KR20230005799A - 통신 시스템에서 동기 신호의 송수신 방법 및 장치 - Google Patents

통신 시스템에서 동기 신호의 송수신 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

통신 시스템에서 동기 신호의 송수신 방법 및 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따라 통신 시스템에서 기지국에 의해 수행되는 제1 동기 신호의 송신 방법은, 베이스 시퀀스를 생성하는 단계, 상기 베이스 시퀀스의 극성을 반전하여 수정 시퀀스를 생성하는 단계, 상기 베이스 시퀀스 및 상기 수정 시퀀스가 상기 동기 신호의 주파수 영역의 중심 주파수에 위치하는 중앙 부반송파를 중심으로 대칭되도록, 상기 중앙 부반송파보다 높은 주파수를 가지는 제1 주파수 영역, 및 상기 중앙 부반송파보다 낮은 주파수를 가지는 제2 주파수 영역에 매핑하는 단계, 및 상기 베이스 시퀀스 및 상기 수정 시퀀스로 구성되는 상기 동기 신호를 단말로 전송하는 단계를 포함할 수 있다. 따라서 통신 시스템의 성능이 향상될 수 있다.

Description

통신 시스템에서 동기 신호의 송수신 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR TRANSMITTING AND RECEIVING SYNCHRONIZING SIGNAL IN A COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 무선 통신 시스템에서의 동기 신호의 송수신 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 주파수 오프셋이 존재하거나 단말 등이 빠르게 움직이는 상황에서 동기를 효율적으로 추정하기 위한 동기 신호의 송수신 방법 및 장치에 관한 것이다.
정보통신 기술의 발전과 더불어 다양한 무선 통신 기술이 개발되고 있다. 대표적인 무선 통신 기술로 3GPP(3rd generation partnership project) 표준에서 규정된 LTE(long term evolution), NR(new radio) 등이 있다. LTE는 4G(4th Generation) 무선 통신 기술들 중에서 하나의 무선 통신 기술일 수 있고, NR은 5G(5th Generation) 무선 통신 기술들 중에서 하나의 무선 통신 기술일 수 있다.
4G 통신 시스템(예를 들어, LTE를 지원하는 통신 시스템)의 상용화 이후에 급증하는 무선 데이터의 처리를 위해, 4G 통신 시스템의 주파수 대역(예를 들어, 6GHz 이하의 주파수 대역)뿐만 아니라 4G 통신 시스템의 주파수 대역보다 높은 주파수 대역(예를 들어, 6GHz 이상의 주파수 대역)을 사용할 수 있는 5G 통신 시스템(예를 들어, NR을 지원하는 통신 시스템)이 고려되고 있다.
4G 또는 5G 통신 시스템에서 단말은 기지국에 접속하여 통신을 수행하기 위하여 망 내의 셀(cell)을 탐색할 수 있다. 이 과정에서 1차 동기 신호(primary synchronization signal, PSS) 및 2차 동기 신호(secondary synchronization signal, SSS) 등이 사용될 수 있다. PSS는 시간/주파수 동기(time/frequency synchronization, TFS) 추정 등에 사용될 수 있다. SSS는 물리적 셀 ID(physical cell identity, PCI) 추정 등에 사용될 수 있다.
한편, 단말이 수신한 동기 신호에서 부반송파 간 간섭(inter-channel interference, ICI)이 발생할 경우, 단말의 추정 또는 탐색 성능이 저하될 수 있다. 이를테면, 기지국의 송신 신호의 주파수와 단말의 수신 신호 주파수의 오차인 반송파 주파수 오프셋(carrier frequency offset, CFO)이 높을 경우 ICI가 발생할 수 있다. 또는, 단말이 빠른 속도로 이동하고 있을 경우, ICI가 발생할 수 있다. 이와 같이, 종래의 동기 신호에 기초한 동기 추정 방법에서는 CFO가 크거나 단말의 이동속도가 빠를 경우 단말의 동기 추정 성능이 열화되는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 반송파의 주파수 오프셋이 높거나 단말의 이동 속도가 빠른 상황에서도 단말의 동기 추정 성능을 향상시키기 위한 동기 신호의 송수신 방법 및 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
통신 시스템에서 기지국에 의해 수행되는 동기 신호의 송신 방법으로서, 서로 다른 제1 시퀀스 및 제2 시퀀스를 생성하는 단계, 상기 제1 시퀀스 및 제2 시퀀스 간의 엘리먼트별 배타적 논리합 연산(element-wise exclusive-OR operation)을 수행하여 제3 시퀀스를 생성하는 단계, 상기 제3 시퀀스에 기초하여 동기 신호를 생성하는 단계, 상기 생성된 동기 신호를 주파수 영역에 매핑하는 단계, 및 상기 생성된 동기 신호를 단말로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 시퀀스 및 제2 시퀀스를 생성하는 단계는, 서로 다른 제1 이진 시퀀스 및 제2 이진 시퀀스를 생성하는 단계, 상기 제1 이진 시퀀스에 제1 시프트 인덱스를 적용하여 상기 제1 시퀀스를 생성하는 단계, 및 상기 제2 이진 시퀀스에 제2 시프트 인덱스를 적용하여 상기 제2 시퀀스를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제1 시프트 인덱스 및 상기 제2 시프트 인덱스에는, 각각 서로 다른 제1 스케일링 팩터 및 제2 스케일링 팩터가 적용되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 동기 신호는 2차 동기 신호(secondary synchronization signal, SSS)이며, 상기 제1 및 제2 시프트 인덱스는 상기 기지국의 물리적 셀 ID(physical cell ID, PCI) 인덱스에 기초하여 생성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제3 시퀀스를 생성하는 단계는, n 번째 위치에서 상기 제1 시퀀스와 상기 제2 시퀀스의 값이 서로 다른 값이면, 상기 제3 시퀀스의 값을 1로 설정하는 단계, 및 상기 n 번째 위치에서 상기 제1 시퀀스와 상기 제2 시퀀스의 값이 서로 같은 값이면, 상기 제3 시퀀스의 값을 0으로 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제3 시퀀스에 기초하여 동기 신호를 생성하는 단계는, 상기 제3 시퀀스에 대하여 BPSK(binary phase shift keying) 변조를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 BPSK 변조를 수행하는 단계는, n 번째 위치에서 상기 제3 시퀀스의 값이 0이면 상기 제3 시퀀스에 기초한 동기 신호의 값을 제1 설정값으로 설정하는 단계, 및 상기 n 번째 위치에서 상기 제3 시퀀스의 값이 1이면, 상기 제3 시퀀스에 기초한 동기 신호의 값을 제2 설정값으로 설정하는 단계를 포함하고, 상기 제1 설정값이 1으로 설정될 경우 상기 제2 설정값은 -1으로 설정되고, 상기 제1 설정값이 -1으로 설정될 경우 상기 제2 설정값은 1로 설정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 통신 시스템의 기지국 및 단말은 베이스 시퀀스와, 상기 베이스 시퀀스로부터 극성이 반전되고 상기 베이스 시퀀스와 중앙 대칭 매핑(centrally symmetric mapping, CSM) 관계에 있는 수정 시퀀스를 포함하는 PSS를 송수신함으로써, 주파수 오프셋이 존재하거나 단말 등이 빠르게 이동하는 상황에서도 효율적으로 시간/주파수 동기 절차를 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 통신 시스템의 기지국 및 단말은 서로 다른 2개의 이진 PN(pseudo-noise) 시퀀스들 간의 배타적 논리합 연산에 기초하여 정의된 SSS를 송수신함으로써, 인접셀 간섭이 존재하는 상황에서도 효율적으로 물리적 셀 ID(physical cell ID, PCI) 추정 절차를 수행할 수 있다.
도 1은 통신 시스템의 일 실시예를 도시한 개념도이다.
도 2는 통신 시스템을 구성하는 통신 노드의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 통신 시스템에서 무선 프레임의 구조의 일 실시예를 도시한 개념도이다.
도 4a 및 4b는 본 발명에 따른 1차 동기 신호(primary synchronization signal, PSS) 시퀀스 매핑 방법의 제1 및 제2 실시예를 도시한 개념도이다.
도 5는 본 발명에 따라 서브프레임의 슬롯에 PSS 시퀀스 엘리먼트를 매핑하는 방법의 일 실시예를 도시한 순서도이다.
도 6은 본 발명에 따른 PSS 시퀀스 매핑 방법의 제3 실시예를 도시한 개념도이다.
도 7은 본 발명에 따른 PSS 시퀀스 매핑 방법의 제4 실시예를 도시한 개념도이다.
도 8은 본 발명에 따른 PSS 시퀀스 매핑 방법의 제5 실시예를 도시한 개념도이다.
도 9는 본 발명에 따라 제어 시퀀스 및 데이터 시퀀스를 매핑하는 방법의 일 실시예를 도시한 개념도이다.
도 10은 본 발명에 따른 PSS에 적용되는 최적의 시퀀스 인덱스를 도출하는 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 예시 그래프이다.
도 11은 본 발명에 따른 2차 동기 신호(secondary synchronization signal, SSS) 시퀀스 매핑 방법의 일 실시예를 도시한 순서도이다.
도 12는 본 발명에 따른 스텝-1 셀 탐색기의 일 실시예를 설명하기 위한 블록도이다.
도 13은 본 발명에 따른 스텝-2 셀 탐색기의 일 실시예를 설명하기 위한 블록도이다.
도 14는 본 발명에 따른 통신 시스템의 기술적 효과를 설명하기 위한 실험 그래프이다.
도 15는 본 발명에 따른 스텝-1 셀 탐색기의 기술적 효과를 설명하기 위한 실험 그래프이다.
도 16은 본 발명에 따른 스텝-2 셀 탐색기의 기술적 효과를 설명하기 위한 실험 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 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.
제1, 제2 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 가진 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.
도 1은 통신 시스템의 일 실시예를 도시한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 통신 시스템(100)은 복수의 통신 노드들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2, 130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)을 포함할 수 있다. 또한, 통신 시스템(100)은 코어 네트워크(core network)(예를 들어, S-GW(serving-gateway), P-GW(PDN(packet data network)-gateway), MME(mobility management entity))를 더 포함할 수 있다.
