KR20240036763A - 중궤도 또는 저궤도 통신 위성과 지상 단말 간의 업링크 동기화 방법 - Google Patents

중궤도 또는 저궤도 통신 위성과 지상 단말 간의 업링크 동기화 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 중궤도 또는 저궤도 통신 위성을 통해 형성되는 비지상 네트워크에 속한 단말에서 수행되는 위성 기지국에 대한 업링크 동기화 방법에 관한 것으로서, 공통 지연 시간 및 차등 지연 시간에 기반하여 위성 기지국과 단말 간의 거리에 의한 제1 지연 시간을 산출하는 단계, 제1 지연 시간과 다운링크 채널에 대한 실제 지연 시간에 기반하여 위성 기지국의 이동에 의한 제2 지연 시간을 산출하는 단계, 및 제1 및 제2 지연 시간에 기반하여 업링크 채널에 대한 송신 타이밍을 보상하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

중궤도 또는 저궤도 통신 위성과 지상 단말 간의 업링크 동기화 방법{UPLINK SYNCHRONIZATION METHOD BETWEEN MEO OR LEO SATELLITE AND TERMINAL DEVICE}
본 발명은 중궤도 또는 저궤도 통신 위성과 지상 단말 간의 업링크 동기화 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 중궤도 또는 저궤도 통신 위성을 통해 형성되는 비지상 네트워크에 속한 지상 단말에서 수행되는 위성 기지국에 대한 업링크 동기화 방법에 관한 것이다.
최근, 지상에 구축되는 기지국이 아닌 우주 공간이나 항공에 떠 있는 중궤도 통신 위성, 저궤도 통신 위성 또는 UAM(Urban Air Mobility)을 통해 공중에서 무선으로 코어망과 연계되는 비지상 네트워크에 대한 연구가 진행되고 있다. 비지상 네트워크(Non-Terrestrial Network)는 HAPS(High Altitude Platform Station) 또는 위성 등을 데이터 통신을 위한 기지국으로 이용하는 네트워크를 의미한다. 이러한 비지상 네트워크는 지상 통신 네트워크와 비교하여 상대적으로 긴 지연시간과 높은 도플러 편이 환경을 가진다. 한편, 지연시간은 데이터 송수신의 다양한 절차에서 악영향을 미치므로, 단말들에서 적절한 타이밍 조정이 수행될 필요가 있다. 일반적으로, 타이밍의 조정을 위해서는 단말과 비지상 기지국(예: 위성) 각각에 대한 위치 정보가 요구된다. 단말은 GNSS(Global Navigation Satellite System)를 통해 자신의 위치 정보를 획득할 수 있고, 비지상 기지국에 대한 위치 정보는 외부(예: 비지상 기지국)으로부터 수신할 수 있다. 그러나, 종래의 경우 단말이 단말 및 비지상 기지국의 위치 정보를 획득하는 과정에서 딜레이 및 정보 처리 시간이 발생하여 통신 성능이 저하되는 문제점이 존재한다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2020-0086217호(2020.07.16.)의 '비지상 네트워크를 이용하여 통신을 수행하는 방법 및 그 장치'에 개시되어 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 목적은, 중궤도 또는 저궤도 통신 위성을 통해 형성되는 비지상 네트워크에 속한 단말에서 단말의 GNSS 정보 및 위성의 궤도 정보(ephemeris)를 이용하지 않고 업링크 채널의 송신 타이밍 및 주파수에 대한 보상을 수행할 수 있는 업링크 동기화 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 중궤도 또는 저궤도 통신 위성을 통해 형성되는 비지상 네트워크에 속한 단말에서 수행되는 위성 기지국에 대한 업링크 동기화 방법에 관한 것으로서, 공통 지연 시간 및 차등 지연 시간에 기반하여 상기 위성 기지국과 상기 단말 간의 거리에 의한 제1 지연 시간을 산출하는 단계; 상기 제1 지연 시간과 다운링크 채널에 대한 실제 지연 시간에 기반하여 상기 위성 기지국의 이동에 의한 제2 지연 시간을 산출하는 단계; 및 상기 제1 및 제2 지연 시간에 기반하여 업링크 채널에 대한 송신 타이밍을 보상하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 제1 지연 시간을 산출하는 단계는, RACH 송신을 위해 산출한 공통 지연 시간 및 차등 지연 시간을 합산한 시간을 상기 제1 지연 시간으로 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 제2 지연 시간을 산출하는 단계는, 상기 다운링크 채널에 대한 실제 지연 시간에서 상기 제1 지연 시간을 감산함으로써 상기 제2 지연 시간을 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 보상하는 단계는, 상기 제1 및 제2 