KR20240043338A - 파워 측정 기반 5g nr 신호의 프레임 동기 방법, 그리고 이를 구현한 장치 - Google Patents

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Abstract

TDD 전송을 위한 무선 프레임 동기 장치의 동작 방법으로서, TDD 프레임에서, 동기 신호 블록의 동기 검출 자원 블록을 기준으로 설정된 제1 주파수 대역의 제1 신호 파워와 제2 주파수 대역의 제2 신호 파워를 측정하는 단계, 시간 구간 단위로 상기 제1 신호 파워와 상기 제2 신호 파워의 파워 비율을 계산하고, 상기 파워 비율을 기초로 상기 동기 신호 블록을 검출하는 단계, 그리고 검출한 동기 신호 블록의 위치를 기초로 프레임 시작점을 계산하는 단계를 포함한다.

Description

파워 측정 기반 5G NR 신호의 프레임 동기 방법, 그리고 이를 구현한 장치{5G NR RADIO FRAME SYNCHRONIZATION METHOD AND APPARATUS BASED POWER MEASUREMENT}
본 개시는 프레임 동기 검출에 관한 것이다.
TDD(Time Division Duplex)는 동일 주파수 대역을 업링크(Uplink)와 다운링크(Downlink)로 시분할하여 신호를 전송하는 양방향 통신 방식이다. TDD 무선 통신 시스템용 중계기는 다운링크 구간에서 기지국 신호를 사용자에게 증폭하여 전달하고, 업링크 구간에서는 단말 신호를 증폭하여 기지국으로 전달해야 한다. 이를 위해, TDD 중계기는 다운링크 구간과 다운링크 구간의 정보를 획득하고, 이를 기초로 생성한 TDD 스위칭 신호에 따라 업링크 구간과 다운링크 구간을 스위칭하면서, 업링크 구간에서 업링크 신호를 전달하고, 다운링크 구간에서 다운링크 신호를 전달한다.
이러한 TDD 스위칭을 위해, TDD 중계기는 프레임 시작점을 찾는 프레임 동기 검출 과정을 통해, TDD 스위칭 신호를 생성한다. 보통 프레임 동기 검출은 디코딩 방식을 통해 이루어지는데, 이를 위해 일정 이상의 무선 신호 품질이 요구된다. 하지만, 5G 신호는 신호 특성 상 고주파 대역에서 다중 경로 페이딩에 의한 전파 감쇄가 크고 인접 셀에 의한 간섭을 쉽게 받기 때문에, 무선 환경에 따라 디코딩 방식으로 프레임 시작점을 찾기 위한 최소한의 신호 품질이 제공되지 않을 수 있다. 결국, 무선 환경에 따라 5G 신호와 셀 사이의 동기가 제대로 이루어지지 않을 수 있는 문제가 있다.
또한, 디코딩 기반 프레임 동기 검출은 수신 신호를 복조해서 동기 검출에 필요한 정보를 획득해야 하므로, 일반적으로 하드웨어 기반의 고사양 디지털 로직이 필요하다.
본 개시는 파워 검출 기반 5G NR 신호의 프레임 동기 방법, 그리고 이를 구현한 장치를 제공하는 것이다.
한 실시예에 따른 TDD 전송을 위한 무선 프레임 동기 장치의 동작 방법으로서, TDD 프레임에서, 동기 신호 블록의 동기 검출 자원 블록을 기준으로 설정된 제1 주파수 대역의 제1 신호 파워와 제2 주파수 대역의 제2 신호 파워를 측정하는 단계, 시간 구간 단위로 상기 제1 신호 파워와 상기 제2 신호 파워의 파워 비율을 계산하고, 상기 파워 비율을 기초로 상기 동기 신호 블록을 검출하는 단계, 그리고 검출한 동기 신호 블록의 위치를 기초로 프레임 시작점을 계산하는 단계를 포함한다.
상기 동기 검출 자원 블록은 상기 동기 신호 블록을 구성하는 자원 블록들 중에서, 신호가 있는 자원 요소들과 신호가 없는 자원 요소들이 동시에 존재하는 자원 블록일 수 있다.
상기 제1 주파수 대역은 상기 동기 검출 자원 블록을 기준으로 동기 신호가 존재하는 주파수 대역으로 설정되고, 상기 제2 주파수 대역은 상기 동기 검출 자원 블록을 기준으로 자원이 할당되지 않고 노이즈 신호가 존재하는 주파수 대역으로 설정될 수 있다.
상기 동기 신호 블록을 검출하는 단계는 상기 TDD 프레임 동안, 상기 파워 비율이 기준 이상인 구간을 상기 동기 신호 블록으로 검출할 수 있다.
상기 프레임 시작점을 계산하는 단계는 운용 중인 동기 신호 블록의 인덱스를 기초로, 검출한 동기 신호 블록의 인덱스를 확인할 수 있다.
상기 동작 방법은 상기 프레임 시작점을 기준으로 TDD 스위칭 신호를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 TDD 프레임은 5G NR(New Radio) 기반의 프레임일 수 있다.