복수의 통신 노드들은 3GPP(3rd generation partnership project) 표준에서 규정된 4G 통신(예를 들어, LTE(long term evolution), LTE-A(advanced)), 5G 통신(예를 들어, NR(new radio)) 등을 지원할 수 있다. 또는, 본 발명에서 제안하는 동기 신호를 사용하는 무선 통신 시스템을, AR(alternative radio) 통신 시스템이라 할 수 있으며, 복수의 통신 노드들은 AR 통신 시스템을 지원할 수 있다.
4G 통신은 6GHz 이하의 주파수 대역에서 수행될 수 있고, 5G 통신은 6GHz 이하의 주파수 대역뿐 만 아니라 6GHz 이상의 주파수 대역에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 4G 통신 및 5G 통신을 위해 복수의 통신 노드들은 CDMA(code division multiple access) 기반의 통신 프로토콜, WCDMA(wideband CDMA) 기반의 통신 프로토콜, TDMA(time division multiple access) 기반의 통신 프로토콜, FDMA(frequency division multiple access) 기반의 통신 프로토콜, OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 기반의 통신 프로토콜, Filtered OFDM 기반의 통신 프로토콜, CP(cyclic prefix)-OFDM 기반의 통신 프로토콜, DFT-s-OFDM(discrete Fourier transform-spread-OFDM) 기반의 통신 프로토콜, OFDMA(orthogonal frequency division multiple access) 기반의 통신 프로토콜, SC(single carrier)-FDMA 기반의 통신 프로토콜, NOMA(Non-orthogonal Multiple Access), GFDM(generalized frequency division multiplexing) 기반의 통신 프로토콜, FBMC(filter bank multi-carrier) 기반의 통신 프로토콜, UFMC(universal filtered multi-carrier) 기반의 통신 프로토콜, SDMA(Space Division Multiple Access) 기반의 통신 프로토콜 등을 지원할 수 있다. 복수의 통신 노드들 각각은 다음과 같은 구조를 가질 수 있다.
도 2는 통신 시스템을 구성하는 통신 노드의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 통신 노드(200)는 적어도 하나의 프로세서(210), 메모리(220) 및 네트워크와 연결되어 통신을 수행하는 송수신 장치(230)를 포함할 수 있다. 또한, 통신 노드(200)는 입력 인터페이스 장치(240), 출력 인터페이스 장치(250), 저장 장치(260) 등을 더 포함할 수 있다. 통신 노드(200)에 포함된 각각의 구성 요소들은 버스(bus)(270)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다. 다만, 통신 노드(200)에 포함된 각각의 구성요소들은 공통 버스(270)가 아니라, 프로세서(210)를 중심으로 개별 인터페이스 또는 개별 버스를 통하여 연결될 수도 있다. 예를 들어, 프로세서(210)는 메모리(220), 송수신 장치(230), 입력 인터페이스 장치(240), 출력 인터페이스 장치(250) 및 저장 장치(260) 중에서 적어도 하나와 전용 인터페이스를 통하여 연결될 수도 있다.
프로세서(210)는 메모리(220) 및 저장 장치(260) 중에서 적어도 하나에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 프로세서(210)는 중앙 처리 장치(central processing unit, CPU), 그래픽 처리 장치(graphics processing unit, GPU), 또는 본 발명의 실시예들에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 메모리(220) 및 저장 장치(260) 각각은 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(220)는 읽기 전용 메모리(read only memory, ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 통신 시스템(100)은 복수의 기지국들(base stations)(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2), 복수의 단말들(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)을 포함할 수 있다. 기지국(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 및 단말(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)을 포함하는 통신 시스템(100)은 "액세스 네트워크"로 지칭될 수 있다. 제1 기지국(110-1), 제2 기지국(110-2) 및 제3 기지국(110-3) 각각은 매크로 셀(macro cell)을 형성할 수 있다. 제4 기지국(120-1) 및 제5 기지국(120-2) 각각은 스몰 셀(small cell)을 형성할 수 있다. 제1 기지국(110-1)의 셀 커버리지(cell coverage) 내에 제4 기지국(120-1), 제3 단말(130-3) 및 제4 단말(130-4)이 속할 수 있다. 제2 기지국(110-2)의 셀 커버리지 내에 제2 단말(130-2), 제4 단말(130-4) 및 제5 단말(130-5)이 속할 수 있다. 제3 기지국(110-3)의 셀 커버리지 내에 제5 기지국(120-2), 제4 단말(130-4), 제5 단말(130-5) 및 제6 단말(130-6)이 속할 수 있다. 제4 기지국(120-1)의 셀 커버리지 내에 제1 단말(130-1)이 속할 수 있다. 제5 기지국(120-2)의 셀 커버리지 내에 제6 단말(130-6)이 속할 수 있다.
여기서, 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 노드B(NodeB), 고도화 노드B(evolved NodeB), gNB, ng-eNB, BTS(base transceiver station), 무선 기지국(radio base station), 무선 트랜시버(radio transceiver), 액세스 포인트(access point), 액세스 노드(node), RSU(road side unit), RRH(radio remote head), TP(transmission point), TRP(transmission and reception point), f(flexible)-TRP 등으로 지칭될 수 있다. 복수의 단말들(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6) 각각은 UE(user equipment), 터미널(terminal), 액세스 터미널(access terminal), 모바일 터미널(mobile terminal), 스테이션(station), 가입자 스테이션(subscriber station), 모바일 스테이션(mobile station), 휴대 가입자 스테이션(portable subscriber station), 노드(node), 디바이스(device), IoT(internet of things) 기능을 지원하는 장치, 탑재 장치(mounted module/device/terminal), OBU(on board unit) 등으로 지칭될 수 있다.
한편, 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 서로 다른 주파수 대역에서 동작할 수 있고, 또는 동일한 주파수 대역에서 동작할 수 있다. 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 아이디얼 백홀 링크(ideal backhaul link) 또는 논(non)-아이디얼 백홀 링크를 통해 서로 연결될 수 있고, 아이디얼 백홀 링크 또는 논-아이디얼 백홀 링크를 통해 서로 정보를 교환할 수 있다. 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 아이디얼 백홀 링크 또는 논-아이디얼 백홀 링크를 통해 코어 네트워크와 연결될 수 있다. 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 코어 네트워크로부터 수신한 신호를 해당 단말(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)에 전송할 수 있고, 해당 단말(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)로부터 수신한 신호를 코어 네트워크에 전송할 수 있다.
또한, 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 MIMO 전송(예를 들어, SU(single user)-MIMO, MU(multi user)-MIMO, 대규모(massive) MIMO 등), CoMP(coordinated multipoint) 전송, CA(carrier aggregation) 전송, 비면허 대역(unlicensed band)에서 전송, 단말 간 직접 통신(device to device communication, D2D)(또는, ProSe(proximity services)) 등을 지원할 수 있다. 여기서, 복수의 단말들(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6) 각각은 기지국(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2)과 대응하는 동작, 기지국(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2)에 의해 지원되는 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 제2 기지국(110-2)은 SU-MIMO 방식을 기반으로 신호를 제4 단말(130-4)에 전송할 수 있고, 제4 단말(130-4)은 SU-MIMO 방식에 의해 제2 기지국(110-2)으로부터 신호를 수신할 수 있다. 또는, 제2 기지국(110-2)은 MU-MIMO 방식을 기반으로 신호를 제4 단말(130-4) 및 제5 단말(130-5)에 전송할 수 있고, 제4 단말(130-4) 및 제5 단말(130-5) 각각은 MU-MIMO 방식에 의해 제2 기지국(110-2)으로부터 신호를 수신할 수 있다.
제1 기지국(110-1), 제2 기지국(110-2) 및 제3 기지국(110-3) 각각은 CoMP 방식을 기반으로 신호를 제4 단말(130-4)에 전송할 수 있고, 제4 단말(130-4)은 CoMP 방식에 의해 제1 기지국(110-1), 제2 기지국(110-2) 및 제3 기지국(110-3)으로부터 신호를 수신할 수 있다. 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 자신의 셀 커버리지 내에 속한 단말(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)과 CA 방식을 기반으로 신호를 송수신할 수 있다. 제1 기지국(110-1), 제2 기지국(110-2) 및 제3 기지국(110-3) 각각은 제4 단말(130-4)과 제5 단말(130-5) 간의 D2D를 제어할 수 있고, 제4 단말(130-4) 및 제5 단말(130-5) 각각은 제2 기지국(110-2) 및 제3 기지국(110-3) 각각의 제어에 의해 D2D를 수행할 수 있다.
한편, 통신 시스템에서 기지국은 통신 프로토콜의 모든 기능들(예를 들어, 원격 무선 송수신 기능, 기저대역(baseband) 처리 기능)을 수행할 수 있다. 또는, 통신 프로토콜의 모든 기능들 중에서 원격 무선 송수신 기능은 TRP(transmission reception point)(예를 들어, f(flexible)-TRP)에 의해 수행될 수 있고, 통신 프로토콜의 모든 기능들 중에서 기저대역 처리 기능은 BBU(baseband unit) 블록에 의해 수행될 수 있다. TRP는 RRH(remote radio head), RU(radio unit), TP(transmission point) 등일 수 있다. BBU 블록은 적어도 하나의 BBU 또는 적어도 하나의 DU(digital unit)를 포함할 수 있다. BBU 블록은 "BBU 풀(pool)", "집중화된(centralized) BBU" 등으로 지칭될 수 있다. TRP는 유선 프론트홀(fronthaul) 링크 또는 무선 프론트홀 링크를 통해 BBU 블록에 연결될 수 있다. 백홀 링크 및 프론트홀 링크로 구성되는 통신 시스템은 다음과 같을 수 있다. 통신 프로토콜의 기능 분리(function split) 기법이 적용되는 경우, TRP는 BBU의 일부 기능 또는 MAC/RLC의 일부 기능을 선택적으로 수행할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 통신 시스템에서 무선 프레임의 구조의 일 실시예를 도시한 개념도이다.
