KR20220069847A - 다중 컴포넌트 캐리어를 지원하는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 기저대역 송신 신호를 생성하는 방법 및 장치 - Google Patents

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한국전자통신연구원
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Abstract

기저대역(baseband) 신호 생성 방법은 복수의 컴포넌트 캐리어(component carrier)들을 위한 주파수 영역 심볼들을 서브캐리어 자원들에 매핑하는 단계; 상기 복수의 컴포넌트 캐리어들 각각의 주파수 영역 심볼들에 대한 위상 차이 보정을 수행하여 위상 차이가 보정된 주파수 영역 심볼들을 생성하는 단계; 하나의 IFFT(inverse fast Fourier transform) 블록을 이용하여 상기 위상 차이가 보정된 주파수 영역 심볼들에 IFFT를 수행하여 시간 영역 신호를 생성하는 단계; 및 상기 시간 영역 신호에 CP(cyclic prefix)를 추가하여 시간 영역 기저대역 신호를 생성하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.

Description

다중 컴포넌트 캐리어를 지원하는 직교 주파수 분할 다중 접속 시스템에서 기저대역 송신 신호를 생성하는 방법 및 장치{Method and apparatus for generating baseband transmission signal in orthogonal frequency division multiple access 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.
OFDMA가 적용된 3GPP LTE 및 5G NR 시스템은 직교하는 다중 반송파에 데이터를 실어서 전송하는 방식을 취하게 되며 이 과정은 IFFT(inverse fast Fourier transform)및 FFT로 구현된다. 일반적으로 송신은 IFFT의 과정이 기저대역(Base Band, BB)에서 진행되며 이를 RF 주파수 대역으로 천이하고 안테나를 통해 전송하며, 수신은 RF 주파수 대역의 신호를 기저대역으로 천이한 후 FFT의 과정을 통해 신호를 복원한다.
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 심볼들을 서브캐리어 자원들에 매핑하는 단계; 상기 복수의 컴포넌트 캐리어들 각각의 주파수 영역 심볼들에 대한 위상 차이 보상을 수행하여 위상 차이가 보상된 주파수 영역 심볼들을 생성하는 단계; 하나의 IFFT(inverse fast Fourier transform) 블록을 이용하여 상기 위상 차이가 보상된 주파수 영역 심볼들에 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 캐리어들 수 있다.
상기 신호 송신 장치가 분산 유닛(distributed unit, DU)인 경우, 상기 주파수 영역 심볼들을 포함한 주파수 영역 데이터가 프론트 홀 인터페이스를 통해 중앙 유닛(central unit, CU)으로부터 수신될 수 있다.
상기 위상 차이 보상은 상기 주파수 영역 심볼들 각각의 순환 전치(cyclic prefix, CP)의 길이와 상기 주파수 영역 심볼들 각각의 서브프레임 내에서의 이전 심볼들의 CP 길이들의 합만큼의 위상 차이를 보상하는 것일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예는, 신호 수신 장치에서 수행되는, 기저대역(baseband) 신호 생성 방법으로서, 수신된 RF 신호를 시간 영역 기저대역 신호로 변환하는 단계; 시간 영역 기저대역 신호로부터 하나의 FFT(fast Fourier transform) 블록을 이용하여 주파수 영역 신호를 생성하는 단계; 및 상기 주파수 영역 신호로부터, 상기 복수의 컴포넌트 캐리어들 각각의 주파수 영역 심볼들에 대한 위상 차이 보상을 수행하여 위상 차이가 보상된 주파수 영역 심볼들을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 복수의 컴포넌트 캐리어들은 주파수 영역에서 연속된(contiguous) 컴포넌트 캐리어들 수 있다.
상기 신호 수신 장치가 분산 유닛(distributed unit, DU)인 경우, 상기 주파수 영역 심볼들을 포함한 주파수 영역 데이터가 프론트 홀 인터페이스를 통해 중앙 유닛(central unit, CU)으로 전송될 수 있다.
