WO2014112785A1

WO2014112785A1 - 간섭 제거 수신 방법 및 단말

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Publication number: WO2014112785A1
Application number: PCT/KR2014/000431
Authority: WO
Inventors: 정만영; 이상욱; 황진엽; 양윤오; 임수환
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2013-01-18
Filing date: 2014-01-15
Publication date: 2014-07-24
Also published as: US9729264B2; US20150358100A1

Abstract

본 명세서의 일 개시는 간섭 제거 수신 방법을 제공한다. 상기 간섭 제거 수신 방법은 간섭을 야기하는 공격자 셀을 위한 기존 저장된 정보를 물리 채널 상의 바이너리로 인코딩하는 단계와; 상기 인코딩된 바이너리와 상기 공격자 셀로부터 새로이 수신되는 물리 채널 상의 바이너리 간에 비교를 수행하는 단계와; 상기 바이너리들이 일치하는 경우, 상기 인코딩된 바이너리를 이용하여, 상기 공격자 셀로부터 새로이 수신되는 물리 채널 상의 바이너리에 의해 야기되는 간섭을 제거함으로써, 서빙 셀로부터의 신호를 수신하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

간섭 제거 수신 방법 및 단말

본 명세서의 개시는 간섭 제거 수신 방법 및 단말에 관한 것이다.

UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)의 향상인 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(long term evolution)는 3GPP 릴리이즈(release) 8로 소개되고 있다. 3GPP LTE는 하향링크에서 OFDMA(orthogonal frequency division multiple access)를 사용하고, 상향링크에서 SC-FDMA(Single Carrier-frequency division multiple access)를 사용한다. OFDMA 이해하기 위해서는 OFDM을 알아야 한다. OFDM은 낮은 복잡도로 심볼간 간섭(inter-symbol interfe nce) 효과를 감쇄시킬 수 있어, 사용되고 있다. OFDM은 직렬로 입력되는 데이터를 N개의 병렬 데이터로 변환하여, N개의 직교 부반송파(subcarrier)에 실어 전송한다. 부반송파는 주파수 차원에서 직교성을 유지한다. 한편, OFDMA은 OFDM을 변조 방식으로 사용하는 시스템에 있어서 이용 가능한 부반송파의 일부를 각 사용자에게 독립적으로 제공하여 다중 접속을 실현하는 다중 접속 방법을 말한다.

최근에는 3GPP LTE의 진화인 3GPP LTE-A(LTE-Advanced)의 개발이 완료되고 있다.

또한, 최근에는 매크로셀과 소규모셀이 공존하는 이종 네트워크에 대한 논의가 진행중이다. 특히 매크로셀에 접속된 단말을 소규모셀로 분산시킴으로써, 트래픽을 우회시키기 위한 논의가 진행중이다.

한편, 이와 같은 소규모셀에 의해 간섭은 더욱더 증가될 수 있으며, 그에 따라 간섭 제거 기능이 절실히 필요한 실정이다.

따라서, 본 명세서의 개시는 간섭을 효율적으로 제거할 수 있는 방법 및 단말을 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위해서, 본 명세서의 일 개시는 간섭 제거 수신 방법을 제공한다. 상기 간섭 제거 수신 방법은 간섭을 야기하는 공격자 셀을 위한 기존 저장된 정보를 물리 채널 상의 바이너리로 인코딩하는 단계와; 상기 인코딩된 바이너리와 상기 공격자 셀로부터 새로이 수신되는 물리 채널 상의 바이너리 간에 비교를 수행하는 단계와; 상기 바이너리들이 일치하는 경우, 상기 인코딩된 바이너리를 이용하여, 상기 공격자 셀로부터 새로이 수신되는 물리 채널 상의 바이너리에 의해 야기되는 간섭을 제거함으로써, 서빙 셀로부터의 신호를 수신하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 정보는 시스템 정보이고, 상기 물리 채널은 물리 발송 채널일 수 있다. 구체적으로, 상기 시스템 정보는 MIB(Master Information Block)일 수 있다.

상기 간섭 제거 수신 방법은 상기 인코딩을 수행하기 전에 상기 공격자 셀로부터의 브로드캐스트 채널을 디코딩하여 정보를 획득하는 단계와; 상기 획득된 정보를 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 인코딩을 수행하는 단계는: 상기 기존 저장된 정보 내에 포함된 일부 정보를 갱신하는 단계와; 상기 갱신된 일부 정보를 포함하는 정보를 상기 물리 채널 상의 바이너리로 인코딩하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 일부 정보는 시스템 정보 내의 SFN(system Frame Number)이고, 상기 갱신 단계는 상기 SFN이 매 40ms 마다 갱신되는 것에 상응하여 수행될 수 있다.