도 3을 참조하면, 통신 시스템에서 하나의 무선 프레임은 10개의 서브프레임들로 구성될 수 있고, 하나의 서브프레임은 2개의 타임 슬롯들로 구성될 수 있다. 하나의 타임 슬롯은 시간 영역에서 복수개의 심볼들을 가질 수 있고, 주파수 영역에서 복수개의 부반송파들을 포함할 수 있다. 시간 영역의 복수개의 심볼들은 OFDM 심볼들일 수 있다. 아래에서는 편의를 위하여 시간 영역의 복수개의 심볼들이 OFDM 심볼들인 실시예를 예시로 설명하지만, 본 발명의 실시예는 이에 국한되지 않는다.
하나의 슬롯은 6개(Extended Cyclic Prefix인 경우) 또는 7개(Normal Cyclic Prefix인 경우)의 OFDM 심볼들을 가질 수 있다. 하나의 슬롯으로 정의되는 시간-주파수 영역을 자원 블록(Resource Block, RB)라고 부를 수 있다. 하나의 슬롯이 7개의 OFDM 심볼들을 가질 경우, 하나의 서브프레임은 14개의 OFDM 심볼들(
Figure pat00001
)을 가질 수 있다.
서브프레임은 제어 영역과 데이터 영역으로 구분될 수 있다. 제어 영역에는 PDCCH(Physical Downlink Control Channel)가 할당될 수 있다. 데이터 영역에는 PDSCH(Physical Downlink Shared Channel)가 할당될 수 있다. 서브프레임 중 일부는 스페셜 서브프레임일 수 있다. 스페셜 서브프레임은 DwPTS(Downlink Pilot Time Slot), GP(Guard Period) 및 UpPTS(Uplink Pilot Time Slot)를 포함할 수 있다. DwPTS는 단말의 시간 및 주파수 동기 추정 및 셀 탐색에 활용할 수 있다. GP는 하향링크 신호의 다중경로 지연으로 인해 발생하는 간섭을 제거하기 위한 구간이다.
셀 ID 추정 및 시간/주파수 동기에 필요한 정보인 동기 신호는 DwPTS에 매핑될 수 있다. 동기 신호는 1차 동기 신호(primary synchronization signal, PSS)과 2차 동기 신호(secondary synchronizing signal, SSS)를 포함할 수 있다.
PSS 및 SSS는 매 프레임마다 각각 1개씩 배치될 수 있다. 이를테면, 매 10 ms마다 한 쌍의 PSS와 SSS가 시간적으로 서로 인접하여 배치되고, 주파수적으로 시스템 대역폭의 중앙에 배치되는 프레임 구조를 구성할 수 있다. 프레임은 10개의 서브프레임(subframe)으로 구성될 수 있다. 각 서브프레임은 2개의 타임 슬롯 (slot)으로 구성될 수 있으며, 각 슬롯은 7개의 OFDM 심볼들로 구성되어 하나의 서브프레임을 구성하는 심볼 수가 14개(즉,
Figure pat00002
)일 수 있다. PSS와 SSS는 시간 영역에서 각각 슬롯 0의 마지막에서 두 번째 및 마지막 심볼(즉,
Figure pat00003
)에 위치할 수 있다. 한편, 주파수 영역에서 PSS 및 SSS는
Figure pat00004
개의 부반송파(즉,
Figure pat00005
, 또는
Figure pat00006
), 또는 중앙 부반송파를 제외한
Figure pat00007
개의 부반송파에 매핑될 수 있다. 도 3에는
Figure pat00008
가 63인 실시예가 도시되어 있으나, 이는 설명의 편의를 위한 하나의 예시일 뿐이며 본 발명의 실시예는 이에 국한되지 않는다. 일 실시예에서 부반송파 간격은 15kHz일 수 있다. 이 경우, 기지국 또는 송신기의 최소 하향링크(downlink) 샘플링율(sampling rate)은 3.84MHz일 수 있고, 역 고속 푸리에 변환(inverse Fast Fourier transform, IFFT) 크기는 256일 수 있고, CP(cyclic prefix)는 심볼
Figure pat00009
에서는
Figure pat00010
만큼 지속되고, 심볼
Figure pat00011
에서는
Figure pat00012
만큼 지속될 수 있다.
*또한, 본 발명에서 PSS 및 SSS를 시간 영역 및 주파수 영역에 배치하는 방법은 앞서 설명한 바에 국한되지 않는다. 셀의 분할 방식에 따라 프레임 내의 PSS 및 SSS의 시간영역 상의 위치는 달라질 수 있다. 이를테면, FDD(frequency division duplex) 방식의 경우, PSS는 서브프레임 0번과 5번의 첫 번째 슬롯의 마지막 OFDM 심볼에 매핑되어 전송될 수 있다. 그리고 SSS는 서브프레임 0번과 5번의 첫 번째 슬롯의 마지막에서 두 번째 OFDM 심볼에 매핑되어 전송될 수 있다. TDD(time division duplex) 방식의 경우 PSS는 서브프레임 1번과 6번의 세 번째 심볼에 매핑되어 전송될 수 있다. 그리고 SSS는 서브프레임 0번과 5번의 마지막 심볼에 매핑되어 전송될 수 있다.
주파수 영역에서 동기 신호와 관련된 기저대역 신호는
Figure pat00013
와 같이 표현될 수 있다. 여기서,
Figure pat00014
는 프레임 인덱스를 의미하고,
Figure pat00015
는 서브프레임 인덱스를 의미하고,
Figure pat00016
는 PCI 인덱스를 의미할 수 있다.
Figure pat00017
는 0부터 9까지의 정수 값을 가질 수 있다.
Figure pat00018
는 0부터
Figure pat00019
값을 가질 수 있다. 여기서,
Figure pat00020
는 총 물리 ID(physical identity, PID) 수를 의미할 수 있고,
Figure pat00021
는 총 셀 그룹 ID(cell group identity, CGI) 수를 의미할 수 있다. PID 및 CGI는 NR 통신 시스템에서와 같이 각각 3 값 및 336 값을 가질 수 있다. 시간 영역에서
Figure pat00022
에 대응되는 신호
Figure pat00023
은 수학식 1과 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00024
여기서,
Figure pat00025
Figure pat00026
값에 따라 PSS 시퀀스
Figure pat00027
또는 SSS 시퀀스
Figure pat00028
에 해당할 수 있다. 송신기에서 전송되는 평균 송신 전력은
Figure pat00029
와 같이 정의될 수 있다. 신호
Figure pat00030
Figure pat00031
크기의 벡터 형태로 표현하면 수학식 2의
Figure pat00032
와 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00033
여기서,
Figure pat00034
Figure pat00035
크기의 제로 벡터를 의미할 수 있다.
Figure pat00036
는 CP(cyclic prefix)에 대응하는
Figure pat00037
크기의 기저대역 시간 영역 신호 벡터를 의미할 수 있다.
Figure pat00038
는 유효 OFDM 심볼에 대응하는
Figure pat00039
크기의 기저대역 시간 영역 신호 벡터를 의미할 수 있다.
Figure pat00040
Figure pat00041
크기의 IFFT(역 고속 푸리에 변환, inverse fast Fourier transform) 행렬을 의미할 수 있다.
Figure pat00042
행렬의
Figure pat00043
엘리먼트
Figure pat00044
는 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00045
시변 주파수 선택적 페이딩(time varying frequency selective fading) 채널을 가정하면, 수학식 2의
Figure pat00046
에 대응하는
Figure pat00047
크기의 기저대역 수신 신호 벡터
Figure pat00048
는 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00049
여기서,
Figure pat00050
는 수신 안테나의 인덱스를 의미할 수 있다.
Figure pat00051
는 CP에 대응하는
Figure pat00052
크기의 기저대역 수신 시간 영역 신호 벡터를 의미할 수 있다.
Figure pat00053
는 유효 OFDM 심볼에 대응하는
Figure pat00054
크기의 기저대역 수신 시간 영역 신호 벡터를 의미할 수 있다.
Figure pat00055
는 평균이 0이고 분산이
Figure pat00056
이며 CP에 대응하는
Figure pat00057
크기의 복소 가우시안 랜덤변수 벡터를 의미할 수 있다.
Figure pat00058
는 평균이 0이고 분산이
Figure pat00059
이며 유효 OFDM 심볼에 대응하는
Figure pat00060
크기의 복소 가우시안 랜덤변수 벡터를 의미할 수 있다.
수학식 4에서, 우변의 2번째 항(
Figure pat00061
)은 인접 셀로부터의 간섭을 의미할 수 있다. 수학식 4에서, 우변의 3번째 항(
Figure pat00062
)은 인접 셀로부터의 간섭을 의미할 수 있다.
수학식 4에서,
Figure pat00063
는 반송파 주파수 오프셋(carrier frequency offset, CFO)과 직접적으로 연관되는
Figure pat00064
크기의 대각선 행렬을 의미할 수 있다.
Figure pat00065
Figure pat00066
는 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00067
여기서,
Figure pat00068
는 PCI c에서 부반송파 간격에 정규화된 CFO를 의미할 수 있다.
수학식 4에서,
Figure pat00069
는 시변 페이딩의 시간 임펄스 응답과 관련된
Figure pat00070
크기의 행렬을 의미할 수 있다.
Figure pat00071
행렬의
Figure pat00072
엘리먼트
Figure pat00073
는 수학식 6과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00074
여기서, 시변 경로 이득
Figure pat00075
는 샘플 시간 n에 의해 정규화되는
Figure pat00076
번째 다중경로 요소를 의미할 수 있다. 한편, 본 명세서에서
Figure pat00077
은 정수
Figure pat00078
에 대한 모듈로-
Figure pat00079
함수를 의미할 수 있다. 여기서
Figure pat00080
가 음수일 경우,
Figure pat00081
Figure pat00082
와 동일할 수 있다.
기지국은 동기 신호에 베이스 시퀀스 및 그 수정 시퀀스를 매핑하여 단말로 전송할 수 있고, 동기 신호를 수신한 단말은 동기 신호의 수신 상관치를 측정할 수 있다. 동기 신호와 셀 ID의 상관치를 측정한 결과 단말은 상관치가 가장 높은 값을 가질 때의 샘플 타임 오프셋(sample time offset, STO)을 시간 동기 점으로 간주할 수 있다.
