLITE COMMUNICATIONS SYSTEM}

본 개시는 통신 시스템에 대한 것으로서, 특히 단말로부터 기지국까지의 전파 지연시간이 매우 긴 경우에, 기지국과 단말이 랜덤 엑세스를 수행하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 또한, 초기접속 이후 데이터 송수신을 위한 기지국의 신호 송수신 방법 및 장치를 제공할 수 있다.

4G(4th generation) 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G(5th generation) 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템은 4G 네트워크 이후 (Beyond 4G Network) 통신 시스템 또는 LTE 시스템 이후 (Post LTE) 시스템이라 불리어지고 있다. 높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파(mmWave) 대역 (예를 들어, 60기가(60GHz) 대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서의 전파의 경로손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO), 전차원 다중입출력(Full Dimensional MIMO: FD-MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beam-forming), 및 대규모 안테나 (large scale antenna) 기술들이 논의되고 있다. 또한 시스템의 네트워크 개선을 위해, 5G 통신 시스템에서는 진화된 소형 셀, 개선된 소형 셀 (advanced small cell), 클라우드 무선 액세스 네트워크 (cloud radio access network: cloud RAN), 초고밀도 네트워크 (ultra-dense network), 기기 간 통신 (Device to Device communication: D2D), 무선 백홀 (wireless backhaul), 이동 네트워크 (moving network), 협력 통신 (cooperative communication), CoMP (Coordinated Multi-Points), 및 수신 간섭제거 (interference cancellation) 등의 기술 개발이 이루어지고 있다. 이 밖에도, 5G 시스템에서는 진보된 코딩 변조(Advanced Coding Modulation: ACM) 방식인 FQAM (Hybrid FSK and QAM Modulation) 및 SWSC (Sliding Window Superposition Coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC(Filter Bank Multi Carrier), NOMA(non orthogonal multiple access), 및SCMA(sparse code multiple access) 등이 개발되고 있다.

한편, 인터넷은 인간이 정보를 생성하고 소비하는 인간 중심의 연결 망에서, 사물 등 분산된 구성 요소들 간에 정보를 주고 받아 처리하는 IoT(Internet of Things, 사물인터넷) 망으로 진화하고 있다. 클라우드 서버 등과의 연결을 통한 빅데이터(Big data) 처리 기술 등이 IoT 기술에 결합된 IoE (Internet of Everything) 기술도 대두되고 있다. IoT를 구현하기 위해서, 센싱 기술, 유무선 통신 및 네트워크 인프라, 서비스 인터페이스 기술, 및 보안 기술과 같은 기술 요소 들이 요구되어, 최근에는 사물간의 연결을 위한 센서 네트워크(sensor network), 사물 통신(Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication)등의 기술이 연구되고 있다. IoT 환경에서는 연결된 사물들에서 생성된 데이터를 수집, 분석하여 인간의 삶에 새로운 가치를 창출하는 지능형 IT(Internet Technology) 서비스가 제공될 수 있다. IoT는 기존의 IT(information technology)기술과 다양한 산업 간의 융합 및 복합을 통하여 스마트홈, 스마트 빌딩, 스마트 시티, 스마트 카 혹은 커넥티드 카, 스마트 그리드, 헬스 케어, 스마트 가전, 첨단의료서비스 등의 분야에 응용될 수 있다.

이에, 5G 통신 시스템을 IoT 망에 적용하기 위한 다양한 시도들이 이루어지고 있다. 예를 들어, 센서 네트워크(sensor network), 사물 통신(Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication)등의 기술이 5G 통신 기술이 빔 포밍, MIMO, 및 어레이 안테나 등의 기법에 의해 구현되고 있는 것이다. 앞서 설명한 빅데이터 처리 기술로써 클라우드 무선 액세스 네트워크(cloud RAN)가 적용되는 것도 5G 기술과 IoT 기술 융합의 일 예라고 할 수 있을 것이다.

한편 2010년대 후반 및 2020년대에 들어서 위성 발사비용이 획기적으로 줄어듦에 따라, 위성을 이용한 통신 서비스를 제공하려는 회사들이 증가하는 추세이다. 이에 따라 위성망이 기존 지상망을 보완하는 차세대 네트워크 시스템으로 부상하였다. 이는 지상망 수준의 사용자 경험을 제공하지 못하나 지상망 구축이 어려운 지역 또는 재난상황에서 통신 서비스 제공이 가능할 수 있으며, 앞서 설명하였듯이 최근 위성 발사비용의 급격한 감소로 경제성까지 확보할 수 있다. 또한 몇 개의 업체 및 3GPP 표준단체에서는 스마트폰과 위성간 직접통신도 추진 중에 있다. 이에 따라, 위성 통신 시스템에서, 단말로부터이 기지국까지의 전파 지연시간이 매우 긴 경우에, 기지국과 단말이 랜덤 엑세스를 수행하는 방법 및 초기접속 이후 데이터 송수신을 위한 기지국의 신호 송수신 방법이 요구되고 있다.

단말이 위성을 통해 기지국과 연결하고자 하는 경우, 단말과 위성간, 그리고 위성과 지상의 기지국간에는 수백 km, 수천 km 또는 그 상의 긴 거리로 인해, 전파가 도달되는데 큰 지연시간이 발생한다. 이러한 큰 지연시간은 지상망에서 단말과 기지국이 직접 통신하는 상황보다 훨씬 크다. 이러한 큰 지연시간은, LTE 또는 5G 등의 통신 방식으로 단말이 기지국에 처음 접속하는 단계인 초기 접속 절차, 특히 랜덤 엑세스 과정이 온전히 이루어질 수 없도록 하는 문제가 존재한다.

본 개시는 통신 시스템에 대한 것으로서, 특히 단말이 기지국까지의 전파 지연시간이 매우 긴 경우에, 기지국과 단말이 랜덤 엑세스를 수행하는 방법 및 장치를 제공할 수 있다. 또한, 초기접속 이후 데이터 송수신을 위한 기지국의 신호 송수신 방법 및 장치를 제공할 수 있다.

본 개시의 실시예들은 무선 통신 시스템에서, 단말로부터 기지국까지의 전파 지연시간이 매우 긴 경우에, 기지국과 단말이 랜덤 엑세스를 수행하는 방법 및 장치를 제공할 수 있다. 또한, 본 개시의 실시예들은 초기접속 이후 데이터 송수신을 위한 기지국의 신호 송수신 방법 및 장치를 제공할 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따른, 무선 통신 시스템에서 위성의 동작 방법은 단말로부터 PRACH(Physical Random Access Channel) 프리앰블을 수신하는 단계; 상기 수신한 PRACH 프리앰블에 기초하여 상기 단말에게 RAR(Random Access Response)을 전송하는 단계; 상기 RAR에 기초하여 상기 단말로부터 제1 메시지를 수신하여 기지국에게 전송하는 단계; 및 상기 기지국으로부터 제2 메시지를 수신하여 상기 단말로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따른, 위성의 동작 방법은 상기 PRACH 프리앰블 및 상기 RAR 중 적어도 하나에 기초하여, 제1 신호를 생성하는 단계; 및 상기 생성된 제1 신호를 상기 기지국에게 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따른, 상기 제1 메시지 및 제2 메시지는, 상기 단말의 식별자를 포함할 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따른, 위성의 동작 방법은 상기 단말로부터 수신한 PRACH 프리앰블을 상기 기지국으로 전송하는 단계를 더 포함하고 상기 단말에게 RAR을 전송하는 단계는, 상기 기지국이 상기 PRACH 프리앰블을 수신하기 전에 상기 기지국이 전송하여 수신한 상기 RAR을 상기 단말에게 전송하는 단계를 포함할 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따른 상기 기지국으로부터 상기 RAR을 수신하는 단계는, 상기 기지국으로부터 상기 RAR을 주기적으로 수신하는 단계를 포함할 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따른 상기 RAR은, 상기 제1 메시지가 전송되는 슬롯을 지시하는 정보를 포함하고, 상기 제1 메시지가 전송되는 슬롯은, 상기 위성의 위치, 상기 단말의 위치, 상기 위성의 고도, 상기 위성이 상기 단말에게 전송하는 빔의 위치 및 상기 빔의 거리 중 적어도 하나를 고려하여 결정될 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국의 동작 방법은 단말에게 보낸 RAR과 관련된 정보를 상기 위성으로부터 수신하는 단계; 상기 RAR과 관련된 정보에 기초하여 상기 위성으로부터 상기 단말의 제1 메시지를 수신하는 단계; 및 상기 위성을 통해 상기 단말에게 제2 메시지를 전송하는 단계를 포함할 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따른 상기 제1 메시지 및 제2 메시지는, 상기 단말의 식별자를 포함할 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따른 상기 기지국의 동작 방법은 상기 단말이 전송한 PRACH 프리앰블을 상기 위성으로부터 수신하는 단계; 및 상기 기지국이 상기 PRACH 프리앰블을 수신하기 전에 상기 위성에게 상기 RAR을 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따른 상기 위성에게 상기 RAR을 전송하는 단계는, 상기 위성에게 상기 RAR을 주기적으로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따른 상기 RAR은, 상기 제1 메시지가 전송되는 슬롯을 지시하는 정보를 포함하고, 상기 제1 메시지가 전송되는 슬롯은, 상기 위성의 위치, 상기 단말의 위치, 상기 위성의 고도, 상기 위성이 상기 단말에게 전송하는 빔의 위치 및 상기 빔의 거리 중 적어도 하나를 고려하여 결정될 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 단말의 동작 방법은 위성을 통해 기지국에게 PRACH(Physical Random Access Channel) 프리앰블을 전송하는 단계; 상기 기지국이 상기 PRACH 프리앰블을 수신하기 전에 상기 기지국이 전송하여 상기 위성이 수신한 RAR(Random Access Response)을 상기 위성으로부터 수신하는 단계; 상기 RAR에 기초하여 상기 위성을 통해 제1 메시지를 기지국에게 전송하는 단계; 및 상기 위성을 통해 상기 기지국으로부터 제2 메시지를 수신하는 단계를 포함할 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따른 상기 기지국으로부터 상기 RAR을 수신하는 단계는, 상기 위성이 RAR을 상기 기지국으로부터 주기적으로 수신한 결과, 상기 단말이 PRACH 프리앰블을 전송한 후 상기 RAR을 수신하는 단계를 포함할 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따른 상기 RAR은, 상기 제1 메시지가 전송되는 슬롯을 지시하는 정보를 포함하고, 상기 제1 메시지가 전송되는 슬롯은, 상기 위성의 위치, 상기 단말의 위치, 상기 위성의 고도, 상기 위성이 상기 단말에게 전송하는 빔의 위치 및 상기 빔의 거리 중 적어도 하나를 고려하여 결정될 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 단말 및 기지국과 통신하는 위성은 송수신부 및 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다. 위성의 적어도 하나의 프로세서는 단말로부터 PRACH(Physical Random Access Channel) 프리앰블을 수신하고, 상기 수신한 PRACH 프리앰블에 기초하여 상기 단말에게 RAR(Random Access Response)을 전송하고, 상기 RAR에 기초하여 상기 단말로부터 RA 메시지에 대응되는 제1 메시지를 수신하여 기지국에게 전송하고, 상기 기지국으로부터 경쟁 해결 메시지에 대응되는 제2 메시지를 수신하여 상기 단말로 전송할 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따른 위성의 적어도 하나의 프로세서는 상기 PRACH 프리앰블 및 상기 RAR 중 적어도 하나에 기초하여, 제1 신호를 생성하고, 상기 생성된 제1 신호를 상기 기지국에게 전송할 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따른 위성의 적어도 하나의 프로세서는 상기 단말로부터 수신한 PRACH 프리앰블을 상기 기지국으로 전송하고, 상기 기지국이 상기 PRACH 프리앰블을 수신하기 전에 상기 기지국이 전송하여 수신한 상기 RAR을 상기 단말에게 전송할 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따른 위성의 적어도 하나의 프로세서는 상기 기지국으로부터 상기 RAR을 주기적으로 수신할 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 위성과 통신하는 기지국에 있어서, 상기 기지국은 송수신부 및 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다. 기지국의 적어도 하나의 프로세서는 상기 위성이 단말에게 보낸 RAR과 관련된 정보를 상기 위성으로부터 수신하고, 상기 RAR과 관련된 정보에 기초하여 상기 위성으로부터 상기 단말의 제1 메시지를 수신하고, 상기 위성을 통해 상기 단말에게 제2 메시지를 전송할 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 위성과 통신하는 단말에 있어서, 상기 단말은, 송수신부; 및 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다. 단말의 적어도 하나의 프로세서는, 위성을 통해 기지국에게 PRACH(Physical Random Access Channel) 프리앰블을 전송하고, 상기 기지국이 상기 PRACH 프리앰블을 수신하기 전에 상기 기지국이 전송하여 상기 위성이 수신한 RAR(Random Access Response)을 상기 위성으로부터 수신하고, 상기 RAR에 기초하여 상기 위성을 통해 제1 메시지를 기지국에게 전송하고, 상기 위성을 통해 상기 기지국으로부터 제2 메시지를 수신할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명을 이용하여 단말이 위성을 통해 기지국과 접속할 수 있고, 기지국은 단말에게 신호를 전송하고, 단말로부터 신호를 수신할 수 있다.

도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 NR(New Radio) 무선 통신 시스템에서 하향링크 혹은 상향링크에서 데이터 혹은 제어채널이 전송되는 무선자원영역인 시간-주파수영역의 기본 구조를 나타낸 도면이다.
도 2a는 본 개시의 일 실시예에 따른 5G 무선 통신 시스템에서 사용하는 슬롯 구조의 일 예를 도시한 도면이다.
도 2b는 본 개시의 일 실시예에 따른 5G 무선통신 시스템에서 하향링크 제어채널이 전송되는 제어자원세트(Control Resource Set, CORESET)에 대한 일 예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 전체 시스템 주파수 대역에 eMBB, URLLC 및 mMTC 데이터가 할당된 일례를 도시한 도면이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 시스템 주파수 대역을 나눠 eMBB, URLLC 및 mMTC 데이터가 할당된 일례를 도시한 도면이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 하나의 트랜스포트 블록이 여러 개의 코드 블록으로 나뉘고 CRC가 추가되는 과정의 일례를 도시한 도면이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 NR 시스템의 동기화 신호 (SS) 및 물리방송채널 (PBCH)이 주파수 및 시간 영역에서의 매핑된 모습을 도시한 도면이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 부반송파 간격에 따라 SS/PBCH 블록이 전송될 수 있는 심볼을 도시한 도면이다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 5G 또는 NR 시스템에서 단말이 제 1 신호를 수신하고, 이에 대한 제 2 신호를 단말이 송신할 때, 타이밍 어드밴스에 따른 단말의 프로세싱 타임을 도시한 도면이다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 슬롯에 따라 데이터(일례로 TB)들을 스케줄링하여 전송하고, 해당 데이터에 대한 HARQ-ACK 피드백을 수신하고, 피드백에 따라 재전송을 수행하는 일례를 도시한 도면이다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 위성을 이용한 통신 시스템의 일례를 도시한 도면이다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 위성의 고도 또는 높이에 따른 통신 위성의 지구 공전 주기를 도시한 도면이다.
도 12는 본 개시의 일 실시예에 따른 위성-단말 직접통신의 개념도를 도시한 도면이다.
도 13은 본 개시의 일 실시예에 따른 위성-단말 직접통신의 활용 시나리오를 도시한 도면이다.
도 14는 본 개시의 일 실시예에 따른 고도 1200 km의 LEO 위성과 지상의 단말이 직접 통신을 수행 할 때, 상향링크에서의 예상 데이터 전송률(throughput) 계산의 일례를 도시한 도면이다.
도 15는 본 개시의 일 실시예에 따른 고도 35,786 km의 GEO 위성과 지상의 단말이 직접 통신을 수행 할 때, 상향링크에서의 예상 데이터 전송률(throughput) 계산의 일례를 도시한 도면이다.
도 16은 본 개시의 일 실시예에 따른 단말과 위성간의 경로손실 모델에 따른 경로손실 값, 그리고 단말과 지상망통신 기지국간의 경로손실 모델에 따른 경로손실을 도시한 도면이다.
도 17은 본 개시의 일 실시예에 따른 위성의 고도 및 위치, 그리고 지상의 단말 사용자의 위치에 따라 위성에서부터 전달되는 신호가 지상 사용자에게 수신되었을 때 상기 신호가 겪는 Doppler shift의 양을 계산하는 수식 및 결과를 도시한 도면이다.
도 18은 본 개시의 일 실시예에 따른 위성의 고도에서 계산된 위성의 속도를 도시한 도면이다.
도 19는 본 개시의 일 실시예에 따른 위성이 지상으로 전송하는 하나의 빔 안에 있는 서로 다른 단말들이 겪는 Doppler shift를 도시한 도면이다.
도 20은 본 개시의 일 실시예에 따른 고도각으로부터 정해지는 위성의 위치에 따라, 빔 하나 내에서 발생하는 Doppler shift의 차이를 도시한 도면이다.
도 21은 본 개시의 일 실시예에 따른 고도각에 따라 정해지는 위성의 위치에 따라 단말에서부터 위성까지 걸리는 지연시간과, 단말-위성-기지국 사이의 왕복 지연시간을 도시한 도면이다.
도 22는 본 개시의 일 실시예에 따른 하나의 빔 내에서 사용자의 위치에 따라 달라지는 왕복 지연시간의 최대 차이 값을 도시한 도면이다.
도 23은 본 개시의 일 실시예에 따른 RAR의 정보 구조의 일례를 도시한 도면이다..
도 24는 본 개시의 일 실시예에 따른 LTE 무선 통신 시스템의 PRACH(Physical Random Access Channel) 프리앰블 설정 자원과 RAR 수신 시점의 관계의 일례를 도시한 도면이다.
도 25는 본 개시의 일 실시예에 따른 5G NR 무선 통신 시스템의 PRACH 프리앰블 설정 자원과 RAR 수신 시점의 관계의 일례를 도시한 도면이다.
도 26은 본 개시의 일 실시예에 따른 LTE 또는 5G NR의 무선 통신 시스템에서 랜덤 엑세스 단계의 일례를 도시한 도면이다.
도 27은 본 개시의 일 실시예에 따른 랜덤 엑세스 단계의 일례를 도시한 도면이다.
도 28은 본 개시의 일 실시예에 따른 랜덤 엑세스 상기 과정을 도시한 도면이다.
도 29는 본 개시의 일 실시예에 따른 기지국은 PRACH 프리앰블 수신과 관계 없이 주기적으로 RAR을 송신하는 일례를 도시한 도면이다.
도 30은 본 개시의 일 실시예에 따른 LTE 및 NR 무선 통신 시스템에서 기지국이 제1신호를 송신하고, 단말로부터 송신된 제2신호를 수신하는 일례를 도시한 도면이다.
도 31은 본 개시의 일 실시예에 따른 본 실시예에서 제공하는 위성통신 상황에서 기지국이 제2신호를 수신하는 방법 또는 제2신호를 수신하는 타이밍을 결정하는 방법의 일례를 도시한 도면이다.
도 32는 본 개시의 일 실시예에 따른 단말의 내부 구조를 도시하는 블록도이다.
도 33은 본 개시의 일 실시예에 따른 위성의 내부 구조를 도시하는 블록도이다.
도 34는 본 개시의 일 실시예에 따른 기지국의 내부 구조를 도시하는 블록도이다.
도 35는 본 개시의 일 실시예에 따른 위성의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 36은 본 개시의 일 실시예에 따른 기지국의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 37는 본 개시의 일 실시예에 따른 단말의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.