상기 바이너리들 간에 비교는 CRC(Cyclic Redundancy Check) 부분들 간의 비교일 수 있다.

상기 간섭 제거 수신 방법은 상기 바이너리들이 일치하지 않는 경우, 상기 공격자 셀로부터 새로이 수신되는 물리 채널 상의 바이너리에 대해 디코딩을 수행하는 단계와; 상기 디코딩의 수행 결과에 따른 정보의 CRC와 상기 인코딩된 바이너리의 CRC가 서로 일치하는지 확인하는 단계와; 상기 CRC들이 서로 일치하는 경우, 상기 인코딩된 바이너리를 이용하여, 상기 공격자 셀로부터 새로이 수신되는 물리 채널 상의 바이너리에 의해 야기되는 간섭을 제거함으로써, 서빙 셀로부터의 신호를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 간섭 제거 수신 방법은 상기 CRC들이 일치하는지 확인하기 전에, 상기 디코딩의 수행 결과에 따른 CRC에 에러가 존재하는지 확인하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 간섭 제거 수신 방법은 상기 CRC들이 서로 일치하지 않는 경우, 상기 디코딩의 수행 결과에 따른 정보를 저장하는 단계와; 상기 저장된 정보를 물리 채널 상의 바이너리로 인코딩하는 단계와; 상기 인코딩된 바이너리를 이용하여, 상기 공격자 셀로부터 새로이 수신되는 물리 채널 상의 바이너리에 의해 야기되는 간섭을 제거함으로써, 서빙 셀로부터의 신호를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해서, 본 명세서의 일 개시는 간섭 제거 수신 단말을 또한 제공한다. 상기 간섭 제거 수신 단말은 RF 유닛과; 상기 RF 유닛을 제어하는 프로세서를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 프로세서는 간섭을 야기하는 공격자 셀을 위한 기존 저장된 정보를 물리 채널 상의 바이너리로 인코딩한 후, 상기 인코딩된 바이너리와 상기 공격자 셀로부터 새로이 수신되는 물리 채널 상의 바이너리 간에 비교를 수행하고, 상기 비교의 수행 결과 상기 바이너리들이 일치하는 경우, 상기 인코딩된 바이너리를 이용하여, 상기 공격자 셀로부터 새로이 수신되는 물리 채널 상의 바이너리에 의해 야기되는 간섭을 제거함으로써, 서빙 셀로부터의 신호를 수신할 수 있다.

본 명세서의 개시에 의하면, 간섭 제거 기능을 통하여 보다 수신 성능을 높일 수 있다.

도 1은 무선 통신 시스템이다.

도 2는 다중안테나 시스템의 안테나 구성도이다.

도 3은 다중 안테나 시스템에서 채널을 나타내는 예이다.

도 4은 3GPP LTE에서 FDD에 따른 무선 프레임(radio frame)의 구조를 나타낸다.

도 5는 3GPP LTE에서 하나의 상향링크 또는 하향링크슬롯에 대한 자원 그리드(resource grid)를 나타낸 예시도이다.

도 6는 하향링크 서브프레임의 구조를 나타낸다.

도 7은 3GPP LTE에서 상향링크 서브프레임의 구조를 나타낸다.

도 8은 기존의 단일 반송파 시스템과 반송파 집성 시스템의 비교 예이다.

도 9는 노멀 CP에서 4개의 안테나 포트를 지원할 수 있는 RS 구조의 예를 나타낸다.

도 10은 확장 CP에서 4개의 안테나 포트를 지원할 수 있는 RS 구조의 예를 나타낸다.

도 11은 매크로 셀과 소규모 셀을 포함하는 이종 네트워크를 도시한 도면이다.

도 12는 본 명세서의 일 개시에 따른 소규모 셀의 커버리지 확장 개념을 나타낸다.

도 13은 본 명세서의 일 개시에 따른 UE의 구조를 예시적으로 나타낸 블록도이다.

도 14는 도 13에 도시된 간섭 제거부의 동작을 블록화하여 나타낸 블록도이다.

도 15는 PBCH의 부호화 과정을 나타낸 예시도이다.