종래의 기술의 문제점은 무선 신호의 주파수 오프셋이 심할 경우 동기 추정 성능이 저하될 수 있다는 점이다. 또한 부반송파에 복소 시퀀스가 매핑된 경우, 동기 신호를 수신한 단말은 동기 신호의 시퀀스에 복소 곱 연산을 수행하여 동기 신호의 수신 상관치를 측정할 수 있다. 이는, 단말이 수신한 동기 신호의 수신 상관치를 측정하기 위해 복소 연산과 같은 복잡한 연산을 수행하게 될 수 있음을 의미한다.
도 4a 및 4b는 본 발명에 따른 1차 동기 신호(primary synchronization signal, PSS) 시퀀스 매핑 방법의 제1 및 제2 실시예를 도시한 개념도이다.
도 4a 및 4b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 서브프레임의 슬롯에 PSS의 시퀀스를 매핑하는 방식은 다음과 같다. 본 발명의 실시예에서, PSS는 가용 주파수 자원인 복수개의 부반송파들을 점유할 수 있다. 슬롯의 총 주파수 자원의 개수, 또는 PSS가 사용할 수 있는 총 부반송파의 개수는
Figure pat00083
으로 표현될 수 있다. 이를테면,
Figure pat00084
은 128 또는 그 이상일 수 있다.
기지국은 서브프레임의 하나의 슬롯에 PSS의 시퀀스를 매핑할 수 있다. 이 때 PSS의 시퀀스의 길이는
Figure pat00085
로 표현될 수 있다. 여기서, PSS의 시퀀스의 길이(
Figure pat00086
)는 슬롯의 총 주파수 자원의 개수(
Figure pat00087
)과 동일하거나
Figure pat00088
보다 작을 수 있다. 기지국은 슬롯의 전체 대역의 한 가운데 위치한
Figure pat00089
개의 부반송파에 PSS를 매핑할 수 있다.
PSS는 베이스 시퀀스(base sequence)
Figure pat00090
와, 베이스 시퀀스를 수정하여 생성된 수정 시퀀스(modified sequence)
Figure pat00091
로 구성될 수 있다. 베이스 시퀀스
Figure pat00092
와 수정 시퀀스
Figure pat00093
는 각각
Figure pat00094
개의 부반송파에 매핑될 수 있다. 즉, PSS의 시퀀스 길이
Figure pat00095
Figure pat00096
와 같을 수 있다. 또는, PSS는 베이스 시퀀스
Figure pat00097
와 수정 시퀀스
Figure pat00098
, 그리고 베이스 시퀀스와 수정 시퀀스 사이에 배치되는 제1 신호로 구성될 수 있다. 제1 신호는 0 신호 또는 Null 신호일 수 있다. 제1 신호는 직류(direct current, DC) 신호일 수 있다. PSS의 시퀀스 길이
Figure pat00099
Figure pat00100
와 같을 수 있다. 도 4a 및 4b에서는
Figure pat00101
가 63인 실시예가 도시되어 있다.
전체 PSS 시퀀스는
Figure pat00102
와 같이 표현될 수 있다. 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 일 실시예에서 PSS는 시간 영역에서 서브프레임 0의 슬롯 0의 마지막 심볼(즉,
Figure pat00103
)에 배치될 수 있다. 즉, PSS 시퀀스
Figure pat00104
Figure pat00105
와 같을 수 있다.
도 4a 및 4b에 도시된 바와 같이, 기지국은 가장 높은 주파수를 가지는 부반송파에
Figure pat00106
을 매핑하고 주파수가 낮은 순서대로
Figure pat00107
까지
Figure pat00108
개의 엘리먼트들을 PSS 시퀀스에 매핑할 수 있다. 또는 기지국은 DC 부반송파에
Figure pat00109
을 매핑하고 주파수가 낮은 순서대로
Figure pat00110
까지 매핑한 후, 나머지 시퀀스 엘리먼트들을 가장 높은 주파수를 가지는 부반송파부터 순서대로 매핑할 수 있다.
중앙 부반송파는 슬롯의 복수개의 부반송파들 중 중심 주파수(
Figure pat00111
)를 가지는 부반송파일 수 있다. 중앙 부반송파의 구성에는 펑쳐링(puncturing) 기법이 적용될 수 있다. 중앙 부반송파에는 신호가 실리지 않을 수 있다. 중앙 부반송파는 null 값 또는 0 값을 가질 수 있다. 중앙 부반송파는 직류(direct current, DC) 부반송파일 수 있다.
베이스 시퀀스
Figure pat00112
와 수정 시퀀스
Figure pat00113
는 중앙 부반송파를 중심으로 중앙 대칭 관계를 가지도록 매핑될 수 있다. 도 4a를 참조하면, 본 발명에 따른 PSS 시퀀스 매핑 방법의 제1 실시예에서 중앙 부반송파를 중심으로 상위 부반송파 그룹과 하위 부반송파 그룹이 형성될 수 있다. 상위 부반송파 그룹과 하위 부반송파 그룹은 각각
Figure pat00114
개의 부반송파로 구성될 수 있다. 베이스 시퀀스
Figure pat00115
Figure pat00116
개의 하위 부반송파 그룹에 매핑될 수 있고, 수정 시퀀스
Figure pat00117
Figure pat00118
개의 상위 부반송파 그룹에 매핑될 수 있다. 이를 다르게 표현하면, 전체 PSS 시퀀스
Figure pat00119
에 있어서,
Figure pat00120
인 위치, 또는 중앙 부반송파에는 DC 신호가 매핑되고,
Figure pat00121
인 구간에서는 베이스 시퀀스
Figure pat00122
가 매핑되고,
Figure pat00123
인 구간에서는 수정 시퀀스
Figure pat00124
가 매핑될 수 있다. 이를 수식으로 표현하면 수학식 7과 같을 수 있다.
Figure pat00125
수학식 7은 도 4a에 도시된 바와 같이 베이스 시퀀스
Figure pat00126
가 하위 부반송파 그룹에 매핑되고 수정 시퀀스
Figure pat00127
가 상위 부반송파 그룹에 매핑되는 실시예를 나타내고 있으나, 본 발명의 실시예는 이에 국한되지 않는다. 이를테면, 도 4b를 참조하면, 본 발명에 따른 PSS 시퀀스 매핑 방법의 제2 실시예에서 베이스 시퀀스
Figure pat00128
Figure pat00129
개의 상위 부반송파 그룹에 매핑될 수 있고, 수정 시퀀스
Figure pat00130
Figure pat00131
개의 하위 부반송파 그룹에 매핑될 수 있다. 또는, 일 실시예에서 PSS 시퀀스
Figure pat00132
는 중앙 부반송파에 매핑되며 0으로 정의되는 제1 신호 또는 DC 신호를 포함할 수 있으며, 또는 포함하지 않을 수도 있다. 기지국은 수학식 7에서와 같이 중앙 부반송파에 PSS 시퀀스
Figure pat00133
의 엘리먼트를 매핑할 수 있으며, 또는 매핑하지 않을 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 베이스 시퀀스
Figure pat00134
는 수학식 8과 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00135
여기서,
Figure pat00136
는 길이가
Figure pat00137
인 ZC 베이스 시퀀스의 인덱스를 의미할 수 있다. 이러한 실시예는 베이스 시퀀스
Figure pat00138
에 ZC(Zadoff-Chu) 시퀀스가 적용된 실시예에 해당할 수 있으나, 본 발명의 실시예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 베이스 시퀀스
Figure pat00139
에는 모든 가능한 복소 시퀀스 또는 이진 시퀀스가 적용될 수 있다.
베이스 시퀀스
Figure pat00140
를 수정하여 생성된 수정 시퀀스
Figure pat00141
는, 베이스 시퀀스
Figure pat00142
의 켤레복소수(conjugate) 형태로 정의될 수 있다. 즉, 수정 시퀀스
Figure pat00143
는 수학식 9와 같을 수 있다. 본 명세서에서 * 연산자는 conjugate 연산자를 의미할 수 있다.
Figure pat00144
또는, 수정 시퀀스
Figure pat00145
는 베이스 시퀀스
Figure pat00146
의 켤레복소수의 마이너스 형태인
Figure pat00147
와 같이 정의될 수 있다. 또는, 수정 시퀀스
Figure pat00148
는 베이스 시퀀스
Figure pat00149
의 마이너스 형태인
Figure pat00150
와 같이 정의될 수 있다.
기지국은 이와 같이 중앙 대칭 매핑(central symmetric mapping, CSM)에 따라 형성된 PSS에서, 베이스 시퀀스
Figure pat00151
의 각 엘리먼트들(
Figure pat00152
)은 중앙 부반송파를 중심으로 상호간 대칭 관계에 있는 수정 시퀀스
Figure pat00153
의 각 엘리먼트들(
Figure pat00154
)과 합성될 수 있다. 수정 시퀀스
Figure pat00155
가 베이스 시퀀스
Figure pat00156
의 켤레복소수 또는 그와 유사한 형태로 정의되기 때문에, 이러한 중앙 대칭 합성(central symmetric concatenation, CSC) 결과는 실수 형태 또는 허수 형태로 나타날 수 있다.
종래의 기술의 문제점은 무선 신호의 주파수 오프셋이 심할 경우 동기 추정 성능이 저하될 수 있다는 점이다. 또한 부반송파에 복소 시퀀스가 매핑된 경우, 동기 신호를 수신한 단말은 동기 신호의 상관치를 측정하기 위하여 동기 신호의 시퀀스에 복소 곱 연산과 같은 복잡한 연산을 수행해야 한다는 문제점이 있다.
본 발명의 실시예에 따라 중앙 대칭 매핑(CSM) 방식으로 설계된 PSS에 대하여 중앙 대칭 합성(CSC) 연산이 수행될 경우, 연산 결과가 실수 형태 또는 허수 형태로 단순화되어 나타날 수 있다. 이를 통하여, 본 발명의 실시예에 따른 PSS를 통한 시간/주파수 동기(TFS) 추정 연산의 복잡도가 절반으로 줄어들 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면 단말은 기지국에서 중앙 대칭 매핑(CSM) 방식으로 매핑되어 전송된 PSS를 수신하여 중앙 대칭 합성(CSC) 연산을 수행함으로써, 복잡도가 낮고 정확도가 높으며 효율적인 시간/주파수 동기(TFS) 추정을 수행할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따라 서브프레임의 슬롯에 PSS 시퀀스 엘리먼트를 매핑하는 방법의 일 실시예를 도시한 순서도이고, 도 6 내지 8은 본 발명에 따른 PSS 시퀀스 매핑 방법의 제3 내지 제5 실시예를 도시한 개념도이다. 도 5 내지 도 8을 참조하면 본 발명에 따른 PSS의 시퀀스를 매핑하는 방식은 다음과 같을 수 있다.