한 실시예에 따른 TDD 전송을 위한 무선 프레임 동기 장치의 동작 방법으로서, TDD 프레임에서 동기 신호 블록의 동기 검출 자원 블록을 기준으로 설정된 제1 주파수 대역의 제1 신호 파워와 제2 주파수 대역의 제2 신호 파워를 측정하고, 상기 제1 신호 파워와 상기 제2 신호 파워의 파워 비율을 기초로 상기 동기 신호 블록을 검출하는 단계, 동기 신호 블록을 디코딩해서 프레임 시작점을 검출하는 단계, 그리고 상기 디코딩을 통해 프레임 시작점을 검출한 결과가 실패이면, 상기 검출한 동기 신호 블록을 기초로 계산한 프레임 시작점을 이용하여, TDD 스위칭 신호를 생성하는 단계를 포함한다.
상기 동기 검출 자원 블록은 상기 동기 신호 블록을 구성하는 자원 블록들 중에서, 신호가 있는 자원 요소들과 신호가 없는 자원 요소들이 동시에 존재하는 자원 블록일 수 있다.
상기 제1 주파수 대역은 상기 동기 검출 자원 블록을 기준으로 동기 신호가 존재하는 주파수 대역으로 설정되고, 상기 제2 주파수 대역은 상기 동기 검출 자원 블록을 기준으로 자원이 할당되지 않고 노이즈 신호가 존재하는 주파수 대역으로 설정될 수 있다.
상기 동기 신호 블록을 검출하는 단계는 상기 TDD 프레임 동안, 상기 파워 비율이 기준 이상인 구간을 상기 동기 신호 블록으로 검출할 수 있다.
상기 동기 신호 블록을 검출하는 단계는 운용 중인 동기 신호 블록의 인덱스를 기초로, 검출한 동기 신호 블록의 인덱스를 확인할 수 있다.
상기 TDD 프레임은 5G NR(New Radio) 기반의 프레임일 수 있다.
한 실시예에 따른 TDD 프레임 동기 장치로서, TDD 프레임에서, 동기 신호 블록의 동기 검출 자원 블록을 기준으로 설정된 제1 주파수 대역의 제1 신호 파워를 측정하는 제1 파워 측정부, 상기 동기 검출 자원 블록을 기준으로 설정된 제2 주파수 대역의 제2 신호 파워를 측정하는 제2 파워 측정부, 시간 구간 단위로 계산된 상기 제1 신호 파워와 상기 제2 신호 파워의 파워 비율을 기초로 상기 동기 신호 블록을 검출하고, 검출한 동기 신호 블록의 위치를 기초로 프레임 시작점을 계산하는 프레임 시작점 검출부를 포함한다.
상기 동기 검출 자원 블록은 상기 동기 신호 블록을 구성하는 자원 블록들 중에서, 신호가 있는 자원 요소들과 신호가 없는 자원 요소들이 동시에 존재하는 자원 블록일 수 있다.
상기 제1 주파수 대역은 상기 동기 검출 자원 블록을 기준으로 동기 신호가 존재하는 주파수 대역으로 설정되고, 상기 제2 주파수 대역은 상기 동기 검출 자원 블록을 기준으로 자원이 할당되지 않고 노이즈 신호가 존재하는 주파수 대역으로 설정될 수 있다.
상기 프레임 시작점 검출부는 상기 TDD 프레임 동안, 상기 파워 비율이 기준 이상인 구간을 상기 동기 신호 블록으로 검출할 수 있다.
상기 프레임 시작점 검출부는 운용 중인 동기 신호 블록의 인덱스를 기초로, 검출한 동기 신호 블록의 인덱스를 확인할 수 있다.
상기 TDD 프레임 동기 장치는 시간 구간 단위로 상기 제1 신호 파워와 상기 제2 신호 파워의 파워 비율을 계산하는 파워비 계산부를 더 포함할 수 있다.
상기 TDD 프레임 동기 장치는 상기 프레임 시작점을 기준으로 TDD 스위칭 신호를 생성하는 스위칭 신호 생성부를 더 포함할 수 있다.
실시예에 따르면, 무선 환경에 따른 5G NR 신호 품질에 관계없이, 프레임 동기를 검출할 수 있다.
실시예에 따르면, 디코딩 기반 프레임 동기 검출보다 저사양 모듈을 통해서도 5G NR 신호의 프레임 동기를 검출할 수 있다.
도 1은 종래의 TDD 전송 방식을 설명하는 도면이다.
도 2는 최근 TDD 전송 방식을 설명하는 도면이다.
도 3은 한 실시예에 따른 TDD 중계기의 예시이다.
도 4는 한 실시예에 따른 동기 신호 블록이다.
도 5는 한 실시예에 따른 파워 측정 기반 프레임 동기 검출을 설명하는 도면이다.
도 6은 한 실시예에 따른 프레임 동기 장치의 블록도이다.
도 7은 다른 실시예에 따른 프레임 동기 장치의 블록도이다.
도 8은 한 실시예에 따른 파워 측정 기반 동기 검출 방법의 흐름도이다.
도 9는 다른 실시예에 따른 이중화 동기 검출 방법의 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 개시의 실시예에 대하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 개시는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 개시를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 종래의 TDD 전송 방식을 설명하는 도면이고, 도 2는 최근 TDD 전송 방식을 설명하는 도면이다.