지연 시간을 합산하여 예상 지연 시간을 산출하고, 상기 예상 지연 시간에 따라 상기 업링크 채널에 대한 송신 타이밍을 보상하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 예상 지연 시간에 기반하여 상기 위성 기지국과 상기 단말 간의 도플러 주파수를 산출하는 단계; 및 상기 도플러 주파수에 기반하여 상기 업링크 채널에 대한 주파수를 보상하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 도플러 주파수를 산출하는 단계는, 미리 정의된 제1 관계 정보에 기반하여 상기 예상 지연 시간에 대응하는 상기 위성 기지국의 위치를 산출하고, 미리 정의된 제2 관계 정보에 기반하여 상기 산출된 위성 기지국의 위치에 대응하는 도플러 주파수 편차를 산출함으로써 상기 위성 기지국과 상기 단말 간의 도플러 주파수를 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 제1 관계 정보는 상기 위성 기지국의 위치에 따른 지연 시간에 관한 관계 정보이고, 상기 제2 관계 정보는 상기 위성 기지국의 위치에 따른 도플러 주파수에 관한 관계 정보인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 도플러 주파수를 산출하는 단계 이전에, 발진기로 인한 상기 위성 기지국과 상기 단말 간의 제3 지연 시간을 산출하는 단계; 및
상기 제3 지연 시간에 기반하여 상기 예상 지연 시간을 보상하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 제3 지연 시간을 산출하는 단계는, 상기 제1 관계 정보에 기반하여 산출되는 제1 및 제2 시점에 대한 예상 지연 시간 간의 차이값과, 상기 제1 및 제2 시점에 대한 실제 지연 시간 간의 차이값에 기반하여 상기 제3 지연 시간을 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 제3 지연 시간을 산출하는 단계는, 상기 제1 및 제2 시점에 대한 실제 지연 시간 간의 차이값에서 상기 제1 및 제2 시점에 대한 예상 지연 시간 간의 차이값을 감산함으로써 상기 제3 지연 시간을 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 예상 지연 시간을 보상하는 단계는, 상기 예상 지연 시간에서 상기 제3 지연 시간을 감산하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 중궤도 또는 저궤도 통신 위성을 통해 형성되는 비지상 네트워크에 속한 단말에서 단말의 GNSS 정보 및 위성의 궤도 정보(ephemeris)를 이용하지 않고 업링크 채널의 송신 타이밍 및 주파수에 대한 보상을 수행함으로써, 단말이 GNSS 정보 및 위성의 궤도 정보를 수신하여 처리하는 과정에서 발생하는 딜레이 및 정보 처리 시간을 제거하여 업링크 동기화 속도를 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 업링크 동기화 방법이 적용된 단말을 보인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 업링크 동기화 방법을 보인 흐름도이다.
도 3은 공통 지연 시간과 차등 지연 시간을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 위성 기지국의 이동으로 인해 발생하는 지연 시간을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 위성 기지국과 단말 간의 도플러 주파수를 산출하는 방법을 보인 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 및 제2 관계 정보를 보인 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 관계 정보를 산출하는 수식을 설명하기 위한 개념도이다.
도 8은 제1 및 제2 관계 정보에 기반하여 위성 기지국과 단말 간의 도플러 주파수를 산출하는 과정을 보인 예시도이다.
도 9는 발진기로 인한 위성 기지국과 단말 간의 지연 시간을 산출하는 방법을 보인 흐름도이다.
도 10은 발진기로 인한 위성 기지국과 단말 간의 지연 시간을 산출하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 업링크 동기화 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하 설명에서, 물리 채널과 신호는 혼용하여 사용될 수 있다. 예를 들어, RACH는 데이터가 전송되는 물리 채널을 지칭하는 용어이지만, RACH는 데이터를 지칭하기 위해서도 사용될 수 있다. 즉, 본 실시예에서 '물리 채널을 송신한다'는 표현은 '물리 채널을 통해 데이터 또는 신호를 송신한다'는 표현으로 해석될 수 있다.