PSS가 매핑되는 슬롯의 복수개의 부반송파들 중 하나는 DC 부반송파일 수 있다. DC 부반송파는 시퀀스 엘리먼트가 매핑되지 않은 부반송파일 수 있다. DC 부반송파는 복수개의 부반송파 중 중심 주파수(
Figure pat00157
)를 가지는 부반송파일 수 있다.
동기 신호가 매핑되는 서브프레임의 슬롯은 2개의 주파수 영역(예를 들어, 제1 주파수 영역, 제2 주파수 영역)들로 구분될 수 있다. 복수개의 부반송파들은 DC 부반송파를 기준으로 구분될 수 있다. 예를 들어 기지국은 복수개의 부반송파들 중 DC 부반송파보다 낮은 주파수를 가지는 부반송파들의 집합을 제1 주파수 영역으로 정의하고, DC 부반송파보다 높은 주파수를 가지는 부반송파들의 집합을 제2 주파수 영역으로 정의할 수 있다.
제1 주파수 영역의 부반송파 개수와 제2 주파수 영역의 부반송파 개수는 동일할 수 있다. 예를 들어 제1 주파수 영역의 부반송파 개수가 베이스 시퀀스의 길이인
Figure pat00158
일 경우, 제2 주파수 영역의 부반송파 개수 역시
Figure pat00159
일 수 있다.
PSS는 복수개의 시퀀스들이 결합된 형태일 수 있다. PSS를 구성하는 복수개의 시퀀스 중 하나는 베이스 시퀀스
Figure pat00160
일 수 있다. 기지국은 서브프레임의 슬롯에 베이스 시퀀스
Figure pat00161
를 매핑할 수 있다(S510). 기지국은 슬롯의 두 주파수 영역 중 하나에 베이스 시퀀스를 매핑할 수 있다. 예를 들어 기지국은 슬롯의 주파수 영역 중 제1 주파수 영역의 부반송파에 베이스 시퀀스를 매핑할 수 있다(S510).
PSS를 구성하는 베이스 시퀀스는 복소 시퀀스일 수 있다. 일 실시예에서 PSS를 구성하는 베이스 시퀀스
Figure pat00162
는 수학식 10과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00163
도 5와 수학식 10에서,
Figure pat00164
는 베이스 시퀀스의 시퀀스 인덱스를 의미할 수 있고, k는 베이스 시퀀스의 엘리먼트 인덱스를 의미할 수 있고,
Figure pat00165
는 베이스 시퀀스의 길이를 의미할 수 있고,
Figure pat00166
는 길이가
Figure pat00167
인 ZC 베이스 시퀀스의 인덱스를 의미할 수 있다. 이러한 실시예는 베이스 시퀀스
Figure pat00168
에 ZC(Zadoff-Chu) 시퀀스가 적용된 실시예에 해당할 수 있으나, 본 발명의 실시예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 베이스 시퀀스
Figure pat00169
에는 모든 가능한 복소 시퀀스 또는 이진 시퀀스가 적용될 수 있다.
기지국은 베이스 시퀀스의 각각의 엘리먼트를 슬롯의 부반송파의 주파수 크기에 따라서 매핑할 수 있다. 예를 들어,
Figure pat00170
은 제1 주파수 영역의 부반송파 중 가장 큰 주파수를 가지는 부반송파에 매핑될 수 있으며,
Figure pat00171
은 제1 주파수 영역의 부반송파 중 가장 작은 주파수를 가지는 부반송파에 매핑될 수 있다.
PSS는 베이스 시퀀스
Figure pat00172
와 수정 시퀀스
Figure pat00173
가 결합된 구성일 수 있다. 기지국은 베이스 시퀀스에 기초하여 베이스 시퀀스와 별도의 시퀀스인 수정 시퀀스
Figure pat00174
를 생성할 수 있다(S520). 기지국은 미리 설정된 연산을 수행하여 베이스 시퀀스
Figure pat00175
의 시퀀스 엘리먼트로부터 수정 시퀀스
Figure pat00176
의 시퀀스 엘리먼트를 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 수정 시퀀스
Figure pat00177
를 생성하기 위하여 기지국은 베이스 시퀀스
Figure pat00178
엘리먼트의 실수부 및 허수부 중 적어도 하나의 극성을 반전할 수 있다.
도 6에 도시된 제3 실시예에 따르면, 기지국은 수학식 11의 연산을 수행하여 베이스 시퀀스로부터 수정 시퀀스를 생성할 수 있다(S520).
Figure pat00179
도 6에 도시된 제3 실시예에서, 기지국은 베이스 시퀀스 엘리먼트 각각의 허수부의 극성을 반전하여 수정 시퀀스를 생성할 수 있다(S520). 위와 같이 설계된 동기 신호는 시간 영역 상에서 실수부 만으로 구성된 신호일 수 있다.
도 7에 도시된 제4 실시예에 따르면, 기지국은 수학식 12의 연산을 수행하여 베이스 시퀀스로부터 수정 시퀀스를 생성할 수 있다(S520).
Figure pat00180
도 7에 도시된 제4 실시예에서, 기지국은 베이스 시퀀스 엘리먼트 각각의 실수부의 극성을 반전하여 수정 시퀀스를 생성할 수 있다(S520). 위와 같이 설계된 동기 신호는 시간 영역 상에서 허수부 만으로 구성된 신호일 수 있다.
도 8에 도시된 제5 실시예에 따르면, 기지국은 수학식 13의 연산을 수행하여 베이스 시퀀스로부터 수정 시퀀스를 생성할 수 있다.
Figure pat00181
도 8에 도시된 제5 실시예에서, 기지국은 베이스 시퀀스의 엘리먼트의 실수부와 허수부의 극성을 반전하여 수정 시퀀스를 생성할 수 있다.
기지국은 서브프레임의 슬롯의 부반송파에 수정 시퀀스
Figure pat00182
를 매핑할 수 있다(S530). 구체적으로 기지국은 슬롯의 부반송파 중 베이스 시퀀스가 매핑되지 않은 주파수 영역에 수정 시퀀스를 매핑할 수 있다. 베이스 시퀀스가 주파수 대역 중 제1 주파수 영역에 매핑된 경우, 기지국은 주파수 대역 중 제2 주파수 영역에 수정 시퀀스
Figure pat00183
를 매핑할 수 있다(S530).
기지국이 제2 주파수 영역에 수정 시퀀스를 매핑하는 경우, 기지국은 베이스 시퀀스의 시퀀스 엘리먼트 인덱스와 수정 시퀀스의 시퀀스 엘리먼트 인덱스가 DC 부반송파를 기준으로 서로 대칭을 이루도록 수정 시퀀스를 매핑할 수 있다(S530).
예를 들어,
Figure pat00184
는 제1 주파수 영역의 부반송파 중 가장 큰 주파수를 가지는 부반송파에 매핑될 수 있으며,
Figure pat00185
은 제1 주파수 영역의 부반송파 중 가장 작은 주파수를 가지는 부반송파에 매핑될 수 있다. 이 경우
Figure pat00186
는 제2 주파수 영역의 부반송파 중 가장 작은 주파수를 가지는 부반송파에 매핑될 수 있으며,
Figure pat00187
은 제2 주파수 영역의 부반송파 중 가장 큰 주파수를 가지는 부반송파에 매핑될 수 있다.
한 셀 내에서 한 무선 프레임 내의 두 개의 PSS는 서로 동일할 수 있다. 한 셀의 PSS는 셀의 물리계층 셀 ID에 따라 서로 다른 값을 가질 수 있다. 단말은 PSS의 베이스 시퀀스 및 수정 시퀀스와 셀 ID의 상관 특성 수준이 기 설정된 조건을 충족하는 시퀀스를 선택하여 셀 ID와 대응되도록 매핑할 수 있다. 예를 들어, 베이스 시퀀스의 상관 특성 수준을 기준으로 시퀀스 인덱스
Figure pat00188
가 0,1,2 인 3개의 시퀀스가 선택된 경우, 시퀀스 인덱스
Figure pat00189
인 시퀀스에 제1 셀 그룹 ID를 매핑할 수 있다. 단말은 시퀀스 인덱스가
Figure pat00190
인 베이스 시퀀스에 제2 셀 그룹 ID를 매핑할 수 있으며, 시퀀스 인덱스가
Figure pat00191
인 베이스 시퀀스에 제3 셀 그룹 ID를 매핑할 수 있다.
도 4 내지 8에서는 설명의 편의를 위하여 PSS 시퀀스 또는 PSS 시퀀스 앨리먼트를 매핑하는 방법을 예시로 설명하였으나, 본 발명의 실시예는 PSS 외에도 통신 신호의 주파수 영역에 다양한 시퀀스 및 그 앨리먼트의 매핑에 적용될 수 있다.
도 9는 본 발명에 따라 제어 시퀀스 및 데이터 시퀀스를 매핑하는 방법의 일 실시예를 도시한 개념도이다. 도 5와 도 9를 참조하면 본 발명에 따라서 신호의 제어 영역 및 데이터 영역의 슬롯에 시퀀스를 매핑하는 방식은 다음과 같을 수 있다.
PDCCH 및 PDSCH의 복수개의 부반송파들 중 하나의 부반송파는 DC 부반송파일 수 있다. DC 부반송파는 제어 영역 및 데이터 영역의 복수개의 부반송파 중 중심 주파수를 가지는 부반송파일 수 있다. DC 부반송파는 시퀀스 엘리먼트가 매핑되지 않은 부반송파일 수 있다.
신호가 매핑되는 주파수 대역은 2개의 주파수 영역(예를 들어, 제1 주파수 영역, 제2 주파수 영역)들로 구분될 수 있다. 복수개의 부반송파들은 DC 부반송파를 기준으로 구분될 수 있다. 예를 들어 기지국은 복수개의 부반송파들 중 DC 부반송파보다 낮은 주파수를 가지는 부반송파들의 집합을 제1 주파수 영역으로 정의하고, DC 부반송파보다 높은 주파수를 가지는 부반송파들의 집합을 제2 주파수 영역으로 정의할 수 있다.