도 1을 참고하면, TDD 전송 방식은 TDD 프레임을 다운링크(Downlink)와 업링크(Uplink)로 시분할하여 신호를 전송한다. Wibro 등 종래의 TDD 전송 방식은 다운링크 구간에서 항상 트래픽이 전송되므로, 종래 TDD 이동 통신 장치는 파워를 검출해서 항상 트래픽이 있는 구간을 검출할 수 있어서, TDD 프레임 동기를 쉽게 얻을 수 있었다.
즉, 종래 TDD 이동 통신 장치는 파워 검출을 통해 파워가 연속적으로 수신되는 구간을 찾고, 이를 다운링크 구간으로 검출하면 된다.
도 2를 참고하면, LTE(Long Term Evolution), 5G NR(New Radio) 등의 최근 TDD 전송 방식은 다운링크 구간에서 트래픽이 있을 때만 전송하고, 대신 동기 검출에 필수적인 동기 신호(Sync Signal)만 주기적으로 전송한다. 따라서, 최근 TDD 이동 통신 장치는 파워를 검출해서 다운링크 구간을 알 수 없다.
즉, 5G NR 신호의 경우, 다운링크 구간에서 트래픽이 전송될 수도 있고, 동기 신호만 전송될 수 있어서, 파워 기반으로 5G NR 신호의 프레임 동기를 검출할 수 없다.
이러한 이유로, 5G 이동 통신 장치는 수신 신호를 복조해서 동기 검출에 필요한 정보를 획득하는 디코딩 기반 프레임 동기 검출 방식을 사용한다. 디코딩 기반 동기 검출 방법은 3GPP TS38.211 문서에 명시된 규격에 따라, SS/PBCH 블록에 포함된 PSS(Primary Synchronization Signal), SSS(Secondary Synchronization Signal), PBCH(Physical Broadcast Channel)를 분석하고, 이를 통해 획득한 SSB 인덱스와 기지국의 랜덤 액세스 정보를 담고 있는 MIB(Master Information Block)를 기초로 프레임 시작점을 검출한다.
하지만, 무선 환경에 크게 영향을 받는 5G NR 신호의 경우, 품질이 좋지 않는 신호를 디코딩해서 프레임 동기를 성공적으로 검출하지 못할 수 있다.
다음에서, 디코딩 기반 동기 검출의 한계를 해결하기 위해, 특정 주파수에서의 파워 검출을 통해, 5G NR 신호의 프레임 동기를 검출하는 방법에 대해 설명한다. 다음에서, 5G NR 신호를 무선 신호의 예로 설명하나, 반드시 5G NR 신호에 한정될 필요 없고, 다운링크 구간에서 동기 신호를 주기적으로 전송하는 TDD 전송 방식을 사용하는 무선 신호에 본 개시가 적용될 수 있다.
도 3은 한 실시예에 따른 TDD 중계기의 예시이다.
도 3을 참고하면, TDD 중계기(1)는 TDD 스위칭 신호에 따라 업링크 구간과 다운링크 구간을 스위칭하면서, 업링크 구간에서 업링크 신호를 전달하고, 다운링크 구간에서 다운링크 신호를 전달한다. TDD 중계기(1)는 5G NR 신호를 수신할 수 있다.
TDD 중계기(1)는 프레임 동기 장치(10), 그리고 프레임 동기 장치(10)에서 생성된 TDD 스위칭 신호에 따라 제1안테나(21)/제2안테나(22)에서 수신한 다운링크 신호/업링크 신호를 증폭하여 제2안테나(22)/제1안테나(21)로 전달하는 RF 모듈(20)을 포함한다. RF 모듈(20)은 TDD 스위칭 신호에 따라 다운링크 신호/업링크 신호의 경로를 변경하는 양측 스위치들, 각 경로의 신호 전송을 위한 증폭기 등을 포함할 수 있다.
프레임 동기 장치(10)는 송신기(기지국)로부터 수신한 NR 신호에서 특정한 두 주파수 대역들의 파워를 계속해서 측정하고, 두 주파수 대역들에서 검출되는 파워 패턴을 기초로 동기 신호 블록(Synchronization Signal Block, SSB)을 검출할 수 있다. 여기서, 파워 검출에 사용되는 특정한 두 주파수 대역들은 동기 신호 블록(SSB)의 구조상 특징에서 나타나는 동기 신호와 노이즈 신호를 검출할 수 있는 주파수 대역들로 정의될 수 있다. 여기서 파워 패턴은 파워 비율로 표현될 수 있는데, 검출하고자 하는 동기 신호 파워와 노이즈 신호 파워의 비율인 신호대잡음비(signal-to-noise ratio, SNR)로 표현될 수 있다. 여기서, SSB는 PBCH 채널과 묶인 SS/PBCH 블록일 수 있고, 설명에서는 SSB 또는 SS/PBCH 블록을 혼용해서 사용할 수 있다.