LTE 이후의 향후 통신 시스템으로서, 즉, 5G 통신 시스템인 NR (New Radio access technology) 통신 시스템에서는 시간 및 주파수 자원에서 다양한 서비스들이 자유롭게 다중화 될 수 있도록 하기 위하여 디자인되고 있으며, 이에 따라 waveform/numerology 등과 기준 신호 등이 해당 서비스의 필요에 따라 동적으로 혹은 자유롭게 할당될 수 있다. 무선 통신에서 단말에게 최적의 서비스를 제공하기 위해서는 채널의 질과 간섭량의 측정을 통한 최적화 된 데이터 송신이 중요하며, 이에 따라 정확한 채널 상태 측정은 필수적이다. 하지만, 주파수 자원에 따라 채널 및 간섭 특성이 크게 변화하지 않는 4G 통신과는 달리 5G 채널의 경우 서비스에 따라 채널 및 간섭 특성이 크게 변화하기 때문에 이를 나누어 측정할 수 있도록 하는 FRG(Frequency Resource Group) 차원의 subset의 지원이 필요하다. 한편, NR 시스템에서는 사용자 및 서비스 제공자 등의 다양한 요구 사항을 자유롭게 반영할 수 있어야 하기 때문에 다양한 요구사항을 동시에 만족하는 서비스가 지원되어야 한다.

5G 통신시스템을 위해 고려되는 서비스로는 향상된 모바일 광대역 통신(enhanced Mobile Broadband, eMBB), 대규모 기계형 통신(massive Machine Type Communication, mMTC), 초신뢰 저지연 통신(Ultra Reliability Low Latency Communciation, URLLC) 등이 있다.

eMBB는 기존의 LTE, LTE-A 또는 LTE-Pro가 지원하는 데이터 전송 속도보다 더욱 향상된 데이터 전송 속도를 제공하는 것을 목표로 한다. 예를 들어, 5G 통신시스템에서 eMBB는 하나의 기지국 관점에서 하향링크에서는 20Gbps의 최대 전송 속도(peak data rate), 상향링크에서는 10Gbps의 최대 전송 속도를 제공할 수 있어야 한다. 또한 5G 통신시스템은 최대 전송 속도를 제공하는 동시에, 증가된 단말의 실제 체감 전송 속도(User perceived data rate)를 제공해야 한다. 이와 같은 요구 사항을 만족시키기 위해, 더욱 향상된 다중 안테나 (Multi Input Multi Output, MIMO) 전송 기술을 포함하여 다양한 송수신 기술의 향상을 요구한다. 또한 LTE가 사용하는 2GHz 대역에서 최대 20MHz 전송대역폭을 사용하여 신호를 전송하는 반면에, 5G 통신시스템은 3~6GHz 또는 6GHz 이상의 주파수 대역에서 20MHz 보다 넓은 주파수 대역폭을 사용함으로써 5G 통신시스템에서 요구하는 데이터 전송 속도를 만족시킬 수 있다.

동시에, 5G 통신시스템에서 사물 인터넷(Internet of Thing, IoT)와 같은 응용 서비스를 지원하기 위해 mMTC가 고려되고 있다. mMTC는 효율적으로 사물 인터넷을 제공하기 위해 셀 내에서 대규모 단말의 접속 지원, 단말의 커버리지 향상, 향상된 배터리 시간, 단말의 비용 감소 등이 요구된다. 사물 인터넷은 여러 가지 센서 및 다양한 기기에 부착되어 통신 기능을 제공하므로 셀 내에서 많은 수의 단말(예를 들어, 1,000,000 단말/km2)을 지원할 수 있어야 한다. 또한 mMTC를 지원하는 단말은 서비스의 특성상 건물의 지하와 같이 셀이 커버하지 못하는 음영지역에 위치할 가능성이 높으므로 5G 통신시스템에서 제공하는 다른 서비스 대비 더욱 넓은 커버리지를 요구할 수 있다. mMTC를 지원하는 단말은 저가의 단말로 구성되어야 하며, 단말의 배터리를 자주 교환하기 힘들기 때문에 10~15년과 같이 매우 긴 배터리 생명시간(battery life time)이 요구될 수 있다.

마지막으로, URLLC의 경우, 특정한 목적(mission-critical)으로 사용되는 셀룰라 기반 무선 통신 서비스이다. 예를 들어, 로봇(Robot) 또는 기계 장치(Machinery)에 대한 원격 제어(remote control), 산업 자동화(industrial automation), 무인 비행장치(Unmaned Aerial Vehicle), 원격 건강 제어(Remote health care), 비상 상황 알림(emergency alert) 등에 사용되는 서비스 등을 고려할 수 있다. 따라서 URLLC가 제공하는 통신은 매우 낮은 저지연 및 매우 높은 신뢰도 제공해야 한다. 예를 들어, URLLC을 지원하는 서비스는 0.5 밀리초 보다 작은 무선 접속 지연시간(Air interface latency)를 만족해야 하며, 동시에 75 이하의 패킷 오류율(Packet Error Rate)의 요구사항을 갖는다. 따라서, URLLC을 지원하는 서비스를 위해 5G 시스템은 다른 서비스보다 작은 전송 시간 구간(Transmit Time Interval, TTI)를 제공해야 하며, 동시에 통신 링크의 신뢰성을 확보하기 위해 주파수 대역에서 넓은 리소스를 할당해야 하는 설계사항이 요구될 수 있다.

5G의 세가지 서비스들, 즉 eMBB, URLLC, mMTC는 하나의 시스템에서 다중화되어 전송될 수 있다. 이 때, 각각의 서비스들이 갖는 상이한 요구사항을 만족시키기 위해 서비스간에 서로 다른 송수신 기법 및 송수신 파라미터를 사용할 수 있다. eMBB는 고용량데이터의 고속 전송, mMTC는 단말전력 최소화와 다수 단말의 접속, URLLC는 고신뢰도와 저지연을 목표로 하는 서비스라고 볼 수 있다. 물론 5G 통신 시스템은 전술한 세가지 서비스들에 제한되지 않는다. 단말에게 적용되는 서비스의 종류에 따라 서로 다른 요구사항들이 적용될 수 있다.

이와 같이 통신 시스템에서 복수의 서비스가 사용자에게 제공될 수 있으며, 이와 같은 복수의 서비스를 사용자에게 제공하기 위해 특징에 맞게 각 서비스를 동일한 시구간 내에서 제공할 수 있는 방법 및 이를 이용한 장치가 요구된다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.

마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이 때, 처리 흐름도 도면들의 각 블록과 흐름도 도면들의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다. 또한, 각 블록은 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실행 예들에서는 블록들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.이 때, 본 실시예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(Field Programmable Gate Array) 또는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다. 또한 실시 예에서 '~부'는 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다.

무선 통신 시스템은 초기의 음성 위주의 서비스를 제공하던 것에서 벗어나 예를 들어, 3GPP의 HSPA (high speed Packet Access), LTE (long term evolution 혹은 E-UTRA (evolved universal terrestrial radio access)), LTE-Advanced (LTE-A), 3GPP2의 HRPD (high rate packet data), UMB (ultra mobile broadband), 및 IEEE의 802.16e 등의 통신 표준과 같이 고속, 고품질의 패킷 데이터 서비스를 제공하는 광대역 무선 통신 시스템으로 발전하고 있다. 또한, 5세대 무선통신 시스템으로 5G 혹은 NR (new radio)의 통신표준이 만들어지고 있다.

상기 광대역 무선 통신 시스템의 대표적인 예로, NR 시스템에서는 하향링크 (downlink; DL) 및 상향링크에서는 OFDM (orthogonal frequency division multiplexing) 방식을 채용하고 있다. 다만 보다 구체적으로는 하향링크에서는 CP-OFDM (cyclic-prefix OFDM) 방식이 채용되었고, 상향링크에서는 CP-OFDM과 더불어 DFT-S-OFDM (discrete Fourier transform spreading OFDM) 방식 두 가지가 채용되었다. 상향링크는 단말 (user equipment: UE) 혹은 MS (mobile station))이 기지국(gNode B, 혹은 base station(BS))으로 데이터 혹은 제어신호를 전송하는 무선링크를 뜻하고, 하향링크는 기지국이 단말로 데이터 혹은 제어신호를 전송하는 무선링크를 뜻한다. 상기와 같은 다중 접속 방식은, 통상 각 사용자 별로 데이터 혹은 제어정보를 실어 보낼 시간-주파수 자원을 서로 겹치지 않도록, 즉 직교성 (Orthogonality)이 성립하도록, 할당 및 운용함으로써 각 사용자의 데이터 혹은 제어정보를 구분한다.

NR 시스템은 초기 전송에서 복호 실패가 발생된 경우, 물리 계층에서 해당 데이터를 재전송하는 HARQ (hybrid automatic repeat request) 방식을 채용하고 있다. HARQ 방식이란 수신기가 데이터를 정확하게 복호화(디코딩)하지 못한 경우, 수신기가 송신기에게 디코딩 실패를 알리는 정보 (negative acknowledgement: NACK)를 전송하여 송신기가 물리 계층에서 해당 데이터를 재전송할 수 있게 한다. 수신기는 송신기가 재전송한 데이터를 이전에 디코딩 실패한 데이터와 결합하여 데이터 수신성능을 높이게 된다. 또한, 수신기가 데이터를 정확하게 복호한 경우 송신기에게 디코딩 성공을 알리는 정보 (acknowledgement: ACK)를 전송하여 송신기가 새로운 데이터를 전송할 수 있도록 할 수 있다.

이하, 기지국은 단말의 자원할당을 수행하는 주체로서, gNode B, eNode B, Node B, BS (Base Station), 무선 접속 유닛, 기지국 제어기, 또는 네트워크 상의 노드 중 적어도 하나일 수 있다. 단말은 UE (User Equipment), MS (Mobile Station), 셀룰러폰, 스마트폰, 컴퓨터, 또는 통신기능을 수행할 수 있는 멀티미디어시스템을 포함할 수 있다. 본 개시에서 하향링크(Downlink; DL)는 기지국이 단말에게 전송하는 신호의 무선 전송경로이고, 상향링크는(Uplink; UL)는 단말이 기국에게 전송하는 신호의 무선 전송경로를 의미한다. 또한, 이하에서 LTE, LTE-A 또는 5G 시스템을 일 예로서 설명할 수도 있지만, 유사한 기술적 배경 또는 채널형태를 갖는 여타의 통신시스템에도 본 개시의 실시예가 적용될 수 있다. 예를 들어 LTE-A 이후에 개발되는 5세대 이동통신 기술(5G, new radio, NR)이 이에 포함될 수 있으며, 이하의 5G는 기존의 LTE, LTE-A 및 유사한 다른 서비스를 포함하는 개념일 수도 있다. 또한, 본 개시는 숙련된 기술적 지식을 가진 자의 판단으로써 본 개시의 범위를 크게 벗어나지 아니하는 범위에서 일부 변형을 통해 다른 통신시스템에도 적용될 수 있다.

도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 NR 무선 통신 시스템에서 하향링크 혹은 상향링크에서 데이터 혹은 제어채널이 전송되는 무선자원영역인 시간-주파수영역의 기본 구조를 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 가로축은 시간영역을, 세로축은 주파수영역을 나타낸다. 시간영역에서의 최소 전송단위는 OFDM 심볼로서, N_symb개의 OFDM 심볼(102)이 모여 하나의 슬롯(106)을 구성할 수 있다. 서브프레임의 길이는 1.0ms으로 정의되고, 라디오 프레임(114)은 10 ms로 정의된다. 주파수영역에서의 최소 전송단위는 부반송파(subcarrier)로서, 전체 시스템 전송 대역(transmission bandwidth)의 대역폭은 총 N_BW개의 부반송파(subcarrier) (104)로 구성될 수 있다. N_symb, N_BW 등의 구체적인 수치는 시스템에 따라 가변적으로 적용될 수 있다. 1 프레임은 10ms로 정의될 수 있다. 1 서브프레임은 1ms로 정의될 수 있으며, 따라서 1 프레임은 총 10개의 서브프레임으로 구성될 수 있다. 1 슬롯은 14개의 OFDM 심볼로 정의될 수 있다(즉 1 슬롯 당 심볼 수(

)=14). 1 서브프레임은 하나 또는 복수 개의 슬롯으로 구성될 수 있으며, 1 서브프레임당 슬롯의 개수는 부반송파 간격에 대한 설정 값 μ에 따라 다를 수 있다.

도 2a는 본 개시의 일 실시예에 따른 5G 무선 통신 시스템에서 사용하는 슬롯 구조의 일 예를 도시한 도면이다.

도 2a를 참조하면, 부반송파 간격 설정 값으로 μ=0인 경우와 μ=1인 경우가 도시되어 있다. μ=0일 경우, 1 서브프레임은 1개의 슬롯으로 구성될 수 있고, μ=1일 경우, 1 서브프레임은 2개의 슬롯으로 구성될 수 있다. 즉 부반송파 간격에 대한 설정 값 μ에 따라 1 서브프레임 당 슬롯 수(

)가 달라질 수 있고, 이에 따라 1 프레임 당 슬롯 수(

)가 달라질 수 있다. 각 부반송파 간격 설정 μ에 따른

및

는 하기의 [표 1]로 정의될 수 있다.

[표 1]

RRC(Radio Resource Control) 연결 전의 단말은 초기 접속을 위한 초기 대역폭부분(initial Bandwidth Part, initial BWP)을 MIB(Master Information Block)를 통해 기지국으로부터 설정 받을 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 단말은 초기 접속 단계에서 MIB를 통해 초기 접속에 필요한 시스템 정보(Remaining System Information; RMSI 또는 System Information Block 1; SIB1에 해당할 수 있음)를 수신하기 위한 PDCCH(Physical Downlink Control Channel)가 전송될 수 있는 제어자원세트(Control Resource Set, CORESET)와 탐색 공간(search space)에 대한 설정 정보를 수신할 수 있다. MIB로 설정되는 제어자원세트와 탐색공간은 각각 식별자(Identity, ID) 0으로 간주될 수 있다. 기지국은 단말에게 MIB를 통해 제어자원세트#0에 대한 주파수 할당 정보, 시간 할당 정보, 뉴머롤로지(numerology) 등의 설정 정보를 통지할 수 있다. 또한 기지국은 단말에게 MIB를 통해 제어자원세트#0에 대한 모니터링 주기 및 occasion에 대한 설정정보, 즉 탐색공간#0에 대한 설정 정보를 통지할 수 있다. 단말은 MIB로부터 획득한 제어자원세트#0으로 설정된 주파수 영역을 초기 접속을 위한 초기 대역폭부분으로 간주할 수 있다. 이때, 초기 대역폭부분의 식별자(ID)는 0으로 간주될 수 있다.

MIB는 하기와 같은 정보를 포함하고 있을 수 있다.

대역폭부분을 설정하는 방법에 있어서, RRC 연결(connected) 전의 단말들은 초기 접속 단계에서 MIB을 통해 초기 대역폭부분에 대한 설정 정보를 수신할 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 단말은 PBCH(Physical Broadcast Channel)의 MIB로부터 SIB(System Information Block)를 스케쥴링하는 DCI(Downlink Control Information)가 전송될 수 있는 하향링크 제어채널을 위한 제어자원세트(Control Resource Set, CORESET)를 설정 받을 수 있다. 이 때 MIB로 설정된 제어자원세트의 대역폭이 초기 대역폭부분으로 간주될 수 있으며, 설정된 초기 대역폭부분을 통해 단말은 SIB가 전송되는 PDSCH(Physical Downlink Shared Channel)를 수신할 수 있다. 초기 대역폭부분은 SIB을 수신하는 용도 외에도, 다른 시스템 정보(Other System Information, OSI), 페이징(paging), 랜덤 엑세스(random access) 용으로 활용될 수도 있다.

단말에게 하나 이상의 대역폭파트가 설정되었을 경우, 기지국은 단말에게 DCI 내의 대역폭부분 지시자(bandwidth part indicator) 필드를 이용하여, 대역폭부분에 대한 변경을 지시할 수 있다.

시간-주파수영역에서 자원의 기본 단위는 자원 요소(112, Resource Element; RE)로서 OFDM 심볼 인덱스 및 부반송파(subcarrier) 인덱스로 나타낼 수 있다. 리소스 블록(108, resource block; RB 혹은 physical resource block; PRB)(108)은 주파수 영역에서 NRB(110)개의 연속된 부반송파(subcarrier)로 정의된다. 일반적으로 데이터의 최소 전송단위는 RB이다. NR 시스템에서 일반적으로 상기 N_symb = 14, N_RB =12 이고, N_BW 는 시스템 전송 대역의 대역폭에 비례한다. 단말에게 스케줄링 되는 RB 개수에 비례하여 데이터 전송률(data rate)이 증가될 수 있다.

NR 시스템에서 하향링크와 상향링크를 주파수로 구분하여 운영하는 FDD 시스템의 경우, 하향링크 전송 대역폭과 상향링크 전송 대역폭이 서로 다를 수 있다. 채널 대역폭은 시스템 전송 대역폭에 대응되는 RF 대역폭을 나타낸다. [표 2]와 [표 3]은 각각 6 GHz 보다 낮은 주파수 대역 그리고 6 GHz 보다 높은 주파수 대역에서의 NR 시스템에 정의된 시스템 전송 대역폭, 부반송파 너비 (subcarrier spacing)과 채널 대역폭 (channel bandwidth)의 대응관계의 일부를 나타낸다. 예를 들어, 30 kHz 부반송파 간격으로 100 MHz 채널 대역폭을 갖는 NR 시스템은 전송 대역폭이 273개의 RB로 구성될 수 있다. [표 2] 및 [표 3]에서 N/A는 NR 시스템에서 지원하지 않는 대역폭-부반송파 조합일 수 있다.

[표 2] : FR1(Frequency Range 1)의 구성

[표 3] : FR2(Frequency Range 2)의 구성

NR 시스템에서 주파수 영역 (frequency range)은 FR1과 FR2로 아래 [표 4]와 같이 나뉘어 정의될 수 있다.

[표 4]

[표 4]에서 FR1과 FR2의 범위는 다르게 변경되어 적용될 수 있다. 일례로 FR1의 주파수 범위는 450 MHz부터 6000 MHz까지로 변경되어 적용될 수 있다.

다음으로 5G 무선 통신 시스템에서의 SS(Synchronization Signal)/PBCH 블록에 대하여 설명하도록 한다.

SS/PBCH 블록이란 PSS(Primary SS), SSS(Secondary SS), PBCH로 구성된 물리계층 채널 블록을 의미할 수 있다. 구체적으로는 하기와 같을 수 있다.

- PSS: 하향링크 시간/주파수 동기의 기준이 되는 신호로 셀 ID 의 일부 정보를 제공한다.

- SSS: 하향링크 시간/주파수 동기의 기준이 되고, PSS 가 제공하지 않은 나머지 셀 ID 정보를 제공한다. 추가적으로 PBCH 의 복조를 위한 기준신호(reference signal) 역할을 할 수 있다.

- PBCH: 단말의 데이터채널 및 제어채널 송수신에 필요한 필수 시스템 정보를 제공한다. 필수 시스템 정보는 제어채널의 무선자원 매핑 정보를 나타내는 탐색공간 관련 제어정보, 시스템 정보를 전송하는 별도의 데이터 채널에 대한 스케쥴링 제어정보 등을 포함할 수 있다.