제1 주파수 영역의 부반송파 개수와 제2 주파수 영역의 부반송파 개수는 동일할 수 있다. 예를 들어 제1 주파수 영역의 부반송파 개수가 제어 및 데이터 시퀀스의 길이인
Figure pat00192
일 경우, 제2 주파수 영역의 부반송파 개수 역시
Figure pat00193
일 수 있다.
기지국은 제어 영역에 제어 시퀀스
Figure pat00194
를 매핑할 수 있으며, 제어 영역 중 하나의 주파수 영역에 제어 시퀀스를 매핑할 수 있다. 예를 들어, 기지국은 제어 영역의 제1 주파수 영역에 제어 시퀀스를 매핑할 수 있다.
기지국은 데이터 영역에 데이터 시퀀스
Figure pat00195
를 매핑할 수 있으며, 데이터 영역 중 하나의 주파수 영역에 데이터 시퀀스를 매핑할 수 있다. 예를 들어, 기지국은 데이터 영역의 제1 주파수 영역에 데이터 시퀀스를 매핑할 수 있다.
제어 영역에 매핑되는 제어 시퀀스는 복소 시퀀스일 수 있으며, 이진 시퀀스일 수 있다. 또한 데이터 영역에 매핑되는 데이터 시퀀스는 복소 시퀀스일 수 있으며, 이진 시퀀스일 수 있다. 다만, 제어 시퀀스는 명세서에 기재된 범위에 한정되지 아니하며, 이는 데이터 시퀀스에도 해당된다.
아래에서는 제어 영역에 매핑되는 제어 시퀀스가 복소 시퀀스인 경우를 가정하여 설명한다.
제어 시퀀스의 각각의 시퀀스 엘리먼트는 부반송파의 주파수에 따라 매핑될 수 있다. 예를 들어,
Figure pat00196
은 제1 주파수 영역의 부반송파 중 가장 높은 주파수를 가지는 부반송파에 매핑될 수 있으며,
Figure pat00197
은 제1 주파수 영역의 부반송파 중 가장 낮은 주파수를 가지는 부반송파에 매핑될 수 있다.
기지국은 제어 시퀀스에 기초하여 제어 시퀀스와 별도의 시퀀스인 수정 시퀀스
Figure pat00198
를 생성할 수 있다. 기지국은 미리 설정된 연산을 수행하여 제어 시퀀스
Figure pat00199
의 시퀀스 엘리먼트로부터 수정 시퀀스
Figure pat00200
의 시퀀스 엘리먼트를 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 수정 시퀀스
Figure pat00201
를 생성하기 위하여 기지국은 제어 시퀀스
Figure pat00202
의 시퀀스 엘리먼트의 실수부 및 허수부 중 적어도 하나의 극성을 반전할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기지국은 수학식 14의 연산을 수행하여 제어 시퀀스로부터 수정 시퀀스를 생성할 수 있다.
Figure pat00203
기지국은 제어 시퀀스의 시퀀스 엘리먼트의 허수부의 극성을 반전하여 수정 시퀀스를 생성할 수 있다. 위와 같이 설계된 주파수 영역 제어 신호 및 데이터 신호의 시간 영역 상에서 실수부 만을 가지는 신호일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 기지국은 수학식 15의 연산을 수행하여 제어 시퀀스부터 수정 시퀀스를 생성할 수 있다.
Figure pat00204
기지국은 제어 시퀀스의 시퀀스 엘리먼트의 실수부의 극성을 반전하여 수정 시퀀스를 생성할 수 있다. 위와 같이 설계된 주파수 영역 제어 신호 및 데이터 신호는 시간 영역 상에서 허수부 만을 가지는 신호일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 기지국은 수학식 16의 연산을 수행하여 수정 시퀀스를 생성할 수 있다.
Figure pat00205
기지국은 제어 시퀀스의 시퀀스 엘리먼트의 실수부와 허수부의 극성을 반전하여 수정 시퀀스를 생성할 수 있다.
기지국은 슬롯의 복수개의 부반송파에 수정 시퀀스
Figure pat00206
를 매핑할 수 있다. 구체적으로 기지국은 제어 시퀀스가 매핑되지 않은 주파수 영역에 수정 시퀀스를 매핑할 수 있다. 제어 시퀀스가 제1 주파수 영역에 매핑된 경우, 기지국은 슬롯의 부반송파 중 제2 주파수 영역에 수정 시퀀스
Figure pat00207
를 매핑할 수 있다.
기지국이 제2 주파수 영역에 수정 시퀀스를 매핑하는 경우, 기지국은 제어 시퀀스의 시퀀스 엘리먼트 인덱스와 수정 시퀀스의 시퀀스 엘리먼트 인덱스가 DC 부반송파를 기준으로 서로 대칭을 이루도록 제2 주파수 영역에 수정 시퀀스를 매핑할 수 있다.
예를 들어,
Figure pat00208
은 제1 주파수 영역의 부반송파 중 가장 큰 주파수를 가지는 부반송파에 매핑될 수 있으며,
Figure pat00209
은 제1 주파수 영역의 부반송파 중 가장 작은 주파수를 가지는 부반송파에 매핑될 수 있다. 이 경우
Figure pat00210
은 제2 주파수 영역의 부반송파 중 가장 작은 주파수를 가지는 부반송파에 매핑될 수 있으며,
Figure pat00211
은 제2 주파수 영역의 부반송파 중 가장 큰 주파수를 가지는 부반송파에 매핑될 수 있다.
본 명세서에서는 제어 영역에 제어 시퀀스를 매핑하는 방법을 기재하였으나, 위 내용은 데이터 시퀀스를 매핑하는 방법에 적용할 수 있음은 자명할 것이다. 또한 본 명세서에 기재된 시퀀스를 매핑하는 방법은 제어 시퀀스 및 데이터 시퀀스뿐만 아니라 다른 시퀀스를 매핑하는 데에 적용할 수 있음 역시 자명할 것이다.
도 10은 본 발명에 따른 PSS에 적용되는 최적의 시퀀스 인덱스들을 도출하는 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 예시 그래프이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기지국은 단말로 1차 동기 신호(primary synchronization signal, PSS)를 전송할 수 있다. 기지국이 단말로 전송하는 PSS는 도 3 내지 5 등을 참고하여 설명한 PSS와 동일 또는 유사할 수 있다. PSS는 반송파 주파수 오프셋(carrier frequency offset, CFO)에 대하여 높은 강건성을 가질 수 있다. CFO에 대한 PSS의 강건성을 분석하기 위하여, PSS 시퀀스 인덱스
Figure pat00212
의 함수로서'유효 마진 누적(effective margin accumulation, EMA)'이라는 함수가 정의될 수 있다. EMA는 수학식 17과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00213
여기서,
Figure pat00214
는 수학식 4의
Figure pat00215
에서 수신 안테나 인덱스
Figure pat00216
가 0이고, 심볼 인덱스
Figure pat00217
이 6이고, 서브프레임 인덱스
Figure pat00218
가 0이고, 우변의 2번째 및 3번째 항이 제외된 (
Figure pat00219
) 크기의 성분 벡터(component vector)를 의미할 수 있다. 즉,
Figure pat00220
는 설명의 편의를 위하여 수신 안테나가 1개이고, PSS가 0번 서브프레임의 6번 심볼에 배치되고, 인접한 셀로부터의 간섭과 잡음의 영향이 무시된 환경을 가정하여 정의된 (
Figure pat00221
) 크기의 성분 벡터를 의미할 수 있다.
도 10을 참조하면, 종래의 통신 시스템(LTE, NR)과 본 발명에 따른 통신 시스템(AR)의 일 실시예에서 PSS를
Figure pat00222
함수에 따라 분석하여 그 결과가 비교될 수 있다. 따만 도 10에 도시된 그래프는 설명의 편의를 위하여 예시적으로 설정된 상황에 따른 분석 결과로서, 본 발명의 실시예는 이에 국한되지 않는다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 통신 시스템의 일 실시예에서, 시퀀스 인덱스
Figure pat00223
가 2 및 61일 때에 평균
Figure pat00224
값이 종래의 통신 시스템(LTE, NR 등)에서보다 월등히 높게 나타날 수 있다. PSS에 적용되는 최적의 3개의 시퀀스 인덱스
Figure pat00225
,
Figure pat00226
Figure pat00227
을 고르기 위하여, 2 및 61과 이에 인접한 시퀀스 인덱스들(1, 3, 60 및 62 등) 중 일부를 포함하는 후보 세트들이 선택될 수 있다. 이를테면, 시퀀스 인덱스 세트 {
Figure pat00228
}에 대한 후보로서 {1, 2, 61}, {2, 3, 61}, {2, 60, 61}, {2, 61, 62}, 등 4개의 후보 세트들이 선택될 수 있다.
4개의 후보 세트들 중 가장 좋은 시퀀스 인덱스를 선택하기 위하여, 2개의 시퀀스 인덱스를 변수로 하는 '유효 누적 상호-상관'(effective accumulated cross-correlation, EAC) 함수가 정의될 수 있다. EAC 함수
Figure pat00229
는 수학식 18과 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00230
수학식 18에서 정의된 EAC 함수는 수학식 17에서 정의된 EMA 함수와 동일 또는 유사한 조건 하에서 정의되었을 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 EAC 함수의 변수가 되는
Figure pat00231
Figure pat00232
는 서로 다른 시퀀스 인덱스일 수 있다. 선택된 4개의 후보 세트들을 구성하는 시퀀스 인덱스들을 EAC 함수를 통해 분석하면, 이를테면 표 1과 같은 결과가 획득될 수 있다.
Figure pat00233
본 발명의 일 실시예에서, 평균 EAC 값이 낮을수록 상호 상관성이 좋은 것으로 판단될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 선택된 평균 EAC 값들 사이의 차이가 작을수록 남아 있는 인접 셀 간섭이 공평해지는 것으로 판단될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 표 1과 같은 분석 결과에 기초하여 시퀀스 인덱스 세트 {1, 2, 61}이 선택될 수 있다.