도 16은 도 15에 도시된 각 과정의 출력 나타낸다.

도 17a 내지 도 17d는 본 명세서의 일 개시에 따른 방안을 나타낸 흐름도이다.

도 18은 17a 내지 도 17d에 도시된 방안들을 통합하여 나타낸 예시적인 흐름도이다.

도 19은 본 발명의 실시예가 구현되는 무선통신 시스템을 나타낸 블록도이다.

본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 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 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.

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 있다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니됨을 유의해야 한다. 본 발명의 사상은 첨부된 도면외에 모든 변경, 균등물 내지 대체물에 까지도 확장되는 것으로 해석되어야 한다.

이하, 도면에서는 UE(User Equipment)가 도시되어 있으나, 상기 UE는 단말(Terminal), ME(Mobile Equipment), MS(Mobile Station), UT(User Terminal), SS(Subscriber Station), 무선기기(Wireless Device), 휴대기기(Handheld Device), AT(Access Terminal)로 불릴 수 있다. 또한, 상기 단말은 휴대폰, PDA, 스마트 폰(Smart Phone), 무선 모뎀(Wireless Modem), 노트북 등과 같이 통신 기능을 갖춘 휴대 가능한 기기일 수 있거나, PC, 차량 탑재 장치와 같이 휴대 불가능한 기기일 수 있다.

그리고 이하에서 사용되는 기지국이라는 용어는 일반적으로 무선기기와 통신하는 고정된 지점(fixed station)을 말하며, eNB(evolved-NodeB), BTS(Base Transceiver System), 액세스 포인트(Access Point) 등 다른 용어로 불릴 수 있다.

이하에서는 3GPP(3rd Generation Partnership Project) 3GPP LTE(long term evolution) 또는 3GPP LTE-A(LTE-Advanced)를 기반으로 본 발명이 적용되는 것을 기술한다. 이는 예시에 불과하고, 본 발명은 다양한 무선 통신 시스템에 적용될 수 있다. 이하에서, LTE라 함은 LTE 및/또는 LTE-A를 포함한다.

도 1은 무선 통신 시스템이다.

도 1을 참조하여 알 수 있는 바와 같이, 무선 통신 시스템은 적어도 하나의 기지국(20; base station, BS)을 포함한다. 각 기지국(20)은 특정한 지리적 영역(일반적으로 셀이라고 함)(20a, 20b, 20c)에 대해 통신 서비스를 제공한다. 셀은 다시 다수의 영역(섹터라고 함)으로 나누어질 수 있다. UE(10; user equipment, UE)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, 단말(terminal), MS(mobile station), MT(mobile terminal), UT(user terminal), SS(subscriber station), 무선기기(wireless device), PDA(personal digital assistant), 무선 모뎀(wireless modem), 휴대기기(handheld device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 기지국(20)은 일반적으로 단말(10)과 통신하는 고정된 지점(fixed station)을 말하며, eNodeB(evolved-NodeB), BTS(base transceiver system), 액세스 포인트(access point) 등 다른 용어로 불릴 수 있다.

UE은 통상적으로 하나의 셀에 속하는데, UE가 속한 셀을 서빙 셀(serving cell)이라 한다. 서빙 셀에 대해 통신 서비스를 제공하는 기지국을 서빙 기지국(serving BS)이라 한다. 무선 통신 시스템은 셀룰러 시스템(cellular system)이므로, 서빙 셀에 인접하는 다른 셀이 존재한다. 서빙 셀에 인접하는 다른 셀을 인접 셀(neighbor cell)이라 한다. 인접 셀에 대해 통신 서비스를 제공하는 기지국을 인접 기지국(neighbor BS)이라 한다. 서빙 셀 및 인접 셀은 단말을 기준으로 상대적으로 결정된다.

이하에서, 하향링크는 기지국(20)에서 UE(10)로의 통신을 의미하며, 상향링크는 UE (10)에서 기지국(20)으로의 통신을 의미한다. 하향링크에서 송신기는 기지국(20)의 일부분이고, 수신기는 UE(10)의 일부분일 수 있다. 상향링크에서 송신기는 UE (10)의 일부분이고, 수신기는 기지국(20)의 일부분일 수 있다.