- SS/PBCH 블록: SS/PBCH 블록은 PSS, SSS, PBCH의 조합으로 이뤄진다. SS/PBCH 블록은 5ms 시간 내에서 하나 또는 복수 개가 전송될 수 있고, 전송되는 각각의 SS/PBCH 블록은 인덱스로 구별될 수 있다.

단말은 초기 접속 단계에서 PSS 및 SSS를 검출할 수 있고, PBCH를 디코딩할 수 있다. 단말은 PBCH로부터 MIB를 획득할 수 있고 이로부터 제어자원세트(Control Resource Set; CORESET)#0 (제어영역 인덱스가 0인 제어영역에 해당할 수 있음)을 설정 받을 수 있다. 단말은 선택한 SS/PBCH 블록과 제어자원세트#0에서 전송되는 DMRS(Demodulation Reference Signal)이 QCL(Quasi Co Location)되어 있다고 가정하고 제어자원세트#0에 대한 모니터링을 수행할 수 있다. 단말은 제어자원세트#0에서 전송된 하향링크 제어정보로 시스템 정보를 수신할 수 있다. 단말은 수신한 시스템 정보로부터 초기 접속에 필요한 RACH(Random Access Channel) 관련 설정 정보를 획득할 수 있다. 단말은 선택한 SS/PBCH 인덱스를 고려하여 PRACH(Physical RACH)를 기지국으로 전송할 수 있고, PRACH를 수신한 기지국은 단말이 선택한 SS/PBCH 블록 인덱스에 대한 정보를 획득할 수 있다. 이러한 과정을 통해 기지국은 단말이 각각의 SS/PBCH 블록들 중에서 어떤 블록을 선택하였고 이와 연관되어 있는 제어자원세트#0을 모니터링한다는 사실을 알 수 있다.

다음으로 5G 무선 통신 시스템에서의 하향링크 제어 정보(Downlink Control Information, DCI)에 대해 구체적으로 설명한다.

5G 시스템에서 상향링크 데이터(또는 물리 상향링크 데이터 채널(Physical Uplink Shared Channel, PUSCH)) 또는 하향링크 데이터(또는 물리 하향링크 데이터 채널(Physical Downlink Shared Channel, PDSCH))에 대한 스케줄링 정보는 DCI를 통해 기지국으로부터 단말에게 전송될 수 있다. 단말은 PUSCH 또는 PDSCH에 대하여 대비책(fallback)용 DCI 포맷과 비대비책(non-fallback)용 DCI 포맷을 모니터링(monitoring)할 수 있다. 대비책 DCI 포맷은 기지국과 단말 사이에서 선정의된 고정된 필드로 구성될 수 있고, 비대비책용 DCI 포맷은 설정 가능한 필드를 포함할 수 있다. 이 외에도 DCI에는 여러 가지 포맷이 존재하며, 각 포맷에 따라 전력제어 용 DCI인지, SFI(Slot Format Indicator)를 통지하기 위한 DCI인지 여부 등을 나타낼 수 있다.

DCI는 채널코딩 및 변조 과정을 거쳐 물리 하향링크 제어 채널인 PDCCH(Physical Downlink Control Channel)을 통해 전송될 수 있다. DCI 메시지 페이로드(payload)에는 CRC(Cyclic Redundancy Check)가 부착되며 CRC는 단말의 신원에 해당하는 RNTI(Radio Network Temporary Identifier)로 스크램블링(scrambling) 될 수 있다. DCI 메시지의 목적, 예를 들어 단말-특정(UE-specific)의 데이터 전송, 전력 제어 명령 또는 랜덤 엑세스 응답 등에 따라 서로 다른 RNTI들이 사용될 수 있다. 즉, RNTI는 명시적으로 전송되지 않고 CRC 계산과정에 포함되어 전송될 수 있다. PDCCH 상으로 전송되는 DCI 메시지를 수신하면 단말은 할당 받은 RNTI를 사용하여 CRC를 확인하여 CRC 확인 결과가 맞으면 단말은 해당 메시지가 단말에게 전송된 것임을 알 수 있다. PDCCH는 단말에게 설정된 제어자원세트 (control resource set: CORESET)에서 매핑되어 전송될 수 있다.

예를 들면, 시스템 정보(System Information, SI)에 대한 PDSCH를 스케줄링하는 DCI는 SI-RNTI로 스크램블링될 수 있다. RAR(Random Access Response) 메시지에 대한 PDSCH를 스케줄링하는 DCI는 RA-RNTI로 스크램블링 될 수 있다. 페이징(paging) 메시지에 대한 PDSCH를 스케줄링하는 DCI는 P-RNTI로 스크램블링 될 수 있다. SFI(Slot Format Indicator)를 통지하는 DCI는 SFI-RNTI로 스크램블링 될 수 있다. TPC(Transmit Power Control)를 통지하는 DCI는 TPC-RNTI로 스크램블링 될 수 있다. 단말-특정의 PDSCH 또는 PUSCH를 스케줄링하는 DCI는 C-RNTI(Cell RNTI), MCS-C-RNTI (Modulation Coding Scheme C-RNTI), CS-RNTI (Configured Scheduling RNTI)로 스크램블링 될 수 있다.

DCI 포맷 0_0은 PUSCH를 스케줄링하는 대비책 DCI로 사용될 수 있고, 이 때 CRC는 C-RNTI로 스크램블링될 수 있다. C-RNTI로 CRC가 스크램블링 된 DCI 포맷 0_0은 예컨대 하기의 정보들을 포함할 수 있다.

[표 5]

DCI 포맷 0_1은 PUSCH를 스케줄링하는 비대비책 DCI로 사용될 수 있고, 이 때 CRC는 C-RNTI로 스크램블링될 수 있다. C-RNTI로 CRC가 스크램블링 된 DCI 포맷 0_1은 예컨대 하기의 정보들을 포함할 수 있다.

[표 6]

DCI 포맷 1_0은 PDSCH를 스케줄링하는 대비책 DCI로 사용될 수 있고, 이 때 CRC는 C-RNTI로 스크램블링될 수 있다. C-RNTI로 CRC가 스크램블링 된 DCI 포맷 1_0은 예컨대 하기의 정보들을 포함할 수 있다.

[표 7]

DCI 포맷 1_1은 PDSCH를 스케줄링하는 비대비책 DCI로 사용될 수 있고, 이 때 CRC는 C-RNTI로 스크램블링될 수 있다. C-RNTI로 CRC가 스크램블링 된 DCI 포맷 1_1은 예컨대 하기의 정보들을 포함할 수 있다.

[표 8]

하기에서는 5G 무선 통신 시스템에서 데이터 채널에 대한 시간 도메인 자원할당 방법에 대해 설명하도록 한다.

기지국은 단말에게 하향링크 데이터채널(PDSCH) 및 상향링크 데이터채널(PUSCH)에 대한 시간 도메인 자원할당 정보에 대한 테이블(table)을 상위 계층 시그널링 (예를 들어 RRC 시그널링)으로 설정할 수 있다. PDSCH에 대해서는 최대 maxNrofDL-Allocations=16 개의 엔트리(entry)로 구성된 테이블이 설정될 수 있고, PUSCH에 대해서는 최대 maxNrofUL-Allocations=16 개의 엔트리로 구성된 테이블이 설정될 수 있다. 시간 도메인 자원할당 정보에는 예를 들어 PDCCH-to-PDSCH 슬롯 타이밍 (PDCCH를 수신한 시점과 수신한 PDCCH가 스케쥴링하는 PDSCH가 전송되는 시점 사이의 슬롯 단위의 시간 간격에 해당함, K0로 표기함) 또는 PDCCH-to-PUSCH 슬롯 타이밍 (PDCCH를 수신한 시점과 수신한 PDCCH가 스케쥴링하는 PUSCH가 전송되는 시점 사이의 슬롯 단위의 시간 간격에 해당함, K2로 표기함), 슬롯 내에서 PDSCH 또는 PUSCH가 스케쥴링된 시작 심볼의 위치 및 길이에 대한 정보, PDSCH 또는 PUSCH의 매핑 타입 등이 포함될 수 있다. 예를 들어 하기 [표 9] 및 [표 10]과 같은 정보들이 기지국으로부터 단말로 통지될 수 있다.

[표 9]

[표 10]

기지국은 시간 도메인 자원할당 정보에 대한 테이블의 엔트리 중 하나를 L1 시그널링(예를 들어 DCI)를 통해 단말에게 통지할 수 있다 (예를 들어 DCI 내의 '시간 도메인 자원할당' 필드로 지시할 수 있음). 단말은 기지국으로부터 수신한 DCI에 기반하여 PDSCH 또는 PUSCH에 대한 시간 도메인 자원할당 정보를 획득할 수 있다.

하기에서는 5G 무선 통신 시스템에서의 하향링크 제어채널에 대하여 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명하고자 한다.

도 2b는 본 개시의 일 실시예에 따른 5G 무선통신 시스템에서 하향링크 제어채널이 전송되는 제어자원세트에 대한 일 예를 도시한 도면이다.

도 2b를 참조하면, 주파수 축으로 단말의 대역폭부분(UE bandwidth part)(210), 시간축으로 1 슬롯(220) 내에 2개의 제어자원세트(제어자원세트#1(201), 제어자원세트#2(202))이 설정되어 있는 일 예를 도시한다. 제어자원세트(201, 202)는 주파수 축으로 전체 단말 대역폭부분(210) 내에서 특정 주파수 자원(203)에 설정될 수 있다. 또한, 제어자원세트(201, 202)는 시간 축으로는 하나 또는 복수 개의 OFDM 심볼로 설정될 수 있고 이를 제어자원세트 길이(Control Resource Set Duration, 204)으로 정의할 수 있다. 도 2b의 도시된 예를 참조하면, 제어자원세트#1(201)은 2 심볼의 제어영역 길이로 설정되어 있고, 제어자원세트#2(202)는 1 심볼의 제어영역 길이로 설정되어 있다.

전술한 5G 무선 통신 시스템에서의 제어자원세트은 기지국이 단말에게 상위 계층 시그널링(예컨대 시스템 정보, MIB, RRC 시그널링)을 통해 설정될 수 있다. 단말에게 제어자원세트를 설정한다는 것은 제어자원세트 식별자(Identity), 제어자원세트의 주파수 위치, 제어자원세트의 심볼 길이 등의 정보를 제공하는 것을 의미한다. 예를 들면, 상위 계층 시그널링은 하기 [표 11]의 정보들을 포함할 수 있다.

[표 11]

[표 11]에서 tci-StatesPDCCH (간단히 TCI(Transmission Configuration Indication) state로 명명함) 설정 정보는, 대응되는 제어자원세트에서 전송되는 DMRS와 QCL 관계에 있는 하나 또는 복수 개의 SS/PBCH 블록 인덱스 또는 CSI-RS(channel state information reference signal) 인덱스의 정보를 포함할 수 있다.

일례로 하향링크 데이터에 대한 스케줄링 제어정보(DL grant)인 DCI format 1_1 에 포함되는 각 제어 정보는 아래와 같을 수 있다.

- Carrier indicator : DCI가 스케줄링하는 데이터가 어느 반송파(carrier) 상으로 전송되는지 지시 - 0 or 3 bits

- Identifier for DCI formats : DCI 포맷을 지시하며, 구체적으로 해당 DCI가 하향링크용인지 상향링크용인지 구분하는 지시자이다. - [1] bits

- Bandwidth part indicator : 대역폭 부분의 변경이 있을 경우 이를 지시 - 0, 1 or 2 bits

- Frequency domain resource assignment : 주파수 도메인 자원 할당을 지시하는 자원 할당 정보로 자원 할당 타입이 0 또는 1인지에 따라 표현하는 자원이 달라진다.

- Time domain resource assignment : 시간 도메인 자원 할당을 지시하는 자원 할당 정보로 상위 계층 시그널링 또는 미리 정해진 PDSCH 시간 도메인 자원 할당 리스트의 일 설정을 지시할 수 있다 -1, 2, 3, or 4 bits

- VRB-to-PRB mapping : 가상 자원 블록(VRB)와 물리 자원 블록(PRB)의 매핑 관계를 지시한다- 0 or 1 bit

- PRB bundling size indicator : 같은 프리코딩이 적용된다고 가정하는물리 자원 블록 번들링 크기를 지시한다 - 0 or 1 bit

- Rate matching indicator : PDSCH에 적용되는 상위 계층으로 설정된레이트 매치 그룹 중 어느 레이트 매치 그룹이 적용되는지 지시한다 - 0, 1, or 2 bits

- ZP CSI-RS trigger : 영전력 채널 상태 정보 기준 신호를 트리거한다 - 0, 1, or 2 bits

- 전송 블록(transport block, TB) 관련 설정 정보 : 하나 또는 두 개의 TB에 대한 MCS(Modulation and coding scheme), NDI(New data indicator) 및 RV(Redundancy version)를 지시한다.

- 변조 및 코딩 방식(Modulation and coding scheme; MCS): 데이터 전송에 사용된 변조방식과 코딩 레이트를 지시한다. 즉, QPSK인지, 16QAM인지, 64QAM인지, 256QAM인지에 대한 정보와 함께 TBS 및 채널코딩 정보를 알려줄 수 있는 코딩 레이트 값을 지시할 수 있다.

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

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

- HARQ process number : PDSCH에 적용되는 HARQ 프로세스 번호를 지시한다 - 4 bits

- Downlink assignment index : PDSCH에 대한 HARQ-ACK 보고시 동적(dynamic) HARQ-ACK 코드북을 생성하기 위한 인덱스이다 - 0 or 2 or 4 bits

- TPC command for scheduled PUCCH : PDSCH에 대한 HARQ-ACK 보고를 위한 PUCCH 에 적용되는 전력 제어 정보 - 2 bits

- PUCCH resource indicator : PDSCH에 대한 HARQ-ACK 보고를 위한 PUCCH 의 자원을 지시하는 정보 - 3 bits

- PDSCH-to-HARQ_feedback timing indicator : PDSCH에 대한 HARQ-ACK 보고를 위한 PUCCH 가 어느 슬롯에서 전송되는지에 대한 설정 정보 - 3 bits

- Antenna ports : PDSCH DMRS의 안테나 포트 및 PDSCH가 전송되지 않는 DMRS CDM 그룹을 지시하는 정보 - 4, 5 or 6 bits

- Transmission configuration indication : PDSCH의 빔 관련 정보를 지시하는 정보 - 0 or 3 bits

- SRS request : SRS 전송을 요청하는 정보 - 2 bits

- CBG transmission information : 코드 블록 그룹 기반 재전송이 설정된 경우, 어떤 코드 블록 그룹(CBG)에 해당하는 데이터가 PDSCH를 통해 전송되는지 지시하는 정보 - 0, 2, 4, 6, or 8 bits

- CBG flushing out information : 이전에 단말이 수신했던 코드 블록 그룹이 HARQ 컴바이닝(combining)에 사용될 수 있는지 지시하는 정보 - 0 or 1 bit

- DMRS sequence initialization : DMRS 시퀀스 초기화 파라미터를 지시 - 1 bit

PDSCH 또는 PUSCH를 통한 데이터 전송의 경우 시간영역 자원 할당 (time domain resource assignment)은 PDSCH/PUSCH가 전송되는 슬롯에 관한 정보 및, 해당 슬롯에서의 시작 심볼 위치 S와 PDSCH/PUSCH가 매핑되는 심볼 개수 L에 의해 전달될 수 있다. S는 슬롯의 시작으로부터 상대적인 위치일 수 있고, L은 연속된 심볼 개수 일 수 있으며, S와 L은 아래 [수학식 1]과 같이 정의되는 시작 및 길이 지시자 값 (Start and Length Indicator Value: SLIV)로부터 결정될 수 있다.

[수학식 1]

NR 무선 통신 시스템에서 단말은 RRC 설정을 통해서, 하나의 행에 SLIV 값과 PDSCH/PUSCH 매핑 타입 및 PDSCH/PUSCH가 전송되는 슬롯에 대한 정보를 설정 받을 수 있다 (예를 들어, 표의 형태로 상기 정보가 설정될 수 있다). 이후 DCI의 시간영역 자원 할당에서는 설정된 표에서의 index 값을 지시함으로써 기지국이 단말에게 SLIV 값, PDSCH/PUSCH 매핑 타입, PDSCH/PUSCH가 전송되는 슬롯에 대한 정보를 전송할 수 있다.

NR 무선 통신 시스템에서는 PDSCH 매핑 타입은 타입 A (type A)와 타입 B (type B)가 정의된다. PDSCH 매핑 타입 A에서는 슬롯의 두 번째 혹은 세 번째 OFDM 심볼에 DMRS 심볼 중 첫 번째 심볼이 위치할 수 있다. PDSCH 매핑 타입B에서는 PUSCH 전송으로 할당 받은 시간영역 자원에서의 첫 번째 OFDM 심볼의 DMRS 심볼 중 첫 번째 심볼이 위치할 수 있다.

하향링크 데이터는 하향링크 데이터 전송용 물리채널인 PDSCH 상에서 전송 될 수 있다. PDSCH는 상기 제어채널 전송구간 이후부터 전송될 수 있으며, 주파수 영역에서의 구체적인 매핑 위치, 변조 방식 등의 스케줄링 정보는 PDCCH를 통해 전송되는 DCI를 기반으로 결정된다.

DCI를 구성하는 제어정보 중에서 MCS 를 통해서, 기지국은 단말에게 전송하고자 하는 PDSCH에 적용된 변조방식과 전송하고자 하는 데이터의 크기(전송 블록 크기, Transport Block Size(TBS))를 통지할 수 있다. 일 실시 예에서 MCS 는 5비트 혹은 그보다 더 많거나 적은 비트로 구성될 수 있다. TBS 는 기지국이 전송하고자 하는 데이터 (Transport Block, TB)에 오류정정을 위한 채널코딩이 적용되기 이전의 크기에 해당한다.

본 개시에서 전송블록 (Transport Block; TB)라 함은, MAC (Medium Access Control) 헤더, MAC 제어 요소, 1개 이상의 MAC SDU (Service Data Unit), 패딩(padding) 비트들을 포함할 수 있다. 또는 TB는 MAC 계층에서 물리계층 (physical layer)로 전달되는(deliver) 데이터의 단위 혹은 MAC PDU (protocol data unit)를 가리킬 수 있다.

NR 무선 통신 시스템에서 지원하는 변조방식은 QPSK (quadrature phase shift keying), 16QAM (quadrature amplitude modulation), 64QAM, 및 256QAM으로서, 각각의 변조오더 (modulation order, Qm)는 2, 4, 6, 8에 해당한다. 즉, QPSK 변조의 경우 심볼 당 2 비트, 16QAM 변조의 경우 심볼 당 4 비트, 64QAM 변조의 경우 심볼당 6 비트가 전송될 수 있으며, 256QAM 변조의 경우 심볼당 8비트가 전송될 수 있다.

도 3과 도 4는 5G 혹은 NR 시스템에서 고려되는 서비스인 eMBB, URLLC, mMTC 데이터들이 주파수-시간자원에서 할당된 일례를 도시한 도면이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 각 시스템에서 정보 전송을 위해 주파수 및 시간 자원이 할당된 방식을 확인할 수 있다.