상기 위상 차이 보상은 상기 주파수 영역 심볼들 각각의 순환 전치(cyclic prefix, CP)의 길이와 상기 주파수 영역 심볼들 각각의 서브프레임 내에서의 이전 심볼들의 CP 길이들의 합만큼의 위상 차이를 보상하는 것일 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 심볼들을 포함한 주파수 영역 데이터를 수신하는 프론트홀 인터페이스 장치; 상기 복수의 컴포넌트 캐리어들 각각의 주파수 영역 심볼들에 대한 위상 차이 보상을 수행하고, 위상 차이가 보상된 주파수 영역 심볼들을 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 복수의 컴포넌트 캐리어들은 주파수 영역에서 연속된(contiguous) 컴포넌트 캐리어들일 수 있다.
상기 기저대역 신호 생성 장치는 상기 복수의 컴포넌트 캐리어들의 상기 주파수 영역 심볼들을 서브캐리어 자원들에 매핑하는 서브캐리어 매핑부; 상기 복수의 컴포넌트 캐리어들 각각의 주파수 영역 심볼들에 대한 위상 차이 보상을 수행하여 위상 차이가 보상된 주파수 영역 심볼들을 생성하는 위상 차이 보상부; 상기 하나의 IFFT 블록을 이용하여, 상기 위상 차이가 보상된 주파수 영역 심볼들에 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 위상 차이 보상은 상기 주파수 영역 심볼들 각각의 순환 전치(cyclic prefix, CP)의 길이와 상기 주파수 영역 심볼들 각각의 서브프레임 내에서의 이전 심볼들의 CP 길이들의 합만큼의 위상 차이를 보상하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 다중 컴포넌트 캐리어를 지원하는 이동 통신 시스템에서 단일 IFFT 블록 만을 이용하여 복수 개의 주파수 영역 신호들을 직접 시간 영역 신호로 변환하는 방법을 제시한다. 따라서, 컴포넌트 캐리어 별로 FFT(IFFT), 오버샘플링, 및 상/하향 변환(믹싱(mixing))을 수행할 필요가 없어져, 구현 하드웨어 자원을 줄일 수 있고, 송수신 과정의 절차가 단순화되고 정확도 또한 향상될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예는 다중 컴포넌트 캐리어를 지원하는 단말 또는 기지국이 기저대역에서 여러 개의 컴포넌트 캐리어들을 단일 IFFT 또는 FFT로 처리하는 과정에서 각 컴포넌트 캐리어의 주파수 영역의 위상차를 보상해 주는 방법을 제시한다.
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 송신단에서의 기저대역 신호 생성 방법에서 주파수 영역 위상 차이 보상을 수행하는 개념을 도시한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신단에서의 기저대역 신호 생성 방법에서 주파수 영역 위상 차이 보상을 수행하는 개념을 도시한 개념도이다.
도 5는 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 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(CC(component carrier))들을 집성하여 사용하는 캐리어 집성 기술이 적용된 이동 통신 시스템에서 기저대역 신호를 생성하는 과정이 도시되어 있다.
도 1에서, CC 들을 통해서 전송되는 신호들은 변조기(111~118)들에 의해서 변조 심볼(modulation symbol)들로 변환되어 출력될 수 있다. 각 CC의 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 CC 에 대응되는 시간 영역 신호를 출력할 수 있다. 이후에, 각 IFFT 블록에서 출력된 시간 영역 신호에는 각각의 CC 에 대응되는 주파수 옵셋 적용부(141~148)에 의해서 각각의 CC 에 대응되는 주파수 옵셋(frequency offset)이 곱해질 수 있다. 이후, 주파수 옵셋이 곱해진 CC 들의 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 CC 들이 집성된 경우, 8개의 IFFT 블록들이 필요하며, 각 IFFT 블록에서 출력된 시간 영역 신호에 각각의 CC에 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, 8개의 CC들을 사용하는 신호 송신 장치를 가정한다. 또한, 8개의 CC들은 주파수 영역에서 연속된다. 도 2를 참조하면, 기저대역 신호 생성 장치(200)는 8개의 CC들에 대응되는 변조된 주파수 영역 데이터(201)을 수신할 수 있다. 상기 주파수 영역 데이터(즉, 주파수 영역 심볼들; 복소수 변조 심볼들(modulation symbols))는 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 CC들에 대응되는 변조된 주파수 영역 데이터를 CU(미도시)로부터 수신할 수 있다. 이때, 각각의 CC에 대응되는 주파수 영역 데이터는 규격에 따른 보호 대역(guard band)을 포함하여 대역폭을 가지는 주파수 영역 복소수 데이터(즉, 복소수 변조 심볼들)로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 서브캐리어 매핑부(210)는 8개의 CC들에 대응되는 주파수 영역 데이터들을 후술될 IFFT 부(230)에 입력할 수 있도록 예컨대 8192개의 서브캐리어들에 맵핑할 수 있다. 즉, 서브캐리어 맵핑부(210)는 8개 CC들의 주파수 영역 데이터를 8192개의 서브캐리어 자원들에 할당하는 역할을 하며, 사용하지 않는 서브캐리어 자원에는 '0'을 채워 넣는다. 각각의 CC들 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.
