KR20220103367A

KR20220103367A - 초고주파 무선통신 시스템에서의 random access 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20220103367A
Application number: KR1020210005867A
Authority: KR
Inventors: 이승현; 이효진; 이주호; 김한진; 박요섭; 최성현
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2021-01-15
Filing date: 2021-01-15
Publication date: 2022-07-22
Also published as: EP4258798A1; CN116889072A; EP4258798A4; WO2022154307A1; US20240172270A1

Abstract

본 개시는 LTE와 같은 4G 통신 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 5G 또는 6G 통신 시스템에 관련된 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은, 초고주파 대역 무선 통신에서, random access를 위한 랜덤 액세스 프리앰블 신호의 생성 및 검출에 관한 방법 및 장치를 개시한다.

Description

초고주파 무선통신 시스템에서의 random access 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR RANDOM ACCESS METHODS IN HIGH-FREQUENCY WIRELESS SYSTEMS}

본 발명은 초고주파 대역 무선 통신에서 random access를 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

무선 통신 세대를 거듭하면서 발전한 과정을 돌아보면 음성, 멀티미디어, 데이터 등 주로 인간 대상의 서비스를 위한 기술이 개발되어 왔다. 5G (5th-generation) 통신 시스템 상용화 이후 폭발적인 증가 추세에 있는 커넥티드 기기들이 통신 네트워크에 연결될 것으로 전망되고 있다. 네트워크에 연결된 사물의 예로는 차량, 로봇, 드론, 가전제품, 디스플레이, 각종 인프라에 설치된 스마트 센서, 건설기계, 공장 장비 등이 있을 수 있다. 모바일 기기는 증강현실 안경, 가상현실 헤드셋, 홀로그램 기기 등 다양한 폼팩터로 진화할 것으로 예상된다. 6G (6th-generation) 시대에는 수천억 개의 기기 및 사물을 연결하여 다양한 서비스를 제공하기 위해, 개선된 6G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 6G 통신 시스템은 5G 통신 이후 (Beyond 5G) 시스템이라 불리어지고 있다.

2030년쯤 실현될 것으로 예측되는 6G 통신 시스템에서 최대 전송 속도는 테라 (즉, 1,000기가) bps, 무선 지연시간은 100마이크로초(μsec) 이다. 즉, 5G 통신 시스템대비 6G 통신 시스템에서의 전송 속도는 50배 빨라지고 무선 지연시간은 10분의 1로 줄어든다.

이러한 높은 데이터 전송 속도 및 초저(ultra low) 지연시간을 달성하기 위해, 6G 통신 시스템은 테라헤르츠(terahertz) 대역 (예를 들어, 95기가헤르츠(95GHz)에서 3테라헤르츠(3THz)대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있다. 테라헤르츠 대역에서는 5G에서 도입된 밀리미터파(mmWave) 대역에 비해 더 심각한 경로손실 및 대기흡수 현상으로 인해서 신호 도달거리, 즉 커버리지를 보장할 수 있는 기술의 중요성이 더 커질 것으로 예상된다. 커버리지를 보장하기 위한 주요 기술로서 RF(radio frequency) 소자, 안테나, OFDM (orthogonal frequency division multiplexing)보다 커버리지 측면에서 더 우수한 신규 파형(waveform), 빔포밍(beamforming) 및 거대 배열 다중 입출력(massive multiple-input and multiple-output (MIMO)), 전차원 다중입출력(full dimensional MIMO: FD-MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 대규모 안테나(large scale antenna)와 같은 다중 안테나 전송 기술 등이 개발되어야 한다. 이 외에도 테라헤르츠 대역 신호의 커버리지를 개선하기 위해 메타물질(metamaterial) 기반 렌즈 및 안테나, OAM(orbital angular momentum)을 이용한 고차원 공간 다중화 기술, RIS(reconfigurable intelligent surface) 등 새로운 기술들이 논의되고 있다.

또한 주파수 효율 향상 및 시스템 네트워크 개선을 위해, 6G 통신 시스템에서는 상향링크(uplink)와 하향링크(downlink)가 동일 시간에 동일 주파수 자원을 동시에 활용하는 전이중화(full duplex) 기술, 위성(satellite) 및 HAPS(high-altitude platform stations)등을 통합적으로 활용하는 네트워크 기술, 이동 기지국 등을 지원하고 네트워크 운영 최적화 및 자동화 등을 가능하게 하는 네트워크 구조 혁신 기술, 스펙트럼 사용 예측에 기초한 충돌 회피를 통한 동적 주파수 공유 (dynamic spectrum sharing) 기술, AI (artificial intelligence)를 설계 단계에서부터 활용하고 종단간(end-to-end) AI 지원 기능을 내재화하여 시스템 최적화를 실현하는 AI 기반 통신 기술, 단말 연산 능력의 한계를 넘어서는 복잡도의 서비스를 초고성능 통신과 컴퓨팅 자원(mobile edge computing (MEC), 클라우드 등)을 활용하여 실현하는 차세대 분산 컴퓨팅 기술 등의 개발이 이루어지고 있다. 뿐만 아니라 6G 통신 시스템에서 이용될 새로운 프로토콜의 설계, 하드웨어 기반의 보안 환경의 구현 및 데이터의 안전 활용을 위한 메커니즘 개발 및 프라이버시 유지 방법에 관한 기술 개발을 통해 디바이스 간의 연결성을 더 강화하고, 네트워크를 더 최적화하고, 네트워크 엔티티의 소프트웨어화를 촉진하며, 무선 통신의 개방성을 높이려는 시도가 계속되고 있다.

이러한 6G 통신 시스템의 연구 및 개발로 인해, 사물 간의 연결뿐만 아니라 사람과 사물 간의 연결까지 모두 포함하는 6G 통신 시스템의 초연결성(hyper-connectivity)을 통해 새로운 차원의 초연결 경험(the next hyper-connected experience)이 가능해질 것으로 기대된다. 구체적으로 6G 통신 시스템을 통해 초실감 확장 현실(truly immersive extended reality (XR)), 고정밀 모바일 홀로그램(high-fidelity mobile hologram), 디지털 복제(digital replica) 등의 서비스 제공이 가능할 것으로 전망된다. 또한 보안 및 신뢰도 증진을 통한 원격 수술(remote surgery), 산업 자동화(industrial automation) 및 비상 응답(emergency response)과 같은 서비스가 6G 통신 시스템을 통해 제공됨으로써 산업, 의료, 자동차, 가전 등 다양한 분야에서 응용될 것이다.

한편, 단말은 기지국과 통신을 수행하기 위한 업링크 동기를 맞추기 위해 기지국과 랜덤 액세스 절차를 수행할 수 있다. 예를 들어, 단말은 소정의 시퀀스로 생성된 랜덤 액세스 프리앰블을 기지국으로 전송하고, 기지국은 랜덤 액세스 프리앰블을 통하여 단말과의 왕복 지연 시간(round trip delay, RTD)을 측정한 뒤, 측정한 RTD를 기반으로 단말의 상향링크 신호의 송신 시간을 조절하기 위한 타이밍 어드밴스(timing advance, TA) 값을 랜덤 액세스 응답을 통하여 단말로 전송할 수 있다.

이때, 기존 LTE나 NR에서의 physical random access channel(PRACH)는 신호의 symbol 길이가 셀의 최대 RTD보다 훨씬 큰 환경에 적합하도록 설계되어 있으나, tera-hertz 대역과 같은 초고주파 대역에서의 무선 통신 시스템은, 극심한 phase noise 등의 영향으로 큰 subcarrier spacing을 이용함에 따라, 매우 짧은 symbol 길이를 가지는 waveform을 사용할 수 있다. 이 경우, 기존 LTE나 NR의 방법에 따른 PRACH preamble sequence 설계를 적용하는데 한계가 있다.

이에, 본 발명의 일 목적은, 초 고주파수 대역의 통신 시스템에 적용될 수 있는 프리앰블 시퀀스의 생성 및 검출 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서, 단말의 방법에 있어서, 프리앰블 신호를 생성하는 단계; 기지국으로, 상기 생성된 프리앰블 신호를 전송하는 단계; 및 상기 기지국으로부터, 상기 프리앰블 신호의 전송에 대응하여 랜덤 액세스 응답을 수신하는 단계를 포함하고, 상기 프리앰블 신호는, 기 설정된 개수의 제1 시퀀스들 및 상기 기 설정된 개수로 등분된 제2 시퀀스의 구성들에 기반하여 생성될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국의 방법에 있어서, 단말로부터, 프리앰블 신호를 수신하는 단계; 상기 프리앰블 신호의 수신에 대응하여, 랜덤 액세스 응답을 생성하는 단계; 및 상기 단말로, 상기 랜덤 액세스 응답을 전송하는 단계를 포함하고, 상기 프리앰블 신호는, 기 설정된 개수의 제1 시퀀스들 및 상기 기 설정된 개수로 등분된 제2 시퀀스의 구성들에 기반하여 생성될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 단말에 있어서, 송수신부; 및 프리앰블 신호를 생성하고; 기지국으로, 상기 생성된 프리앰블 신호를 전송하도록 상기 송수신부를 제어하며; 및 상기 기지국으로부터, 상기 프리앰블 신호의 전송에 대응하여 랜덤 액세스 응답을 수신하도록 상기 송수신부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 프리앰블 신호는, 기 설정된 개수의 제1 시퀀스들 및 상기 기 설정된 개수로 등분된 제2 시퀀스의 구성들에 기반하여 생성될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국에 있어서, 송수신부; 및 단말로부터, 프리앰블 신호를 수신하도록 상기 송수신부를 제어하고; 상기 프리앰블 신호의 수신에 대응하여, 랜덤 액세스 응답을 생성하며; 및 상기 단말로, 상기 랜덤 액세스 응답을 전송하도록 상기 송수신부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 프리앰블 신호는, 기 설정된 개수의 제1 시퀀스들 및 상기 기 설정된 개수로 등분된 제2 시퀀스의 구성들에 기반하여 생성될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 단말은 고주파수 대역으로 인한 짧은 심볼 길이가 적용되는 시스템에서 두 개의 시퀀스를 이용하여 프리앰블 신호를 생성할 수 있고, 기지국은 보다 짧은 길이로 설정된 시퀀스를 이용하여 프리앰블 검출 동작을 수행할 수 있어, RTD 추정의 정확도를 높이고 검출의 복잡도를 낮출 수 있는 효과가 있다.