도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 전체 시스템 주파수 대역에 eMBB, URLLC 및 mMTC 데이터가 할당된 일례를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 전체 시스템 주파수 대역 (300)에서 eMBB, URLLC, mMTC를 위해 자원들이 할당될 수 있다. eMBB (301) 데이터와 mMTC (309) 데이터가 특정 주파수 대역에서 할당되어 전송되는 도중에 URLLC 데이터 (303, 305, 307)가 발생하여 전송이 필요한 경우, eMBB (301) 데이터 및 mMTC (309) 데이터를 위해 이미 할당된 부분을 비우거나 eMBB (301) 데이터 및 mMTC (309) 데이터의 전송을 하지 않고, URLLC 데이터(303, 305, 307)가 전송될 수 있다. URLLC는 지연시간을 줄이는 것을 요구하기 때문에, eMBB에게 할당된 자원(301)의 일부분에 URLLC 데이터(303, 305, 307)가 할당되어 전송될 수 있다. 물론 eMBB가 할당된 자원에서 URLLC가 추가로 할당되어 전송되는 경우, 중복되는 주파수-시간 자원에서는 eMBB 데이터가 전송되지 않을 수 있으며, 따라서 eMBB 데이터의 전송 성능이 낮아질 수 있다. 즉, URLLC 할당으로 인한 eMBB 데이터 전송 실패가 발생할 수 있다.

도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 시스템 주파수 대역을 나눠 eMBB, URLLC 및 mMTC 데이터가 할당된 일례를 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 전체 시스템 주파수 대역(400)을 분할한 각 서브밴드(402, 404, 406) 각각이 각 서비스 및 각 데이터를 전송하는 용도로 사용될 수 있다. 서브밴드 설정(configuration)과 관련된 정보는 미리 결정될 수 있으며, 서브밴드 설정(configuration)과 관련된 정보는 상위 시그널링을 통해 기지국으로부터 단말에게 전송될 수 있다. 혹은 서브 밴드는 기지국 또는 네트워크 노드가 임의로 나누어 단말에게 별도의 서브밴드 설정 정보의 전송 없이 서비스들을 제공할 수도 있다. 도 4에서는 서브밴드 402는 eMBB 데이터 전송, 서브밴드 404는 URLLC 데이터 전송, 서브밴드 406은 mMTC 데이터 전송에 사용되는 모습이 도시되었다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면과 함께 상세히 설명한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 발명에서 하향링크 (downlink; DL)는 기지국이 단말에게 전송하는 신호의 무선 전송경로이고, 상향링크는 (uplink; UL)는 단말이 기국에게 전송하는 신호의 무선 전송경로를 의미한다.

이하에서 NR 무선 통신 시스템을 일례로서 본 개시의 실시예를 설명하지만, 유사한 기술적 배경 또는 채널형태를 갖는 여타의 통신시스템에도 본 개시의 실시예가 적용될 수 있다. 또한, 본 개시의 실시예는 숙련된 기술적 지식을 가진 자의 판단으로써 본 개시의 범위를 크게 벗어나지 아니하는 범위에서 일부 변형을 통해 다른 통신시스템에도 적용될 수 있다.

일 실시 예에서 제안하는 방법 및 장치를 설명하기 위해 NR 무선 통신 시스템에서의 물리채널 (physical channel)와 신호(signal)라는 용어가 사용될 수 있다. 하지만 본 개시의 내용은 NR 무선 통신 시스템이 아닌 무선 통신 시스템에서도 적용될 수 있는 것이다.

본 개시에서는 물리채널 (physical channel)과 신호(signal)라는 용어를 데이터 혹은 제어신호와 혼용하여 사용할 수 있다. 예를 들어, PDSCH는 데이터가 전송되는 물리채널이지만, 본 개시에서는 PDSCH를 데이터라 할 수 있다.

이하 본 개시에서 상위 시그널링은 기지국에서 물리계층의 하향링크 데이터 채널을 이용하여 단말로, 혹은 단말에서 물리계층의 상향링크 데이터 채널을 이용하여 기지국으로 전달되는 신호 전달 방법이며, RRC signaling 혹은 MAC 제어요소(MAC CE; MAC control element)라고 언급될 수도 있다.

도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 하나의 트랜스포트 블록이 여러 개의 코드 블록으로 나뉘고 CRC가 추가되는 과정의 일례를 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 상향링크 또는 하향링크에서 전송하고자 하는 하나의 전송 블록(TB, 501)의 마지막 또는 맨 앞부분에 CRC(503)가 추가될 수 있다. CRC(503)는 16비트 또는 24비트 또는 미리 고정된 비트 수를 가지거나 채널 상황 등에 따라 가변적인 비트 수를 가질 수 있으며, 채널 코딩의 성공 여부를 판단할 수 있는데 사용될 수 있다. TB(501)에 CRC(503)가 추가된 블록은 여러 개의 코드블록(codeblock, CB)들(507, 509, 511, 513)로 분할될 수 있다(505). 이 경우, 코드블록은 최대 크기가 미리 정해져서 분할될 수 있으며, 이 경우, 마지막 코드블록(513)은 다른 코드블록들(507, 509, 511)보다 크기가 작을 수 있다. 다만, 이는 일례일 뿐, 다른 예에 따라, 0, 랜덤 값 또는 1이 마지막 코드블록(513)에 삽입됨으로써 마지막 코드블록(513)과 다른 코드블록들(507, 509, 511)의 길이가 동일하게 맞춰질 수 있다.

또한 코드블록들(507, 509, 511, 513)에 각각 CRC들(517, 519, 521, 523)이 추가될 수 있다(515). CRC(503)를 생성하기 위해 TB(501)와 순환 생성 다항식(cyclic generator polynomial)이 사용될 수 있으며, 순환 생성 다항식(cyclic generator polynomial)은 다양한 방법으로 정의될 수 있다. 예를 들어, 24비트 CRC를 위한 순환 생성 다항식(cyclic generator polynomial) g_CRC24A(D) = D²⁴+D²³+D¹⁸+D¹⁷+D¹⁴+D¹¹+D¹⁰+D⁷+D⁶+D⁵+D⁴+D³+D+1 라고 가정하고, L=24라 할 때, TB 데이터 a₀,a₁,a₂,a₃,...,a_A-1에 대해, CRC p₁,p₁,p₂,...,p_L-1는 a₀D^A+23+a₁D^A+22+...+a_A-1D²⁴+p₀D²³+p₁D²²+...+p₂₂D¹+p₂₃를 g_CRC24A(D)로 나누어 나머지가 0이 되는 값으로, p₁,p₁,p₂,...,p_L-1를 결정할 수 있다. 전술한 예에서는 일예로 CRC 길이 L을 24로 가정하여 설명하였지만 CRC 길이 L은 12, 16, 24, 32, 40, 48, 64 등 여러 가지 길이로 결정될 수 있다.

전술한 바와 같이 TB에 CRC가 추가된 후, TB 및 CRC의 합은 N개의 CB(507, 509, 511, 513)로 분할될 수 있다. 분할된 각각의 CB들(507, 509, 511, 513)에 CRC(517, 519, 521, 523)가 추가될 수 있다(515). CB에 추가되는 CRC는 TB에 추가된 CRC를 발생시킬 때와는 다른 길이를 가지거나 CRC 생성을 위해 다른 순환 생성 다항식(cyclic generator polynomial)이 사용될 수 있다. 또한 TB에 추가된 CRC(503)와 코드블록에 추가된 CRC들(517, 519, 521, 523)은 코드블록에 적용될 채널코드의 종류에 따라 생략될 수도 있다. 예를 들어, 터보 코드가 아니라 LDPC(Low Density Parity Code) 코드가 코드블록에 적용될 경우, 코드블록마다 삽입될 CRC들(517, 519, 521, 523)은 생략될 수도 있다.

하지만, LDPC가 적용되는 경우에도 CRC들(517, 519, 521, 523)은 그대로 코드블록에 추가될 수 있다. 또한 폴라(polar) 코드가 사용되는 경우에도 CRC가 추가되거나 생략될 수 있다.

도 5에서 전술한 바와 같이, 전송하고자 하는 TB는 적용되는 채널 코딩의 종류에 따라 하나의 코드블록의 최대길이가 정해지고, 코드블록의 최대길이에 따라 TB 및 TB에 추가되는 CRC는 코드블록으로의 분할이 수행될 수 있다.

LTE 무선 통신 시스템에서는 분할된 CB에 CB용 CRC가 추가되고, CB의 데이터 비트 및 CRC는 채널코드로 인코딩되어, 코딩된 비트들(coded bits)이 결정되며, 각각의 코딩된 비트들에 대해 미리 약속된 바와 같이 레이트 매칭되는 비트수가 결정되었다.

NR 무선 통신 시스템에서 TB의 크기(TBS)는 이하 단계들을 거쳐 계산될 수 있다.

단계 1: 할당 자원 안의 한 PRB에서 PDSCH 매핑에 할당된 RE 수인

를 계산한다.

는

로 계산될 수 있다. 여기에서,

는 12이며,

는 PDSCH에 할당된 OFDM 심볼 수를 나타낼 수 있다.

는 같은 CDM 그룹의 DMRS가 차지하는, 한 PRB내의 RE 수이다.

는 상위 시그널링으로 설정되는 한 PRB내의 오버헤드가 차지하는 RE 수이며, 0, 6, 12, 18 중 하나로 설정될 수 있다. 이 후, PDSCH에 할당된 총 RE 수

가 계산될 수 있다.

는

로 계산되며,

는 단말에게 할당된 PRB 수를 나타낸다.

단계 2: 임시 정보 비트 수 N_info는

로 계산될 수 있다. 여기에서, R은 코드 레이트이며, Q_m은 변조 오더 (modulation order)이며, 이 값의 정보는 DCI의 MCS 비트필드와 미리 약속된 표를 이용하여 전달될 수 있다. 또한, ν는 할당된 레이어의 수이다. 만약

이면, 아래 단계 3을 통해 TBS가 계산될 수 있다. 이외에는 단계 4를 통해 TBS가 계산될 수 있다.

단계 3:

의 수식을 통해

가 계산될 수 있다. TBS는 하기 [표 12]에서

보다 작지 않은 값 중

에 가장 가까운 값으로 결정될 수 있다.

[표 12]

단계 4:

와

의 수식을 통해

가 계산될 수 있다. TBS는

값과 아래의 [pseudo-code 1]을 통해 결정될 수 있다. 아래에서 C는 한 TB가 포함하는 코드블록의 수에 해당한다.

[Pseudo-code 1 시작]

[Pseudo-code 1 끝]

NR 무선 통신 시스템에서 하나의 CB가 LDPC 인코더로 입력되면 패리티 비트들이 추가되어 출력될 수 있다. 이 때, LDCP 베이스 그래프(LDCP base graph)에 따라 패리티 비트의 양이 달라질 수 있다. 특정 입력에 대해 LDPC 코딩에 의해 생성되는 모든 패리티 비트들을 보내도록 하는 방법을 FBRM(Full Buffer Rate Matching)이라고 할 수 있으며, 전송 가능한 패리티 비트 수에 제한을 두는 방법을 LBRM(Limited Buffer Rate Matching)이라고 할 수 있다. 데이터 전송을 위해 자원이 할당되면, LDPC 인코더 출력이 순환 버퍼(circular buffer)로 만들어지고, 만들어진 버퍼의 비트들은 할당된 자원만큼 반복하여 전송되며, 이 때 circular buffer의 길이를 N_cb라고 할 수 있다.

LDPC 코딩에 의해 생성되는 모든 패리티 비트의 수를 N이라고 하면, FBRM 방법에서는 N_cb = N이 된다. LBRM 방법에서, N_cb는

가 되며, N_ref는

로 주어지며, R_LBRM은 2/3으로 결정될 수 있다. TBS_LBRM을 구하기 위해 전술한 TBS를 구하는 방법이 이용될 수 있다. 이 때, 레이어 개수는 해당 셀에서 단말이 지원하는 최대 레이어 수로 가정되며, 변조 차수는 해당 셀에서 단말에게 설정된 최대 변조 차수(order)로 가정되며, 최대 변조 차수 Q_m는 해당 셀에서 적어도 하나의 BWP에 대해 256QAM을 지원하는 MCS 테이블을 사용하도록 설정된 경우 8으로, 설정되지 않았을 경우에는 6(64QAM)으로 가정되고, 코드 레이트는 최대 코드레이트인 948/1024으로 가정되며, N_RE는

로 가정되고 n_PRB는 n_PRB,LBRM으로 가정되어 계산될 수 있다. n_PRB,LBRM는 하기의 [표 13]과 같이 정의될 수 있다.

[표 13]

NR 무선 통신 시스템에서 단말이 지원하는 최대 데이터율은 하기의 [수학식 2]를 통해 결정될 수 있다.

[수학식 2]

[수학식 2]에서 J는 반송파 집적(Carrier Aggregation, CA)으로 묶인 반송파들의 개수이며, R_max = 948/1024이고,

는 인덱스 j의 반소아의 최대 레이어 개수,

는 최대 변조 오더,

는 인덱스 j의 반송파의 스케일링 지수,

는 부반송파 간격을 의미할 수 있다.

는 1, 0.8, 0.75, 0.4 중 하나의 값으로서, 단말에 의해 보고될 수 있으며,

는 하기의 [표 14]와 같이 주어질 수 있다.

[표 14]

또한,

는 평균 OFDM 심볼 길이이며,

는

로 계산될 수 있고,

는 BW(j)에서 최대 RB 수이다.

는 오버헤드 값으로, FR1 (예: 6 GHz 이하 대역)의 하향링크에서는 0.14, 상향링크에서는 0.18로 주어질 수 있으며, FR2 (예: 6 GHz 초과 대역)의 하향링크에서는 0.08, 상향링크에서는 0.10로 주어질 수 있다. [수학식 2]를 통해 30 kHz 부반송파 간격에서 100 MHz 주파수 대역폭을 갖는 셀에서의 하향링크에서의 최대 데이터율은 하기의 [표 15]와 같이 계산될 수 있다.

[표 15]

반면, 단말이 실제 데이터 전송에서 측정될 수 있는 실제 데이터율은 데이터양을 데이터 전송 시간으로 나눈 값이 될 수 있을 것이다. 이는 1 TB 전송에서는 TBS(TB size) 또는 2 TB 전송에서는 TBS의 합을 TTI 길이로 나눈 값이 될 수 있다. 일 예로, [표 15]를 구한 가정과 같이 30 kHz 부반송파 간격에서 100 MHz 주파수 대역폭을 갖는 셀에서의 하향링크에서의 최대 실제 데이터율은 할당된 PDSCH 심볼 수에 따라 하기의 [표 16]과 같이 정해질 수 있다.

[표 16]

[표 15]을 통해 단말이 지원하는 최대 데이터율을 확인해 볼 수 있고, [표 16]을 통해 할당된 TBS에 따르는 실제 데이터율을 확인해볼 수 있다. 이 때, 스케줄링 정보에 따라 최대 데이터율보다 실제 데이터율이 더 큰 경우가 있을 수 있다.

무선 통신 시스템, 특히 New Radio (NR) 시스템에서는 단말이 지원할 수 있는 데이터율이 기지국과 단말 사이에 서로 약속될 수 있다. 이는 단말이 지원하는 최대 주파수 대역, 최대 변조 오더, 최대 레이어 개수 등을 이용하여 계산될 수 있다. 하지만, 계산된 데이터율은, 실제 데이터 전송에 사용되는 전송블록(Transport Block; TB)의 크기 (Transport Block Size; TBS) 및 Transmission Time Interval (TTI) 길이로부터 계산되는 값과 다를 수 있다.

이에 따라 단말은 자신이 지원하는 데이터율에 해당하는 값보다 큰 TBS를 할당 받는 경우가 생길 수 있으며, 이를 방지하기 위해 단말이 지원하는 데이터율에 따라 스케줄링 가능한 TBS의 제약이 있을 수 있다.

도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 NR 시스템의 동기화 신호 (SS) 및 물리방송채널 (PBCH)이 주파수 및 시간 영역에서의 매핑된 모습을 도시한 도면이다.

도 6을 참조하면, 주동기화신호 (Primary Synchronization Signal; PSS, 601)과 부동기화신호(Secondary Synchronization Signal; SSS, 603), 그리고 PBCH가 4 OFDM 심볼에 걸쳐 매핑되며, PSS(601)와 SSS(603)는 12 RB들에 매핑되고, PBCH는 20 RB들에 매핑될 수 있다. 부반송파간격(Subcarrier Spacing; SCS)에 따라 20 RB들의 주파수 대역이 어떻게 변하는지 도 6의 표에 도시된다. PSS, SSS, PBCH가 전송되는 자원 영역을 SS/PBCH block (SS/PBCH 블록)이라고 지칭될 수 있다. 또한, SS/PBCH 블록은 SSB 블록이라 지칭될 수 있다.

도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 부반송파 간격에 따라 SS/PBCH 블록이 전송될 수 있는 심볼을 도시한 도면이다.

도 7을 참고하면, 부반송파 간격은 15kHz, 30kHz, 120kHz, 240kHz 등으로 설정될 수 있으며, 각 부반송파 간격에 따라 SS/PBCH 블록 (또는 SSB 블록)이 위치할 수 있는 심볼의 위치가 결정될 수 있다. 도 7은 1ms 이내의 심볼들에서 부반송파 간격에 따른 SSB가 전송될 수 있는 심볼의 위치를 도시한 것이며, 도 7에 표시된 영역에서 SSB가 항상 전송되어야 하는 것은 아니다. SSB 블록이 전송되는 위치는 시스템 정보 혹은 전용 시그널링 (dedicated signaling)을 통해 단말에 설정될 수 있다.

단말은 일반적으로 기지국으로부터 떨어져 있기 때문에, 단말에서 송신한 신호는 전달 지연 시간(propagation delay) 이후에 기지국에 수신된다. 전달 지연 시간은 단말로부터 기지국까지 전파가 전달되는 경로를 빛의 속도로 나눈 값이며, 일반적으로 단말로부터 기지국까지의 거리를 빛의 속도로 나눈 값일 수 있다. 일 실시예에서, 기지국으로부터 100km 떨어진 곳에 위치한 단말의 경우, 단말에서 송신한 신호는 약 0.34 msec 이후에 기지국에 수신된다. 반대로 기지국에서 송신된 신호도 약 0.34 msec 이후에 단말에 수신된다. 상술된 바와 같이 단말과 기지국 사이의 거리에 따라 단말에서 송신한 신호가 기지국에 도착하는 시간이 달라질 수 있다. 따라서 서로 다른 위치에 존재하는 여러 개의 단말이 동시에 신호를 전송하면 기지국에 도착하는 시간이 모두 다를 수 있다. 이러한 문제를 해결해 여러 단말로부터 송신된 신호가 기지국에 동시에 도착하게 하기 위하여, 단말 별로 위치에 따라 상향링크 신호를 송신하는 시간을 상이하게 할 수 있다. 5G, NR 및 LTE 시스템에서 이를 타이밍 어드밴스(timing advance)라 한다.

도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 5G 또는 NR 시스템에서 단말이 제 1 신호를 수신하고, 이에 대한 제 2 신호를 단말이 송신할 때, 타이밍 어드밴스에 따른 단말의 프로세싱 타임을 도시한 도면이다.