한편, 본 실시예에서 표기하는 위성 기지국은 저궤도 또는 중궤도를 이용하는 통신 위성에 해당할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 업링크 동기화 방법이 적용된 단말을 보인 구성도이다. 도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 단말은 통신 인터페이스(100), 메모리(200) 및 프로세서(300)를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 단말은 도 1에 도시된 구성 요소 외에 다양한 구성 요소를 더 포함하거나, 위 구성 요소들 중 일부 구성 요소를 생략할 수 있다.
통신 인터페이스(100)는 후술하는 프로세서(300)의 제어에 따라 외부 장치(예: 위성 기지국)와 무선 통신을 수행할 수 있다. 예를 들어, 통신 인터페이스(100)는 무선 통신 기술(예: 5G NR(New Radio))을 이용하여 외부 장치(예: 위성 기지국)와 통신을 수행할 수 있다.
메모리(200)에는 프로세서(300)가 작동하는 과정에서 요구되는 각종 정보가 저장되어 있을 수 있다. 또한, 메모리(200)에는 프로세서(300)가 작동하는 과정에서 산출되는 각종 정보가 저장될 수 있다.
프로세서(300)는 통신 인터페이스(100) 및 메모리(200)와 작동적으로 연결될 수 있다. 프로세서(300)는 중앙 처리 장치(CPU: Central Processing Unit), MCU(Micro Controller Unit) 또는 SoC(System on Chip)로도 구현될 수 있으며, 운영 체제 또는 어플리케이션을 구동하여 프로세서(300)에 연결된 복수의 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소들을 제어할 수 있고, 각종 데이터 처리 및 연산을 수행할 수 있으며, 메모리(200)에 저장된 적어도 하나의 명령을 실행시키고, 그 실행 결과 데이터를 메모리(200)에 저장하도록 구성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 업링크 동기화 방법을 보인 흐름도이다. 도 2의 과정은 위성 기지국과 단말 간의 초기 업링크 동기화 과정(즉, RACH(Random Access Channel)를 송신하는 과정) 이후에 수행될 수 있다.
초기 업링크 동기화 과정에서, 단말은 위성 기지국으로부터 전송되는 SSB(Synchronization Signal Block) 신호를 수신하고, 수신된 SSB 신호에 포함된 SIB(System Information Block) 정보로부터 공통 지연 시간을 추출할 수 있다. 또한, 단말은 단말의 위치 정보(GNSS(Global Navigation Satellite System) 정보)와 SSB 신호에 포함된 위성 기지국의 궤도 정보(ephemeris)에 기반하여 차등 지연 시간을 산출할 수 있다. 또한, 단말은 공통 지연 시간과 차등 지연 시간을 반영하여 RACH에 대한 송신 타이밍을 보상하고, 보상된 송신 타이밍에 RACH를 위성 기지국으로 송신할 수 있다. 또한, 단말은 단말의 위치 정보(GNSS 정보)와 SSB 신호에 포함된 위성 기지국의 궤도 정보(ephemeris)에 기반하여 위성 기지국과 단말 간의 도플러 주파수를 산출하고, 산출된 도플러 주파수를 반영하여 RACH에 대한 주파수를 보상할 수 있다.
이하에서는 도 2를 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 업링크 동기화 방법을 설명하도록 한다. 후술하는 과정 중 일부 과정은 후술하는 순서와 다른 순서로 수행되거나, 또는 생략될 수 있다.
먼저, 프로세서(300)는 RACH 송신을 위해 산출된 공통 지연 시간(common delay) 및 차등 지연 시간(differential delay)에 기반하여 제1 지연 시간을 산출할 수 있다(S201). 여기서, 제1 지연 시간은 위성 기지국과 단말 간의 거리로 인해 발생하는 지연 시간으로 정의될 수 있다. 프로세서(300)는 초기 업링크 동기화 시 RACH의 송신 타이밍 및 주파수 보상을 위해 산출하였던 공통 지연 시간 및 차등 지연 시간에 기반하여 제1 지연 시간을 산출할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(300)는 공통 지연 시간과 차등 지연 시간을 합산함으로써 제1 지연 시간을 산출할 수 있다. 즉, 제1 지연 시간은 공통 지연 시간과 차등 지연 시간을 합산한 시간일 수 있다.