도 1은 LTE에서 시간-주파수영역의 기본 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 LTE의 하향링크 제어채널을 도시한 도면이다.
도 3은 5G에서 하향링크 제어채널의 전송 자원을 도시한 도면이다.
도 4는 5G에서 제어영역에 대한 설정의 일 예를 도시한 도면이다.
도 5는 5G에서 하향링크 RB 구조에 대한 설정의 일 예를 도시한 도면이다.
도 6은 PRACH preamble 신호의 기본 구조를 도시한 도면이다.
도 7a는 PRACH preamble 신호 송수신을 위한 기지국의 동작을 설명하는 순서도이다.
도 7b는 PRACH preamble 신호 송수신을 위한 단말의 동작을 설명하는 순서도이다.
도 8a는본 발명의 제1 실시 예에 따른 PRACH preamble 신호의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 8b는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 PRACH preamble 신호를 생성하는 단말의 동작을 설명하는 순서도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 Spreading sequence의 root index 값을 PBCH(physical broadcast channel)를 통해 전송하는 방식을 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 Spreading sequence의 root index 값을 MIB(master information block)를 통해 전송하는 방식을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 Spreading sequence의 root index 값을 SIB(system information block)를 통해 전송하는 방식을 도시한 도면이다,
도 12는 본 발명에 따른 masking sequence로 사용될 수 있는 sequence의 set의 일 예시를 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 제1 실시 예에 따라 단말이 송신한 PRACH preamble 신호를 기지국이 검출하는 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따라 기지국이 설정하는 detection window를 도시한 도면이다.도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따라 기지국이 이용하는 correlation sequence를 도시한 도면이다.
도 16a는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 PRACH preamble 신호를 생성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 16b는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 PRACH preamble 신호를 생성하는 단말의 동작을 설명하는 순서도이다.
도 17은 본 발명의 제2 실시 예에 따라 생성된 PRACH preamble 신호를 검출하는 기지국의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 기지국의 내부 구조를 도시하는 블록도이다.
도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 단말의 내부 구조를 도시하는 블록도이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세히 설명한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 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 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.

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), LTE-Pro, 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.

상기 광대역 무선 통신 시스템의 대표적인 예로, LTE 시스템에서는 하향링크(DL; DownLink)에서는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식을 채용하고 있고, 상향링크(UL; UpLink)에서는 SC-FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access) 방식을 채용하고 있다. 상향링크는 단말(UE; User Equipment 혹은 MS; Mobile Station)이 기지국(eNode B 혹은 BS; Base Station)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.

LTE 이후의 향후 통신 시스템으로서, 즉, 5G 통신시스템은 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(eMBB; enhanced Mobile BroadBand), 대규모 기계형 통신(mNTC; massive Machine Type Communication), 초신뢰 저지연 통신(URLLC; Ultra Reliability Low Latency Communication) 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 (MIMO; Multi Input Multi Output) 전송 기술을 포함하여 다양한 송수신 기술의 향상을 요구한다. 또한 현재의 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(IoT; Internet of Thing)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 요구한다. mMTC를 지원하는 단말은 저가의 단말로 구성되어야 하며, 단말의 배터리를 자주 교환하기 힘들기 때문에 10~15년과 같이 매우 긴 배터리 생명시간(battery life time)이 요구된다.

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(Unmanned 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 밀리초보다 작은 무선 접속 지연시간(Air interface latency)를 만족해야 하며, 동시에 10^-5 이하의 패킷 오류율(Packet Error Rate)의 요구사항을 갖는다. 따라서, URLLC을 지원하는 서비스를 위해 5G 시스템은 다른 서비스보다 작은 전송 시간 구간(TTI; Transmit Time Interval)를 제공해야 하며, 동시에 통신 링크의 신뢰성을 확보하기 위해 주파수 대역에서 넓은 리소스를 할당해야 하는 설계사항이 요구된다.

5G의 세가지 서비스들, 즉 eMBB, URLLC, mMTC는 하나의 시스템에서 다중화되어 전송될 수 있다. 이 때, 각각의 서비스들이 갖는 상이한 요구사항을 만족시키기 위해 서비스 간에 서로 다른 송수신 기법 및 송수신 파라미터를 사용할 수 있다.

이하 LTE 및 LTE-A 시스템의 프레임 구조에 대해 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명하고자 한다.

도 1는 LTE에서 시스템에서 상기 데이터 혹은 제어채널이 전송되는 무선자원영역인 시간-주파수영역의 기본 구조를 나타낸 도면이다.

도 1 에서 가로축은 시간영역을, 세로축은 주파수영역을 나타낸다. 시간영역에서의 최소 전송단위는 OFDM 심벌로서, N_symb (101)개의 OFDM 심벌이 모여 하나의 슬롯(102)을 구성하고, 2개의 슬롯이 모여 하나의 서브프레임(103)을 구성한다. 상기 슬롯의 길이는 0.5ms 이고, 서브프레임의 길이는 1.0ms 이다. 그리고 라디오 프레임(104)은 10개의 서브프레임으로 구성되는 시간영역 단위이다. 주파수영역에서의 최소 전송단위는 서브캐리어(Subcarrier)로서, 전체 시스템 전송 대역(Transmission Bandwidth)의 대역폭은 총 N_BW(105)개의 서브캐리어로 구성된다. 시간-주파수영역에서 자원의 기본 단위는 리소스 엘리먼트(RE; Resource Element, 106)로서 OFDM 심벌 인덱스 및 서브캐리어 인덱스로 나타낼 수 있다. 리소스 블록(RB; Resource Block 혹은 PRB; Physical Resource Block, 107)은 시간영역에서 N_symb (101)개의 연속된 OFDM 심벌과 주파수 영역에서 N_RB(108)개의 연속된 서브캐리어로 정의된다. 따라서, 하나의 RB(108)는 N_symbx N_RB 개의 RE(106)로 구성된다. 일반적으로 데이터의 최소 전송단위는 상기 RB 단위이다. LTE 시스템에서 일반적으로 상기 N_symb = 7, N_RB=12 이고, N_BW 및 N_RB는 시스템 전송 대역의 대역폭에 비례한다.

다음으로 LTE 및 LTE-A 시스템에서의 하향링크 제어정보(DCI; Downlink Control Information)에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.

LTE 시스템에서 하향링크 데이터 혹은 상향링크 데이터에 대한 스케줄링 정보는 DCI를 통해 기지국으로부터 단말에게 전달된다.

DCI는 여러 가지 포맷을 정의하여,

상향링크 데이터에 대한 스케줄링 정보인지 하향링크 데이터에 대한 스케줄링 정보인지 여부,

제어정보의 크기가 작은 컴팩트 DCI 인지 여부,

다중안테나를 사용한 공간 다중화 (spatial multiplexing)을 적용하는지 여부,

전력제어 용 DCI 인지 여부 등에 따라 정해진 DCI 포맷을 적용하여 운용한다.

예컨대, 하향링크 데이터에 대한 스케줄링 제어정보인 DCI format 1은 적어도 다음과 같은 제어정보들을 포함하도록 구성된다.

- 자원 할당 유형 0/1 플래그(Resource allocation type 0/1 flag): 리소스 할당 방식이 유형 0 인지 유형 1 인지 통지한다.

유형 0 은 비트맵 방식을 적용하여 RBG(resource block group) 단위로 리소스를 할당한다. LTE 시스템에서 스케줄링의 기본 단위는 시간 및 주파수 영역 리소스로 표현되는 RB(resource block)이고, RBG 는 복수개의 RB로 구성되어 유형 0 방식에서의 스케줄링의 기본 단위가 된다.

유형 1 은 RBG 내에서 특정 RB를 할당하도록 한다.

- 자원 블록 할당(Resource block assignment): 데이터 전송에 할당된 RB를 통지한다. 시스템 대역폭 및 리소스 할당 방식에 따라 표현하는 리소스가 결정된다.

- 변조 및 코딩 방식(MCS; Modulation and Coding Scheme): 데이터 전송에 사용된 변조방식과 전송하고자 하는 데이터인 transport block 의 크기를 통지한다.

- HARQ 프로세스 번호(HARQ process number): HARQ 의 프로세스 번호를 통지한다.

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

- 중복 버전(Redundancy version): HARQ 의 중복 버전을 통지한다.

- PUCCH를 위한 전송 전력 제어 명령(TPC(Transmit Power Control) command for PUCCH(Physical Uplink Control CHannel)): 상향링크 제어채널인 PUCCH에 대한 전송 전력 제어 명령을 통지한다.

상기 DCI는 채널코딩 및 변조과정을 거쳐 하향링크 물리제어채널인 PDCCH(Physical Downlink Control CHannel)를 통해 전송된다.

DCI 메시지 payload에는 CRC(Cyclic Redundancy Check)가 붙으며, CRC는 단말의 신원에 해당하는 RNTI(Radio Network Temporary Identifier)로 스크램블링(scrambling) 된다.

DCI 메시지의 목적, 예를 들어 단말-특정(UE-specific)의 데이터 전송, 전력제어 명령 혹은 랜덤 엑세스 응답 등에 따라 서로 다른 RNTI 들이 사용된다. 곧, RNTI가 명시적으로 전송되지 않고 CRC 계산과정에 포함되어 전송된다. PDCCH 상으로 전송되는 DCI 메시지를 수신하면 단말은 할당 받은 RNTI를 사용하여 CRC를 확인하여 CRC 확인 결과가 맞으면 해당 메시지는 그 단말에게 전송된 것임을 알 수 있다.