프레임 동기 장치(10)는 파워 측정 기반으로 SSB를 검출하고, SSB 위치를 기초로 TDD 프레임 시작점을 계산해서 TDD 스위칭 신호를 생성할 수 있다. 프레임 동기 장치(10)는 적어도 하나의 프로세서 및 메모리를 포함하고, 프레임 동기 검출 및 TDD 스위칭 신호 생성에 필요한 소자들이 포함된 회로로 구현될 수 있다. 주로 프레임 동기 장치(10)는 TDD 중계기(1)에 포함되는 것으로 설명하나, TDD 무선 신호의 동기 검출이 필요한 이동 통신 장치에 포함될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 프레임 동기 장치(10)는 파워 측정 기반 프레임 동기 검출 방법과, SS/PBCH 블록을 디코딩하여 프레임 시작점을 검출하는 디코딩 기반 프레임 동기 검출 방법을 결합한 하이브리드 방식의 이중화 동기 검출 방법을 통해, 무선 환경에 적합한 방법으로 프레임 시작점을 검출할 수 있다. 여기서, 디코딩 기반 프레임 동기 검출 방법은 3GPP TS38.211 문서에 명시된 규격에 따라, SS/PBCH 블록에 포함된 PSS(Primary Synchronization Signal), SSS(Secondary Synchronization Signal), PBCH(Physical Broadcast Channel)를 분석하고, 이를 통해 획득한 SSB 인덱스와 기지국의 랜덤 액세스 정보를 담고 있는 MIB(Master Information Block)를 기초로 프레임 시작점을 검출하는 방법일 수 있다.
프레임 동기 장치(10)는 디코딩 기반 프레임 동기 검출 방법으로 획득한 프레임 시작점을 이용하여 TDD 스위칭 신호를 생성하되, 디코딩 기반 프레임 동기 검출 방법으로 프레임 시작점을 검출하지 못한 경우, 파워 측정 기반으로 획득한 프레임 시작점을 이용하여 TDD 스위칭 신호를 생성할 수 있다.
도 4는 한 실시예에 따른 동기 신호 블록이고, 도 5는 한 실시예에 따른 파워 측정 기반 프레임 동기 검출을 설명하는 도면이다.
도 4를 참고하면, 동기 신호 블록인 SSB는 PBCH 블록과 결합된 SS/PBCH 블록으로 전송될 수 있다. SS/PHCH 블록은 시간 영역에서 4개의 심볼들로 구성되고, 주파수 영역에서 20개의 자원 블록들(20 RBs)로 구성된다. 각 자원 블록은 12개의 자원 요소들(Resource Elements, REs)(12 subcarriers)로 구성된다.
SS/PBCH 블록의 첫 번째 심볼은 동기 신호인 PSS 영역(서브캐리어# 56~183)을 포함하고, 세 번째 심볼은 동기 신호인 SSS 영역(서브캐리어# 56~183)을 포함하며, PBCH(Physical Broadcast Channel)은 두 번째 심볼부터 네 번째 심볼에 할당된다. 이때, 첫 번째 심볼에서 PSS 영역을 제외하고는 자원이 할당되지 않고, 세 번째 심볼에서 SSS 영역과 PBCH 영역 사이에도 자원이 할당되지 않는데, 이를 <Set to 0> 영역 또는 NULL 영역이라고 부를 수 있다. 따라서, SSB에서 특정 자원 블록들(200, 210, 220, 230)의 경우 일부 자원 요소들에서만 신호가 존재할 수 있다.
SS/PBCH 블록과 달리, 5G NR 다운링크 구간에서 전송되는 나머지 채널 신호들(예를 들면, PDSCH, PDCCH 등)은 자원 블록 단위로 신호가 전송된다. 따라서, SS/PBCH 블록을 제외한 나머지 채널은 한 자원 블록에서 신호가 있는 자원 요소들과 신호가 없는 자원 요소들이 동시에 존재할 수 없다.
이처럼, SSB의 경우, 일부 자원 요소들에서만 신호가 존재하는 자원 블록이 존재하는 구조적 특징이 있고, 이러한 특정 자원 블록들(200, 210, 220, 230)을 동기 검출 자원 블록이라고 부를 수 있다. 따라서, 프레임 동기 장치(10)는 이러한 구조적 특징을 가지는 SSB를 검출하고, SSB 위치를 기초로 TDD 프레임 시작점을 계산해서 TDD 스위칭 신호를 생성한다.
도 5를 참고하면, 프레임 동기 장치(10)는 동기 신호와 노이즈 신호가 동시에 존재하는 동기 신호 블록의 특정 자원 블록들에서, 동기 신호와 노이즈 신호를 검출할 수 있는 두 주파수 대역을 설정할 수 있다. 노이즈 주파수 대역과 동기 신호 주파수 대역의 통과 대역은 적어도 하나의 서브캐리어 간격(RE)일 수 있다. 예를 들면, 노이즈 주파수 대역은 9개의 자원 요소들(9Res)의 중심 주파수 대역으로 설정될 수 있다. 동기 신호 주파수 대역은 3개의 자원 요소들(3REs)의 중심 주파수 대역으로 설정될 수 있다.
예를 들면, 자원 블록들(200, 220)에서 노이즈 신호 파워와 동기 신호 파워를 측정하기 위해, 노이즈 주파수 대역과 동기 신호 주파수 대역을 설정할 수 있다. 노이즈 주파수 대역과 동기 신호 주파수 대역으로 필터링된 노이즈 신호와 동기 신호에 대해 파워를 측정할 수 있다.