상기한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 1차 동기 신호(primary synchronization signal, PSS)에 적용되는 최적의 시퀀스 인덱스들을 효과적으로 도출할 수 있다. 이를 통하여, 본 발명에 따른 통신 시스템은 높은 주파수 오프셋과, 높은 이동속도에 따른 도플러 효과에 대하여 강건성을 가질 수 있다.
도 11은 본 발명에 따른 2차 동기 신호(secondary synchronization signal, PSS) 시퀀스 매핑 방법의 일 실시예를 도시한 순서도이다.
도 11에 따르면, 기지국은 슬롯의 부반송파들에 SSS의 시퀀스를 매핑할 수 있다. SSS 시퀀스는
Figure pat00234
와 같이 표현될 수 있다. 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 일 실시예에서 SSS는 시간 영역에서 서브프레임 0의 슬롯 0의 마지막에서 두 번째 심볼(즉,
Figure pat00235
)에 배치될 수 있다. 즉, SSS 시퀀스
Figure pat00236
Figure pat00237
와 같을 수 있다.
Figure pat00238
Figure pat00239
의 길이를 가질 수 있다. 본 발명의 실시예에서, SSS 시퀀스
Figure pat00240
는 2개의 서로 다른 사이클릭 쉬프트된(cyclic-shifted) 이진 시퀀스
Figure pat00241
Figure pat00242
간의 엘리먼트별 배타적 논리합 연산(element-wise exclusive-OR operation)을 통해 정의될 수 있다. 이를테면, SSS 시퀀스
Figure pat00243
는 수학식 19와 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00244
여기서,
Figure pat00245
Figure pat00246
는 이진 PN(pseudo-noise) 시퀀스일 수 있다. 그러나 본 발명은 이에 국한되지 않으며, 모든 가능한 다른 종류의 이진 시퀀스들이 적용될 수 있다.
Figure pat00247
Figure pat00248
Figure pat00249
와 같이
Figure pat00250
의 길이를 가질 수 있다. 시프트 인덱스
Figure pat00251
Figure pat00252
은 PCI 인덱스
Figure pat00253
에 기초하여 설정될 수 있다.
Figure pat00254
Figure pat00255
은 PCI 인덱스
Figure pat00256
에 기초하여 설정될 수 있다.
Figure pat00257
Figure pat00258
에는 각각 스케일링 팩터(scaling factor)가 적용될 수 있다.
Figure pat00259
Figure pat00260
에는 적용되는 스케일링 팩터는 각각 3 및 2일 수 있다. 이를테면, 본 발명의 일 실시예에서
Figure pat00261
Figure pat00262
은 수학식 20과 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00263
여기서,
Figure pat00264
Figure pat00265
에는 적용되는 스케일링 팩터 3 및 2는 반송파 주파수 오프셋(carrier frequency offset, CFO)에 대한 강건성을 향상시키기 위해 적용될 수 있다. 수학식 20에서는 스케일링 팩터가 3 및 2로 적용된 예시를 나타내었으나, 이는 설명의 편의를 위한 본 발명의 실시예는 이에 국한되지 않는다.
무선 통신 시스템에서 송수신되는 동기 신호에 정수배로 CFO 에러가 발생할 경우, 주파수 영역에서는 정수배로 부반송파 시프트(shift)가 발생해서, 신호의 엘리먼트들이 원래보다 정수배만큼 시프트된 부반송파에 속하게 될 수 있다. 신호를 수신하는 단말 또는 수신노드는 CFO 발생에 대해 사전에 알 수 없기 때문에, 수신한 '시프트된 부반송파'에 기초하여 상관을 수행하게 될 수 있다. 이와 같이 잘못된 '시프트된 부반송파' 열에 따라 상관을 수행할 경우, 자기 서빙 셀에 속하지 않는 다른 PCI가 검출될 수 있다. 본 발명의 실시예에서는
Figure pat00266
Figure pat00267
에 서로 다른 정수값을 가지는 스케일링 팩터를 적용함으로써, 인접 셀의 존재로 인한 간섭의 문제를 차단하고 동기 성능을 향상시킬 수 있다.
종래의 통신 시스템에서는
Figure pat00268
Figure pat00269
등의 이진 시퀀스에 기초하여 SSS 시퀀스를 생성하기 위하여, 이를테면
Figure pat00270
등과 같은 연산이 수행되어 다회의 이진 곱셈 연산 및 BPSK(binary phase shift keying) 변조 연산이 요구되었다. 이 때문에 연산 및 하드웨어의 복잡성이 높다는 문제점이 있었다. 본 발명의 실시예에 따르면 SSS 시퀀스 생성 과정에서
Figure pat00271
Figure pat00272
이진 시퀀스 간의 엘리먼트별 배타적 논리합 연산(
Figure pat00273
)을 거쳐 하나의 이진 시퀀스가 도출되어 이에 대한 비교적 간단한 연산(
Figure pat00274
)이 수행될 수 있다. 이를 통하여, 본 발명은 연산 및 하드웨어의 복잡성이 낮아진다는 기술적 효과를 가진다.
기지국은 SSS 시퀀스의 생성을 위하여 서로 다른 제1 및 제2 시퀀스를 생성할 수 있다(S1110). 생성된 제1 및 제2 시퀀스는 수학식 19을 참조하여 설명한
Figure pat00275
Figure pat00276
과 동일 또는 유사할 수 있다. 기지국은 생성된 제1 및 제2 시퀀스 간에 엘리먼트별 배타적 논리합 연산(element-wise exclusive-OR operation)을 수행하여 제3 시퀀스를 출력할 수 있다(S1120). 배타적 논리합 연산의 일 실시예에서, 제1 시퀀스와 제2 시퀀스의 같은 위치의 두 엘리먼트가 0과 1 또는 1과 0이면 제3 시퀀스의 엘리먼트가 1로 정의되고, 0과 0 또는 1과 1이면 제3 시퀀스의 엘리먼트가 0으로 정의될 수 있다.
기지국은 제3 시퀀스에 대한 연산을 수행하여 SSS 시퀀스를 생성할 수 있다. 이 과정에서, 제3 시퀀스에 대한 BPSK 연산이 수행될 수 있다. BPSK 연산의 일 실시예에서, 제3 시퀀스의 엘리먼트의 값이 0이면, SSS 시퀀스의 엘리먼트의 값이 -1로 정의될 수 있고, 제3 시퀀스의 엘리먼트의 값이 1이면, SSS 시퀀스의 엘리먼트의 값이 1로 정의될 수 있다. 또는, 제3 시퀀스의 엘리먼트의 값이 0이면, SSS 시퀀스의 엘리먼트의 값이 1로 정의될 수 있고, 제3 시퀀스의 엘리먼트의 값이 1이면, SSS 시퀀스의 엘리먼트의 값이 -1로 정의될 수 있다.
기지국은 생성된 SSS 시퀀스를 주파수에 따라 슬롯에 매핑할 수 있다(S1130). 본 발명의 일 실시예에서, SSS 시퀀스의 매핑은 주파수 영역 상에서 오름차순 또는 내림차순으로 이루어질 수 있다. 기지국은 단말로 SSS를 전송할 수 있다(S1140). 단말은 기지국에서 전송된 SSS를 수신할 수 있다(S1140). 단말은 수신한 SSS의 시퀀스를 복호화하여(S1150), 이로부터 물리적 셀 ID(PCI) 추정 동작을 수행할 수 있다(S1160).
본 발명의 일 실시예에 따른 SSS가 적용된 무선 통신 시스템에서는, SSS 생성을 위한 연산의 복잡도가 종래의 통신 시스템에 비하여 낮을 수 있다. 이러한 차이는 표 2에 나타난 바와 같을 수 있다.
Figure pat00277
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 SSS가 적용된 무선 통신 시스템에서는, 종래의 LTE 통신 시스템에서와는 달리 인접 셀로부터의 간섭에 의한 충돌 확률이 0%일 수 있다. 이를테면, 표 3에 나타난 실험결과와 같을 수 있다.
Figure pat00278
도 12는 본 발명에 따른 스텝-1 셀 탐색기의 일 실시예를 설명하기 위한 블록도이고, 도 13은 본 발명에 따른 스텝-2 셀 탐색기의 일 실시예를 설명하기 위한 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에서, 통신 시스템의 단말은 기지국에서 전송된 동기 신호를 수신하여 셀 탐색을 수행할 수 있다. 이러한 셀 탐색 과정은 스텝-1 탐색기와 스텝-2 탐색기를 통해 수행될 수 있다,
도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스텝-1 셀 탐색기(1200)는 복수 개의 상호 상관기(cross-correlator)(1211, 1212, 1213), 복수 개의 누적기(accumulator)(1221, 1222), 피크 검출기(peak detector)(1231), 및 CFO 추정기(estimator)(1232)를 포함할 수 있다. 복수 개의 상호 상관기(1211, 1212, 1213)는 기지국이 수신한 PSS 신호를 수신할 수 있다. 제1 상호 상관기(1211)는 PSS 시퀀스 인덱스
Figure pat00279
에 대하여 상호 상관을 수행할 수 있다. 제2 상호 상관기(1212)는 PSS 시퀀스 인덱스
Figure pat00280
에 대하여 상호 상관을 수행할 수 있다. 제3 상호 상관기(1213)는 PSS 시퀀스 인덱스
Figure pat00281
에 대하여 상호 상관을 수행할 수 있다. 도 10을 참조하여 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서
Figure pat00282
,
Figure pat00283
, 및
Figure pat00284
는 각각 1, 2, 및 61로 설정될 수 있다. 그러나 본 발명의 실시예는 이에 국한되지 않는다. 복수 개의 상호 상관기(1211, 1212, 1213)는 수학식 18과 동일 또는 유사한 수학식에 기초하여 상호 상관을 수행할 수 있다. 복수 개의 상호 상관기(1211, 1212, 1213)는 상호 상관의 결과로 실수 값 및 복소수 값을 출력할 수 있다. 복수 개의 상호 상관기(1211, 1212, 1213)에서 출력된 실수값은 제1 누적기(1221)로 전달될 수 있다. 복수 개의 상호 상관기(1211, 1212, 1213)에서 출력된 복소수값은 제2 누적기(1222)로 전달될 수 있다. 제1 및 제2 누적기(1221, 1222)는 제1 설정시간 동안 전달받은 신호를 누적하여 누적 상관치를 출력할 수 있다. 도 12에는 제1 설정시간이 10ms인 실시예가 예시로서 도시되어 있다. 그러나 본 발명의 실시예는 이에 국한되지 않는다. 이를테면, 제1 설정시간은 20ms 또는 그 밖의 시간 간격으로 설정될 수 있다.