도 2는 LTE의 DCI가 전송되는 하향링크 물리채널인 PDCCH(201)를 도시한 도면이다.

도 2에 따르면, PDCCH(201)은 데이터 전송 채널인 PDSCH(202)와 시간다중화 되고, 전 시스템 대역폭에 걸쳐 전송된다. PDCCH(201)의 영역은 OFDM 심볼 개수로 표현이 되며 이는 PCFICH(Physical Control Format Indicator CHannel)을 통해 전송되는 CFI(Control Format Indicator)로 단말에게 지시된다.

PDCCH(201)를 서브프레임의 앞부분에 오는 OFDM 심볼에 할당함으로써, 단말이 최대한 빨리 하향링크 스케줄링 할당을 디코딩할 수 있도록 하고, 이를 통해 DL-SCH(DownLink Shared CHannel)에 대한 디코딩 지연, 즉 전체적인 하향링크 전송 지연을 감소시킬 수 있는 장점이 있다. 하나의 PDCCH는 하나의 DCI 메시지를 운반하고, 하향링크와 상향링크에 다수의 단말들이 동시에 스케줄링될 수 있으므로, 각 셀 내에서는 다수개의 PDCCH의 전송이 동시에 이루어진다.

PDCCH(201)의 디코딩을 위한 레퍼런스 신호로는 CRS(Cell-specific Reference Signal, 203)가 사용된다. CRS(203)는 전대역에 걸쳐 매 서브프레임마다 전송되고 셀 ID(IDentity)에 따라 스크램블링 및 자원 맵핑이 달라진다.

CRS(203)는 모든 단말들이 공통으로 사용하는 레퍼런스 신호이기 때문에 단말-특정 빔포밍이 사용될 수 없다. 따라서 LTE의 PDCCH에 대한 다중안테나 송신기법은 개루프 송신 다이버시티로 한정된다. CRS의 포트 수는 PBCH(Physical Broadcast CHannel)의 디코딩으로부터 암묵적으로 단말에게 알려진다.

PDCCH(201)의 자원 할당은 CCE(Control-Channel Element)를 기반으로 하며, 하나의 CCE는 9개의 REG(Resource Element Group), 즉 총 36개의 RE(Resource Element)들로 구성되어 있다. 특정 PDCCH(201)를 위해 필요한 CCE의 개수는 1, 2, 4, 8개가 될 수 있으며, 이는 DCI 메시지 payload의 채널 코딩율에 따라 달라진다.

이와 같이 서로 다른 CCE 개수는 PDCCH(201)의 링크 적응(link adaptation)을 구현하기 위해 사용된다. 단말은 PDCCH(201)에 대한 정보를 모르는 상태에서 신호를 검출해야 하는데, LTE에서는 블라인드 디코딩을 위해 CCE들의 집합을 나타내는 탐색공간(search space)를 정의하였다.

탐색공간은 각 CCE의 aggregation level(AL)에 복수 개의 집합으로 구성되어 있으며, 이는 명시적으로 시그널링되지 않고 단말 신원에 의한 함수 및 서브프레임 번호를 통해 암묵적으로 정의된다.

각 서브프레임 내에서 단말은 설정된 탐색공간 내의 CCE들로부터 만들어질 수 있는 가능한 모든 자원 후보군(candidate)에 대하여 PDCCH(201)에 대한 디코딩을 수행하고, CRC 확인을 통해 해당 단말에게 유효하다고 선언된 정보를 처리한다.

탐색공간은 단말-특정 탐색공간과 공통(Common) 탐색 공간으로 분류된다. 일정 그룹의 단말들 혹은 모든 단말들이 시스템정보에 대한 동적인 스케줄링이나 페이징 메시지와 같은 셀 공통의 제어정보를 수신하기 위해 PDCCH(201)의 공통 탐색 공간을 조사할 수 있다. 예를 들어 셀의 사업자 정보 등을 포함하는 SIB(System Information Block)-1의 전송을 위한 DL-SCH의 스케줄링 할당 정보는 PDCCH(201)의 공통 탐색 공간을 조사하여 수신할 수 있다.

LTE에서 전체 PDCCH 영역은 논리영역에서의 CCE의 집합으로 구성되며, CCE들의 집합으로 이루어진 탐색공간이 존재한다. 탐색 공간은 공통 탐색공간와 단말-특정 탐색공간으로 구분되고, LTE PDCCH에 대한 탐색공간은 하기와 같이 정의된다.

상기에 기술한 PDCCH에 대한 탐색공간의 정의에 따르면 단말-특정 탐색공간은 명시적으로 시그널링되지 않고 단말 신원에 의한 함수 및 서브프레임 번호를 통해 암묵적으로 정의된다.

다시 말하자면, 단말-특정의 탐색공간이 서브프레임 번호에 따라 바뀔 수 있으므로 이는 시간에 따라 바뀔 수 있다는 것을 의미하며 이를 통하여 단말들 사이에서 다른 단말들에 의하여 특정 단말이 탐색공간을 사용하지 못하는 문제(Blocking 문제)를 해결해준다.

만약 자기가 조사하는 모든 CCE들이 이미 같은 서브프레임 내에서 스케줄링된 다른 단말들에 의하여 사용되고 있기 때문에 해당 서브프레임에서 어떠한 단말이 스케줄링되지 못한다면, 이러한 탐색공간은 시간에 따라 변하기 때문에, 그 다음 서브프레임에서는 이와 같은 문제가 발생하지 않게 될 수 있다. 예컨대, 특정 서브프레임에서 단말#1과 단말#2의 단말-특정 탐색공간의 일부가 중첩되어 있을지라도, 서브프레임 별로 단말-특정 탐색공간이 변하기 때문에, 다음 서브프레임에서의 중첩은 이와는 다를 것으로 예상할 수 있다.

상기에 기술한 PDCCH에 대한 탐색공간의 정의에 따르면 공통 탐색공간의 경우 일정 그룹의 단말들 혹은 모든 단말들이 PDCCH를 수신해야 하므로 기 약속된 CCE의 집합으로 정의된다. 다시 말하자면, 공통 탐색공간은 단말의 신원이나 서브프레임 번호 등에 따라 변동되지 않는다.

공통 탐색공간이 비록 다양한 시스템 메시지의 전송을 위해 존재하지만, 개별적인 단말의 제어정보를 전송하는데도 사용할 수 있다. 이를 통해 공통 탐색공간은 단말-특정 탐색공간에서 가용한 자원이 부족하여 단말이 스케줄링 받지 못하는 현상에 대한 해결책으로도 사용될 수 있다.

탐색공간은 주어진 aggregation level 상에서 단말이 디코딩을 시도해야 하는 CCE들로 이루어진 후보 제어채널들의 집합이며, 1, 2, 4, 8 개의 CCE로 하나의 묶음을 만드는 여러 가지 aggregation level이 있으므로 단말은 복수개의 탐색공간을 갖는다.

LTE PDCCH에서 aggregation level에 따라 정의되는 탐색공간 내의 단말이 모니터링(monitoring)해야 하는 PDCCH 후보군들(candidates)의 수는 하기의 표로 정의된다.

Search space			Number of PDCCH candidates
Type	Aggregation level	Size [in CCEs]	Number of PDCCH candidates
UE-specific	1	6	6
	2	12	6
	4	8	2
	8	16	2
Common	4	16	4
Common	8	16	2

[표 1]에 따르면 단말-특정 탐색공간의 경우, aggregation level {1, 2, 4, 8}을 지원하며, 이 때 각각 {6, 6, 2, 2}개의 PDCCH 후보군들을 갖는다. 공통 탐색공간(302)의 경우, aggregation level {4, 8}을 지원하며, 이 때 각각 {4, 2}개의 PDCCH 후보군들을 갖는다.

공통 탐색공간이 aggregation level이 {4, 8}만을 지원하는 이유는 시스템 메시지가 일반적으로 셀 가장자리까지 도달해야 하기 때문에 커버리지(coverage) 특성을 좋게 하기 위함이다.

공통 탐색공간으로 전송되는 DCI는 시스템 메시지나 단말 그룹에 대한 전력 조정(Power control) 등의 용도에 해당하는 0/1A/3/3A/1C와 같은 특정 DCI 포맷에 대해서만 정의된다.

공통 탐색공간 내에서는 공간다중화(Spatial Multiplexing)를 갖는 DCI 포맷은 지원하지 않는다.

단말-특정 탐색 공간에서 디코딩해야 하는 하향링크 DCI 포맷은 해당 단말에 대하여 설정된 전송 모드(Transmission Mode)에 따라 달라진다. 전송모드의 설정은 RRC(Radio Resource Control) 시그널링을 통하여 이루어지기 대문에, 해당 설정이 해당 단말에 대하여 효력을 발휘하는 지에 대한 정확한 서브프레임 번호가 지정되어 있지 않다. 따라서, 단말은 전송모드와 상관없이 DCI 포맷 1A에 대하여 항상 디코딩을 수행함으로써 통신을 잃지 않도록 동작될 수 있다.

상기에서는 종래 LTE 및 LTE-A에서의 하향링크 제어채널 및 하향링크 제어정보를 송수신하는 방법 및 탐색공간에 대하여 기술하였다.

하기에서는 현재 논의되고 있는 5G 통신 시스템에서의 하향링크 제어채널에 대하여 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명하고자 한다.

도 3은 5G에서 사용될 수 있는 하향링크 제어채널을 구성하는 시간 및 주파수 자원의 기본단위의 일 예를 보여주는 도면이다. 도 3에 따르면 제어채널을 구성하는 시간 및 주파수 자원의 기본 단위(REG)는 시간 축으로는 1 OFDM 심볼(301)로 구성되어 있고, 주파수 축으로는 12개의 서브캐리어(302) 즉 1 RB로 구성되어 있다.