또는, 자원 블록들(210, 230)에서 노이즈 신호 파워와 동기 신호 파워를 측정하기 위해, 노이즈 주파수 대역과 동기 신호 주파수 대역을 설정할 수 있다. 노이즈 주파수 대역과 동기 신호 주파수 대역으로 필터링된 노이즈 신호와 동기 신호에 대해 파워를 측정할 수 있다.
프레임 동기 장치(10)는 수신 신호를 설정된 노이즈 주파수 대역과 동기 신호 주파수 대역으로 필터링하고, 파워를 계산한다. 이때, 동기 신호인 PSS나 SSS가 전송되는 심볼에서는 노이즈 주파수 대역에서 추출된 신호 파워는 낮고, 동기 신호 주파수 대역에서 추출된 신호 파워는 높게 검출된다. 반면, SSB가 아닌 구간의 경우, 노이즈 주파수 대역과 동기 신호 주파수 대역 모두 트래픽이 존재하거나, 노이즈 주파수 대역과 동기 신호 주파수 대역 모두 트래픽이 존재하지 않게 된다.
따라서, TDD 프레임 동안, 동일한 시간 구간(예를 들면, 한 심볼)에서 측정한 두 주파수 대역들의 파워 값을 파워 패턴쌍으로 저장하면, SSB에서는 기준 이상으로 높은 파워와 낮은 파워가 검출될 것이다. 그리고, SSB 이외의 구간에서는 기준 이상으로 모두 높은 파워, 또는 모두 낮은 파워가 검출될 것이다. 즉, 어느 심볼에서 두 주파수 대역들에서 검출되는 파워 비율이 기준 이상으로 크면, SSB인 것을 알 수 있고, 어느 심볼에서 파워 비율이 1에 유사하면 SSB가 아닌 것을 알 수 있다.
TDD 프레임 동안 두 주파수 대역들에서 파워를 검출하고, TDD 프레임에서 검출한 두 대역의 파워 패턴을 기초로 SSB를 검출하기 위한 프레임 동기 장치(10)는 다양하게 설계될 수 있다.
도 6은 한 실시예에 따른 프레임 동기 장치의 블록도이다.
도 6을 참고하면, 프레임 동기 장치(10)는 파워 측정 기반 동기 검출 방법에 따라 프레임 시작점을 검출하고, 이를 기초로 TDD 스위칭 신호를 생성할 수 있다. 이를 위한 프레임 동기 장치(10A)는 ADC(Analog-to-Digital Converter)(110), 제1 주파수 대역(동기 신호 주파수 대역)의 신호 추출부(120-1), 제2 주파수 대역(노이즈 신호 주파수 대역)의 신호 추출부(120-2), 제1 주파수 대역의 파워(동기 신호 파워) 측정부(130-1), 제2 주파수 대역의 파워(노이즈 신호 파워) 측정부(130-2), 파워비(power ratio) 계산부(140), 프레임 시작점 검출부(150), 그리고 스위칭 신호 생성부(160)를 포함할 수 있다. 파워 측정 기반 동기 검출 방법을 설명하기 위해 기능 블록들로 구분하여 설명하나, 적어도 일부의 기능 블록은 RF 모듈(20)에 구현될 수 있고, 복수의 기능 블록들이 통합될 수 있다.
ADC(110)는 아날로그 RF 신호를 샘플링하여 디지털 신호로 변환한다. ADC(110)는 예를 들면, ADC(110)는 RF 신호를 122.88MHz로 샘플링된 디지털 I/Q 신호로 변환할 수 있다.
제1 주파수 대역의 신호 추출부(120-1)와 제2 주파수 대역의 신호 추출부(120-2) 각각은 지정된 수신 신호에서 지정된 주파수 대역의 신호를 추출하도록 설계된다. 여기서, 제1 주파수 대역은 SSB를 기준으로 동기 신호가 존재하는 주파수 대역이고, 제2 주파수 대역은 SSB를 기준으로 자원이 할당되지 않고 노이즈 신호가 존재하는 주파수 대역일 수 있다.
제1 주파수 대역의 신호 추출부(120-1)와 제2 주파수 대역의 신호 추출부(120-2) 각각은 동기 검출에 필요한 신호를 출력하기 위한 DDS(Direct Digital Synthesis) 및 LPF(Low Pass Filter)를 포함할 수 있다.
제1 주파수 대역의 파워 측정부(130-1)는 제1 주파수 대역의 신호 추출부(120-1)에서 추출된 신호의 파워를 측정한다. 제2 주파수 대역의 파워 측정부(130-2)는 제2 주파수 대역의 신호 추출부(120-2)에서 추출된 신호의 파워를 측정한다. 여기서, 파워는 I^2 + Q^2 연산을 통해 계산될 수 있다.
파워비 계산부(140)는 시간 구간 단위로, 두 주파수 대역들에서 측정되는 파워 패턴을 획득한다. 파워비 계산부(140)는 두 주파수 대역들에서 측정된 파워 비율을 계산한다.