이하, 타이밍 어드밴스에 따른 단말의 프로세싱 타임에 대해 구체적으로 설명한다. 슬롯 n(802)에서 기지국이 상향링크 스케줄링 승인(UL grant) 혹은 하향링크 제어신호와 데이터(DL grant 및 DL data)를 단말에게 송신하면, 단말은 슬롯 n(804)에서 상향링크 스케줄링 승인 혹은 하향링크 제어신호와 데이터를 수신할 수 있다. 이 때, 단말은 기지국이 신호를 전송한 시간보다 전달 지연 시간(T_p, 810)만큼 늦게 신호를 수신할 수 있다. 본 실시예에서, 단말이 슬롯 n(804)에서 제1 신호를 수신하였을 경우, 단말은 슬롯 n+4(806)에서 해당 제2 신호를 전송할 수 있다. 단말이 신호를 기지국으로 송신할 때에도, 특정 시간에 기지국에 도착하도록 하기 위해, 단말이 수신한 신호 기준의 슬롯 n+4보다 타이밍 어드밴스(TA, 812)만큼 앞당긴 타이밍(806)에 단말은 상향링크 데이터 혹은 하향링크 데이터에 대한 HARQ ACK/NACK을 전송할 수 있다. 따라서 본 실시예에서, 단말이 상향링크 스케줄링 승인을 받고 상향링크 데이터 전송을 하거나 혹은 하향링크 데이터를 수신하고 HARQ ACK 또는 NACK을 전달하기 위해 준비할 수 있는 시간(814)은 3개 슬롯에 해당하는 시간에서 TA를 제외한 시간일 수 있다.

상술된 타이밍의 결정을 위해 기지국은 해당 단말의 TA의 절대값이 계산될 수 있다. 기지국은 단말이 초기 접속하였을 때, 랜덤 엑세스(random access) 단계에서 가장 처음 단말에게 전달한 TA 값에, 그 이후 상위 시그널링으로 전달했던 TA 값의 변화량을 더해가면서 혹은 빼가면서 TA의 절대값을 계산할 수 있다. 본 개시에서 TA의 절대값은 단말이 송신하는 n번째 TTI의 시작시간에서 단말이 수신한 n번째 TTI의 시작시간을 뺀 값으로 계산될 수 있다.

한편 셀룰러 무선통신 시스템 성능의 중요한 기준 중 하나는 패킷 데이터 지연시간(latency)이다. 이를 위해 LTE 무선 통신 시스템에서는 1ms의 전송시간구간(Transmission Time Interval, 이하 TTI)를 가지는 서브프레임 단위로 신호의 송수신이 이루어진다. 상술된 바와 같이 동작하는 LTE 시스템에서 1ms보다 짧은 전송시간구간을 가지는 단말(short-TTI UE)을 지원할 수 있다. 한편 5G 또는 NR 무선 통신 시스템에서, 전송시간 구간은 1 ms보다 짧을 수 있다. Short-TTI 단말은 지연시간(latency)이 중요한 Voice over LTE(VoLTE) 서비스, 원격조종과 같은 서비스에 적합한 단말일 수 있다. 또한 short-TTI 단말은 셀룰러 기반에서 미션 크리티컬(mission critical)한 사물인터넷(IoT, internet of things)을 실현할 수 있는 수단이 될 수 있다.

5G 또는 NR 무선 통신 시스템에서, 기지국이 하향링크 데이터를 포함하는 PDSCH 전송 시, PDSCH를 스케줄링하는 DCI는 단말이 PDSCH의 HARQ-ACK(Hybrid automatic repeat request- acknowledgement) 정보를 전송하는 타이밍 정보에 해당하는 값인 K1 값을 지시할 수 있다. HARQ-ACK 정보가 타이밍 어드밴스(timing advance)를 포함하여 심볼 L1보다 먼저 전송되도록 지시되지 않은 경우에 단말이 HARQ-ACK 정보를 기지국으로 전송할 수 있다. 즉, 타이밍 어드밴스(timing advance)를 포함하여 심볼 L1보다 같거나 이후 시점에 HARQ-ACK 정보가 단말로부터 기지국으로 전송될 수 있다. HARQ-ACK 정보가 타이밍 어드밴스(timing advance)를 포함하여 심볼 L1보다 먼저 전송되도록 지시된 경우, HARQ-ACK 정보는 단말에서 기지국으로의 HARQ-ACK 전송에서 유효한 HARQ-ACK 정보가 아닐 수 있다.

이 때, 심볼 L1은 PDSCH의 마지막 시점으로부터 T_proc,1이후에 순환 전치(cyclic prefix, CP)가 시작하는 첫 번째 심볼일 수 있다. T_proc,1는 아래의 [수학식 3]과 같이 계산될 수 있다.

[수학식 3]

상술된 [수학식 3]에서 N₁, d_1,1, d_1,2, κ, μ, T_C는 아래와 같이 정의될 수 있다.

- HARQ-ACK 정보가 PUCCH(상향링크 제어채널)로 전송되면 d1,1=0이고, PUSCH(상향링크 공유채널, 데이터 채널)로 전송되면 d_1,1=1이다.

- 단말이 복수개의 활성화된 구성 캐리어 혹은 캐리어를 설정받은 경우, 캐리어간 최대 타이밍 차이는 제2 신호 전송에서 반영될 수 있다.

- PDSCH 매핑 타입 A의 경우, 즉 첫 번째 DMRS 심볼 위치가 슬롯의 3번째 혹은 4번째 심볼인 경우에, PDSCH의 마지막 심볼의 위치 인덱스 i가 7보다 작으면 d_1,2=7-i로 정의될 수 있다.

- PDSCH 매핑 타입 B의 경우, 즉 첫 번째 DMRS 심볼 위치가 PDSCH의 첫 심볼인 경우에, PDSCH의 길이가 4 심볼이면 d_1,2=3이고, PDSCH의 길이가 2심볼이면, d_1,2=3+d이며, d는 PDSCH와 해당 PDSCH를 스케줄링하는 제어신호를 포함한 PDCCH가 겹치는 심볼의 수이다.

- N₁은 μ에 따라 아래의 [표 17]과 같이 정의될 수 있다. μ=0, 1, 2, 3은 각각 부반송파 간격 15 kHz, 30 kHz, 60 kHz, 120 kHz를 의미한다.

[표 17]

상술된 [표 17]에서 제공하는 N₁ 값은 UE capability에 따라 다른 값이 사용될 수 있다.

로 각각 정의될 수 있다.

또한, 5G 또는 NR 무선 통신 시스템에서는 기지국이 상향링크 스케줄링 승인을 포함하는 제어정보 전송 시, 단말이 상향링크 데이터 혹은 PUSCH를 전송하는 타이밍 정보에 해당하는 K2 값을 지시할 수 있다.

타이밍 어드밴스(timing advance)를 포함하여 심볼 L2보다 먼저 보내지도록 지시되지 않은 경우에는 단말이 PUSCH를 기지국으로 전송할 수 있다. 즉, 타이밍 어드밴스(timing advance)를 포함하여 심볼 L2보다 같거나 이후 시점에 PUSCH가 단말로부터 기지국으로 전송될 수 있다. PUSCH가 타이밍 어드밴스(timing advance)를 포함하여 심볼 L2보다 먼저 전송되도록 지시된 경우에는, 단말은 기지국으로부터의 상향링크 스케줄링 승인 제어정보를 무시할 수 있다.

심볼 L2은 스케줄링 승인을 포함하는 PDCCH의 마지막 시점으로부터 T_proc,2이후에 전송해야하는 PUSCH 심볼의 CP가 시작하는 첫 번째 심볼일 수 있다. T_proc,2는 아래의 [수학식 4]와 같이 계산될 수 있다.

[수학식 4]

[수학식 4]에서 N₂, d_2,1, κ, μ, T_C는 아래와 같이 정의될 수 있다.

- PUSCH 할당된 심볼 중에서 첫 번째 심볼이 DMRS만 포함한다면 d_2,1=0이고, 이외에는 d_2,1=1이다.

- 단말이 복수개의 활성화된 구성 캐리어 혹은 캐리어를 설정 받았다면, 캐리어간 최대 타이밍 차이는 제2 신호 전송에서 반영될 수 있다.

- N2는 μ에 따라 아래의 [표 18]과 같이 정의될 수 있다. μ=0, 1, 2, 3은 각각 부반송파 간격 15 kHz, 30 kHz, 60 kHz, 120 kHz를 의미한다.

[표 18]

[표 18]에서 제공하는 N₂ 값은 UE capability에 따라 다른 값이 사용될 수 있다.

로 각각 정의될 수 있다.

한편, 5G 또는 NR 무선 통신 시스템은 하나의 캐리어 내에서, 주파수 대역 부분(BWP)를 설정하여 특정 단말이 설정된 BWP 내에서 송수신하도록 지정할 수 있다. 이는 단말의 소모전력 감소를 목적으로 할 수 있다. 기지국은 복수의 BWP를 설정할 수 있으며, 제어정보에서 활성화된 BWP를 변경할 수 있다. BWP가 변경되는데 단말이 사용할 수 있는 시간은 아래의 [표 19]와 같이 정의될 수 있다.

[표 19]

[표 19]에서 주파수 범위(Frequency Range) 1은 6 GHz 이하의 주파수 대역을 의미하고, 주파수 범위(Frequency Range) 2는 6 GHz 이상의 주파수 대역을 의미할 수 있다. 상술된 실시예에서 타입 1과 타입 2는 UE capability에 따라 결정될 수 있다. 시나리오 1,2,3,4는 아래의 [표 20]과 같을 수 있다.

[표 20]

도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 슬롯에 따라 데이터(일례로 TB)들을 스케줄링하여 전송하고, 해당 데이터에 대한 HARQ-ACK 피드백을 수신하고, 피드백에 따라 재전송을 수행하는 일례를 도시한 도면이다.

도 9를 참조하면, TB1(900)은 슬롯 0(902)에서 초기전송 되고, TB1(900)에 대한 ACK/NACK 피드백(904)은 슬롯 4(906)에서 전송될 수 있다. 만약 TB1의 초기전송이 실패하고, NACK이 수신되었다면, 슬롯 8(908)에서 TB1에 대한 재전송(910)이 수행될 수 있다. ACK/NACK 피드백이 전송되는 시점과, 재전송이 수행되는 시점은 미리 정해져 있을 수 있거나 또는 제어 정보 또는/및 상위 계층 시그널링에서 지시되는 값에 따라 결정될 수 있을 것이다.

도 9에서는 슬롯 0번부터 슬롯에 따라 순차적으로 TB1부터 TB8까지 스케줄링되어 전송되는 일례를 도시하고 있다. 슬롯 0번부터 슬롯에 따라 순차적으로 TB1부터 TB8까지 스케줄링되어 전송되는 것은 예를 들어, TB1부터 TB8까지에 HARQ process ID 0부터 7까지 각각 부여되어 전송되는 것일 수 있다. 만약, 기지국과 단말이 사용할 수 있는 HARQ process ID의 수가 오직 4개뿐이라면, 연속적으로 8개의 다른 TB에 대한 전송을 수행할 수 없을 수 있다.

도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 위성을 이용한 통신 시스템의 일례를 도시한 도면이다.

도 10을 참조하면, 예를 들어, 단말(1001)이 위성(1003)으로 신호를 전송하면, 위성(1003)은 기지국(1005)으로 수신한 신호를 전달하고, 기지국(1005)은 수신한 신호를 처리하여 이에 대한 후속 동작의 요구를 포함하는 신호를 단말(1001)에게 전송하는데, 후속 동작의 요구를 포함하는 신호는 다시 위성(1003)을 통해 전송될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 단말(1001)과 위성(1003) 사이의 거리가 멀고, 위성(1003)과 기지국(1005) 사이의 거리 또한 멀기 때문에, 결국 단말(1001)에서 기지국(1005)로의 데이터 송수신에 소요되는 시간이 길어지게 된다.

도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 위성의 고도 또는 높이에 따른 통신 위성의 지구 공전 주기를 도시한 도면이다.

도 11을 참조하면, 통신을 위한 위성들은 위성의 궤도에 따라 저궤도위성(LEO, Low Earth Orbit), 중궤도위성(MEO, Middle Earth Orbit), 정지궤도위성(GEO, Geostationay Earth Orbit) 등으로 구분될 수 있다. 일반적으로 GEO(1100)은 대략 고도 36000km 의 위성을 의미하며, MEO(1110)은 고도 5000 내지 15000km의 위성을 의미하며, LEO(1130)는 고도 500 내지 1000km의 위성을 의미할 수 있다. 각 고도에 따라 지구 공전 주기가 달라지는데, GEO(1100)의 경우 지구 공전 주기가 대략 24시간 정도이며, MEO(1110)의 경우 대략 6시간, LEO(1130)의 경우 대략 90 내지 120분 정도이다. 저궤도(~2,000km) 위성은 낮은 상대적으로 낮은 고도로 전파 지연시간 및 손실이 정지궤도(36,000km) 위성 대비 유리할 수 있다.

도 12는 본 개시의 일 실시예에 따른 위성-단말 직접통신의 개념도를 도시한 도면이다.

도 12를 참조하면, 로켓에 의해 고도 100 km 이상의 높은 곳에 위치한 위성(1200)은, 지상의 단말(1210)과 신호를 송수신하고, 또한 지상의 기지국(DU farms) (1230)과 연결된 지상국(ground station)(1220)과 신호를 송수신할 수 있다.

도 13은 본 개시의 일 실시예에 따른 위성-단말 직접통신의 활용 시나리오를 도시한 도면이다.

도 13을 참조하면, 위성-단말 직접통신은 지상망의 커버리지 한계를 보완하는 형태로 특화된 목적의 통신서비스의 지원이 가능하다. 일례로 사용자 단말에 위성-단말 직접통신 기능을 구현함으로써 지상망 통신 커버리지가 아닌 곳에서의 사용자의 긴급구조 또는/및 재난신호의 송수신이 가능하며(1300), 선박 또는/및 항공과 같이 지상망 통신이 불가한 영역에서의 사용자에 대한 이동통신 서비스가 제공될 수 있으며(1310), 국경의 제한 없이 선박, 화물차 또는/및 드론 등의 위치를 실시간으로 추적하고 제어하는 것이 가능하며(1320), 또한 기지국에 위성통신 기능을 지원함으로써 기지국의 백홀로 기능하도록 하여 물리적으로 멀리 떨어진 경우 백홀 기능을 수행(1330)하도록 위성통신이 활용되는 것도 가능하다.

도 14는 본 개시의 일 실시예에 따른 고도 1200 km의 LEO 위성과 지상의 단말이 직접 통신을 수행 할 때, 상향링크에서의 예상 데이터 전송률(throughput) 계산의 일례를 도시한 도면이다.

도 14를 참조하면, 상향링크에서 지상 단말의 전송 전력 EIRP(Effective Isotropic Radiated Power)가 23 dBm이고, 위성까지의 무선 채널의 경로 손실 (path loss)가 169.8 dB이고, 위성 수신 안테나 이득이 30 dBi인 경우, 달성 가능한 신호 대 잡음비(Signal-to-Noise Ratio: SNR)는 -2.63 dB로 추산될 수 있다. 이 경우, 경로 손실에는 우주공간에서의 경로손실, 대기권에서의 손실 등이 포함될 수 있다. 신호 대 간섭비(signal-to-interference ratio: SIR)가 2 dB라고 가정하면, 신호 대 간섭 및 잡음비(Signal-to-Interference and Noise Ratio: SINR)은 -3.92 dB로 계산되며, 이 때 30 kHz 부반송파간격과 1 PRB의 주파수 자원을 이용할 경우 112 kbps의 전송속도가 달성될 수 있다.

도 15는 본 개시의 일 실시예에 따른 고도 35,786 km의 GEO 위성과 지상의 단말이 직접 통신을 수행 할 때, 상향링크에서의 예상 데이터 전송률(throughput) 계산의 일례를 도시한 도면이다.

도 15를 참조하면, 상향링크에서 지상 단말의 전송 전력 EIRP가 23 dBm이고, 위성까지의 무선 채널의 경로 손실 (path loss)가 195.9 dB이고, 위성 수신 안테나 이득이 51 dBi인 경우, 달성 가능한 SNR은 -10.8 dB로 추산될 수 있다. 이 경우, 경로손실에는 우주공간에서의 경로손실, 대기권에서의 손실 등이 포함될 수 있다. SIR이 2 dB라고 가정하면, SINR은 -11 dB로 계산되며, 이 때 30 kHz 부반송파 간격과 1 PRB의 주파수 자원을 이용할 경우 21 kbps의 전송속도 달성이 가능할 수 있는데, 이것은 3번의 반복전송을 수행한 결과일 수 있다.

도 16은 본 개시의 일 실시예에 따른 단말과 위성간의 경로손실 모델에 따른 경로손실 값, 그리고 단말과 지상망통신 기지국간의 경로손실 모델에 따른 경로손실을 도시한 도면이다.

도 16을 참조하면, d는 거리에 해당하며 f_c는 신호의 주파수이다. 단말과 위성(satellite)과의 통신이 수행되는 우주공간(free space)에서는 경로손실(Free-Space Path Loss, FSPL, 1600)은 거리의 제곱에 반비례하지만, 단말과 지상망통신 기지국(terrestrial gNB)과의 통신이 수행되는 공기가 존재하는 지상에서의 경로손실(PL2, PL'Uma-NLOS, 1610, 1620)은 거리의 거의 4제곱에 반비례한다. d_3D는 단말과 기지국간의 직선거리를 의미하며, h_BS는 기지국의 높이이며, h_UT는 단말의 높이이다. d'_BP = 4 x h_BS x h_UT x f_c / c으로 계산된다. f_c는 Hz 단위의 중심주파수, c는 m/s 단위의 빛의 속도이다.

위성통신(Satellite communications, 또는 Non-Terrestrial Network)에서는 위성이 지속적으로 빠르게 움직임으로서 발생하는 Doppler shift, 즉 송신신호의 주파수 이동(offset)이 발생할 수 있다.

도 17은 본 개시의 일 실시예에 따른 위성의 고도 및 위치, 그리고 지상의 단말 사용자의 위치에 따라 위성에서부터 전달되는 신호가 지상 사용자에게 수신되었을 때 신호가 겪는 Doppler shift의 양을 계산하는 수식 및 결과를 도시한 도면이다. 지구 반지름이 R이고, h는 위성의 고도이며, v는 위성이 지구를 공전하는 속도이며, f_c는 신호의 주파수이다. 위성의 속도는, 위성의 고도로부터 계산될 수 있는데, 이는 지구가 위성을 잡아당기는 힘인 중력과, 위성이 공전함에 따라 발생하는 구심력이 같아지는 속도가 되며, 이는 도 18과 같이 계산될 수 있다. 도 18은 본 개시의 일 실시예에 따른 위성의 고도에서 계산된 위성의 속도를 도시한 도면이다. 도 17에서 확인할 수 있듯이 각 α는 고도각(elevation angle) θ에 의해 결정되므로, 고도각 θ에 따라 Doppler shift의 값이 결정되게 된다.

도 19는 본 개시의 일 실시예에 따른 위성이 지상으로 전송하는 하나의 빔 안에 있는 서로 다른 단말들이 겪는 Doppler shift를 도시한 도면이다. 도 19를 참조하면, 고도각 θ에 따른 단말 1(1900), 단말 2(1910)이 겪는 Doppler shift가 각각 계산될 수 있다. 중심주파수는 2 GHz, 위성고도는 700 km, 지상에서 하나의 빔 직경은 50 km, 단말의 속도는 0으로 가정될 수 있다. 또한 본 개시에서 계산한 Doppler shift는 지구자전 속도에 따른 효과를 무시한 것이며, 이는 위성의 속도에 비해 느리기 때문에 영향이 작다고 간주할 수 있다.