제어채널의 기본 단위를 구성하는 데 있어서 시간 축 기본 단위를 1 OFDM 심볼(301)로 가정함으로써 한 서브프레임 내에서 데이터채널과 제어채널이 시간다중화 될 수 있다.

데이터채널보다 제어채널을 앞에 위치시킴으로써 사용자의 프로세싱 시간을 감소시킬 수 있어 지연시간 요구사항을 만족시키기에 용이하다.

제어채널의 주파수축 기본 단위를 1 RB(302)로 설정함으로써 제어채널과 데이터채널 사이의 주파수 다중화를 보다 효율적으로 수행할 수 있다.

도 3에 도시되어 있는 REG(303)를 연접함으로써 다양한 크기의 제어채널 영역을 설정할 수 있다. 일 예로 5G에서 하향링크 제어채널이 할당되는 기본 단위를 CCE(304)라고 할 경우, 1 CCE(304)는 다수의 REG(303)로 구성될 수 있다.

도 3에 도시된 REG(304)를 예를 들어 설명하면,

REG(303)는 12개의 RE로 구성될 수 있고 1 CCE(304)가 6개의 REG(303)로 구성된다면 1 CCE(304)는 72개의 RE로 구성될 수 있음을 의미한다.

하향링크 제어영역이 설정되면 해당 영역은 다수의 CCE(304)로 구성될 수 있으며, 특정 하향링크 제어채널은 제어영역 내의 aggregation level (AL)에 따라 하나 또는 다수의 CCE(304)로 맵핑 되어 전송될 수 있다.

제어영역내의 CCE(304)들은 번호로 구분되며 이 때 번호는 논리적인 맵핑 방식에 따라 부여될 수 있다.

도 3에 도시된 하향링크 제어채널의 기본 단위,

즉 REG(303)에는 DCI가 맵핑되는 RE들과 이를 디코딩하기 위한 레퍼런스 신호인 DMRS(Demodulation Reference Signal, 305)가 맵핑되는 영역이 모두 포함될 수 있다.

도 3에서와 같이 1 REG(303) 내에 6개의 RE에서 DMRS(305)가 전송될 수 있다. 참고로 DMRS(303)는 REG(303)내 맵핑되는 제어신호와 같은 프리코딩을 사용하여 전송되기 때문에 단말은 기지국이 어떤 프리코딩을 적용하였는지에 대한 정보가 없어도 제어 정보를 디코딩할 수 있다.

도 4는 5G 무선통신 시스템에서 하향링크 제어채널이 전송되는 제어영역(CORESET; Control Resource Set)에 대한 일 예를 도시한 도면이다. 도 4에는 주파수 축으로 시스템 대역폭(410), 시간축으로 1 슬롯(420) (도 4의 일 예에서는 1 슬롯이 7 OFDM 심볼로 가정하였다.) 내에 2개의 제어영역(제어영역#1(401), 제어영역#2(402))이 설정되어 있는 일 예를 보여준다. 제어영역(401, 402)는 주파수 축으로 전체 시스템 대역폭(410) 내에서 특정 서브밴드(403)으로 설정될 수 있다. 시간 축으로는 하나 혹은 다수 개의 OFDM 심볼로 설정될 수 있고 이를 제어영역 길이 (Control Resource Set Duration, 404)으로 정의할 수 있다. 도 4의 일 예에서 제어영역#1(401)은 2 심볼의 제어영역 길이로 설정되어 있고, 제어영역#2(402)는 1 심볼의 제어영역 길이로 설정되어 있다.

상기에서 설명한 5G에서의 제어영역은 기지국이 단말에게 상위 계층 시그널링(예컨대 시스템 정보(System Information), MIB(Master Information Block), RRC 시그널링)을 통해 설정될 수 있다.

단말에게 제어영역을 설정한다는 것은 제어영역의 위치, 서브밴드, 제어영역의 자원할당, 제어영역 길이 등의 정보 등의 정보를 제공하는 것을 의미한다. 예컨대 하기의 정보들을 포함할 수 있다.

상기의 설정정보 외에도 하향링크 제어채널을 전송하는데 필요한 다양한 정보들이 단말에게 설정될 수 있다.

다음으로 5G에서의 하향링크 제어정보(DCI; Downlink Control Information)에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.

5G 시스템에서 상향링크 데이터(PUSCH; Physical Uplink Shared CHannel) 혹은 하향링크 데이터(PDSCH; Physical Downlink Shared CHannel)에 대한 스케줄링 정보는 DCI를 통해 기지국으로부터 단말에게 전달된다.

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 고정된 필드로 구성될 수 있고, 비대비책용 DCI 포맷은 설정 가능한 필드를 포함할 수 있다.

PUSCH를 스케줄링하는 대비책 DCI는 예컨대 하기의 정보들을 포함할 수 있다.

PUSCH를 스케줄링하는 비대비책 DCI는 예컨대 하기의 정보들을 포함할 수 있다.

PDSCH를 스케줄링하는 대비책(fallback) DCI는 예컨대 하기의 정보들을 포함할 수 있다.

PDSCH를 스케줄링하는 비대비책(non-fallback) DCI는 예컨대 하기의 정보들을 포함할 수 있다.

상기 DCI는 채널코딩 및 변조과정을 거쳐 하향링크 물리제어채널인 PDCCH(Physical Downlink Control CHannel)을 통해 전송될 수 있다.

DCI 메시지의 목적, 예를 들어 단말-특정(UE-specific)의 데이터 전송, 전력제어 명령 혹은 랜덤 엑세스 응답 등에 따라 서로 다른 RNTI 들이 사용된다. 또한, RNTI가 명시적으로 전송되지 않고 CRC 계산과정에 포함되어 전송된다.

PDCCH 상으로 전송되는 DCI 메시지를 수신하면 단말은 할당 받은 RNTI를 사용하여 CRC를 확인하여 CRC 확인 결과가 맞으면 해당 메시지는 그 단말에게 전송된 것임을 알 수 있다.

예컨대 시스템 정보(SI; System Information)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.

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)로 스크램블링 될 수 있다.

특정 단말이 상기 PDCCH를 통해 데이터 채널, 즉 PUSCH 또는 PDSCH를 스케줄링 받으면, 해당 스케줄링된 자원 영역 내에서 데이터들이 DMRS와 함께 송수신된다.

도 5는 특정 단말이 하향링크에서 14개의 OFDM 심볼을 하나의 슬롯(또는 서브프레임)으로 사용하고 초기 두 개의 OFDM 심볼로 PDCCH가 전송되며 세 번째 심볼에서 DMRS가 전송되도록 설정된 경우를 나타낸다.

도 5의 경우에 PDSCH가 스케줄링 된 특정 RB 내에서 PDSCH는 세 번째 심볼에서 DMRS가 전송되지 않는 RE들과 이후 네 번째부터 마지막 심볼까지의 RE들에 데이터가 맵핑되어 전송된다.

도 5에서 표현된 부반송파 간격 △f는 LTE/LTE-A 시스템의 경우에 15kHz이고 5G 시스템의 경우 {15, 30, 60, 120, 240, 480}kHz 중 하나가 사용된다.

한편, 상술한 바와 같이 셀룰러 시스템에서 하향링크 채널 상태를 측정하기 위하여 기지국은 기준신호(reference signal)을 전송해야 한다. 3GPP의 LTE-A(Long Term Evolution Advanced) 시스템의 경우 기지국이 전송하는 CRS 또는 CSI-RS를 이용하여 단말은 기지국과 단말 사이의 채널 상태를 측정할 수 있다.

상기 채널 상태는 다양한 요소를 고려하여 측정 되어야 하며 여기에는 하향링크에서의 간섭량이 포함될 수 있다.

상기 하향 링크에서의 간섭량에는 인접 기지국에 속한 안테나 의하여 발생되는 간섭신호 및 열잡음 등이 포함되며, 하향링크에서의 간섭량은 단말이 하향링크의 채널 상황을 판단하는데 중요하다.

일 예로 송신안테나가 한 개인 기지국에서 수신안테나가 한 개인 단말로 신호를 전송할 경우, 단말은 기지국으로부터 수신된 기준신호에서 하향링크로 수신할 수 있는 심볼당 에너지와 해당 심볼을 수신하는 구간에서 동시에 수신될 간섭량을 판단하여 Es/Io를 결정해야 한다.

결정된 Es/Io는 데이터전송 속도 또는 그에 상응하는 값으로 변환되어 기지국으로 채널 품질 지시자(CQI; Channel Quality Indicator)의 형태로 전송되며, 기지국이 단말에게 어떤 데이터 전송속도로 전송을 수행 할지를 판단하는 데 사용될 수 있다.

LTE-A 시스템의 경우 단말은 하향링크의 채널 상태에 대한 정보를 기지국에게 피드백하여 기지국의 하향링크 스케줄링에 활용할 수 있도록 한다. 즉, 단말은 하향링크로 기지국이 전송하는 기준 신호를 측정하고 여기에서 추출한 정보를 LTE/LTE-A 표준에서 정의하는 형태로 기지국으로 피드백하는 것이다. 상술한 바와 같이 LTE/LTE-A에서 단말이 피드백하는 정보는 채널 상태 정보라 칭할 수 있으며, 채널 상태 정보는 다음의 세가지 정보를 포함할 수 있다.

- 랭크 지시자(RI; Rank Indicator): 단말이 현재의 채널상태에서 수신할 수 있는 공간 레이어(spatial layer)의 개수

- 프리코딩 매트릭스 지시자(PMI; Precoding Matrix Indicator): 단말이 현재의 채널상태에서 선호하는 프리코딩 행렬(precoding matrix)에 대한 지시자

- 채널 품질 지시자(CQI; Channel Quality Indicator): 단말이 현재의 채널상태에서 수신할 수 있는 최대 데이터 전송률(data rate)

CQI는 최대 데이터 전송률과 유사하게 활용될 수 있는 신호 대 간섭 잡음비(SINR; Signal to Interference plus Noise Ratio), 최대의 오류정정 부호화율(code rate) 및 변조 방식, 주파수당 데이터 효율 등으로 대체될 수도 있다.