프레임 시작점 검출부(150)는 TDD 프레임 동안, 두 주파수 대역들에서 측정된 파워 비율을 기초로, SSB를 검출한다. 프레임 시작점 검출부(150)는 어느 심볼에서 두 주파수 대역들에서 검출되는 파워 비율이 기준 이상으로 크면, 해당 심볼의 위치를 SSB 위치로 결정할 수 있다.
프레임 시작점 검출부(150)는 두 주파수 대역들에서 측정된 파워 비율을 기초로, 동기 신호인 PSS/SSS가 존재하는 SS/PBCH 블록의 첫 번째 심볼 그리고 세 번째 심볼을 검출할 수 있다.
프레임 시작점 검출부(150)는 SSB 위치를 기초로 TDD 프레임 시작점을 계산할 수 있다.
SS/PBCH 블록은 NR 주파수 대역에 따라 시간 도메인에서의 위치가 Case A, B, C, D, E로 정의된다. 각 Case는 서브캐리어 간격에 따라 구분되는데 국내에서 5G에 할당된 대역은 3.4~3.6GHz이며 서브캐리어 간격은 30kHz이다. 예를 들어, 3.4~3.6GHz 주파수 대역에는 인덱스0부터 7에 해당하는 SS/PBCH 블록이 최대 8개까지 전송될 수 있고, 시간 도메인에서 각 SSB 인덱스의 위치가 정해져 있다. 따라서, 프레임 시작점 검출부(150)는 TDD 프레임에서 검출되는 SSB 패턴을 기초로, 검출한 SSB의 위치를 알 수 있다.
한편, 기지국 제조사 및 지역에 따라, 기지국은 SS/PBCH 블록의 전송 주기 내에서 일부(예를 들면, N개)의 SS/PBCH 블록들만을 전송할 수 있다. 예를 들면, 3.4~3.6GHz 주파수 대역에는 SS/PBCH 블록이 최대 8개까지 전송 가능한데, 기지국이 일부 SSB 인덱스들만을 사용할 수 있다. 따라서, 프레임 시작점 검출부(150)는 기지국에서 운용하는 SSB 인덱스를 기초로, 검출한 SSB의 인덱스를 확인할 수 있다.
스위칭 신호 생성부(160)는 프레임 시작점을 기준으로 사전 정의된 TDD 스위칭 신호를 생성할 수 있다. 스위칭 신호 생성부(160)는 사전 정의된 TDD-UL-DL-Configuration에 따라 TDD 스위칭 신호를 생성할 수 있다.
도 7은 다른 실시예에 따른 프레임 동기 장치의 블록도이다.
도 7을 참고하면, 프레임 동기 장치(10A)는 파워 측정 기반 동기 검출 방법과, SS/PBCH 블록의 디코딩 기반 동기 검출 방법을 결합한 동기 검출 방법을 통해, 프레임 시작점을 검출할 수 있다.
프레임 동기 장치(10A)는 도 6의 프레임 동기 장치(10)에 SS/PBCH 블록의 디코딩 기반 동기 검출부(170)를 더 포함할 수 있다.
디코딩 기반 동기 검출부(170)는 SS/PBCH 블록에 포함된 PSS, SSS, PBCH DM-RS(Demodulation Reference Signal)을 검출하고, PBCH DM-RS 신호와 이의 기준 신호의 상관 관계를 통해 SSB 인덱스를 획득하도록 구성될 수 있다. 그리고, 디코딩 기반 동기 검출부(170)는 PBCH를 디코딩해서 MIB(Master Information Block)를 추출하고, SSB 인덱스와 MIB를 기초로 프레임 시작점을 검출하도록 구성될 수 있다. 만약, MIB 메시지에 포함된 Half frame flag가 0이면 SS/PBCH 블록이 포함된 하프 프레임 시작점(5ms 기준점)이 프레임 시작점(10ms 기준점)과 동일하고, Half frame flag가 1이면 SS/PBCH 블록이 포함된 하프 프레임의 시작점이 프레임 시작점의 5ms 뒤에 위치하는 것으로 결정된다.
스위칭 신호 생성부(160A)는 프레임 시작점 검출부(150)와 디코딩 기반 동기 검출부(170)로부터 프레임 시작점을 입력받을 수 있다. 스위칭 신호 생성부(160A)는 프레임 시작점 검출부(150) 또는 디코딩 기반 동기 검출부(170)로부터 획득한 프레임 시작점을 기초로 TDD 스위칭 신호를 생성할 수 있다. 이때, 스위칭 신호 생성부(160A)는 디코딩 기반 동기 검출부(170)에서 검출한 프레임 시작점을 사용하여 TDD 스위칭 신호를 생성할 수 있다. 만약, 디코딩 기반 동기 검출부(170)에서 프레임 시작점 검출에 실패한 경우, 스위칭 신호 생성부(160A)는 파워 측정 기반 동기 검출을 통해 얻은 프레임 시작점을 사용하여 TDD 스위칭 신호를 생성할 수 있다. 스위칭 신호 생성부(160A)는 CRC(cyclic redundancy check) 등의 오류 검사를 통해, SS/PBCH 블록을 디코딩해서 얻은 동기 검출 결과가 성공인지 판단할 수 있다. 이외에도, 스위칭 신호 생성부(160A)는 프레임 시작점 검출부(150)와 디코딩 기반 동기 검출부(170)의 검출 결과를 종합적으로 이용해서, TDD 스위칭 신호를 생성할 수 있다.