도 3은 공통 지연 시간과 차등 지연 시간을 설명하기 위한 개념도이다. 도 3a를 참고하면, 지상에는 미리 설정된 기준 위치(reference point)가 존재하며, 특정 시점에서 위성 기지국과 기준 위치 간의 거리에 따라 위성 기지국과 기준 위치 간의 통신 시 발생하는 신호의 지연 시간이 공통 지연 시간으로 정의될 수 있다. 예를 들어, 위성 기지국과 기준 위치 간의 거리가 D0이고, 빛의 속도가 c라고 할 때, 공통 지연 시간은 2*D0/c로 계산될 수 있다. 한편, 특정 시점에서 위성 기지국과 단말(UE: User Equipment) 간의 거리에 따라 위성 기지국과 단말 간의 통신 시 발생하는 신호의 지연 시간은 공통 지연 시간 및 차등 지연 시간을 합산한 시간으로 정의될 수 있다. 즉, 위성 기지국과 단말 간의 통신 시 발생한 신호의 지연 시간에서 공통 지연 시간을 감산한 시간이 차등 지연 시간으로 정의될 수 있다. 예를 들어, 위성 기지국과 단말 간의 거리가 D1이고, 빛의 속도가 c라고 할 때, 차등 지연 시간은 2*(D1-D0)/c로 계산될 수 있다. 한편, 도 3b와 같이, 위성 기지국과 단말 간에 발생하는 도플러 주파수는 단말의 위치에 따라 변화할 수 있다.
이어서, 프로세서(300)는 제1 지연 시간과 다운링크 채널에 대한 실제 지연 시간에 기반하여 제2 지연 시간을 산출할 수 있다(S203). 여기서, 제2 지연 시간은 위성 기지국의 이동으로 인해 발생하는 지연 시간으로 정의될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(300)는 다운링크 채널에 대한 실제 지연 시간에서 제1 지연 시간을 감산함으로써 제2 지연 시간을 산출할 수 있다. 즉, 프로세서(300)는 위성 기지국으로부터 송신된 동기 신호에 따라 결정되는 PDSCH(Physical Downlink Shared Channel) 및 PDCCH(Physical Downlink control Channel)의 수신 시점에서 예상 지연 시간만큼 늦은 시점과, 실제 PDSCH 및 PDCCH가 수신된 시점 간의 시간 차이를 제2 지연 시간으로 산출할 수 있다.
도 4는 위성 기지국의 이동으로 인해 발생하는 지연 시간(즉, 제2 지연 시간)을 설명하기 위한 개념도이다. 도 4를 참고하면, t시점에서 위성 기지국과 단말 간의 지연 시간(즉, 위성 기지국 및 단말 중 어느 한쪽에서 송신된 신호가 다른 한쪽에 도달하는데 소요되는 시간)이 D라고 가정하면, t'시점에서 위성 기지국과 단말 간의 지연 시간은 위성 기지국이 단말으로 접근하는 방향으로 이동하는 경우 D-(delta TA)이고, 위성 기지국이 단말으로부터 멀어지는 방향으로 이동하는 경우 D+(delta TA)일 수 있다. 위성 기지국이 이동함에 따라 위성 기지국과 단말 간의 거리가 변하여 위성 기지국과 단말 간의 지연 시간에 변동이 발생할 수 있으며, 본 실시예에서는 위성 기지국의 이동으로 인해 발생하는 지연 시간을 제2 지연 시간으로 정의한다.
이어서, 프로세서(300)는 제1 지연 시간과 제2 지연 시간에 기반하여 업링크 채널에 대한 송신 타이밍을 보상할 수 있다(S205). 일 실시예에 따르면, 프로세서(300)는 제1 지연 시간과 제2 지연 시간을 합산하여 예상 지연 시간을 산출하고, 산출된 예상 지연 시간에 따라 업링크 채널의 송신 타이밍을 보상할 수 있다. 즉, 프로세서(300)는 위성 기지국으로부터 송신된 동기 신호에 따라 결정되는 PUSCH(Physical Uplink Shared Channel) 및 PUCCH(Physical Uplink Control Channel)의 송신 시점에서 예상 지연 시간(제1 지연 시간과 제2 지연 시간을 합산한 시간)만큼 일찍 PUSCH 및 PUCCH가 송신되도록 송신 타이밍을 보상할 수 있다.