본 발명의 일 실시예에 따른 기저대역 신호 생성 방법 및 장치를 이용할 경우, 8개의 CC들에 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.
한편, 도 2에서는 1개의 IFFT부를 이용한 기저대역 신호 생성 방법 및 장치를 간략하게 설명하였으나, 상술된 바와 같이 1개의 IFFT부를 이용하는 경우에는 각 CC별 주파수 영역의 위상 차이를 보상할 필요가 발생된다. 이하에서는, 이와 같은 각 CC별 주파수 영역의 위상 차이 보상에 대해서 설명한다.
본 발명에서는 송수신에 여러 개의 CC들이 사용되는 상황을 고려하며, 각 단말은 하나 이상의 CC들을 할당 받을 수 있다. 이하에서는 하나의 CC(예컨대,
Figure pat00001
번째 CC)를 중심으로 기술한다. 즉, 이하의 수학식 1 내지 수학식 5를 참조한 서술은 도 1에 설명된 바와 같이 각 CC별로 IFFT가 수행되는 경우에 대응된다.
신호 송신 장치가 여러 개의 CC들을 전송하는 상황에서
Figure pat00002
번째 CC의
Figure pat00003
번째 심볼의 주파수 영역 신호(주파수 영역 심볼들)를
Figure pat00004
라 하면 신호 송신 장치는 주파수 영역 신호에 대해서 신호의 주파수 대역에 맞는 크기의 IFFT를 수행하여 하기 수학식 1과 같이 시간 영역 신호를 생성할 수 있다.
Figure pat00005
OFDMA의 직교성을 보장하기 위하여 시간 영역 신호
Figure pat00006
에 CP를 삽입하여 시간 영역 기저대역 신호
Figure pat00007
를 하기 수학식 2와 같이 생성될 수 있다.
Figure pat00008
여기서,
Figure pat00009
와
Figure pat00010
는 각각
Figure pat00011
번째 CC의 대역에 맞는 IFFT의 크기 및 CP의 길이이다. 기저대역 신호는 전술된 모든 CC들의 대역의 합에 해당하는 샘플링율(SR(sampling rate))로 오버샘플링(over-sampling)되어
Figure pat00012
가 생성될 수 있다. 이때의 샘플링율의 비를 오버샘플링율(OSR(Over Sampling Rate))이라 한다.
Figure pat00013
는 각 CC들 간의 보호 대역(GB)이 고려된 각 CC의 주파수 위치(기저대역의 중심인 DC(direct current) 주파수 대비 상대적 위치)인
Figure pat00014
로 상/하향 변환(즉, 믹싱)되며, 하기 수학식 3의
Figure pat00015
가 생성될 수 있다.
Figure pat00016
여기서,
Figure pat00017
=
Figure pat00018
,
Figure pat00019
이다. 하기 수학식 4와 같이, 생성된
Figure pat00020
들을 모두 합하여 기저대역 신호가 생성될 수 있다.
Figure pat00021
생성된 기저대역 신호는 RF 주파수로 천이되어 전송될 수 있다. 상술된 과정들을 도식화하여 표현하면 하기 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00022
상술된 바와 같이, 각 CC에 맞는 크기의 IFFT가 각각 필요하며 CC마다 IFFT를 매번 계산하여 해당 내용을 저장하고 있어야 하며, 오버샘플링을 통하게 되므로 정확도가 떨어지게 되며, 각 신호에 대한 기저대역에서의 믹싱 및 합산(summation)이 필요하다.