도 8은 한 실시예에 따른 파워 측정 기반 동기 검출 방법의 흐름도이다.
도 8을 참고하면, 프레임 동기 장치(10)는 TDD 프레임에서, 제1 주파수 대역의 신호와 제2 주파수 대역의 신호를 추출한다(S110). SSB의 동기 검출 자원 블록을 기준으로, 제1 주파수 대역은 동기 신호가 존재하는 주파수 대역으로 설정되고, 제2 주파수 대역은 노이즈 신호가 존재하는 주파수 대역으로 설정될 수 있다. 여기서, 동기 검출 자원 블록은 SSB의 자원 블록들 중에서, 신호가 있는 자원 요소들과 신호가 없는 자원 요소들이 동시에 존재하는 자원 블록으로 정의될 수 있다.
프레임 동기 장치(10)는 TDD 프레임 동안, 제1 주파수 대역의 신호 파워와 제2 주파수 대역의 신호 파워를 측정한다(S120).
프레임 동기 장치(10)는 시간 구간 단위로, 두 주파수 대역들에서 측정된 파워 비율을 계산한다(S130).
프레임 동기 장치(10)는 TDD 프레임 동안, 두 주파수 대역들에서 측정된 파워 비율이 기준 이상인 구간을 SSB로 검출한다(S140).
프레임 동기 장치(10)는 SSB 위치를 기초로 TDD 프레임 시작점을 계산한다(S150). 프레임 동기 장치(10)는 기지국에서 운용 중인 SSB 인덱스를 기초로, 검출한 SSB의 인덱스를 확인할 수 있다.
프레임 동기 장치(10)는 프레임 시작점을 기준으로 TDD 스위칭 신호를 생성한다(S160).
도 9는 다른 실시예에 따른 이중화 동기 검출 방법의 흐름도이다.
도 9를 참고하면, 프레임 동기 장치(10A)는 TDD 프레임에서 SSB의 동기 검출 자원 블록을 기준으로 설정된 제1 주파수 대역의 신호 파워와 제2 주파수 대역의 신호 파워를 측정하고, 두 주파수 대역들에서 측정된 파워 비율을 기초로 SSB를 검출해서 프레임 시작점을 계산한다(S210).
프레임 동기 장치(10A)는 SS/PBCH 블록을 디코딩해서 프레임 시작점을 검출한다(S220).
프레임 동기 장치(10A)는 파워 기반으로 프레임 시작점을 검출한 결과와, 디코딩 기반으로 프레임 시작점을 검출한 결과를 기초로 프레임 시작점을 결정한다(S230)>
프레임 동기 장치(10A)는 프레임 시작점을 기준으로 TDD 스위칭 신호를 생성한다(S240).
프레임 동기 장치(10A)는 SS/PBCH 블록을 디코딩해서 프레임 시작점을 검출한 결과가 성공이면, 성공한 검출 결과를 기초로 TDD 스위칭 신호를 생성할 수 있다. 프레임 동기 장치(10A)는 SS/PBCH 블록을 디코딩해서 프레임 시작점을 검출한 결과가 실패이면, 파워 기반으로 검출한 프레임 시작점을 기초로 TDD 스위칭 신호를 생성할 수 있다. 프레임 동기 장치(10A)는 CRC(cyclic redundancy check) 등의 오류 검사를 통해, SS/PBCH 블록을 디코딩해서 얻은 동기 검출 결과가 성공인지 판단할 수 있다.
이상에서 설명한 본 개시의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 개시의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있다.
이상에서 본 개시의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 개시의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 개시의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 개시의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (20)

  1. TDD 전송을 위한 무선 프레임 동기 장치의 동작 방법으로서,
    TDD 프레임에서, 동기 신호 블록의 동기 검출 자원 블록을 기준으로 설정된 제1 주파수 대역의 제1 신호 파워와 제2 주파수 대역의 제2 신호 파워를 측정하는 단계,
    시간 구간 단위로 상기 제1 신호 파워와 상기 제2 신호 파워의 파워 비율을 계산하고, 상기 파워 비율을 기초로 상기 동기 신호 블록을 검출하는 단계, 그리고
    검출한 동기 신호 블록의 위치를 기초로 프레임 시작점을 계산하는 단계
    를 포함하는 동작 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 동기 검출 자원 블록은
    상기 동기 신호 블록을 구성하는 자원 블록들 중에서, 신호가 있는 자원 요소들과 신호가 없는 자원 요소들이 동시에 존재하는 자원 블록인, 동작 방법.
  3. 제1항에서,
    상기 제1 주파수 대역은 상기 동기 검출 자원 블록을 기준으로 동기 신호가 존재하는 주파수 대역으로 설정되고,
    상기 제2 주파수 대역은 상기 동기 검출 자원 블록을 기준으로 자원이 할당되지 않고 노이즈 신호가 존재하는 주파수 대역으로 설정되는, 동작 방법.
  4. 제1항에서,
    상기 동기 신호 블록을 검출하는 단계는
    상기 TDD 프레임 동안, 상기 파워 비율이 기준 이상인 구간을 상기 동기 신호 블록으로 검출하는, 동작 방법.