이처럼, 본 실시예는 업링크 채널의 송신 타이밍을 보상하는 과정(구체적으로, 위성 기지국의 이동으로 인한 지연 시간을 산출하는 과정)에서 GNSS 정보 및 위성의 궤도 정보(ephemeris)가 요구되지 않으며, 이에 따라 단말이 GNSS 정보 및 위성의 궤도 정보를 수신하여 처리하는 과정에서 발생하는 딜레이 및 정보 처리 시간을 제거하여 업링크 동기화 속도를 향상시킬 수 있다.
한편, 프로세서(300)는 예상 지연 시간에 기반하여 위성 기지국과 단말 간의 도플러 주파수를 산출할 수 있다(S207). 위성 기지국이 이동함에 따라 위성 기지국과 단말 간 도플러 주파수(도플러 편이)가 발생할 수 있다. 본 실시예는 위성 기지국과 단말 간에 발생하는 도플러 주파수로 인한 주파수 오차를 보상할 수 있다. 프로세서(300)가 위성 기지국과 단말 간의 도플러 주파수를 산출하는 구체적인 방법은 후술하도록 한다. 한편, 위성의 이동에 비하면 단말의 이동은 미비하므로, 본 실시예에서는 단말의 이동이 도플러 주파수에 미치는 영향을 고려하지 않는다.
이어서, 프로세서(300)는 위성 기지국과 단말 간의 도플러 주파수에 기반하여 업링크 채널에 대한 주파수를 보상할 수 있다(S209). 즉, 프로세서(300)는 미리 설정된 비지상 네트워크(Non-Terrestrial Network)의 통신 주파수에, 위성 기지국과 단말 간의 도플러 주파수를 반영하여 PUSCH 및 PUCCH에 대한 송신 주파수를 보상할 수 있다.
이처럼, 본 실시예는 도플러 효과로 인한 주파수 오차를 보상함으로써 데이터 전송 효율을 향상시킬 수 있다.
도 5는 위성 기지국과 단말 간의 도플러 주파수를 산출하는 방법을 보인 흐름도이다. 이하에서는 도 5를 참고하여, 위성 기지국과 단말 간의 도플러 주파수를 산출하는 방법을 설명하도록 한다. 한편, 후술하는 과정 중 일부 과정은 후술하는 순서와 다른 순서로 수행되거나, 또는 생략될 수 있다.
먼저, 프로세서(300)는 발진기(Oscillator)로 인한 위성 기지국과 단말 간의 지연 시간으로 정의되는 제3 지연 시간을 산출할 수 있다(S501). 프로세서(300)가 제3 지연 시간을 산출하는 구체적인 방법은 후술하도록 한다.
이어서, 프로세서(300)는 예상 지연 시간(제1 및 제2 지연 시간을 합산한 시간)에서 제3 지연 시간을 감산할 수 있다(S503). 위성 기지국에서 이용하는 발진기와 단말에서 이용하는 발진기를 완벽하게 서로 동기화시키는 것은 물리적으로 불가능하며, 이로 인해 위성 기지국에서 이용하는 발진기의 레퍼런스 클락(reference clock)과 단말에서 이용하는 발진기의 레퍼런스 클락 간에 오차가 발생할 수 있다. 이러한 레퍼런스 클락 간의 오차는 위성 기지국과 단말 간의 지연 시간에 대한 변동을 야기할 수 있다. 한편, 앞서 산출한 예상 지연 시간(제1 및 제2 지연 시간의 합산값)에는 이러한 레퍼런스 클락 간의 오차가 반영되어 있는데, 레퍼런스 클락 간의 오차가 반영된 예상 지연 시간을 이용하여 위성 기지국과 단말 간의 도플러 주파수를 산출할 경우 레퍼런스 클락 간의 오차로 인한 지연 시간이 위성 기지국의 이동으로 인해 발생된 지연 시간으로 간주되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 위성 기지국과 단말 간의 도플러 주파수 산출 시 레퍼런스 클락 간의 오차로 인한 지연 시간을 예상 지연 시간에서 감산하여야 한다.
이어서, 프로세서(300)는 미리 정의된 제1 관계 정보에 기반하여 예상 지연 시간에서 제3 지연 시간을 감산한 시간(즉, 제1 지연 시간 및 제2 지연 시간을 합산한 시간에서 제3 지연 시간을 감산한 시간)에 대응하는 위성 기지국의 위치를 산출할 수 있다(S505). 일 실시예에 따르면, 제1 관계 정보는 위성 기지국의 위치(또는 시간)에 따른 위성 기지국과 단말 간의 지연 시간에 관한 관계 정보일 수 있다.