상기 RI, PMI, CQI는 서로 연관되어 의미를 갖는다. 일 예로 LTE/LTE-A에서 지원하는 프리코딩 행렬(precoding matrix)은 rank별로 다르게 정의되어 있다. 때문에 RI가 1의 값을 가질 때의 PMI 값 X와 RI가 2의 값을 가질 때의 PMI 값 X는 다르게 해석이 될 수 있다. 또한 단말이 CQI를 결정할 때에도 자신이 기지국에 통보한 PMI와 X가 기지국에서 적용되었다는 가정을 한다. 즉, 단말이 RI_X, PMI_Y, CQI_Z를 기지국에 보고한 것은 랭크(rank)를 RI_X로 하고 PMI를 PMI_Y로 할 때 CQI_Z에 해당하는 데이터 전송률을 해당 단말이 수신할 수 있다고 보고하는 것과 같다. 이와 같이 단말은 CQI를 계산할 때에 기지국에 어떤 전송방식을 수행할 지를 가정하여 해당 전송방식으로 실제 전송을 수행하였을 때 최적화된 성능을 얻을 수 있도록 한다.

LTE/LTE-A에서 단말이 피드백하는 채널상태 정보인 RI, PMI, CQI는 주기적 또는 비주기적 형태로 피드백 될 수 있다. 기지국이 특정 단말의 채널 상태 정보를 비주기적으로 획득하고자 하는 경우, 기지국은 단말에 대한 하향링크 제어정보(DCI; Downlink Control Information)에 포함된 비주기적 피드백 지시자(또는 채널 상태 정보 요청 필드, 채널 상태 정보 요청 정보)를 이용하여 비주기적 피드백(또는 비주기적인 채널 상태 정보 보고)를 수행하도록 설정할 수 있다. 또한, 단말은 비주기적 피드백을 수행하도록 설정된 지시자를 n번째 서브프레임에서 수신하면 n+k번째 서브프레임에서의 데이터 전송에 비주기적 피드백 정보(또는, 채널 상태 정보)를 포함하여 상향링크 전송을 수행할 수 있다. 여기서 k는 3GPP LTE Release 11 표준에 정의된 파라미터로 FDD(Frequency Division Duplexing)에서는 4이며 TDD(Time Division Duplexing)에서는 [표 6]과 같이 정의될 수 있다.

TDD UL/DL Configuration	subframe number n
TDD UL/DL Configuration	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
0	-	-	6	7	4	-	-	6	7	4
1	-	-	6	4	-	-	-	6	4	-
2	-	-	4	-	-	-	-	4	-	-
3	-	-	4	4	4	-	-	-	-	-
4	-	-	4	4	-	-	-	-	-	-
5	-	-	4	-	-	-	-	-	-	-
6	-	-	7	7	5	-	-	7	7	-

TDD UL/DL configuration에서 각 서브프레임 번호 n에 대한 k 값

비주기적 피드백이 설정된 경우에 피드백 정보(또는 채널 상태 정보)는 RI, PMI, CQI를 포함하며 피드백 설정 (또는, 채널 상태 보고 설정)에 따라 RI와 PMI는 피드백 되지 않을 수도 있다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세히 설명한다. 이하에서 LTE 혹은 LTE-A 시스템을 일례로서 본 발명의 실시예를 설명하지만, 유사한 기술적 배경 또는 채널 형태를 갖는 여타의 통신시스템에도 본 발명의 실시예가 적용될 수 있다. 예를 들어 LTE-A 이후에 개발되는 5세대 이동통신 기술(5G, NR; New Radio)이나 6세대 이동통신 기술 등이 이에 포함될 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예는 숙련된 기술적 지식을 가진자의 판단으로써 본 발명의 범위를 크게 벗어나지 아니하는 범위에서 일부 변형을 통해 다른 통신시스템에도 적용될 수 있다.

기존 LTE나 NR에서의 physical random access channel(PRACH)는 신호의 symbol 길이가 셀의 최대 round-trip delay보다 훨씬 큰 환경에 적합하도록 설계되어 있다. 기지국은 이를 활용한 preamble sequence 수신 동작으로 각 단말의 구분과 preamble 신호 delay의 추정을 동시에 수행하게 된다. 반면, tera-hertz 대역과 같은 초고주파 대역에서의 무선통신시스템은, 극심한 phase noise 등의 영향으로 매우 큰 subcarrier spacing, 즉 매우 작은 symbol 길이를 가지는 waveform을 사용할 수 있다. 따라서, 초고주파 대역의 이동통신 시스템에서 기존 LTE나 NR의 방법을 단순 확장한 PRACH preamble sequence 설계는 사용이 불가능하다.

이에, 본 발명에서는, tera-hertz 주파수 영역을 포함한 초고주파 대역에 적합한 새로운 PRACH preamble 신호 설계와 그 송수신 동작 기술을 제안한다. 이는 단말에서 random access를 위한 PRACH preamble sequence를 생성하여 송신하는 방법, 기지국에서 이를 수신하여 timing-advance feedback을 위한 신호의 round-trip delay를 추정하는 방법, 단말이 생성한 preamble의 ID를 detection하는 방법을 포함한다. 제안되는 기술을 통해, 기지국에서는 신호 preamble의 길이가 셀의 최대 round-trip delay 대비 매우 짧은 환경에서도 각 단말을 구분함과 동시에 preamble 신호의 round-trip delay를 추정할 수 있다.

도 6은 단말이 송신하는 PRACH preamble 신호의 기본 구조를 나타낸 것이다.

도 6을 참조하면, PRACH preamble 신호(600)는 K개의 OFDM symbol로 이루어진 주 신호부(602)와 cyclic prefix(CP)(601)로 구성될 수 있다. 각각의 symbol에는, 길이 L을 갖는 sequence가 배치될 수 있다(603). CP(601)의 길이는, 예를 들어, 통상 셀의 최대 round-trip delay보다 크거나 같은 값으로 설정할 수 있으며, 주 신호부(602) 신호의 뒷부분을 복제한 신호를 사용할 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 PRACH preamble 신호에서 CP를 제외한 부분을 주 신호부(602)라고 명명하기로 한다.

도 7a는 PRACH preamble 신호 송수신을 위한 기지국의 동작을 설명하는 순서도이고, 도 7b는 PRACH preamble 신호 송수신을 위한 단말의 동작을 설명하는 순서도이다.

먼저, 도 7a를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기지국은 복수의 단말로 동기화 신호(synchronization signal)를 전송할 수 있다(S701). 여기에서, 동기화 신호는, 예를 들어, PSS(primary synchronization signal), SSS(secondary synchronization signal) 및 PBCH(physical broadcast channel)를 포함할 수 있다.

또한, 기지국은, 일 단말로부터, PRACH 자원을 통하여 랜덤 액세스 프리앰블 신호를 수신할 수 있다(S702). 이와 같이 랜덤 액세스 프리앰블 신호가 수신되면, 기지국은, 랜덤 액세스 프리앰블 신호를 토대로 단말에 대한 식별자(identifier, ID)를 확인하고, 기지국과 단말 간의 왕복 지연 시간(round trip delay, RTD) 추정을 통하여 단말에 대한 타이밍 조절 값을 결정할 수 있다(S703).

그리고, 기지국은 이와 같이 결정된 타이밍 조절 값(timing advance)을 포함하는 랜덤 액세스 응답을 식별된 단말로 전송할 수 있다(S704).

도 7b와 같이, 단말은, 기지국이 전송하는 동기화 신호를 수신(S710)하면 이에 따라 하향링크 동기를 맞추고, PRACH 자원을 통하여 기지국으로 랜덤 액세스 프리앰블을 전송할 수 있다(S720).

이후, 랜덤 액세스 프리앰블을 전송하는 것에 대응하여 기지국으로부터 랜덤 액세스 응답이 수신(S730)되면, 랜덤 액세스 응답에 포함된 타이밍 어드밴스 값을 적용하여, 랜덤 액세스 응답에 포함된 상향링크 그랜트(uplink grant)에 따라 접속을 위한 메시지를 기지국으로 전송할 수 있다.

<제 1 실시 예>

도 8a는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 PRACH preamble 신호의 구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 8b는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 PRACH preamble 신호를 생성하는 단말의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

먼저, 도 8a를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 PRACH preamble 신호는, CP(801)와 K개의 심볼(810)을 포함하는 주 신호부(802)로 구성될 수 있다.

여기에서, CP(801)의 길이는, 예를 들어, 통상 셀의 최대 round-trip delay보다 크거나 같은 값으로 설정할 수 있으며, 주 신호부(802) 신호의 뒷부분을 복제한 신호를 사용할 수 있다.

여기에서, 주 신호부(802)에 포함된 K개의 심볼 각각에는, 길이 L의 시퀀스(spreading sequence)인 SEQ

가 배치되고, 길이 K를 갖는 마스킹 시퀀스(masking sequence)

는, K개의 시퀀스 구성(part)들로 분할되어, 각각이(a_u[n], n=0, ..., K-1) 각 심볼의 길이 L 시퀀스에 곱해질 수 있다. 여기서 u는 마스킹 시퀀스의 index를 나타낸다.

예를 들어, 도 8a에 도시된 바와 같이, 하나의 심볼(810)에는 L 길이의 시퀀스인 SEQ

가 배치되고, 해당 심볼(810)에서는 K개의 시퀀스 구성들 중 a_u[0]가

에 각각 곱해질 수 있다.