  5. 제1항에서,
    상기 프레임 시작점을 계산하는 단계는
    운용 중인 동기 신호 블록의 인덱스를 기초로, 검출한 동기 신호 블록의 인덱스를 확인하는, 동작 방법.
  6. 제1항에서,
    상기 프레임 시작점을 기준으로 TDD 스위칭 신호를 생성하는 단계
    를 더 포함하는, 동작 방법.
  7. 제1항에서,
    상기 TDD 프레임은 5G NR(New Radio) 기반의 프레임인, 동작 방법.
  8. TDD 전송을 위한 무선 프레임 동기 장치의 동작 방법으로서,
    TDD 프레임에서 동기 신호 블록의 동기 검출 자원 블록을 기준으로 설정된 제1 주파수 대역의 제1 신호 파워와 제2 주파수 대역의 제2 신호 파워를 측정하고, 상기 제1 신호 파워와 상기 제2 신호 파워의 파워 비율을 기초로 상기 동기 신호 블록을 검출하는 단계,
    동기 신호 블록을 디코딩해서 프레임 시작점을 검출하는 단계, 그리고
    상기 디코딩을 통해 프레임 시작점을 검출한 결과가 실패이면, 상기 검출한 동기 신호 블록을 기초로 계산한 프레임 시작점을 이용하여, TDD 스위칭 신호를 생성하는 단계
    를 포함하는 동작 방법.
  9. 제8항에서,
    상기 동기 검출 자원 블록은
    상기 동기 신호 블록을 구성하는 자원 블록들 중에서, 신호가 있는 자원 요소들과 신호가 없는 자원 요소들이 동시에 존재하는 자원 블록인, 동작 방법.
  10. 제8항에서,
    상기 제1 주파수 대역은 상기 동기 검출 자원 블록을 기준으로 동기 신호가 존재하는 주파수 대역으로 설정되고,
    상기 제2 주파수 대역은 상기 동기 검출 자원 블록을 기준으로 자원이 할당되지 않고 노이즈 신호가 존재하는 주파수 대역으로 설정되는, 동작 방법.
  11. 제8항에서,
    상기 동기 신호 블록을 검출하는 단계는
    상기 TDD 프레임 동안, 상기 파워 비율이 기준 이상인 구간을 상기 동기 신호 블록으로 검출하는, 동작 방법.
  12. 제8항에서,
    상기 동기 신호 블록을 검출하는 단계는
    운용 중인 동기 신호 블록의 인덱스를 기초로, 검출한 동기 신호 블록의 인덱스를 확인하는, 동작 방법.
  13. 제8항에서,
    상기 TDD 프레임은 5G NR(New Radio) 기반의 프레임인, 동작 방법.
  14. TDD 프레임 동기 장치로서,
    TDD 프레임에서, 동기 신호 블록의 동기 검출 자원 블록을 기준으로 설정된 제1 주파수 대역의 제1 신호 파워를 측정하는 제1 파워 측정부,
    상기 동기 검출 자원 블록을 기준으로 설정된 제2 주파수 대역의 제2 신호 파워를 측정하는 제2 파워 측정부,
    시간 구간 단위로 계산된 상기 제1 신호 파워와 상기 제2 신호 파워의 파워 비율을 기초로 상기 동기 신호 블록을 검출하고, 검출한 동기 신호 블록의 위치를 기초로 프레임 시작점을 계산하는 프레임 시작점 검출부
    를 포함하는, TDD 프레임 동기 장치.
  15. 제14항에서,
    상기 동기 검출 자원 블록은
    상기 동기 신호 블록을 구성하는 자원 블록들 중에서, 신호가 있는 자원 요소들과 신호가 없는 자원 요소들이 동시에 존재하는 자원 블록인, TDD 프레임 동기 장치.
  16. 제14항에서,
    상기 제1 주파수 대역은 상기 동기 검출 자원 블록을 기준으로 동기 신호가 존재하는 주파수 대역으로 설정되고,
    상기 제2 주파수 대역은 상기 동기 검출 자원 블록을 기준으로 자원이 할당되지 않고 노이즈 신호가 존재하는 주파수 대역으로 설정되는, TDD 프레임 동기 장치.
  17. 제14항에서,
    상기 프레임 시작점 검출부는
    상기 TDD 프레임 동안, 상기 파워 비율이 기준 이상인 구간을 상기 동기 신호 블록으로 검출하는, TDD 프레임 동기 장치.
  18. 제14항에서,
    상기 프레임 시작점 검출부는
    운용 중인 동기 신호 블록의 인덱스를 기초로, 검출한 동기 신호 블록의 인덱스를 확인하는, TDD 프레임 동기 장치.
  19. 제14항에서,
    시간 구간 단위로 상기 제1 신호 파워와 상기 제2 신호 파워의 파워 비율을 계산하는 파워비 계산부
    를 더 포함하는, TDD 프레임 동기 장치.
  20. 제14항에서,
    상기 프레임 시작점을 기준으로 TDD 스위칭 신호를 생성하는 스위칭 신호 생성부
    를 더 포함하는, TDD 프레임 동기 장치.

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