한편, 무선 통신 시스템은 MIMO(multiple-input multiple-output) 시스템, MISO(multiple-input single-output) 시스템, SISO(single-input single-output) 시스템 및 SIMO(single-input multiple-output) 시스템 중 어느 하나일 수 있다. MIMO 시스템은 다수의 전송 안테나(transmit antenna)와 다수의 수신 안테나(receive antenna)를 사용한다. MISO 시스템은 다수의 전송 안테나와 하나의 수신 안테나를 사용한다. SISO 시스템은 하나의 전송 안테나와 하나의 수신 안테나를 사용한다. SIMO 시스템은 하나의 전송 안테나와 다수의 수신 안테나를 사용한다. 이하에서, 전송 안테나는 하나의 신호 또는 스트림을 전송하는 데 사용되는 물리적 또는 논리적 안테나를 의미하고, 수신 안테나는 하나의 신호 또는 스트림을 수신하는 데 사용되는 물리적 또는 논리적 안테나를 의미한다.

도 2는 다중안테나 시스템의 안테나 구성도이다.

도 2에 나타낸 바와 같이 송신 안테나의 수를 NT개로, 수신 안테나의 수를 NR개로 동시에 늘리게 되면, 송신기나 수신기에서만 다수의 안테나를 사용하게 되는 경우와 달리 안테나 수에 비례하여 이론적인 채널 전송 용량이 증가하므로, 전송 레이트(또는 전송율)을 향상시키고, 주파수 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있다.

채널 전송 용량의 증가에 의해 얻어지는 전송률은 이론적으로 단일 안테나를 사용하는 경우 얻어지는 최대 전송률(R0)과 다중 안테나 사용에 의해 발생하는 증가율(Ri)의 곱으로 나타낼 수 있다. 증가율(Ri)은 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.

수학식 1

전송 정보는 전송 안테나의 개수가 N_T 개인 경우, 최대 N_T 개의 서로 다른 정보로 구성될 수 있다. 이러한 경우, 전송 정보는 다음 식 2와 같이 나타낼 수 있다.

수학식 2

식 2에서 s는 전송 정보 벡터를 나타내고, s₁, s₂, ... s_NT는 전송 정보 벡터의 각 요소(element)인 정보를 나타낸다. 각 정보는 서로 다른 전송 전력을 가지고 전송될 수 있다. 각 전송 전력을 (P₁, P₂, ,,, P_NT)라고 표시하는 경우, 전송 전력이 적용된 전송 정보 벡터는 다음 식 3과 같이 나타낼 수 있다.

수학식 3

식 3은 다음 식 4와 같이 전송 전력 대각 행렬(transmission power diagonal matrix)과 전송 정보 벡터의 곱으로 표시할 수 있다.

수학식 4

전송 전력이 적용된 전송 정보 벡터

에 가중치 행렬 W가 곱해져서, 실제 N_T개의 전송 안테나를 통해 전송되는 전송 신호(x₁, x₂, ... x_NT)가 생성된다. 가중치 행렬 W는 전송 채널 상황에 따라 전송 정보를 개별 안테나에 적절히 분산하는 역할을 수행한다. 전송 신호 벡터를 x라고 하면 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.

수학식 5

식 5에서 가중치 행렬의 요소 w_ij(1≤ i ≤ N_T, 1≤j≤ N_T) 는 i번째 전송 안테나, j번째 전송 정보에 대한 가중치를 나타낸다. 가중치 행렬 W는 프리코딩 행렬(precoding matrix)이라 칭하기도 한다.

전송 신호 벡터는 전송 기법에 따라 다른 전송 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 공간 다이버시티 즉, 전송 다이버시티가 적용되는 경우, 전송 신호 벡터의 전송 정보는 모두 동일할 수 있다. 즉, [s₁, s₂, ... s_nT]는 모두 동일한 정보 예컨대 [s₁, s₁, ... s₁ ]일 수 있다. 따라서, 동일한 전송 정보가 서로 다른 채널을 통해 수신기에게 전달되기 때문에 다이버시티 효과가 발생하며, 전송의 신뢰도가 증가한다.

또는 공간 다중화가 적용되는 경우, 전송 신호 벡터의 전송 정보는 모두 다를 수 있다. 즉, s₁, s₂, ... s_nT는 모두 다른 정보일 수 있다. 서로 다른 전송 정보가 서로 다른 채널을 통해 수신기에게 전달되기 때문에 전송할 수 있는 정보량이 증가하는 효과가 있다.