보다 구체적으로, 도 8b를 참조하면, 본 실시 예에서 단말은 기지국으로부터 동기화 신호(synchronization signal)를 수신(S810)하고, 단말은 동기화 신호에 기반하여 해당 셀에서의 시퀀스 정보를 획득한 뒤, 시퀀스 정보를 이용하여 L의 길이를 가지는 spreading sequence

를 생성할 수 있다(S820). 본 발명에서 시퀀스 정보를 획득하는 방법은, 도 9 내지 도 11을 통하여 후술하도록 한다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 단말은, 생성된 길이 L의 시퀀스를 K개의 symbol 자리에 각각 반복하여 배치하고, K의 길이를 가지는 masking sequence

를 생성할 수 있다(S830). 여기서 단말은, 마스킹 시퀀스의 index (또는 ID)인 u를 미리 설정된 특정 유한한 집합 내에서 랜덤하게 선택할 수 있다. 본 발명에 따른 masking sequence를 생성하는 구체적인 예시는 도 12에서 후술하기로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 단말은, K의 길이를 가지는 masking sequence를, K개의 심볼 각각에 대응되는 시퀀스 구성들로 K 등분(분할)할 수 있다, 여기에서, 분할된 K개의 시퀀스 구성들은, K개의 심볼들 각각에 대응될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 단말은, 각 심볼에 대응되는 시퀀스 구성을, 해당 심볼에 배치된 L 길이의 spreading sequence에 곱하여 주 신호부(802)를 생성할 수 있다(S840). 또한, CP(801)의 길이는, 예를 들어, 통상 셀의 최대 round-trip delay보다 크거나 같은 값으로 설정할 수 있으며, 주 신호부(802) 신호의 뒷부분을 복제한 신호를 사용할 수 있다.

그리고 생성된 주 신호부(802)와 CP(801)를 포함하는 PRACH preamble 신호를 기지국으로 전송할 수 있다(S850).

한편, 단말이 생성하는 spreading sequence는, 기지국에서의 preamble detection 및 round-trip delay 추정을 용이하게 할 수 있도록, cyclic correlation 특성이 좋은 sequence가 사용될 수 있다. 또한, 단말이 생성하는 masking sequence 또한, 기지국에서 단말의 구분 및 round-trip delay 추정을 용이하게 할 수 있도록 cyclic correlation 특성이 좋은 sequence가 사용될 수 있다.

도 9 내지 도 11은, 본 발명의 일 실시 예에 따른 단말이 spreading sequence를 생성하기 위한 시퀀스 정보를 획득하는 다양한 실시 예에 대한 것이다.

먼저, 본 발명의 실시 예에서 L의 길이를 가지는 spreading sequence

는, 일 예로, 길이 L의 Zadoff-Chu (ZC) sequence가 사용될 수 있다. 이때, 단말이 ZC sequence 생성하기 위해서는 시퀀스 정보가 필요한데, 여기서, 시퀀스 정보는 예를 들어, root index의 값으로 셀 특정(cell-specific)하게 결정될 수 있으며, 셀 내의 단말들이 같은 ZC sequence를 공유할 수 있다.

단말은 이러한 시퀀스 정보(Cell-specific한 root index)를, 도 9에 도시된 바와 같이 기지국이 보내는 synchronization 신호(앞에서 기재한 용어로 통일)의 PBCH(physical broadcast channel)를 통하여 수신할 수 있다.

또 다른 실시 예로 단말은 시퀀스 정보(root index에 대한 정보)를, 도 10에 도시된 바와 같이, MIB(master information block)를 통하여 수신하거나, 또는 도 11에 도시된 바와 같이 SIB(system information block) 를 통해 수신할 수 있다.

도 12는 본 발명에 따른 masking sequence로 사용될 수 있는 sequence의 set의 일 예시를 도시한 도면이다.

상술했던 K의 길이를 가지는 masking sequence

는, K의 값에 기반하여 결정될 수 있다. 도 12는 예시적으로, K=12일 때 이용될 수 있는 masking sequence를 표로 도시한 것이다. 여기에서, masking sequence의 index(또는 masking sequence의 ID)인 u는, 0,1, ..., 29, 즉 30개의 값 중에서 단말이 랜덤하게 선택하여 masking sequence 를 생성할 수 있다.한편, masking sequence의 set은 cyclic correlation 특성이 좋은 sequence들로 이루어질 수 있다. 여기서 cyclic correlation의 특성이란, set 내의 sequence 각각의 cyclic autocorrelation의 크기가 cyclic shift가 0일 때는 상대적으로 큰 값을 가지고 0이 아닐 때는 상대적으로 작은 값을 가지는 것을 의미하거나, set 내의 서로 다른 두 개의 sequence의 cyclic cross-correlation의 크기가 cyclic shift의 값에 관계없이 상대적으로 작은 값을 가지는 성질을 의미할 수 있다.

또한, 생성된 masking sequence의 set은, 예를 들어 기지국이 단말에게 making sequence의 set을 시그널링으로 제공하는 것과 같이, 단말과 기지국이 단말과 기지국 간에 미리 공유될 수 있으며, 이에 따라 기지국은 단말이 랜덤하게 선택한 masking sequence가 어떤 masking sequence set으로부터 선택되었는지를 알 수 있다.

기지국은, 단말이 송신한 PRACH preamble 신호를 수신하여 기지국-단말 간 신호의 round-trip delay와 단말이 랜덤하게 선택한 masking sequence의 ID u값을 추정할 수 있다. 이때 기지국은 순차적인 2-step detection 수신 동작을 사용할 수 있다. 보다 자세한 기지국의 PRACH preamble 검출 동작은 도 13을 참조하여 설명하기로 한다.

도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기지국의 PRACH preamble에 대한 2-step detection 동작을 설명하기 위한 순서도이고, 도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 PRACH preamble 신호를 검출하기 위한 detection window를 도시한 도면이며, 도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따라 기지국이 이용하는 correlation sequence를 도시한 도면이다.

도 13을 참조하면, 기지국은 단말로부터 전송되는 PRACH preamble 신호를 검출하기 위한 detection window를 설정할 수 있다(S1310). 여기에서, detection window는 PRACH preamble 신호를 검출하기 위한 최소한의 구간으로써, 그 길이는 예를 들어, 도 14에 도시된 바와 같이,

의 길이로 설정될 수 있다. 도 14를 참조하면, detection window(1400)는, L의 길이를 갖는 K개의 sub-window(1401)로 구성될 수 있다.

또한, 기지국은 PRACH preamble 신호 수신을 위해, PRACH preamble의 주 신호부의 길이와 같은

의 길이를 갖는 제1 상관 신호(correlation sequence for step 1)를 생성할 수 있다. 이때, 제1 상관 신호는, 예를 들어, 도 15에 도시된 바와 같이, spreading sequence

를 K번 반복하여 생성된 신호일 수 있다.

본 발명에 따른 기지국은, 단말로부터 PRACH preamble 신호를 수신하면(S1320), 설정된 detection window 내에서 수신된 신호와 생성된 제1 상관 신호간의 cyclic correlation을 수행하여, 수행한 cyclic correlation의 결과값 중 피크(peak) 값을 검출하고, 피크값이 검출된 위치를 통해 단말의 random access 시도 여부와 한 symbol 내 범위의 신호에 대한 delay 값(제1 delay 값)을 추정할 수 있다(S1330). 이때 수행하는 cyclic correlation은 time-domain에서 다음 식으로 표현될 수 있다.

여기서

은 기지국의 detection window 내에서 수신된신호를 의미하고,

은 제1 상관 신호를(즉,

) 의미하며,

은 cyclic correlation의 결과값을 의미한다. 위 cyclic correlation은 아래의 식과 같이 frequency domain에도 수행될 수도 있다. 여기서 피크값이 검출된 위치는 z[l]의 값이 peak가 되는 l의 값을 의미한다.

여기서

,

이다. 여기서의 DFT 연산은 낮은 복잡도의 IFFT를 통해 수행될 수도 있다.

그리고, 기지국은 Step 1에서 추정한, 제1 delay 값을 바탕으로, detection window 내에서 수신된 신호에 제1 상관 신호의 켤레 복소수 시퀀스 요소(complex conjugate sequence element)를 곱하여, 수신된 신호를 de-spreading할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 기지국은, De-spreading된 신호를 활용하여 단말이 송신한 PRACH preamble 신호의 최종적인 round-trip delay값과, 단말이 랜덤하게 선택한 masking sequence의 ID u를 추정할 수 있다. 이때, 기지국은 de-spreading된 수신 신호로부터 K의 길이를 갖는 제2 상관 신호(correlation sequence for step 2,

)를 생성해 낼 수 있다. 여기에서, 제2 상관 신호는, 예를 들어 detection window에 포함된 각 sub-window 내에서 같은 위치에 있는 하나의 sample만을 가지고 생성할 수 있으며, 또는 각 sub-window의 sample들을 combining하여 생성할 수도 있다.

본 발명에 따른 기지국은, 생성한 제2 상관 신호와, 단말이 선택할 수 있는 masking sequence 세트 내의 모든 index u에 대한 masking sequence와 cyclic correlation을 수행하여,(여기서, masking sequence는 상술한 바와 같이 단말과 기지국 사이에 미리 공유될 수 있다) 수행한 cyclic correlation의 결과값 중 가장 큰 peak값을 도출하는 correlator를 통해 단말이 사용한 masking sequence의 index u(또는 ID u) 및 그 correlator에서 검출된 peak값의 위치를 확인하고, 확인된 masking sequence index u 및 검출된 peak값의 위치에 기반하여 최종적인 round-trip delay(제2 delay 값)를 추정할 수 있다(S1340). 이때 cyclic correlation 수행은 다음 식으로 표현될 수 있다.

이와 같이 단말은 보다 짧은 심볼 길이가 적용되는 시스템에서도 제1 실시 예에 따라 PRACH preamble 신호를 생성하여 전송할 수 있고, 기지국은 2step 검출을 통하여 단말과 기지국 간의 RTD를 정확하게 추정함으로써, 단말의 식별 및 단말 접속을 위한 적절한 타이밍 명령을 제공할 수 있다. 특히, 본 실시 예에 따를 경우, 기지국은 검출 단계에서 다양한 u 값을 가질 수 있으나 길이는 짧게 설정될 수 있는 masking sequence의 set를 이용하여 검출 동작을 수행하기 때문에, PRACH preamble 신호 검출에 대한 복잡도를 낮출 수 있는 효과가 있다.