도 6a는 제1 관계 정보를 보인 예시도이다. 도 6a에 도시된 그래프의 x축은 시간(즉, 위성 기지국의 위치)에 해당하고, y축은 위성 기지국과 단말 간의 지연 시간에 해당할 수 있다. 위성 기지국은 특정 시간에 특정 위치에 존재하므로, 본 실시예에서 시간에 대한 정보는 위성 기지국의 위치 정보로 이용될 수 있다. 도 6a를 참고하면, 500초 이전에는 위성 기지국과 단말 간의 거리가 점차 가까워짐에 따라 지연 시간이 감소하고, 500초 이후에는 위성 기지국과 단말 간의 거리가 점차 멀어짐에 따라 지연 시간이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 프로세서(300)는 앞서 산출된 예상 지연 시간을 제1 관계 정보에 적용함으로써 예상 지연 시간에 대응하는 위성 기지국의 위치를 산출할 수 있다. 제1 관계 정보는 하기 수학식 1을 통해 산출될 수 있다.
도 7은 수학식 1을 설명하기 위한 개념도이다. 도 7을 참고하면, d는 위성 기지국(S)과 단말(M) 간의 거리이고, R은 지구의 반지름이고, h는 지표면으로부터 위성 기지국(S)까지의 최단 거리이고, μ는 단말(M)과 지구의 중심(O)과 위성 기지국(S)이 이루는 각도이고, c는 빛의 속도이고,
Figure pat00002
t는 지연 시간일 수 있다.
이어서, 프로세서(300)는 미리 정의된 제2 관계 정보에 기반하여 앞서 산출된 위성 기지국의 위치에 대응하는 도플러 주파수를 산출함으로써 위성 기지국과 단말 간의 도플러 주파수를 산출할 수 있다(S507). 일 실시예에 따르면, 제2 관계 정보는 위성 기지국의 위치(또는 시간)에 따른 위성 기지국과 단말 간의 도플러 주파수에 관한 관계 정보일 수 있다.
도 6b는 제2 관계 정보를 보인 예시도이다. 도 6b에 도시된 그래프의 x축은 시간(즉, 위성 기지국의 위치)에 해당하고, y축은 위성 기지국과 단말 간의 도플러 주파수에 해당할 수 있다. 프로세서(300)는 앞서 산출된 위성 기지국의 위치를 제2 관계 정보에 적용함으로써 위성 기지국과 단말 간의 도플러 주파수를 산출할 수 있다. 제2 관계 정보는 하기 수학식 2를 통해 산출될 수 있다.
여기서, Fd는 도플러 주파수이고, Fc는 비지상 네트워크의 통신 주파수이고, c는 빛의 속도이고, V는 위성 기지국의 속도이고,
Figure pat00004
는 단말과 위성 기지국과 위성 기지국의 이동 방향이 이루는 각도이고, μ는 단말과 지구의 중심과 위성 기지국이 이루는 각도이고, R은 지구의 반지름이고, h는 지표면으로부터 위성 기지국까지의 최단 거리일 수 있다.
한편, 제1 관계 정보의 특성상 예상 지연 시간에서 제3 지연 시간을 감산한 시간(이하 DE)에 대응하는 위성 기지국의 위치가 2개 존재할 수 있다. 따라서, DE에 대응하는 2개의 지점 중 어느 지점에 위성 기지국이 위치하는지 판단할 필요가 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(300)는 DE에 대한 변동 추이를 통해 DE에 대응하는 2개의 지점 중 어느 지점에 위성 기지국이 위치하는지 판단할 수 있다.
도 8은 제1 및 제2 관계 정보에 기반하여 위성 기지국과 단말 간의 도플러 주파수를 산출하는 과정을 보인 예시도이다. 도 8a를 참고하면, DE(t)가 DE(t-1) 미만인 경우(즉, 시간에 따라 DE가 감소하는 경우) 프로세서(300)는 DE(t)에 대응하는 2개의 지점 T1, T2 중 (-)기울기를 갖는 영역에 위치한 지점인 T1에 위성 기지국이 위치하는 것으로 판단하고, T1에 대응하는 도플러 주파수인 FD1를 위성 기지국과 단말 간의 도플러 주파수로 산출할 수 있다.