도 20은 본 개시의 일 실시예에 따른 고도각으로부터 정해지는 위성의 위치에 따라, 빔 하나 내에서 발생하는 Doppler shift의 차이를 도시한 도면이다. 위성이 빔 바로 위에 위치할 때, 즉 elevation angle이 90도일 때가 빔(또는 셀) 내에서 Doppler shift의 차이가 가장 커지는 것을 확인할 수 있다. 이것은 위성이 가운데 위에 있을 때, 빔 한쪽 끝과 다른 한쪽 끝의 Doppler shift 값들이 각각 양수 값과 음수 값을 갖기 때문일 수 있다.

한편 위성 통신에서는 위성이 지상의 사용자로부터 거리가 멀기 때문에 지상망 통신 대비하여 큰 지연시간이 발생한다.

도 21은 본 개시의 일 실시예에 따른 고도각에 따라 정해지는 위성의 위치에 따라 단말에서부터 위성까지 걸리는 지연시간과, 단말-위성-기지국 사이의 왕복 지연시간을 도시한 도면이다.

도 21을 참조하면, 그래프 2100은 단말에서부터 위성까지 걸리는 지연시간이며, 그래프 2110은 단말-위성-기지국 사이의 왕복 지연시간을 도시한 것이다. 이 때, 위성-기지국간의 지연시간은 단말-위성의 지연시간과 같다고 가정되었다.

도 22는 본 개시의 일 실시예에 따른 하나의 빔 내에서 사용자의 위치에 따라 달라지는 왕복 지연시간의 최대 차이 값을 도시한 도면이다. 예를 들어 빔 반경(또는 셀 반경, cell radius)이 20 km일 때, 위성의 위치에 따라 빔 내 서로 다른 위치의 단말들이 다르게 겪는 위성까지의 왕복 지연시간의 차이가 약 0.28 ms 이하라고 볼 수 있다.

위성통신에서 단말이 기지국과 신호를 송수신한다는 것은, 신호가 위성을 통해 전달되는 것일 수 있다. 즉, 하향링크에서는 기지국이 위성으로 송신한 신호를 위성이 수신한 후, 단말에게 전달하는 역할을 수행하며, 상향링크에서는 단말이 송신한 신호를, 위성이 수신한 후, 기지국에게 전달하는 역할을 수행할 수 있다. 이 경우, 위성은 신호를 수신한 후, 그대로 주파수 이동만 수행한 후 전달할 수 있고, 또는 디코딩 및 재 인코딩 등의 신호처리를 수행하여 전달할 수 있다.

LTE 또는 NR의 경우 단말은 하기와 같은 절차를 통해 기지국에 접속할 수 있다.

- 단계1: 단말이 기지국으로부터 동기신호를 수신할 수 있다. 동기신호에는 Primary Synchronization Signal (PSS), Secondary Synchronization Signal (SSS), Physical Broadcast Channel (PBCH)를 포함할 수 있다. 동기신호는 기지국이 송신하는 신호의 슬롯 경계, 프레임 번호, 하향링크, 상향링크 설정 등의 정보를 포함할 수 있다. 또한 단말은 동기신호로부터 부반송파 오프셋, 시스템 정보 전송을 위한 스케줄링 정보 등을 알아낼 수 있다.

- 단계2: 단말은 기지국으로부터 시스템 정보 (System Information Block: SIB)를 수신할 수 있다. SIB에는 초기접속 및 랜덤 엑세스 수행을 위한 정보가 포함될 수 있다.

- 단계3: 단말은 단계2에서 설정된 랜덤엑세스 자원에, 랜덤 엑세스 프리앰블을 송신할 수 있다. 프리앰블들은 미리 정해져있는 수열을 이용하여 단계2에서 설정된 정보에 기반하여 결정되는 신호일 수 있다. 기지국은 단말이 전송한 프리앰플을 수신할 수 있다. 기지국은 어느 단말이 프리앰블을 보냈는지 알지 못한 채, 기지국 자신이 설정한 자원에서 설정한 프리앰블 수신을 시도하고, 수신이 성공하면, 적어도 하나의 단말이 프리앰블을 전송했다는 사실을 알 수 있다.

- 단계4: 단계3에서 프리앰블이 수신되면, 기지국은 그에 대한 응답인 랜덤 엑세스 응답(Random Access Response: RAR)을 전송할 수 있다. 단계3에서 랜덤 엑세스 프리앰블을 송신한 단말은, 본 단계에서 기지국이 송신한 RAR을 수신해볼 수 있다. RAR은 PDSCH에서 전송이 되며, 이를 스케줄링하는 PDCCH가 함께 또는 미리 전송될 수 있다. RAR을 스케줄링하는 DCI는 RA-RNTI라고 하는 값으로 스크램블링이 된 CRC가 더해지고 채널코딩이 된 후, PDCCH에 매핑되어 전송될 수 있다. RA-RNTI는 단계3에서의 프리앰블이 전송되는 시간 및 주파수 자원에 기반하여 결정될 수 있다. 단계3에서 랜덤 엑세스 프리앰블을 전송한 단말이, 본 단계에서 RAR을 수신하는데까지의 최대 제한 시간은 단계2에서 전송되는 SIB에서 설정될 수 있다. RAR을 수신하는데까지의 최대 제한 시간은 최대 10 ms 또는 40 ms 등과 같이 제한되어 설정될 수 있을 것이다. 즉, 단계3에서 프리앰블을 전송한 단말이, 예를 들어 설정한 최대시간인 10 ms에 기반해서 결정된 시간 이내에 RAR이 전송되지 않는다면, 다시 프리앰블을 전송할 수 있다. RAR에는 다음 단계인 단계5에서 단말이 전송하는 신호의 자원을 할당하는 스케줄링 정보가 포함될 수 있다. 도 23은 본 개시의 일 실시예에 따른 RAR의 정보 구조의 일례를 도시한 도면이다. 단말이 적용하게 될 Timing Advance (TA)에 대한 정보 및 다음 단계부터 사용하게 될 temporary C-RNTI 값도 포함할 수 있다.

- 단계5: 단계4에서 RAR을 수신받은 단말은 RAR에 포함된 스케줄링 정보에 따라 기지국으로 메시지3(msg3)을 송신할 수 있다. 랜덤 엑세스 프리앰블은 메시지1(msg1)으로 부를 수 있고, RAR은 메시지2(msg2)라고 부를 수 있을 수 있다. 단말은 msg3에 자신의 고유 ID값을 포함하여 전송할 수 있다. 기지국은 단계4에서 자신이 스케줄링한 정보에 따라 msg3의 수신을 시도할 수 있다.

- 단계6: 기지국은 msg3를 수신하고, 단말의 ID 정보를 확인한 후, 단말의 ID 정보를 포함한 메시지4를 생성하여 단말에게 전송한다. 단계5에서 msg3을 송신한 단말은 그 후부터 단계6에서 전송될 msg4를 수신 시도해볼 수 있다. Msg4를 수신한 단말은, 디코딩 후 포함된 ID 값을 단계5에서 자신이 송신한 ID 값과 비교하여 자신이 송신한 msg3가 기지국으로 수신되었는지 여부를 확인할 수 있다. 단계5에서 단말이 msg3를 송신한 후, 본 단계에서 msg4를 수신하는 데까지의 시간도 제약이 있을 수 있으며, msg4를 수신하는 데까지의 최대 시간도 단계2에서 SIB로부터 설정될 수 있다.

위의 단계들을 이용한 초기 접속 절차를 위성통신에 적용할 경우, 위성통신에서 소요되는 전파지연시간이 문제가 될 수 있다. 예를 들어, 단계3에서 단말이 랜덤 엑세스 프리앰블(또는 PRACH 프리앰블)을 송신하고, 단계4에서 RAR을 수신할 수 있는 기간(랜덤 엑세스 윈도우), 즉 수신할 수 있는데까지 걸리는 최대 시간이 ra-ResponseWindow를 통해 설정될 수 있는데, LTE 또는 5G NR 무선 통신 시스템에서는 RAR을 수신할 수 있는 시간이 최대 10 ms 정도까지 설정될 수 있다. 도 24는 본 개시의 일 실시예에 따른 LTE 무선 통신 시스템의 PRACH 프리앰블 설정 자원과 RAR 수신 시점의 관계의 일례를 도시한 도면이며, 도25는 본 개시의 일 실시예에 따른 5G NR 무선 통신 시스템의 PRACH 프리앰블 설정 자원과 RAR 수신 시점의 관계의 일례를 도시한 도면이다. LTE 무선 통신 시스템의 경우, PRACH (랜덤 엑세스 프리앰블)을 송신한 후 3ms 이후 시점부터 랜덤 엑세스 윈도우가 시작되며, NR 무선 통신 시스템의 경우, PRACH (랜덤 엑세스 프리앰블)을 송신한 후 처음 나타나는 RAR 스케줄링을 위한 제어정보 영역부터 랜덤 엑세스 윈도우가 시작될 수 있다.

단말-위성 직접통신에서는 단말-위성 및 위성-기지국간 거리가 멀기 때문에, 단말이 PRACH 프리앰블을 전송하고, 10 ms 또는 정해진 최대시간 이내에 RAR을 수신하는 것이 거의 불가능하다. 따라서 본 개시에서는 종래의 LTE 또는 5G NR 등의 무선 통신 시스템을 이용하여 위성통신이 가능할 수 있도록 할 수 있는, 위성 및 기지국의 신호 송수신 방법 및 장치를 제공한다.

[제1실시예]

제1실시예는 랜덤 엑세스를 수행하기 위한 기지국의 일부 기능을 위성이 갖고 단말의 접속을 처리하는 방법 및 장치를 제공한다.

도 26은 본 개시의 일 실시예에 따른 LTE 또는 5G NR의 무선 통신 시스템에서 랜덤 엑세스 단계의 일례를 도시한 도면이다.

도 26을 참조하면, 단말이 송신하는 PRACH 프리앰블과, msg3은 모두 하나의 기지국에서 수신될 수 있다. 단말은 기지국에게 PRACH를 전송하고, PRACH를 수신한 기지국은 PRACH에 대한 응답인 랜덤 엑세스 응답(Random Access Response: RAR)을 전송할 수 있다. RAR을 수신받은 단말은 RAR에 포함된 스케줄링 정보에 따라 기지국으로 메시지3(msg3)을 송신할 수 있다. 단말은 msg3에 자신의 고유 ID값을 포함하여 전송할 수 있다. 기지국은 자신이 스케줄링한 정보에 따라 msg3의 수신을 시도할 수 있다. 기지국은 msg3를 수신하고, 단말의 ID 정보를 확인한 후, 단말의 ID 정보를 포함한 메시지4(msg4)를 생성하여 단말에게 전송할 수 있다. msg3을 송신한 단말은 msg4를 수신하기 위해 시도해볼 수 있다. Msg4를 수신한 단말은, 디코딩 후 포함된 ID 값을 자신이 송신한 ID 값과 비교하여 자신이 송신한 msg3가 기지국으로 수신되었는지 여부를 확인할 수 있다.도 27은 본 개시의 일 실시예에 따른 랜덤 엑세스 단계의 일례를 도시한 도면이다.

도 27을 참조하면, 단말이 송신한 PRACH를 디코딩하여 수신하는 객체와, 단말이 송신한 msg3를 디코딩하여 수신하는 객체는 다를 수 있다. 즉, PRACH를 최종적으로 수신하는 것은 위성 또는 위성에 탑재된 수신기일 수 있다. 또한 단말이 송신한 msg3을 최종적으로 수신하는 것은 지상의 기지국일 수 있으며, 이 경우 위성은 msg3를 단지 전달만하는 역할일 수 있다. 본 개시에서 전달이라 함은 수신, 주파수 이동, 송신 등의 과정을 포함할 수 있으며, 실제 정보를 디코딩하고 재인코딩하는 과정은 포함되지 않을 수 있다. 위성 또는 위성의 수신기가 PRACH 프리앰블을 수신한 경우, 수신한 정보를 이용하여 RAR을 구성하고 위성은 단말에게 RAR을 전송할 수 있다. 또한 위성은 수신한 PRACH 프리앰블 정보와 단말에게 전송하는 RAR 정보를 기지국으로 전달할 수 있는데, 이는 도28에서 도시된바와 같을 수 있다. 본 개시에서 지상의 기지국은 위성과 신호를 송수신하기 위한 안테나, 신호처리 장치 (ground station, 지상국 등)을 포함할 수 있다.

도 28은 본 개시의 일 실시예에 따른 랜덤 엑세스 과정을 도시한 도면이다.

도 28을 참조하면, 위성이 단말로부터 PRACH 프리앰블을 수신하고, RAR을 단말에게 송신하는 과정에서, 기지국으로 신호1(signal 1)을 송신할 수 있으며, 이 때 신호1은 RAR과 동일한 신호일 수 있고, 또는 수신한 PRACH 프리앰블과 RAR에 포함된 정보에 기반한 신호일 수 있다. 신호1은 기지국이 이후에 msg3를 수신하는데 필요한 정보로 사용될 수 있다. 단말은 위성을 통해 기지국에게 msg 3을 전송하고, msg 3을 수신한 기지국은 위성을 통해 단말에게 msg 4를 전송할 수 있다. 단말은 PUSCH에서 RA 메시지에 대응되는 msg 3을 전송할 수 있다. 예를 들어, msg 3은 단말의 식별자, RRC 연결 요청, 추적 영역 업데이트, 또는 스케줄링 요청 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 기지국은 PDSCH 상에서 경쟁 해결 메시지에 대응되는 msg 4를 전송할 수 있다. 예를 들어 msg 4는 msg 3에서 송신된 단말의 식별자, SI 응답, MAC 또는 보안 파라미터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

본 실시예에서 기지국이라 함은 Serving cell(서빙셀)과는 다른 개념일 수 있으며, 서로 다른 기지국들이라 함은 물리적으로 다른 장소에 위치한 기지국들일 수 있다. 서빙셀의 경우, 하나의 기지국은 하나의 단말에게 두 개의 서빙셀을 설정하여 각각의 서빙셀에서 신호를 송수신할 수 있다. 즉 서로 다른 서빙셀이라 하더라도 물리적으로 같은 위치의 기지국 또는 같은 기지국에서 신호를 주고 받는 것일 수 있다. 따라서 상기 실시예는 PRACH를 수신 및 디코딩하는 객체와 msg 3를 디코딩하는 객체가 서로 다른 위치에 있는 것일 수 있다. 즉, 상기 실시예는 PRACH를 수신 및 디코딩하는 객체는 위성이 되고, msg 3를 디코딩하는 객체는 지상의 기지국일 수 있다. 이는, 상기 실시예는 PRACH를 수신 및 디코딩하는 객체는 제1기지국이 되고, msg 3를 디코딩하는 객체는 지상의 제2기지국일 수 있으며, 상기 제1기지국 및 제2기지국은 물리적으로 다른 위치에 있는 경우일 수 있다. 상기에서 객체라 함은 코어 네트워크가 아닌 무선접속을 담당하는 객체일 수 있다.

본 개시에서 msg 3(MSG3, msg3)이라고 함은 하기의 [표 21]와 같은 정보들을 포함할 수 있다. 또한 단말의 NAS (Non-Access-Stratum) UE identifier 또는 PLMN (Public land mobile network) ID 정보를 포함할 수 있다. 이는 단말의 고유한 정보를 전송하기 위함일 수 있으며, 상기와 같은 이름에 한정되지 않을 수 있다.

CASE	Message 3 Contents
RRC CONNECTION SETUP	CCCH SDU
RRC RE-ESTABLISHMENT	CCCH SDU, BSR (if grant is enough), PHR (if triggered & grant is enough)
Handover (random 프리엠블)	C-RNTI CE, BSR, PHR, (part of) DCCH SDU
Handover (dedicate 프리엠블)	BSR, PHR , (part of) DCCH SDU
UL resume	C-RNTI CE, BSR, PHR, (part of) DCCH/DTCH SDU
PDCCH order (random 프리엠블)	C-RNTI CE, BSR, PHR, (part of) DCCH/DTCH SDU
PDCCH order (dedicate 프리엠블)	BSR, PHR, (part of) DCCH/DTCH SDU

본 개시에서 msg 4(MSG4, msg4)라 함은 상기 MSG3에서 전송한 단말의 정보인 C-RNTI, NAS UE identifier, PLMN ID, 또는 단말 고유의 정보 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

[제2실시예]

제2실시예는 단말로부터의 랜덤 엑세스 프리앰플 수신과 관계 없이 기지국이 주기적으로 랜덤 엑세스 응답을 송신하는 방법 및 절차를 제공한다.

앞서 설명한 바와 같이, 단말-위성 및 위성-기지국간 지연시간이 크기 때문에, 단말이 PRACH 프리앰블을 위성을 거쳐 기지국으로 송신하고, 기지국으로부터 RAR을 수신 받는데까지 걸리는 시간이 길어지게 된다. LTE 또는 5G NR 무선 통신 시스템의 초기 접속 절차를 위성통신에 적용할 경우, 위성통신에서 소요되는 전파지연시간이 문제가 될 수 있다. 예를 들어, 단계3에서 단말이 랜덤 엑세스 프리앰블(또는 PRACH 프리앰블)을 송신하고, 단계4에서 RAR을 수신할 수 있는 기간(랜덤 엑세스 윈도우), 즉 수신할 수 있는데까지 걸리는 최대 시간이 ra-ResponseWindow를 통해 설정될 수 있는데, LTE 또는 5G NR 무선 통신 시스템에서는 최대 10 ms 정도까지 설정될 수 있다. 도24는 본 개시의 일 실시예에 따른 LTE 무선 통신 시스템의 PRACH 프리앰블 설정 자원과 RAR 수신 시점의 관계의 일례를 도시한 도면이며, 도25는 본 개시의 일 실시예에 따른 5G NR 무선 통신 시스템의 PRACH 프리앰블 설정 자원과 RAR 수신 시점의 관계의 일례를 도시한 도면이다. LTE의 경우, PRACH (랜덤 엑세스 프리앰블)을 송신한 후 3ms 이후 시점부터 랜덤 엑세스 윈도우가 시작되며, NR의 경우, PRACH (랜덤 엑세스 프리앰블)을 송신한 후 처음 나타나는 RAR 스케줄링을 위한 제어정보 영역부터 랜덤 엑세스 윈도우가 시작된다. 즉, 이에 따라 위성을 이용하는 경우 단말은 정해진 시간(예, RAR window) 안에 RAR을 수신하지 못할 수 있다. 따라서 정해진 시간(예, RAR window) 안에 단말이 RAR을 수신 받을 수 있도록 하기 위한 한가지 방법은 기지국이 PRACH 프리앰블을 수신하기 전에 미리 RAR을 송신하는 방법일 수 있다.

도 29는 본 개시의 일 실시예에 따른 기지국은 PRACH 프리앰블 수신과 관계 없이 주기적으로 RAR을 송신하는 일례를 도시한 도면이다.

도 29를 참조하면, 기지국은 PRACH 프리앰블 수신과 관계 없이 주기적으로 RAR을 송신할 수 있다. 단말은 PRACH 프리앰블을 송신한 후에, RAR 수신을 시도해볼 수 있으며, 일정 시간 내에 기지국이 송신한 RAR을 수신 받을 수 있을 것이다. 단말이 수신한 RAR은 기지국이 PRACH 프리앰블을 수신하기 전에 송신한 RAR일 수 있다. 도 23에 도시된 RAR의 구조와 같이, RAR에는 PRACH 프리앰블 인덱스 정보, timing advance 정보, TC-RNTI 정보, msg3 송신을 위한 자원할당 정보가 포함될 수 있다. 이 중, PRACH 프리앰블 인덱스는 기지국이 설정한 PRACH 프리앰블에 따라 정해질 수 있으며, 기지국은 timing advance 값은 0으로 설정해놓을 수 있다. 또한 기지국은 TC-RNTI도 미리 할당한 값으로 설정할 수 있으며, msg3 자원도 기지국이 미리 정해놓은 자원으로 할당할 수 있을 것이다.