<제2 실시 예>

도 16a는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 PRACH preamble 신호를 생성하는 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 16b는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 PRACH preamble 신호를 생성하는 단말 동작을 설명하는 순서도이다.

도 16a를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 PRACH preamble 신호(1601)는,

의 길이를 갖는 시퀀스로 구성될 수 있다.

이때, 단말은 미리 정해진 U개의 sequence들 중 임의로 선택한 sequence에 기반하여 PRACH preamble 신호(1601)를 생성할 수 있다.

보다 구체적으로, 도 16b를 참조하면, 단말은 기지국으로부터 동기화 신호가 수신되면(S1610), 하향링크 동기를 맞춘 뒤, 랜덤 액세스를 위하여 도 16a에 도시된

의 길이를 갖는 PRACH preamble 신호를 생성할 수 있다(S1620). 여기서 단말은, 미리 정해진 U개의 sequence의 set에서 랜덤하게 하나의 sequence를 골라,

의 길이를 갖는 PRACH preamble 신호를 생성할 수 있다.

그리고, 본 발명의 일 실시 예에 따른 단말은, 생성된 PRACH preamble 신호(1601)를,

의 길이를 갖는

개의 sequence들로

등분한 뒤(S1630), 단말은 K등분된 L길이의 sequence 각각을

-point DFT(discrete fourier transform)를 수행할 수 있다(S1640). 이후, 단말은 DFT로부터의 output들을 각 subcarrier로 mapping한 후(S1650),

번의 IFFT(inverse fast fourier transform)를 통해 생성된

개의 symbol들로 PRACH preamble 신호의 주신호부를 구성할 수 있다(S1660). 이후, 본 발명에 따른 단말은 이와 같이 생성된 PRACH preamble 신호를 기지국으로 전송한다.

본 실시 예에서 단말은,

의 길이를 가지는 preamble sequence를 ZC sequence를 기반으로 생성할 수 있다. 이때 단말은

보다 작거나 같은 가장 큰 소수(prime number)의 길이로 ZC sequence를 생성한 후,

보다 모자란 부분은, 생성한 ZC sequence의 앞부분을 복제하여 채울 수 있다. 이때 단말은 생성하는 ZC sequence의 root index를, 상술한 바와 같이 미리 정해진 U개의 root index 중에서 랜덤하게 선택하여 ZC sequence를 생성할 수 있다.

도 17은 본 발명의 제2 실시 예에 따라 생성된 PRACH preamble 신호를 검출하는 기지국의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.

도 17을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기지국은, 단말이 송신한 PRACH preamble 신호의 수신을 위해,

의 길이를 갖는 detection window를 설정할 수 있다(S1710). 여기에서 detection window는, 예를 들어, 상술한 도 14에서의 detection window와 같이 설정될 수 있다.

그리고, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기지국은, PRACH preamble 신호의 주 신호부와 같은 길이인,

의 길이를 갖는 상관 신호(correlation sequence)를 U개 생성할 수 있다(S1720). 이때, U개의 correlation sequence들을 포함하는 set은, 단말이 PRACH preamble 신호 생성을 위해 랜덤하게 선택하는 U개의 sequence들을 포함하는 set와 같은 set일 수 있다.

이후, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기지국은, 설정한 detection window 내에서 수신된 PRACH preamble 신호와 U개의 상관 신호들 간의 cyclic correlation을 각각 수행하여, 수행한 cyclic correlation의 결과값 중 피크(peak) 값을 검출하고, 피크값이 검출된 위치를 통해 단말의 random access 시도 여부와, 신호의 round-trip delay 값을 추정할 수 있다(S1730).

이때 수행하는 U번의 cyclic correlation은 time-domain에서 다음 식으로 표현될 수 있다.

여기서

은 기지국의 detection window 내에서 수신된 신호를 의미하고,

는 index u를 가지는 상관 신호를 의미하며,

은 cyclic correlation의 결과값을 의미한다. 여기서 피크값이 검출된 위치는 z[l]의 값이 peak가 되는 l의 값을 의미한다. 위 cyclic correlation은, 아래의 식과 같이 frequency domain에도 수행될 수도 있다.

여기서

,

도 18은 본 개시의 일 실시 예에 따른 기지국의 구조를 나타낸 블록도이다.

도 18을 참조하면, 기지국은 기지국 수신부(1802), 기지국 송신부(1803), 기지국 처리부(1801)를 포함할 수 있다. 기지국 수신부(1802)와 기지국 송신부(1803)는 함께 송수신부라 칭해질 수 있다. 전술한 기지국의 통신 방법에 따라, 기지국 수신부(1802), 기지국 송신부(1803), 기지국 처리부(1801)가 동작할 수 있다. 다만, 기지국의 구성 요소가 전술한 예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 기지국은 전술한 구성 요소들 보다 더 많은 구성 요소(예를 들어, 메모리 등)를 포함하거나 더 적은 구성 요소를 포함할 수도 있다. 뿐만 아니라 기지국 수신부(1802), 기지국 송신부(1803), 기지국 처리부(1801)가 하나의 칩(chip) 형태로 구현될 수도 있다.

기지국 수신부(1802) 및 기지국 송신부(1803)(또는, 송수신부)는 단말과 신호를 송수신할 수 있다. 여기에서, 신호는 제어 정보 및 데이터를 포함할 수 있다. 이를 위해, 송수신부는 전송되는 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(1801)로 출력하고, 기지국 처리부(1801)로부터 출력된 신호를 무선 채널을 통해 전송할 수 있다.

메모리(미도시)는 기지국의 동작에 필요한 프로그램 및 데이터를 저장할 수 있다. 또한, 메모리는 기지국에서 획득되는 신호에 포함된 제어 정보 또는 데이터를 저장할 수 있다. 메모리는 롬(ROM), 램(RAM), 하드디스크, CD-ROM 및 DVD 등과 같은 저장 매체 또는 저장 매체들의 조합으로 구성될 수 있다.

기지국 처리부(1801)는 전술한 본 개시의 실시예에 따라 기지국이 동작할 수 있도록 일련의 과정을 제어할 수 있다. 기지국 처리부(1801)는 제어부나 하나 이상의 프로세서로 구현될 수 있다.

도 19는 본 개시의 일 실시 예에 따른 단말의 구조를 나타낸 블록도이다.

도 19를 참조하면, 단말은 단말 수신부(1902), 단말 송신부(1903) 및 단말 처리부(1901)를 포함할 수 있다. 단말 수신부(1902)와 단말 송신부(1903)는 함께 송수신부라 칭해질 수 있다. 전술한 단말의 통신 방법에 따라, 단말 수신부(1902), 단말 송신부(1903) 및 단말 처리부(18901)가 동작할 수 있다. 다만, 단말의 구성 요소가 전술한 예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 단말은 전술한 구성 요소들 보다 더 많은 구성 요소(예를 들어, 메모리 등)를 포함하거나 더 적은 구성 요소를 포함할 수도 있다. 뿐만 아니라 단말 수신부(1902), 단말 송신부(1903) 및 단말 처리부(1901)가 하나의 칩(chip) 형태로 구현될 수도 있다.

단말 수신부(1902) 및 단말 송신부(1903)(또는, 송수신부)는 기지국과 신호를 송수신할 수 있다. 여기에서, 신호는 제어 정보 및 데이터를 포함할 수 있다. 이를 위해, 송수신부는 전송되는 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 단말 처리부(1901)로 출력하고, 단말 처리부(1901)로부터 출력되는 신호를 무선 채널을 통해 전송할 수 있다.

메모리(미도시)는 단말의 동작에 필요한 프로그램 및 데이터를 저장할 수 있다. 또한, 메모리는 단말에서 획득되는 신호에 포함된 제어 정보 또는 데이터를 저장할 수 있다. 메모리는 롬(ROM), 램(RAM), 하드디스크, CD-ROM 및 DVD 등과 같은 저장 매체 또는 저장 매체들의 조합으로 구성될 수 있다.

단말 처리부(1901)는 전술한 본 개시의 실시예에 따라 단말이 동작할 수 있도록 일련의 과정을 제어할 수 있다. 단말 처리부(1901)는 제어부나 하나 이상의 프로세서로 구현될 수 있다.