한편, 도 8b를 참고하면, DE(t)가 DE(t-1)을 초과하는 경우(즉, 시간에 따라 DE가 증가하는 경우) 프로세서(300)는 DE(t)에 대응하는 2개의 지점 T1, T2 중 (+)기울기를 갖는 영역에 위치한 지점인 T2에 위성 기지국이 위치하는 것으로 판단하고, T2에 대응하는 도플러 주파수인 FD2를 위성 기지국과 단말 간의 도플러 주파수로 산출할 수 있다.
도 9는 발진기로 인한 위성 기지국과 단말 간의 지연 시간을 산출하는 방법을 보인 흐름도이고, 도 10은 발진기로 인한 위성 기지국과 단말 간의 지연 시간을 산출하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다. 이하에서는 도 9 및 10을 참고하여, 발진기로 인한 위성 기지국과 단말 간의 지연 시간을 산출하는 방법을 설명하도록 한다. 한편, 후술하는 과정 중 일부 과정은 후술하는 순서와 다른 순서로 수행되거나, 또는 생략될 수 있다.
먼저, 프로세서(300)는 제1 관계 정보에 기반하여 제1 및 제2 시점에서의 예상 지연 시간(제1 지연 시간과 제2 지연 시간을 합산한 값)을 각각 산출할 수 있다(S901). 예를 들면, 도 10과 같이, 프로세서(300)는 제1 시점(T1)을 제1 관계 정보에 적용함으로써 제1 시점(T1)에 대응하는 예상 지연 시간(D1)을 산출할 수 있고, 제2 시점(T2)을 제1 관계 정보에 적용함으로써 제2 시점(T2)에 대응하는 예상 지연 시간(D2)을 산출할 수 있다. 한편, 제1 및 제2 시점은 서로 다른 시점으로서 다운링크 채널의 수신 주기 또는 SSB 신호의 수신 주기 등을 고려하여 설정될 수 있다.
이어서, 프로세서(300)는 제1 시점에서의 예상 지연 시간과 제2 시점에서의 예상 지연 시간 간의 차이값을 산출할 수 있다(S903). S903 단계에서 산출되는 차이값은 위성 기지국의 이동으로 발생하는 지연 시간에 대한 예측값(즉, 발진기의 오차로 인한 영향이 존재하지 않는 지연 시간)에 해당할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(300)는 제1 시점(T1)에서의 예상 지연 시간(D1)과 제2 시점(T2)에서의 예상 지연 시간(D2) 간의 차이(D2-D1)를 계산할 수 있다.
이어서, 프로세서(300)는 제1 시점에서의 실제 지연 시간과 제2 시점에서의 실제 지연 시간 간의 차이값을 산출할 수 있다(S905). S905 단계에서 산출되는 차이값은 위성 기지국의 이동으로 발생하는 지연 시간에 대한 실측값에 해당할 수 있다. 프로세서(300)는 위성 기지국으로부터 송신된 동기 신호에 따라 결정되는 PDSCH 및 PDCCH의 수신 시점과 실제 PDSCH 및 PDCCH의 수신 시점을 비교함으로써 임의의 시점에서의 실제 지연 시간을 산출할 수 있다.
이어서, 프로세서(300)는 제1 시점에서의 예상 지연 시간과 제2 시점에서의 예상 지연 시간 간의 차이값과, 제1 시점에서의 실제 지연 시간과 제2 시점에서의 실제 지연 시간 간의 차이값에 기반하여 발진기로 인한 위성 기지국과 단말 간의 지연 시간(즉, 제3 지연 시간)을 산출할 수 있다(S907). 즉, 프로세서(300)는 위성 기지국의 이동으로 발생하는 지연 시간에 대한 실측값에서 위성 기지국의 이동으로 발생하는 지연 시간에 대한 예측값을 감산함으로써 발진기로 인한 위성 기지국과 단말 간의 지연 시간을 산출할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 업링크 동기화 방법은 중궤도 또는 저궤도 통신 위성을 통해 형성되는 비지상 네트워크에 속한 단말에서 단말의 GNSS 정보 및 위성의 궤도 정보(ephemeris)를 이용하지 않고 업링크 채널의 송신 타이밍 및 주파수에 대한 보상을 수행함으로써, 단말이 GNSS 정보 및 위성의 궤도 정보를 수신하여 처리하는 과정에서 발생하는 딜레이 및 정보 처리 시간을 제거하여 업링크 동기화 속도를 향상시킬 수 있다.