[제3실시예]

제3실시예는 기지국이 제1신호를 단말에게 송신하고, 단말은 기지국으로 제1신호에 대한 제2신호를 송신할 때, 기지국은 단말까지의 전파 지연시간을 고려하여 제2신호를 수신하는 방법 및 장치를 제공한다. 즉, 제3실시예에 따르면 랜덤 엑세스 과정 이후 단말이 RRC-Connected 상태가 되었을 때, 지연시간을 고려하여 단말과 기지국 간의 신호를 송수신하는 방법이 제공될 수 있다.

본 개시에서 제1신호라함은, 기지국인 전송하는 하향링크 제어정보(Downlink Control Information; DCI), 하향링크 데이터 또는 PDSCH (Physical Downlink Shared Channel), 랜덤엑세스응답(RAR; Random Access Response), 상향링크 스케줄링 정보(uplink grant) 등을 포함할 수 있으며, 제1신호에 대한 제2신호는 HARQ-ACK 피드백 정보, msg3, PUSCH (Physical Uplink Shared Channel) 등을 포함할 수 있다.

랜덤 엑세스 과정과 마찬가지로, 기지국이 단말에게 상향링크 스케줄링 정보를 전달하고, 단말로부터 상향링크 데이터를 수신하는 과정에서 단말-위성간 및 위성-기지국간 지연시간의 영향이 있을 수 있다. 따라서, 기지국은 지연시간 이후에야 단말로부터 전송된 상향링크 데이터를 수신 받을 수 있다. 이는 기지국이 제1신호를 전송하고, 단말이 제2신호를 전송하는 과정에 모두 적용될 수 있을 것이다.

도 30은 본 개시의 일 실시예에 따른 LTE 및 NR 무선 통신 시스템에서 기지국이 제1신호를 송신하고, 단말로부터 송신된 제2신호를 수신하는 일례를 도시한 도면이다.

도 30을 참조하면, 단말은 제1신호를 슬롯n에서 수신하고, 이에 따른 제2신호를 슬롯n+4에서 송신할 수 있다. 단말은 제4단계에서 제2신호를 송신할 때, timing advance를 적용하여 미리 전송함으로써 기지국이 슬롯n+4에 제2신호를 수신할 수 있도록 해줄 수 있다. 따라서 기지국은 자신이 슬롯n에 제1신호를 송신하면서 제2신호를 슬롯n+4에 송신하라고 지시하거나 설정한 경우, 기지국이 슬롯n+4에서 제2신호를 수신할 수 있다.

도 31은 본 개시의 일 실시예에 따른 위성통신 상황에서 기지국이 제2신호를 수신하는 방법 또는 제2신호를 수신하는 타이밍을 결정하는 방법의 일례를 도시한 도면이다.

LTE 및 NR 무선 통신 시스템에서는 초기 접속 시 단말에게 지시 가능한 timing advance 값이 수ms 정도로 제한되어 있기 때문에, 위성통신 시스템에서 발생하는 지연시간을 모두 극복하기 위한 timing advance를 적용할 수 없게 된다. 따라서 본 상황에서는 timing advance (TA)값을 0으로 가정하고 설명한다. 하지만, TA가 0인 경우로 한정될 필요는 없으며 기지국의 필요에 따라 TA를 지시해줄 수 있을 것이다. 기지국이 전송한 제1신호는 큰 지연시간 이후에 단말에 수신될 수 있다. 단말은 제1신호를 단말 입장에서 슬롯n에 수신하고, 슬롯n+4에 제2신호를 전송할 수 있다. 단말이 전송한 제2신호는 역시 큰 지연시간 이후에 기지국에 수신될 수 있다. 제2신호가 수신된 시간은 기지국 입장에서 슬롯n+4보다 훨씬 이후인 n+k1+k2+4가 될 수 있을 것이다. 일 실시예에서, k1 값과 k2 값은 기지국에서 단말로의 지연시간 및 단말에서 기지국으로의 지연시간에 따라 결정될 수 있을 것이다. 기지국은 위성의 위치와, 위성의 전송하는 신호의 대략적인 위치(또는 빔의 범위)에 따라 k1 값과 k2 값을 알 수 있을 것이다. 일 실시예에서, k1 값과 k2 값은 같거나 유사한 값을 가지거나, 위성의 움직임에 따라 k1과 k2 값은 다른 값을 가질 수 있다. 예를 들어, k1 값은 기지국에서 단말까지의 지연시간을 고려하기 위해, 제1 신호가 전송되는 거리(예: 제1 신호가 전송되는 단말과 위성과의 거리 및 위성과 기지국과의 거리의 합)에 기초하여 결정되고, k2 값은 단말에서 기지국까지의 지연시간을 고려하기 위해, 제2 신호가 전송되는 거리(예: 제2 신호가 전송되는 단말과 위성과의 거리 및 위성과 기지국과의 거리의 합)에 기초하여 결정될 수 있다. 이에 따라 기지국은 자신이 어느 슬롯에서 제2신호를 수신해야하는지 알 수 있을 것이며, 해당 슬롯에서 제2신호의 수신을 시도해볼 수 있을 것이다. k1과 k2 값은 위성의 위치와 단말의 위치 또는 위성이 단말에게 전송하는 빔의 범위와 위치에 기반하여 계산될 수 있다. 예를 들어, 위성과 단말의 위치에 따라 위성과 단말의 거리가 계산될 수 있으며, 계산된 위성과 단말의 거리를 빛의 속도로 나눈 값에, 위성과 기지국의 거리를 빛의 속도로 나눈 값을 더한 것에 기반하여 k1과 k2가 계산될 수 있을 것이다. 위성과 단말의 거리는, 단말의 위치에서 보이는 위성의 고도각과 위성의 고도를 이용하여 계산되어질 수 있다. 일례로, 위성 고도가 600 km이고, 단말에서 위성의 고도각이 90도인 경우, 즉 단말의 바로 위에 위성이 존재할 때는 거리가 600 km가 되고, 이 경우 600 km를 빛의 속도로 나누면 약 2 ms 정도의 시간이 계산된다. 상기 계산된 2 ms에, 위성과 기지국의 거리를 빛의 속도로 나눈 값이 약 3 ms라고 가정한 경우 총 지연시간은 5 ms가 되며 만약 15 kHz의 부반송파 간격(SCS)를 사용하면 k1은 5로 정해질 수 있다.

[제4실시예]

제4실시예는 단말이 위성을 통해 지상의 기지국이나 지상국과 통신하는 경우, 단말과 연결된 위성의 커버리지 내에 기지국이나 지상국이 위치하는지 여부에 따라 랜덤엑세스 절차를 수행하는 방법 및 장치를 제공한다.

기본적으로는 하나의 위성의 커버리지 내에 단말과 기지국이 존재하는 경우에 단말과 기지국이 위성을 통해서 신호를 송수신하여 통신을 수행할 수 있다. 즉, 단말 -> 위성 -> 기지국 또는 기지국 -> 위성 -> 단말의 순서로 신호가 전달될 수 있다. 한편으로는, 위성간에 통신이 가능할 수 있는데, 이러한 위성을 regenerative payload라고 할 수 있다. 이러한 위성은 자체적으로 신호를 처리(디코딩, 인코딩 등)할 수 있으며, 이에 따라 신호를 지상국 또는 위성을 선택하여 전송하는 것이 가능할 수 있다. 이러한 위성간 통신 링크를 위성간 링크 (inter-satellite link; ISL)라고 할 수 있다. ISL 링크가 있는 위성 시스템의 경우는, 하나의 위성의 커버리지 안에 지상국이 없다고 하더라도, 지상국을 커버리지내에 두고 있는 위성으로 ISL을 통해 신호를 송수신함으로써 지상국과 통신할 수 있다. 즉, 단말 -> 제1위성 -> 제2위성 -> 제3위성 -> 기지국/지상국, 또는 기지국/지상국 -> 제3위성 -> 제2위성 -> 제1위성 -> 단말의 순서로 신호가 송수신 될 수 있다. 상기 일례는 위성 3개를 거쳐 기지국/지상국에 단말이 전송한 신호가 도달하는 일례이며, 이는 기지국/지상국의 위치에 따라 가능한 일례일 수 있다. 상기 거쳐가는 위성의 수는 다양한 방법으로 결정될수 있으며, 1개, 2개 등 다양한 개수의 위성을 거칠 수 있다.

단말이 초기 접속이나 상향링크 동기를 맞추기 위해 랜덤엑세스 과정을 수행할 때, 단말은 PRACH preamble을 전송하고, 기지국으로부터 random access 응답(random access response; RAR)을 수신하고, RAR에 따르는 msg3을 기지국으로 송신하고, 다시 기지국으로부터 msg4를 수신하여 랜덤엑세스 과정을 마칠 수 있다. 또는 2단계 RACH (랜덤엑세스) 과정에서는 단말이 기지국으로 msg A를 송신하고, msg A에 대한 응답으로 msg B를 기지국으로부터 단말이 수신한다. 이 때, 기지국과 단말 사이에 신호를 주파수 이동과 단순히 전달만 해주는 위성(예를 들어 transparent payload)은 별도의 디코딩이나 인코딩과 같은 신호 처리 능력이 없으므로, 랜덤엑세스 단계에서도 단말과 기지국/지상국이 전송한 신호들을 그대로 전달하는 역할을 한다. 반면에 regenerative payload인 위성은 단말이 전송한 신호나 기지국/지상국이 전송한 신호를 처리하여 적절한 링크를 통해 단말이나 다른 위성에게 전송할 수 있다. 예를 들어 단말이 전송한 PRACH 프리앰블을 위성이 직접 수신하여, 단말의 정보를 파악할 수 있다. 만약 위성의 범위(커버리지)안에 기지국/지상국이 있다면, 위성은 단말로부터 수신한 PRACH 프리앰블을 검출하지 않고 기지국/지상국으로 전달할 수 있다. 이 경우 위성은 PRACH 프리앰블을 검출하지 않았기 때문에, PRACH 프리앰블인지 모르는 상태일 수 있으며, 수신한 신호를 전달하는 것일 수 있다. 만약 위성의 범위(커버리지)안에 기지국/지상국이 있지 않다면, 기지국/지상국을 커버리지 안에 두고 있는 위성들 중 가장 가까운 경로의 위성 또는 가장 적은 수의 위성을 거쳐서 전달될 수 있는 위치의 위성을 선택하여, 선택한 위성으로 신호를 전달하도록 해당 위성 또는 다른 위성에게 신호를 전달할 수 있다. 즉 일 실시예에서는 단말이 신호를 전송한 위성의 커버리지 내에 기지국/지상국이 있는지의 여부에 따라, 위성은 단말이 전송한 신호를 바로 기지국/지상국으로 전달할지, 아니면 단말이 전송한 신호를 다른 위성으로 전달할지를 결정할 수 있다. 즉, 위성의 커버리지 내에 기지국/지상국의 존재 여부에 따라 단말의 신호를 위성이 다르게 송신할 수 있다. 단말로부터 신호를 전송받은 위성은, 단말이 전송한 신호를 검출 또는 디코딩을 수행해봄으로서 상기 단말이 전송한 신호의 최종 목적지를 파악할 수 있을 것이다.

일 실시예에서, 단말이나 기지국이 위성으로 송신한 신호에 따라 신호를 수신한 위성이 수신한 신호를 기지국 또는 단말 또는 다른 위성으로 전송하는 것을 결정할 수 있다. 이 결정은 단말이나 기지국이 송신한 신호의 일부 비트필드에 의해 지시되는 값에 기반하는 것일 수 있다. 예를 들어, 단말이 전송하는 상향링크 데이터 채널(PUSCH)에 포함되어 전송되는 UCI (uplink control information)에 신호의 목적지 ID (destination ID)가 포함될 수 있으며 목적지 ID값을 위성이 확인하여 상기 신호를 어디로 송신할 지를 결정할 수 있다. 또는 기지국이 전송하는 DCI (downlink control information)에 목적지 ID가 포함되어 있을 수 있다. 일 실시예에서, 위성의 신호 전송 판단을 위해 비트필드에서 가리키는 것은 목적지 ID가 될 수 있거나, 목적지 ID의 집합이 상위 시그널링으로 위성에 설정이 되고, 상기 설정된 집합에 포함된 목적지 ID 값의 인덱스 또는 순서 값이 상기 비트필드에서 지시되는 것일 수 있다.

일 실시예에서, 위성이 어디로 송신한다는 것은, 신호의 전송을 위해 물리적인 시간 및 주파수 자원을 선택하는 것일 수 있다. 즉, 위성이 단말이나 기지국이나 다른 위성으로 전송하기 위해 미리 주파수 및 시간 자원이 설정되어 있을 수 있으며, 이에 따라 위성이 주파수 및 시간 자원을 적절히 선택함으로써 신호를 단말, 또는 기지국 또는 다른 위성으로 송신할 수 있다.

일 실시예에서, 위성의 커버리지 안에 기지국/지상국이 있다고 함은, 위성과 기지국/지상국 사이에 통신이 된다는 의미일 수 있거나, 일정 속도 이상의 전송률로 데이터 송수신이 가능하다는 의미일 수 있고, 또는 수신신호의 세기가 일정 세기 이상이 된다는 것일 수 있다.

설명의 편의를 위하여 본 개시의 제1 실시예 내지 제4 실시예를 나누어 설명하였으나, 각 실시 예는 서로 관련된 동작을 포함하고 있으므로 적어도 2개 이상의 실시 예를 조합하여 구성하는 것도 가능하다.

본 개시의 실시예들을 수행하기 위해 단말과 기지국의 송신부, 수신부, 처리부가 각각 도 32와 도 33, 도34에 도시되어 있다. 제1실시예부터 제4실시예까지의 신호 송수신을 결정하기 위한 동작을 수행하기 위해 기지국, 위성, 그리고 단말 또는 송신단과 수신단의 송수신 방법이 나타나 있으며, 이를 수행하기 위해 기지국, 위성, 그리고 단말의 수신부, 처리부 및 송신부가 각각 실시 예에 따라 동작하여야 한다.

구체적으로 도 32는 본 개시의 일 실시예에 따른 단말의 내부 구조를 도시하는 블록도이다.

도 32를 참조하면, 본 개시의 단말은 단말기 수신부(3200), 단말기 송신부(3220), 단말기 처리부(3210)를 포함할 수 있다. 단말기 수신부(3200)와 단말기 송신부(3220)를 통칭하여 본 개시의 실시 예에서는 송수신부라 칭할 수 있다. 전술한 단말의 통신 방법에 따라, 단말의 단말기 수신부(3200), 단말기 송신부(3220) 및 단말기 처리부(3210)가 동작할 수 있다. 다만, 단말의 구성 요소가 전술한 예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 단말은 전술한 구성 요소들 보다 더 많은 구성 요소를 포함하거나 더 적은 구성 요소를 포함할 수도 있다. 뿐만 아니라 단말기 수신부(3200), 단말기 송신부(3220) 및 단말기 처리부(3210)가 하나의 칩(chip) 형태로 구현될 수도 있다. 또한, 단말기 처리부(3210)는 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다.

송수신부는 기지국, 위성 등과 신호를 송수신할 수 있다. 기지국, 위성 등과 송수신하는 신호는 제어 정보 및 데이터를 포함할 수 있다. 이를 위해, 송수신부는 송신되는 신호의 주파수를 상승 변환 및 증폭하는 RF 송신기와, 수신되는 신호를 저 잡음 증폭하고 주파수를 하강 변환하는 RF 수신기 등으로 구성될 수 있다. 또한, 송수신부는 무선 채널을 통해 신호를 수신하여 단말기 처리부(3210)로 출력하고, 단말기 처리부(3210)로부터 출력된 신호를 무선 채널을 통해 전송할 수 있다. 다만, 이는 송수신부의 일 실시예일뿐이며, 송수신부의 구성 요소가 RF 송신기 및 RF 수신기에 한정되는 것은 아니다. 또한, 송수신부는 무선 채널을 통해 신호를 수신하여 단말기 처리부(3210)로 출력하고, 단말기 처리부(3210)로부터 출력되는 신호를 무선 채널을 통해 전송할 수 있다.

단말기 처리부(3210)는 상술한 본 개시의 실시예에 따라 단말이 동작할 수 있도록 일련의 과정을 제어할 수 있다. 예를 들어, 단말기 처리부(3210)는 단말기 수신부(3200)를 통해 위성 또는 지상 기지국으로부터 신호를 수신하고, 수신한 제어 신호와 데이터 신호를 처리할 수 있다. 또한, 단말기 처리부(3210)는 처리한 제어 신호와 데이터 신호를 단말기 송신부(3220)를 통해 송신할 수 있다. 단말기 처리부(3210)는 본 개시에 기술된 방법에 따라 기지국으로 신호를 송수신할 수 있다. 이후, 단말기 송신부(3220)는 결정된 시점을 이용해 신호를 송신할 수 있다.

도 33은 본 개시의 일 실시예에 따른 위성의 내부 구조를 도시하는 블록도이다.

도 33을 참조하면, 본 개시의 위성은 위성 수신부(3300), 위성 송신부(3320), 위성 처리부(3310)를 포함할 수 있다. 위성 수신부(3300) 및 위성 송신부(3320) 그리고 위성 처리부(3310)는 복수 개들로 이루어질 수 있다. 즉, 위성 수신부(3300) 및 위성 송신부(3320)는 단말로부터 송수신하기 위한 수신부와 송신부, 그리고 기지국으로부터 송수신하기 위한 수신부와 송신부 각각으로 구성될 수 있다. 위성 수신부(3300)와 위성 송신부(3320)를 통칭하여 본 개시의 실시 예에서는 위성의 송수신부라 칭할 수 있다. 전술한 위성의 통신 방법에 따라, 위성의 위성 수신부(3300), 위성 송신부(3320) 및 위성 처리부(3310)가 동작할 수 있다. 다만, 위성의 구성 요소가 전술한 예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 단말은 위성한 구성 요소들 보다 더 많은 구성 요소를 포함하거나 더 적은 구성 요소를 포함할 수도 있다. 뿐만 아니라 위성 수신부(3300), 위성 송신부(3320) 및 위성 처리부(3310)가 하나의 칩(chip) 형태로 구현될 수도 있다. 또한, 위성 처리부(3310)는 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다.

송수신부는 단말 그리고 기지국과 신호를 송수신할 수 있다. 단말 그리고 기지국과 송수신하는 신호는 제어 정보와, 데이터를 포함할 수 있다. 이를 위해, 송수신부는 송신되는 신호의 주파수를 상승 변환 및 증폭하는 RF 송신기와, 수신되는 신호를 저 잡음 증폭하고 주파수를 하강 변환하는 RF 수신기 등으로 구성될 수 있다. 또한, 송수신부는 무선 채널을 통해 신호를 수신하여 위성 처리부(3310)로 출력하고, 위성 처리부(3310)로부터 출력된 신호를 무선 채널을 통해 전송할 수 있다. 다만, 이는 송수신부의 일 실시예일뿐이며, 송수신부의 구성 요소가 RF 송신기 및 RF 수신기에 한정되는 것은 아니다. 또한, 송수신부는 무선 채널을 통해 신호를 수신하여 위성 처리부(3310)로 출력하고, 위성 처리부(3310)로부터 출력되는 신호를 무선 채널을 통해 전송할 수 있다.