상술한 본 개시의 구체적인 실시 예들에서, 개시에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 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 개시의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 개시의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 개시의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims

무선 통신 시스템에서 단말의 방법에 있어서,
프리앰블 신호를 생성하는 단계;
기지국으로, 상기 생성된 프리앰블 신호를 전송하는 단계; 및
상기 기지국으로부터, 상기 프리앰블 신호의 전송에 대응하여 랜덤 액세스 응답을 수신하는 단계를 포함하고,
상기 프리앰블 신호는, 기 설정된 개수의 제1 시퀀스들 및 상기 기 설정된 개수로 등분된 제2 시퀀스의 구성들에 기반하여 생성되는 것을 특징으로 하는 단말의 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 시퀀스는, 상기 프리앰블 신호에 포함된 상기 기 설정된 개수의 심볼들 각각에 배치되고,
상기 기 설정된 개수로 등분된 상기 제2 시퀀스의 구성들 각각은, 상기 기 설정된 개수의 심볼들 중 대응되는 심볼과 매핑되며,
상기 프리앰블 신호는, 상기 제1 시퀀스와 상기 제1 시퀀스가 배치된 심볼에 대응되는 제2 시퀀스의 구성 간의 곱에 기반하여 생성되는 것을 특징으로 하는 단말의 방법.
제1항에 있어서,
상기 기지국으로부터, 상기 제1 시퀀스의 루트 인덱스(root index)값에 대한 정보를 수신하는 단계; 및
상기 루트 인덱스값에 기반하여 생성된 상기 제1 시퀀스의 세트로부터, 상기 제1 시퀀스를 선택하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단말의 방법.
제1항에 있어서,
상기 기 설정된 개수에 기반하여 상기 제2 시퀀스의 세트를 결정하는 단계; 및
상기 제2 시퀀스의 세트로부터 상기 제2 시퀀스를 선택하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단말의 방법.
제1항에 있어서,
상기 기지국으로, 상기 랜덤 액세스 응답에 포함된 타이밍 어드밴스 정보에 기반하여, 랜덤 액세스를 위한 메시지를 전송하는 단계를 더 포함하고,
상기 타이밍 어드밴스 정보는, 상기 단말과 상기 기지국 간의 왕복 지연(round-trip delay, RTD)에 기반하여 결정되고,
상기 RTD는, 상기 제1 시퀀스에 기반한 제1 상관 신호, 및 상기 제1 상관 신호에 기반하여 결정된 지연 값 및 상기 프리앰블 신호에 의하여 생성된 제2 상관 신호에 기반하여 결정되고,
상기 제2 상관 신호는, 상기 제2 시퀀스의 길이와 동일한 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 단말의 방법.
제5항에 있어서,
상기 RTD는, 상기 제2 상관 신호와, 상기 제2 시퀀스의 세트에 포함된 모든 시퀀스 신호들 간의 순환 상관(cyclic correlation)에 의하여 결정되는 것을 특징으로 하는 단말의 방법.
무선 통신 시스템에서 기지국의 방법에 있어서,
단말로부터, 프리앰블 신호를 수신하는 단계;
상기 프리앰블 신호의 수신에 대응하여, 랜덤 액세스 응답을 생성하는 단계; 및
상기 단말로, 상기 랜덤 액세스 응답을 전송하는 단계를 포함하고,
상기 프리앰블 신호는, 기 설정된 개수의 제1 시퀀스들 및 상기 기 설정된 개수로 등분된 제2 시퀀스의 구성들에 기반하여 생성되는 것을 특징으로 하는 기지국의 방법.
제6항에 있어서,
상기 제1 시퀀스는, 상기 프리앰블 신호에 포함된 상기 기 설정된 개수의 심볼들 각각에 배치되고,
상기 기 설정된 개수로 등분된 상기 제2 시퀀스의 구성들 각각은, 상기 기 설정된 개수의 심볼들 중 대응되는 심볼과 매핑되며,
상기 프리앰블 신호는, 상기 제1 시퀀스와 상기 제1 시퀀스가 배치된 심볼에 대응되는 제2 시퀀스의 구성 간의 곱에 기반하여 생성되는 것을 특징으로 하는 기지국의 방법.
제6항에 있어서,
상기 단말로, 상기 제1 시퀀스의 루트 인덱스(root index)값에 대한 정보를 전송하는 단계를 더 포함하고,
상기 제1 시퀀스의 선택을 위한 상기 제1 시퀀스의 세트는, 상기 루트 인덱스 값에 기반하여 생성되는 것을 특징으로 하는 기지국의 방법.
제6항에 있어서,
상기 제2 시퀀스의 선택을 위한 상기 제2 시퀀스의 세트는, 상기 기 설정된 개수에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하는 기지국의 방법.
제6항에 있어서,
상기 랜덤 액세스 응답을 생성하는 단계는, 상기 프리앰블 신호의 검출에 기반하여 상기 단말과 상기 기지국 간의 왕복 지연(round-trip delay, RTD)을 결정하는 단계; 및 상기 결정된 RTD에 기반하여 상기 랜덤 액세스 응답에 포함되는 타이밍 어드밴스 정보를 생성하는 단계를 더 포함하고,
상기 RTD를 결정하는 단계는, 상기 제1 시퀀스에 기반한 제1 상관 신호를 이용하여, 상기 수신된 프리앰블 신호의 지연 값을 확인하는 단계; 및 상기 지연 값과 상기 수신된 프리앰블 신호에 의하여 생성된 제2 상관 신호를 이용하여 상기 RTD를 결정하는 단계를 더 포함하고,
상기 제2 상관 신호는 상기 제2 시퀀스의 길이와 동일한 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 기지국의 방법.
제11항에 있어서, 상기 RTD를 결정하는 단계는,
상기 제2 상관 신호와, 상기 제2 시퀀스의 세트에 포함된 모든 시퀀스 신호들 간의 순환 상관(cyclic correlation)을 수행하는 단계; 및
상기 순환 상관의 결과에 기반하여 상기 RTD를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국의 방법.
무선 통신 시스템에서 단말에 있어서,
송수신부; 및
프리앰블 신호를 생성하고; 기지국으로, 상기 생성된 프리앰블 신호를 전송하도록 상기 송수신부를 제어하며; 및 상기 기지국으로부터, 상기 프리앰블 신호의 전송에 대응하여 랜덤 액세스 응답을 수신하도록 상기 송수신부를 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 프리앰블 신호는, 기 설정된 개수의 제1 시퀀스들 및 상기 기 설정된 개수로 등분된 제2 시퀀스의 구성들에 기반하여 생성되는 것을 특징으로 하는 단말.
제13항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 제1 시퀀스를, 상기 프리앰블 신호에 포함된 상기 기 설정된 개수의 심볼들 각각에 배치하고,
상기 기 설정된 개수로 등분된 상기 제2 시퀀스의 구성들 각각을, 상기 기 설정된 개수의 심볼들 중 대응되는 심볼과 매핑하며,
상기 제1 시퀀스와 상기 제1 시퀀스가 배치된 심볼에 대응되는 제2 시퀀스의 구성 간의 곱을 수행하여 상기 프리앰블 신호를 성하는 것을 특징으로 하는 단말.
제13항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 기지국으로부터, 상기 제1 시퀀스의 루트 인덱스(root index)값에 대한 정보를 수신하도록 상기 송수신부를 제어하고, 상기 루트 인덱스값에 기반하여 생성된 상기 제1 시퀀스의 세트로부터, 상기 제1 시퀀스를 선택하는 것을 특징으로 하는 단말.
제13항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 기 설정된 개수에 기반하여 상기 제2 시퀀스의 세트를 결정하고, 상기 제2 시퀀스의 세트로부터 상기 제2 시퀀스를 선택하는 것을 특징으로 하는 단말.
제13항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 기지국으로, 상기 랜덤 액세스 응답에 포함된 타이밍 어드밴스 정보에 기반하여, 랜덤 액세스를 위한 메시지를 전송하도록 상기 송수신부를 제어하고,
상기 타이밍 어드밴스 정보는, 상기 단말과 상기 기지국 간의 왕복 지연(round-trip delay, RTD)에 기반하여 결정되며,
상기 RTD는, 상기 제1 시퀀스에 기반한 제1 상관 신호 및 상기 제1 상관 신호에 기반하여 결정된 지연 값과 상기 프리앰블 신호에 의하여 생성된 제2 상관 신호에 기반하여 결정되고,
상기 제2 상관 신호는, 상기 제2 시퀀스의 길이와 동일한 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 단말.
제17항에 있어서,
상기 RTD는, 상기 제2 상관 신호와, 상기 제2 시퀀스의 세트에 포함된 모든 시퀀스 신호들 간의 순환 상관(cyclic correlation)의 수행에 의하여 결정되는 것을 특징으로 하는 단말.
무선 통신 시스템에서 기지국에 있어서,
송수신부; 및
단말로부터, 프리앰블 신호를 수신하도록 상기 송수신부를 제어하고; 상기 프리앰블 신호의 수신에 대응하여, 랜덤 액세스 응답을 생성하며; 및 상기 단말로, 상기 랜덤 액세스 응답을 전송하도록 상기 송수신부를 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 프리앰블 신호는, 기 설정된 개수의 제1 시퀀스들 및 상기 기 설정된 개수로 등분된 제2 시퀀스의 구성들에 기반하여 생성되는 것을 특징으로 하는 기지국.
제19항에 있어서,
상기 제1 시퀀스는, 상기 프리앰블 신호에 포함된 상기 기 설정된 개수의 심볼들 각각에 배치되고,
상기 기 설정된 개수로 등분된 상기 제2 시퀀스의 구성들 각각은, 상기 기 설정된 개수의 심볼들 중 대응되는 심볼과 매핑되며,
상기 프리앰블 신호는, 상기 제1 시퀀스와 상기 제1 시퀀스가 배치된 심볼에 대응되는 제2 시퀀스의 구성 간의 곱에 기반하여 생성되는 것을 특징으로 하는 기지국.
제19항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 단말로, 상기 제1 시퀀스의 루트 인덱스(root index)값에 대한 정보를 전송하도록 상기 송수신부를 제어하고,
상기 제1 시퀀스의 선택을 위한 상기 제1 시퀀스의 세트는, 상기 루트 인덱스 값에 기반하여 생성되는 것을 특징으로 하는 기지국.
제19항에 있어서,
상기 제2 시퀀스의 선택을 위한 상기 제2 시퀀스의 세트는, 상기 기 설정된 개수에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하는 기지국.
제19항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 제1 시퀀스에 기반한 제1 상관 신호를 이용하여, 상기 수신된 프리앰블 신호의 지연 값을 확인하고, 상기 지연 값과 상기 수신된 프리앰블 신호에 의하여 생성된 제2 상관 신호를 이용하여 상기 RTD를 결정하며, 상기 결정된 RTD에 기반하여 상기 랜덤 액세스 응답에 포함되는 타이밍 어드밴스 정보를 생성하고,
상기 제2 상관 신호는, 상기 제2 시퀀스의 길이와 동일한 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 기지국.
제23항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 제2 상관 신호와, 상기 제2 시퀀스의 세트에 포함된 모든 시퀀스 신호들 간의 순환 상관(cyclic correlation)을 수행하고, 상기 순환 상관의 결과에 기반하여 상기 RTD를 결정하는 것을 특징으로 하는 기지국.