따라서, 도 2에서 설명된 바와 같이, 각 CC들의 데이터를 모두 모아서 각 CC들의 대역의 총합에 해당하는 크기의 IFFT 를 한 번에 수행하여 신호를 생성하면 위에서 언급한 오버샘플링, 믹싱, 및 합산의 과정을 생략하고 여러 번의 IFFT를 과정을 한 번으로 줄여 간략하면서도 더 정확하게 기저대역 신호를 생성할 수 있다.
그러나, 기저대역에서
Figure pat00023
간격으로 떨어지게 배치한 각 CC별 주파수 영역 신호를
Figure pat00024
라 할 경우, 서브캐리어간 직교성을 보장하기 위한 CP를 삽입하는 과정으로 인해
Figure pat00025
들을 한 번에 IFFT를 하고 CP를 삽입하여 생성된 기저대역의 신호는 원래 생성되야 하는
Figure pat00026
(즉 수학식 4)와는 같지 않게 된다.
이를 조금 더 자세히 알아보기 위하여
Figure pat00027
번째 CC의 m번째와 m+1번째 CP삽입 후
Figure pat00028
로의 상/하향 변환 이후의 심볼들을 나열해보면, 하기 수학식 6과 같다.
Figure pat00029
만약 i번째의 CC를 DC로부터
Figure pat00030
만큼 떨어진 위치에 배치하고 IFFT한 데이터를
Figure pat00031
라 하면 하기 수학식 7의 관계를 가질 수 있다.
Figure pat00032
상기 수학식 6과 수학식 7을 이용하여
Figure pat00033
에 CP를 삽입하면 하기 수학식 8로 표현될 수 있다.
Figure pat00034
수학식 6과 수학식 7을 비교해 보면 m번째 심볼에서는
Figure pat00035
, m+1 번째 심볼에서는
Figure pat00036
만큼의 위상 차이가 발생하게 됨을 알 수 있다.
즉, m번째 심볼의 신호는 자신의 심볼의 CP의 길이와 이전까지의 심볼들의 CP의 길이의 누적 합만큼의 위상차이를 보인다. 전송은 서브프레임 단위로 초기화될 수 있으므로, '이전까지의 심볼들'은 해당 서브프레임 내에서의 이전 심볼들을 의미할 수 있다. 일반적으로 5G NR 및 LTE시스템은 한 슬롯 내에서 서로 다른 CP길이를 가지는 심볼들이 존재하므로 이를 일반적으로 표현하면, i번째 CC의 m번째 심볼에서 위상 차이는 하기 수학식 9와 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00037
따라서, i번째 CC를 DC로부터
Figure pat00038
떨어지게 배치하여 IFFT한 후 CP를 삽입하여 생성된 신호에 대해서, 수학식 9의 위상 차이를 심볼마다 보상해주면, IFFT한 후 CP를 삽입하고 DC로부터
Figure pat00039
의 위치로 상/하향 변환한 것과 같은 결과를 얻을 수 있다.
해당 위상 차이는 심볼 및 CC마다 다른 값을 가지므로, 모든 CC를
Figure pat00040
만큼 떨어지게 배치한
Figure pat00041
를 IFFT하고 CP를 삽입한 시간영역 신호에서는 보상할 방법이 없다. 그러나,
Figure pat00042
는 IFFT가 진행되는 심볼 내에서 상수이므로, IFFT의 선형성을 이용하여, IFFT 이전에 보상할 수 있다. 즉, 하기 수학식 10에서 표현되는 3가지 상황은 결과적 측면에서 등가가 된다.
Figure pat00043
그러므로,
Figure pat00044
를 각 CC에 미리 곱하여 DC로부터
Figure pat00045
만큼 이격되게 자원을 할당해주고 이를 전체 대역에 맞는 IFFT 크기로 한 번에 처리하게 되면 여러 개의 CC들을 한 번에 처리할 수 있다.
일반적으로 5G NR 및 LTE 시스템에서는 송신되어야 할 데이터의 심볼 및 슬롯 인덱스를 알고 있기 때문에 이를 통하여 현재 전송해야 하는 심볼 이전까지의 CP의 개수를 누적 없이 바로 계산 가능하다. (이 위상차이는 매 서브프레임 마다 초기화 된다.) 즉, 이런 경우에 위상 차이를 보상해주는 함수는 하기 수학식 11과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00046
여기서,
Figure pat00047
은 (
Figure pat00048
)번 심볼까지의 CP들의 개수이다.