제1 누적기(1221)는 제1 설정시간 동안 전달받은 신호를 누적하여 제1 누적 상관치
Figure pat00285
를 출력할 수 있다. 제1 누적기(1221)는 출력된 제1 누적 상관치
Figure pat00286
를 피크 검출기(1231)로 전달할 수 있다. 피크 검출기(1231)는 각각의 PSS 시퀀스 인덱스 별로 제1 누적 상관치 제1 누적 상관치
Figure pat00287
가 최대가 되는 샘플 타임 오프셋(sample time offset: STO)
Figure pat00288
를 추정할 수 있다. 제2 누적기(1222)는 제1 설정시간 동안 전달받은 신호를 누적하여 제2 누적 상관치
Figure pat00289
를 출력할 수 있다. CFO 추정기(1232)는 피크 검출기(1231)에서 추정된 STO
Figure pat00290
값을 수신하고, 제2 누적기(1222)로부터 제2 누적 상관치 제2 누적 상관치
Figure pat00291
를 수신할 수 있다. CFO 추정기(1232)는 수신한 값들에 기초하여, 각각의 PID 별로 CFO
Figure pat00292
을 추정할 수 있다. CFO 추정기(1232)는 추정된 STO
Figure pat00293
및 CFO
Figure pat00294
값을 스텝-2 셀 탐색기로 전달할 수 있다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스텝-2 셀 탐색기(1300)는 CFO 보상기(compensator)(1310), 추출기(extractor)(1320), 채널 추정기(channel estimator)(1330), 채널 보상기(channel compensator)(1340), PN 시퀀스 역-상관기(de-correlator)(1350), 결합기(combiner)(1360), 제3 누적기(accumulator) (1370), 및 피크 검출기(peak detector)(1380)를 포함할 수 있다.
도 12를 참조하여 설명한 바와 같이, 스텝-2 셀 탐색기(1300)는 스텝-1 셀 탐색기(1200)로부터 각각의 PID 별로 추정된 STO
Figure pat00295
및 CFO
Figure pat00296
값을 입력 받을 수 있다. CFO 보상기(1310)는 추정된 STO
Figure pat00297
값에 기초하여, 수신 신호에 대해 추정된 CFO
Figure pat00298
값 만큼 CFO 보상을 수행할 수 있다. 추출기(1320)는 N-포인트 FFT를 수행할 수 있고, 주파수 영역에서
Figure pat00299
개의 부반송파에 실려 있는 PSS 신호와 SSS 신호를 각각 추출할 수 있다. 채널 추정기(1330)는 추출된 PSS 신호에 기초하여 채널 추정을 수행할 수 있다. 채널 보상기(1340)는 채널 추정된 부반송파 별 채널상태 정보에 기초하여, 인접해있는 주파수영역 SSS 신호에 대해 채널 보상을 수행할 수 있다. PN 시퀀스 역-상관기(1350) 및 결합기(1360)는 모든 가능한 PCI 인덱스들에 대해 역상관(de-correlation) 및 결합(combining)을 수행할 수 있다. 제3 누적기(1370)는 제2 설정시간 동안 전달받은 신호를 누적하여, 모든 가능한 PCI 인덱스 별로 최종 누적 상관치를 출력할 수 있다. 도 13에는 제2 설정시간이 10ms인 실시예가 예시로서 도시되어 있다. 그러나 본 발명의 실시예는 이에 국한되지 않는다. 이를테면, 제2 설정시간은 20ms 또는 그 밖의 시간 간격으로 설정될 수 있다.
피크 검출기(1380)는 출력된 최종 누적 상관치를 임계치 D와 비교할 수 있다(S1390). 만약 출력된 최종 누적 상관치가 임계치 D 이상일 경우, 피크 검출기(1380)는 그 때의 최종 누적 상관치가 추정된 서빙 셀의 PCI인 것으로 판단할 수 있다. 한편, 만약 출력된 최종 누적 상관치가 임계치 D보다 작을 경우, 스텝-1 및 스텝-2를 통한 셀 탐색이 재수행될 수 있다.
도 14는 본 발명에 따른 통신 시스템의 기술적 효과를 설명하기 위한 실험 그래프이고, 도 15는 본 발명에 따른 스텝-1 셀 탐색기의 기술적 효과를 설명하기 위한 실험 그래프이고, 도 16은 본 발명에 따른 스텝-2 셀 탐색기의 기술적 효과를 설명하기 위한 실험 그래프이다. 도 14 내지 16에서는 설명의 편의를 위해, 본 발명에서 제안하는 동기 신호를 사용하는 무선 통신 시스템이 AR(alternative radio) 통신 시스템으로 도시되어 있다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 동기 신호가 적용된 무선 통신 시스템은 종래의 LTE 통신 시스템에 비하여 우수한 상호 상관 특성을 가질 수 있다. 도 15 및 16을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 동기 신호가 적용된 무선 통신 시스템은, 종래의 LTE 통신 시스템 및 NR 통신 시스템 비하여 우수한 추정 오류율(detection error rate, DER) 성능을 가질 수 있고, 특히 고속 이동 상황에서도 종래의 통신 시스템에 비하여 우수한 DER 성능을 가질 수 있다.
상기한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 통신 시스템의 기지국 및 단말은 베이스 시퀀스와, 상기 베이스 시퀀스로부터 극성이 반전되고 상기 베이스 시퀀스와 중앙 대칭 매핑(centrally symmetric mapping, CSM) 관계에 있는 수정 시퀀스를 포함하는 1차 동기 신호(primary synchronization signal, PSS)를 송수신함으로써, 효율적으로 시간/주파수 동기 절차를 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 통신 시스템의 기지국 및 단말은 서로 다른 2개의 이진 PN(pseudo-noise) 시퀀스들 간의 배타적 논리합 연산에 기초하여 정의된 2차 동기 신호(secondary synchronization signal, SSS)를 송수신함으로써, 주파수 오프셋이 존재하는 상황에서도 효율적으로 물리적 셀 ID(physical cell ID, PCI) 추정 절차를 수행할 수 있다.
본 명세서에서는 설명의 편의를 위하여 기지국이 동기 신호를 생성하여 단말로 송신하고, 단말이 이를 수신하여 셀 탐색을 수행하는 경우를 예시로 설명하였으나, 본 발명의 실시예는 여기에 국한되지 않는다. 이를테면, 상술한 본 발명에서의 동기 신호 생성 및 송수신 동작은, 상호간 사이드링크(sidelink, SL) 통신을 수행하는 단말들에 의하여 수행될 수도 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(rom), 램(ram), 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 (6)

  1. 통신 시스템에서 기지국에 의해 수행되는 동기 신호의 송신 방법으로서,
    서로 다른 이진 시퀀스들인 제1 시퀀스 및 제2 시퀀스를 생성하는 단계;
    상기 제1 시퀀스 및 제2 시퀀스 간의 엘리먼트별 배타적 논리합 연산(element-wise exclusive-OR operation)을 수행하여 제3 시퀀스를 생성하는 단계;
    상기 제1 및 제2 시퀀스 간의 엘리먼트별 배타적 논리합 연산의 결과로 생성된 상기 제3 시퀀스에 대하여 BPSK(binary phase shift keying) 변조를 1회 수행함으로써 동기 신호를 생성하는 단계;
    상기 생성된 동기 신호를 주파수 영역에 매핑하는 단계; 및
    상기 생성된 동기 신호를 단말로 전송하는 단계를 포함하는,
    동기 신호의 송신 방법.
  2. 청구항 1에서,
    상기 제1 시퀀스 및 제2 시퀀스를 생성하는 단계는,
    서로 다른 제1 이진 시퀀스 및 제2 이진 시퀀스를 생성하는 단계;
    상기 제1 이진 시퀀스에 제1 시프트 인덱스를 적용하여 상기 제1 시퀀스를 생성하는 단계; 및
    상기 제2 이진 시퀀스에 제2 시프트 인덱스를 적용하여 상기 제2 시퀀스를 생성하는 단계를 포함하는,
    동기 신호의 송신 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 시프트 인덱스 및 상기 제2 시프트 인덱스에는, 각각 서로 다른 제1 스케일링 팩터 및 제2 스케일링 팩터가 적용되는,
    동기 신호의 송신 방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 동기 신호는 2차 동기 신호(secondary synchronization signal, SSS)이며,
    상기 제1 및 제2 시프트 인덱스는 상기 기지국의 물리적 셀 ID(physical cell ID, PCI) 인덱스에 기초하여 생성되는,
    동기 신호의 송신 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제3 시퀀스를 생성하는 단계는,
    n 번째 위치에서 상기 제1 시퀀스와 상기 제2 시퀀스의 값이 서로 다른 값이면, 상기 제3 시퀀스의 값을 1로 설정하는 단계; 및
    상기 n 번째 위치에서 상기 제1 시퀀스와 상기 제2 시퀀스의 값이 서로 같은 값이면, 상기 제3 시퀀스의 값을 0으로 설정하는 단계를 포함하는,
    동기 신호의 송신 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 동기 신호를 생성하는 단계는,
    n 번째 위치에서 상기 제3 시퀀스의 값이 0이면 상기 제3 시퀀스에 기초한 상기 동기 신호의 값을 제1 설정값으로 설정하는 단계; 및
    상기 n 번째 위치에서 상기 제3 시퀀스의 값이 1이면, 상기 제3 시퀀스에 기초한 상기 동기 신호의 값을 제2 설정값으로 설정하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 설정값이 1으로 설정될 경우 상기 제2 설정값은 -1으로 설정되고, 상기 제1 설정값이 -1으로 설정될 경우 상기 제2 설정값은 1로 설정되는,
    동기 신호의 송신 방법.
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