위성의 처리부(3310)에서는 주파수 오프셋 또는 Doppler shift를 보정하기 위한 보정기(compensator, pre-compensator)를 포함할 수 있으며, GPS 등으로부터 위치를 추적할 있는 장치를 포함할 수 있다. 또한 위성의 처리부(3310)에서는 수신 신호의 중심 주파수를 이동시킬 수 있는 frequency shift 기능을 포함할 수 있을 것이다. 위성 처리부(3310)는 상술한 본 개시의 실시예에 따라 위성, 기지국, 단말이 동작할 수 있도록 일련의 과정을 제어할 수 있다. 예를 들어, 위성 수신부(3300)에서 단말로부터 PRACH 프리앰블을 수신하고, 이에 따르는 RAR을 다시 단말에게 전송하면서, RAR과 관련된 정보를 기지국으로 전송하도록 결정할 수 있다. 이후, 위성 송신부(3220)는 결정된 시점에 해당 신호들을 송신할 수 있다.

도 34는 본 개시의 일 실시예에 따른 기지국의 내부 구조를 도시하는 블록도이다.

도 34를 참조하면, 본 개시의 기지국은 기지국 수신부(3400), 기지국 송신부(3420), 기지국 처리부(3410)를 포함할 수 있다. 기지국은 지상 기지국이거나 또는 위성의 일부분일 수 있다. 전술한 기지국의 통신 방법에 따라, 기지국의 기지국 수신부(3400), 기지국 송신부(3420), 기지국 처리부(3410)가 동작할 수 있다. 다만, 기지국의 구성 요소가 전술한 예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 기지국은 전술한 구성 요소들 보다 더 많은 구성 요소를 포함하거나 더 적은 구성 요소를 포함할 수도 있다. 뿐만 아니라 기지국 수신부(3400), 기지국 송신부(3420), 기지국 처리부(3410)가 하나의 칩(chip) 형태로 구현될 수도 있다. 또한, 기지국 처리부(3410)는 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다.

기지국 수신부(3400)와 기지국 송신부(3420)를 통칭하여 본 개시의 실시 예에서는 송수신부라 칭할 수 있다. 송수신부는 단말과 신호를 송수신할 수 있다. 단말과 송수신하는 신호는 제어 정보와, 데이터를 포함할 수 있다. 이를 위해, 송수신부는 송신되는 신호의 주파수를 상승 변환 및 증폭하는 RF 송신기와, 수신되는 신호를 저 잡음 증폭하고 주파수를 하강 변환하는 RF 수신기 등으로 구성될 수 있다. 다만, 이는 송수신부의 일 실시예일뿐이며, 송수신부의 구성 요소가 RF 송신기 및 RF 수신기에 한정되는 것은 아니다. 또한, 송수신부는 무선 채널을 통해 신호를 수신하여 기지국 처리부(3410)로 출력하고, 기지국 처리부(3410)로부터 출력된 신호를 무선 채널을 통해 전송할 수 있다.

기지국 처리부(3410)는 상술한 본 개시의 실시예에 따라 기지국이 동작할 수 있도록 일련의 과정을 제어할 수 있다. 예를 들어, 기지국 처리부(3410)는 자신이 설정한 설정 정보에 따라 미리 RAR을 전송할 수 있다.

도 35는 본 개시의 일 실시예에 따른 위성의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 35를 참조하면, 동작 3510에서, 위성은 단말로부터 PRACH(Physical Random Access Channel) 프리앰블을 수신할 수 있다. 일 실시예에서, 단말은 초기 접속 단계에서 PSS 및 SSS를 검출할 수 있고, PBCH를 디코딩할 수 있다. 단말은 PBCH로부터 MIB를 획득할 수 있고 이로부터 제어자원세트(Control Resource Set; CORESET)#0 (제어영역 인덱스가 0인 제어영역에 해당할 수 있음)을 설정 받을 수 있다. 단말은 선택한 SS/PBCH 블록과 제어자원세트#0에서 전송되는 DMRS(Demodulation Reference Signal)이 QCL(Quasi Co Location)되어 있다고 가정하고 제어자원세트#0에 대한 모니터링을 수행할 수 있다. 단말은 제어자원세트#0에서 전송된 하향링크 제어정보로 시스템 정보를 수신할 수 있다. 단말은 수신한 시스템 정보로부터 초기 접속에 필요한 RACH(Random Access Channel) 관련 설정 정보를 획득할 수 있다. 단말은 선택한 SS/PBCH 인덱스를 고려하여 PRACH(Physical RACH)를 기지국으로 전송할 수 있다.

동작 3530에서, 위성은 수신한 PRACH 프리앰블에 기초하여 단말에게 RAR(Random Access Response)을 전송할 수 있다. 일 실시예에서, 위성은 기지국으로부터 RAR을 수신하여 단말에게 전송할 수 있다. 다른 일 실시예에서, 위성은 자체적으로 RAR을 단말에게 전송할 수 있다.

동작 3550에서, 위성은 RAR에 기초하여 단말로부터 제1 메시지를 수신하여 기지국에게 전송할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 메시지는 RA 메시지에 대응되는 메시지일 수 있다. 기지국은 자신이 스케줄링한 정보에 따라 제1 메시지의 수신을 시도할 수 있다. 예를 들어, 제1 메시지는 단말의 식별자, RRC 연결 요청, 추적 영역 업데이트, 또는 스케줄링 요청 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

동작 3570에서, 위성은 기지국으로부터 제2 메시지를 수신하여 단말로 전송할 수 있다. 일 실시예에서, 제2 메시지는 경쟁 해결 메시지에 대응되는 메시지일 수 있다. 예를 들어 제2 메시지는 제1 메시지에서 송신된 단말의 식별자, SI 응답, MAC 또는 보안 파라미터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

도 36은 본 개시의 일 실시예에 따른 기지국의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 36을 참조하면, 동작 3610에서, 기지국은 위성이 단말에게 보낸 RAR과 관련된 정보를 위성으로부터 수신할 수 있다. 일 실시예에서, RAR과 관련된 정보는 RAR과 동일한 신호일 수 있고, 또는 수신한 PRACH 프리앰블과 RAR에 포함된 정보에 기반한 신호일 수 있다. RAR과 관련된 정보는 기지국이 이후에 제1 메시지를 수신하는데 필요한 정보로 사용될 수 있다.

동작 3630에서, 기지국은 RAR과 관련된 정보에 기초하여 위성으로부터 단말의 제1 메시지를 수신할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 메시지는 RA 메시지에 대응되는 메시지일 수 있다. 기지국은 자신이 스케줄링한 정보에 따라 제1 메시지의 수신을 시도할 수 있다. 예를 들어, 제1 메시지는 단말의 식별자, RRC 연결 요청, 추적 영역 업데이트, 또는 스케줄링 요청 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

동작 3650에서, 기지국은 위성을 통해 단말에게 제2 메시지를 전송할 수 있다. 일 실시예에서, 제2 메시지는 경쟁 해결 메시지에 대응되는 메시지일 수 있다. 예를 들어 제2 메시지는 제1 메시지에서 송신된 단말의 식별자, SI 응답, MAC 또는 보안 파라미터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

도 37는 본 개시의 일 실시예에 따른 단말의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 37을 참조하면, 동작 3710에서, 단말은 위성을 통해 기지국에게 PRACH(Physical Random Access Channel) 프리앰블을 전송할 수 있다. 일 실시예에서, 단말은 초기 접속 단계에서 PSS 및 SSS를 검출할 수 있고, PBCH를 디코딩할 수 있다. 단말은 PBCH로부터 MIB를 획득할 수 있고 이로부터 제어자원세트(Control Resource Set; CORESET)#0 (제어영역 인덱스가 0인 제어영역에 해당할 수 있음)을 설정 받을 수 있다. 단말은 선택한 SS/PBCH 블록과 제어자원세트#0에서 전송되는 DMRS(Demodulation Reference Signal)이 QCL(Quasi Co Location)되어 있다고 가정하고 제어자원세트#0에 대한 모니터링을 수행할 수 있다. 단말은 제어자원세트#0에서 전송된 하향링크 제어정보로 시스템 정보를 수신할 수 있다. 단말은 수신한 시스템 정보로부터 초기 접속에 필요한 RACH(Random Access Channel) 관련 설정 정보를 획득할 수 있다. 단말은 선택한 SS/PBCH 인덱스를 고려하여 PRACH(Physical RACH)를 기지국으로 전송할 수 있다.

동작 3730에서, 단말은 기지국이 PRACH 프리앰블을 수신하기 전에 기지국이 전송한 RAR(Random Access Response)을 위성으로부터 수신할 수 있다. 기지국은 PRACH 프리앰블 수신과 관계 없이 주기적으로 RAR을 송신할 수 있다. RAR에는 PRACH 프리앰블 인덱스 정보, timing advance 정보, TC-RNTI 정보, msg3 송신을 위한 자원할당 정보가 포함될 수 있다.

동작 3750에서, 단말은 RAR에 기초하여 위성을 통해 제1 메시지를 기지국에게 전송할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 메시지는 RA 메시지에 대응되는 메시지일 수 있다. 기지국은 자신이 스케줄링한 정보에 따라 제1 메시지의 수신을 시도할 수 있다. 예를 들어, 제1 메시지는 단말의 식별자, RRC 연결 요청, 추적 영역 업데이트, 또는 스케줄링 요청 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

동작 3770에서, 단말은 위성을 통해 기지국으로부터 제2 메시지를 수신할 수 있다. 일 실시예에서, 제2 메시지는 경쟁 해결 메시지에 대응되는 메시지일 수 있다. 예를 들어 제2 메시지는 제1 메시지에서 송신된 단말의 식별자, SI 응답, MAC 또는 보안 파라미터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시예들에 따른 방법들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합의 형태로 구현될(implemented) 수 있다.

소프트웨어로 구현하는 경우, 하나 이상의 프로그램(소프트웨어 모듈)을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체가 제공될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장되는 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치(device) 내의 하나 이상의 프로세서에 의해 실행 가능하도록 구성된다(configured for execution). 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치로 하여금 본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들을 실행하게 하는 명령어(instructions)를 포함한다.

이러한 프로그램(소프트웨어 모듈, 소프트웨어)은 랜덤 액세스 메모리 (random access memory), 플래시(flash) 메모리를 포함하는 불휘발성(non-volatile) 메모리, 롬(ROM: Read Only Memory), 전기적 삭제가능 프로그램가능 롬(EEPROM: Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), 자기 디스크 저장 장치(magnetic disc storage device), 컴팩트 디스크 롬(CD-ROM: Compact Disc-ROM), 디지털 다목적 디스크(DVDs: Digital Versatile Discs) 또는 다른 형태의 광학 저장 장치, 마그네틱 카세트(magnetic cassette)에 저장될 수 있다. 또는, 이들의 일부 또는 전부의 조합으로 구성된 메모리에 저장될 수 있다. 또한, 각각의 구성 메모리는 복수 개 포함될 수도 있다.

또한, 프로그램은 인터넷(Internet), 인트라넷(Intranet), LAN(Local Area Network), WLAN(Wide LAN), 또는 SAN(Storage Area Network)과 같은 통신 네트워크, 또는 이들의 조합으로 구성된 통신 네트워크를 통하여 접근(access)할 수 있는 부착 가능한(attachable) 저장 장치(storage device)에 저장될 수 있다. 이러한 저장 장치는 외부 포트를 통하여 본 개시의 실시예를 수행하는 장치에 접속할 수 있다. 또한, 통신 네트워크 상의 별도의 저장 장치가 본 개시의 실시예를 수행하는 장치에 접속할 수도 있다.

상술한 본 개시의 구체적인 실시예들에서, 본 개시에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다. 그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 본 개시가 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 개시의 실시예들은 본 개시의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 개시의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 개시의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 즉 본 개시의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 개시의 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다. 또한 상기 각각의 실시 예는 필요에 따라 서로 조합되어 운용할 수 있다. 예를 들면, 본 개시의 일 실시예와 다른 일 실시예의 일부분들이 서로 조합되어 위성, 기지국, 및 단말이 운용될 수 있다. 또한, 본 개시의 실시예들은 다른 통신 시스템에서도 적용 가능하며, 실시예의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들 또한 실시 가능할 것이다.

Claims (20)

1. 무선 통신 시스템에서 위성의 동작 방법에 있어서,
   단말로부터 PRACH(Physical Random Access Channel) 프리앰블을 수신하는 단계;
   상기 수신한 PRACH 프리앰블에 기초하여 상기 단말에게 RAR(Random Access Response)을 전송하는 단계;
   상기 RAR에 기초하여 상기 단말로부터 RA 메시지에 대응되는 제1 메시지를 수신하여 기지국에게 전송하는 단계; 및
   상기 기지국으로부터 경쟁 해결 메시지에 대응되는 제2 메시지를 수신하여 상기 단말로 전송하는 단계를 포함하는, 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 PRACH 프리앰블 및 상기 RAR 중 적어도 하나에 기초하여, 제1 신호를 생성하는 단계; 및
   상기 생성된 제1 신호를 상기 기지국에게 전송하는 단계를 더 포함하는, 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 메시지 및 제2 메시지는, 상기 단말의 식별자를 포함하는, 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 단말로부터 수신한 PRACH 프리앰블을 상기 기지국으로 전송하는 단계를 더 포함하고,
   상기 단말에게 RAR을 전송하는 단계는,
   상기 기지국이 상기 PRACH 프리앰블을 수신하기 전에 상기 기지국이 전송하여 수신한 상기 RAR을 상기 단말에게 전송하는 단계를 포함하는, 방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 기지국으로부터 상기 RAR을 주기적으로 수신하는 단계를 더 포함하는, 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 RAR은,
   상기 제1 메시지가 전송되는 슬롯을 지시하는 정보를 포함하고,
   상기 제1 메시지가 전송되는 슬롯은,
   상기 위성의 위치, 상기 단말의 위치, 상기 위성의 고도, 상기 위성이 상기 단말에게 전송하는 빔의 위치 및 상기 빔의 거리 중 적어도 하나를 고려하여 결정되는, 방법.
7. 무선 통신 시스템에서 기지국의 동작 방법에 있어서,
   위성이 단말에게 보낸 RAR과 관련된 정보를 상기 위성으로부터 수신하는 단계;
   상기 RAR과 관련된 정보에 기초하여 상기 위성으로부터 상기 단말의 제1 메시지를 수신하는 단계; 및
   상기 위성을 통해 상기 단말에게 제2 메시지를 전송하는 단계를 포함하는, 방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제1 메시지 및 제2 메시지는, 상기 단말의 식별자를 포함하는, 방법.
9. 제7항에 있어서,
   상기 단말이 전송한 PRACH 프리앰블을 상기 위성으로부터 수신하는 단계; 및
   상기 기지국이 상기 PRACH 프리앰블을 수신하기 전에 상기 위성에게 상기 RAR을 전송하는 단계를 더 포함하는, 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 위성에게 상기 RAR을 전송하는 단계는,
    상기 위성에게 상기 RAR을 주기적으로 전송하는 단계를 포함하는, 방법.
11. 제7항에 있어서, 상기 RAR은,
    상기 제1 메시지가 전송되는 슬롯을 지시하는 정보를 포함하고,
    상기 제1 메시지가 전송되는 슬롯은,
    상기 위성의 위치, 상기 단말의 위치, 상기 위성의 고도, 상기 위성이 상기 단말에게 전송하는 빔의 위치 및 상기 빔의 거리 중 적어도 하나를 고려하여 결정되는, 방법.
12. 무선 통신 시스템에서 단말의 동작 방법에 있어서,
    위성을 통해 기지국에게 PRACH(Physical Random Access Channel) 프리앰블을 전송하는 단계;
    상기 기지국이 상기 PRACH 프리앰블을 수신하기 전에 상기 기지국이 전송하여 상기 위성이 수신한 RAR(Random Access Response)을 상기 위성으로부터 수신하는 단계;
    상기 RAR에 기초하여 상기 위성을 통해 제1 메시지를 기지국에게 전송하는 단계; 및
    상기 위성을 통해 상기 기지국으로부터 제2 메시지를 수신하는 단계를 포함하는, 방법.
13. 제12항에 있어서, 상기 기지국으로부터 상기 RAR을 수신하는 단계는,
    상기 위성이 RAR을 상기 기지국으로부터 주기적으로 수신한 결과, 상기 단말이 PRACH 프리앰블을 전송한 후 상기 RAR을 수신하는 단계를 포함하는, 방법.
14. 제12항에 있어서, 상기 RAR은,
    상기 제1 메시지가 전송되는 슬롯을 지시하는 정보를 포함하고,
    상기 제1 메시지가 전송되는 슬롯은,
    상기 위성의 위치, 상기 단말의 위치, 상기 위성의 고도, 상기 위성이 상기 단말에게 전송하는 빔의 위치 및 상기 빔의 거리 중 적어도 하나를 고려하여 결정되는, 방법.
15. 무선 통신 시스템에서 단말 및 기지국과 통신하는 위성에 있어서, 상기 위성은,
    송수신부; 및
    적어도 하나의 프로세서를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    단말로부터 PRACH(Physical Random Access Channel) 프리앰블을 수신하고,
    상기 수신한 PRACH 프리앰블에 기초하여 상기 단말에게 RAR(Random Access Response)을 전송하고,
    상기 RAR에 기초하여 상기 단말로부터 RA 메시지에 대응되는 제1 메시지를 수신하여 기지국에게 전송하고,
    상기 기지국으로부터 경쟁 해결 메시지에 대응되는 제2 메시지를 수신하여 상기 단말로 전송하는, 위성.
16. 제15항에 있어서, 상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 PRACH 프리앰블 및 상기 RAR 중 적어도 하나에 기초하여, 제1 신호를 생성하고,
    상기 생성된 제1 신호를 상기 기지국에게 전송하는, 위성.
17. 제15항에 있어서, 상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 단말로부터 수신한 PRACH 프리앰블을 상기 기지국으로 전송하고,
    상기 기지국이 상기 PRACH 프리앰블을 수신하기 전에 상기 기지국이 전송하여 수신한 상기 RAR을 상기 단말에게 전송하는, 위성.
18. 제15항에 있어서, 상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 기지국으로부터 상기 RAR을 주기적으로 수신하는, 위성.
19. 무선 통신 시스템에서 위성과 통신하는 기지국에 있어서, 상기 기지국은,
    송수신부; 및
    적어도 하나의 프로세서를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 위성이 단말에게 보낸 RAR과 관련된 정보를 상기 위성으로부터 수신하고,
    상기 RAR과 관련된 정보에 기초하여 상기 위성으로부터 상기 단말의 제1 메시지를 수신하고,
    상기 위성을 통해 상기 단말에게 제2 메시지를 전송하는, 기지국.
20. 무선 통신 시스템에서 위성과 통신하는 단말에 있어서, 상기 단말은,
    송수신부; 및
    적어도 하나의 프로세서를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    위성을 통해 기지국에게 PRACH(Physical Random Access Channel) 프리앰블을 전송하고,
    상기 기지국이 상기 PRACH 프리앰블을 수신하기 전에 상기 기지국이 전송하여 상기 위성이 수신한 RAR(Random Access Response)을 상기 위성으로부터 수신하고,
    상기 RAR에 기초하여 상기 위성을 통해 제1 메시지를 기지국에게 전송하고,
    상기 위성을 통해 상기 기지국으로부터 제2 메시지를 수신하는, 단말.

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