위의 설명은 기지국 송신단에서 IFFT 수행을 기준으로 설명되었으나, 수신단에서도 유사한 방법이 수행될 수 있다. 즉, 여러 개의 CC들이 수신되는 상황에서, 각 CC마다 BB로의 천이 FFT를 진행하지 않고 지원대역을 BB중심으로 FFT한 후 각 CC마다 주파수 영역에서 위상을 보상해 주는 방식으로 수신이 가능하다. 수신단에서 위상 차이를 보상해주는 함수는 하기 수학식 12와 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00049
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 송신단에서의 기저대역 신호 생성 방법에서 주파수 영역 위상 차이 보상을 수행하는 개념을 도시한 개념도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신단에서의 기저대역 신호 생성 방법에서 주파수 영역 위상 차이 보상을 수행하는 개념을 도시한 개념도이다.
도 3을 참조하면, 기저대역의 중심 주파수(DD)를 중심으로 4개의 CC들이 존재하는 것으로 가정된다. 수학식 11에 설명된
Figure pat00050
에 의해서, CC0에 대해서는
Figure pat00051
번째 주파수 영역 심볼에
Figure pat00052
에 따른 위상 차이 보정이 주파수 영역에서 IFFT 수행 전에 수행되며, CC1에 대해서는
Figure pat00053
번째 주파수 영역 심볼에
Figure pat00054
에 따른 위상 차이 보정이 주파수 영역에서 IFFT 수행 전에 수행되며, CC2에 대해서는
Figure pat00055
번째 주파수 영역 심볼에
Figure pat00056
에 따른 위상 차이 보정이 주파수 영역에서 IFFT 수행 전에 수행되며, CC3에 대해서는
Figure pat00057
번째 주파수 영역 심볼에
Figure pat00058
에 따른 위상 차이 보정이 주파수 영역에서 IFFT 수행 전에 수행될 수 있다.
도 4를 참조하면, 도 3과 마찬가지로, 기저대역의 중심 주파수(DD)를 중심으로 4개의 CC들이 존재하는 것으로 가정된다. 수학식 12에 설명된
Figure pat00059
에 의해서, CC0에 대해서는
Figure pat00060
번째 주파수 영역 심볼에
Figure pat00061
에 따른 위상 차이 보정이 FFT 수행 이후의 주파수 영역에서 수행되며, CC1에 대해서는
Figure pat00062
번째 주파수 영역 심볼에
Figure pat00063
에 따른 위상 차이 보정이 FFT 수행 이후의 주파수 영역에서 수행되며, CC2에 대해서는
Figure pat00064
번째 주파수 영역 심볼에
Figure pat00065
에 따른 위상 차이 보정이 FFT 수행 이후의 주파수 영역에서 수행되며, CC3에 대해서는
Figure pat00066
번째 주파수 영역 심볼에
Figure pat00067
에 따른 위상 차이 보정이 FFT 수행 이후의 주파수 영역에서 수행될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기저대역 신호 생성 장치가 적용된 분산 유닛(DU)의 구성을 도시한 블록도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 DU(500)는 중앙 유닛(CU)으로부터 복수의 컴포넌트 캐리어들을 위한 주파수 영역 데이터를 수신하는 프론트홀 인터페이스 장치(510), 상기 복수의 컴포넌트 캐리어들을 위한 주파수 영역 데이터를 1개의 단일 IFFT 블록을 이용하여 시간 영역 기저대역 신호로 변환하는 기저대역 신호 생성 장치(520); 및 상기 시간 영역 기저대역 신호를 RF 신호로 변환하는 주파수 컨버터(530)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(520)는 도 2를 참조하여 설명된 기저대역 신호 생성 장치(200)에 대응되는 장치이다. 즉, 기저대역 신호 생성 장치(520)는 서브캐리어 매핑부(210), 주파수 쉬프트부(220), IFFT 부(230), 및 CP 추가부(240)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 기저대역 신호 생성 장치(520)는 기저대역 주파수 컨버팅부(250)를 추가로 포함할 수 있다.