본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 통신 인터페이스 200: 메모리
300: 프로세서

Claims (11)

  1. 중궤도 또는 저궤도 통신 위성을 통해 형성되는 비지상 네트워크에 속한 단말에서 수행되는 위성 기지국에 대한 업링크 동기화 방법에 있어서,
    공통 지연 시간 및 차등 지연 시간에 기반하여 상기 위성 기지국과 상기 단말 간의 거리에 의한 제1 지연 시간을 산출하는 단계;
    상기 제1 지연 시간과 다운링크 채널에 대한 실제 지연 시간에 기반하여 상기 위성 기지국의 이동에 의한 제2 지연 시간을 산출하는 단계; 및
    상기 제1 및 제2 지연 시간에 기반하여 업링크 채널에 대한 송신 타이밍을 보상하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 업링크 동기화 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 지연 시간을 산출하는 단계는,
    RACH 송신을 위해 산출한 공통 지연 시간 및 차등 지연 시간을 합산한 시간을 상기 제1 지연 시간으로 산출하는 것을 특징으로 하는 업링크 동기화 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 지연 시간을 산출하는 단계는,
    상기 다운링크 채널에 대한 실제 지연 시간에서 상기 제1 지연 시간을 감산함으로써 상기 제2 지연 시간을 산출하는 것을 특징으로 하는 업링크 동기화 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 보상하는 단계는,
    상기 제1 및 제2 지연 시간을 합산하여 예상 지연 시간을 산출하고, 상기 예상 지연 시간에 따라 상기 업링크 채널에 대한 송신 타이밍을 보상하는 것을 특징으로 하는 업링크 동기화 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 예상 지연 시간에 기반하여 상기 위성 기지국과 상기 단말 간의 도플러 주파수를 산출하는 단계; 및
    상기 도플러 주파수에 기반하여 상기 업링크 채널에 대한 주파수를 보상하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 업링크 동기화 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 도플러 주파수를 산출하는 단계는,
    미리 정의된 제1 관계 정보에 기반하여 상기 예상 지연 시간에 대응하는 상기 위성 기지국의 위치를 산출하고, 미리 정의된 제2 관계 정보에 기반하여 상기 산출된 위성 기지국의 위치에 대응하는 도플러 주파수 편차를 산출함으로써 상기 위성 기지국과 상기 단말 간의 도플러 주파수를 산출하는 것을 특징으로 하는 업링크 동기화 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제1 관계 정보는 상기 위성 기지국의 위치에 따른 지연 시간에 관한 관계 정보이고, 상기 제2 관계 정보는 상기 위성 기지국의 위치에 따른 도플러 주파수에 관한 관계 정보인 것을 특징으로 하는 업링크 동기화 방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 도플러 주파수를 산출하는 단계 이전에,
    발진기로 인한 상기 위성 기지국과 상기 단말 간의 제3 지연 시간을 산출하는 단계; 및
    상기 제3 지연 시간에 기반하여 상기 예상 지연 시간을 보상하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 업링크 동기화 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제3 지연 시간을 산출하는 단계는,
    상기 제1 관계 정보에 기반하여 산출되는 제1 및 제2 시점에 대한 예상 지연 시간 간의 차이값과, 상기 제1 및 제2 시점에 대한 실제 지연 시간 간의 차이값에 기반하여 상기 제3 지연 시간을 산출하는 것을 특징으로 하는 업링크 동기화 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제3 지연 시간을 산출하는 단계는,
    상기 제1 및 제2 시점에 대한 실제 지연 시간 간의 차이값에서 상기 제1 및 제2 시점에 대한 예상 지연 시간 간의 차이값을 감산함으로써 상기 제3 지연 시간을 산출하는 것을 특징으로 하는 업링크 동기화 방법.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 예상 지연 시간을 보상하는 단계는,
    상기 예상 지연 시간에서 상기 제3 지연 시간을 감산하는 것을 특징으로 하는 업링크 동기화 방법.
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KR20200127865A (ko) * 2019-05-03 2020-11-11 한국전자통신연구원 타이밍 동기 방법 및 이를 위한 장치

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