한편, 상술된 기저대역 신호 생성 장치(520)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(530)는 상기 기저대역 신호 생성 장치(520)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 (12)

  1. 신호 송신 장치에서 수행되는, 기저대역(baseband) 신호 생성 방법으로서,
    복수의 컴포넌트 캐리어(component carrier)들을 위한 주파수 영역 심볼들을 서브캐리어 자원들에 매핑하는 단계;
    상기 복수의 컴포넌트 캐리어들 각각의 주파수 영역 심볼들에 대한 위상 차이 보상을 수행하여 위상 차이가 보상된 주파수 영역 심볼들을 생성하는 단계;
    하나의 IFFT(inverse fast Fourier transform) 블록을 이용하여 상기 위상 차이가 보상된 주파수 영역 심볼들에 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 심볼들을 포함한 주파수 영역 데이터가 프론트 홀 인터페이스를 통해 중앙 유닛(central unit, CU)으로부터 수신되는,
    기저대역 신호 생성 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 위상 차이 보상은 상기 주파수 영역 심볼들 각각의 순환 전치(cyclic prefix, CP)의 길이와 상기 주파수 영역 심볼들 각각의 서브프레임 내에서의 이전 심볼들의 CP 길이들의 합만큼의 위상 차이를 보상하는 것인,
    기저대역 신호 생성 방법.
  5. 신호 수신 장치에서 수행되는, 기저대역(baseband) 신호 생성 방법으로서,
    수신된 RF 신호를 시간 영역 기저대역 신호로 변환하는 단계;
    시간 영역 기저대역 신호로부터 하나의 FFT(fast Fourier transform) 블록을 이용하여 주파수 영역 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 주파수 영역 신호로부터, 상기 복수의 컴포넌트 캐리어들 각각의 주파수 영역 심볼들에 대한 위상 차이 보상을 수행하여 위상 차이가 보상된 주파수 영역 심볼들을 생성하는 단계를 포함하는,
    기저대역 신호 생성 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 복수의 컴포넌트 캐리어들은 주파수 영역에서 연속된(contiguous) 컴포넌트 캐리어들인,
    기저대역 신호 생성 방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 신호 수신 장치가 분산 유닛(distributed unit, DU)인 경우, 상기 주파수 영역 심볼들은 프론트 홀 인터페이스를 통해 중앙 유닛(central unit, CU)으로부터 전송되는,
    기저대역 신호 생성 방법.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 위상 차이 보상은 상기 주파수 영역 심볼들 각각의 순환 전치(cyclic prefix, CP)의 길이와 상기 주파수 영역 심볼들 각각의 서브프레임 내에서의 이전 심볼들의 CP 길이들의 합만큼의 위상 차이를 보상하는 것인,
    기저대역 신호 생성 방법.
  9. 분산 유닛(distributed unit, DU)으로서,
    중앙 유닛(central unit)으로부터 복수의 컴포넌트 캐리어들을 위한 주파수 영역 심볼들을 포함한 주파수 영역 데이터를 수신하는 프론트홀 인터페이스 장치;
    상기 복수의 컴포넌트 캐리어들 각각의 주파수 영역 심볼들에 대한 위상 차이 보상을 수행하고, 위상 차이가 보상된 주파수 영역 심볼들을 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.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 복수의 컴포넌트 캐리어들은 주파수 영역에서 연속된(contiguous) 컴포넌트 캐리어들인,
    분산 유닛.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 기저대역 신호 생성 장치는
    상기 복수의 컴포넌트 캐리어들의 상기 주파수 영역 심볼들을 서브캐리어 자원들에 매핑하는 서브캐리어 매핑부;
    상기 복수의 컴포넌트 캐리어들 각각의 주파수 영역 심볼들에 대한 위상 차이 보상을 수행하여 위상 차이가 보상된 주파수 영역 심볼들을 생성하는 위상 차리 보상부;
    상기 하나의 IFFT 블록을 이용하여, 상기 위상 차이가 보상된 주파수 영역 심볼들에 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.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 위상 차이 보상은 상기 주파수 영역 심볼들 각각의 순환 전치(cyclic prefix, CP)의 길이와 상기 주파수 영역 심볼들 각각의 서브프레임 내에서의 이전 심볼들의 CP 길이들의 합만큼의 위상 차이를 보상하는 것인,
    분산 유닛.
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