물론, 공간 다이버시티와 공간 다중화를 함께 사용하여 전송 정보를 전송할 수도 있다. 즉, 상기 예에서 3개의 전송 안테나를 통해서는 동일한 정보가 공간 다이버시티에 의해 전송되고, 나머지 전송 안테나를 통해서는 공간 다중화에 의해 서로 다른 정보가 전송되는 방식으로 구성될 수도 있다. 이러한 경우, 전송 정보 벡터는 예컨대, [s₁, s₁, s₁, s₂, s₃... s_nT-2]과 같이 구성될 수 있다.

수신기에서 수신 안테나의 수가 N_R개인 경우, 개별 수신 안테나에서 수신되는 신호를 y_n(1≤n≤N_R)이라 표시할 수 있다. 이 때 수신 신호 벡터 y는 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.

수학식 6

MIMO 시스템에서 채널 모델링이 수행되는 경우 각 채널은 전송 안테나의 인덱스와 수신 안테나의 인덱스에 의해 서로 간에 구분될 수 있다. 전송 안테나의 인덱스를 j라고 하고, 수신 안테나의 인덱스를 i라고 하면, 이러한 전송 안테나와 수신 안테나 간의 채널을 h_ij로 표시할 수 있다(채널을 표시하는 첨자에서 수신 안테나의 인덱스가 먼저 표시되고 전송 안테나의 인덱스가 나중에 표시되는 것에 주의할 필요가 있다).

도 3은 다중 안테나 시스템에서 채널을 나타내는 예이다.

도 3을 참조하면, N_T개의 전송 안테나 각각과 수신 안테나 i에 대한 채널이 h_i1, h_i2, ... h_iNT로 표시된다. 편의상 이러한 채널들을 행렬이나 벡터로 나타낼 수 있다. 그러면, 상기 채널들 h_i1, h_i2, ... h_iNT 은 다음 식과 같이 벡터 형식으로 나타낼 수 있다.

수학식 7

만약, N_T개의 전송 안테나에서 N_R개의 수신 안테나로의 모든 채널을 행렬 형태로 나타낸 것을 채널 행렬 H라 한다면, H는 다음 식 8과 같이 나타낼 수 있다.

수학식 8

전송 안테나를 통해 전송된 신호는 상기 식 8에서 나타낸 채널을 통과하여 수신 안테나에서 수신된다. 이 때 실제 채널에서는 잡음(noise)이 추가된다. 이러한 잡음은 수학적으로 AWGN(Additive White Gaussian Noise)으로 볼 수 있다. 각 수신 안테나에 추가되는 AWGN을 각각 n₁, n₂, ... n_NR이라 표시하면, 편의상 이러한 AWGN들을 다음 식과 같은 벡터로 표시할 수 있다.

수학식 9

상술한 AWGN, 전송 신호 벡터 x, 채널 행렬 등을 고려하여 수신 안테나에서 수신하는 수신 신호 벡터 y를 나타내면 다음 식과 같다.

수학식 10

채널 행렬 H에서 행의 수와 열의 수는 전송 안테나의 개수, 수신 안테나의 개수에 따라 결정된다. 채널 행렬 H에서 행의 개수는 수신 안테나의 개수와 같다. 그리고, 채널 행렬 H에서 열의 개수는 전송 안테나의 개수와 같다. 따라서, 채널 행렬 H는 N_R x N_T 행렬이라고 표시할 수 있다.

일반적으로 행렬의 랭크는 독립한 행의 개수와 독립한 열의 개수 중에서 더 작은 수에 의해 정의된다. 따라서, 행렬의 랭크는 열의 개수나 행의 개수보다 더 클 수는 없으며, 채널 행렬 H의 랭크는 다음 식과 같이 결정된다.

수학식 11

한편, 무선 통신 시스템은 크게 FDD(frequency division duplex) 방식과 TDD(time division duplex) 방식으로 나눌 수 있다. FDD 방식에 의하면 상향링크 전송과 하향링크 전송이 서로 다른 주파수 대역을 차지하면서 이루어진다. TDD 방식에 의하면 상향링크 전송과 하향링크 전송이 같은 주파수 대역을 차지하면서 서로 다른 시간에 이루어진다. TDD 방식의 채널 응답은 실질적으로 상호적(reciprocal)이다. 이는 주어진 주파수 영역에서 하향링크 채널 응답과 상향링크 채널 응답이 거의 동일하다는 것이다. 따라서, TDD에 기반한 무선통신 시스템에서 하향링크 채널 응답은 상향링크 채널 응답으로부터 얻어질 수 있는 장점이 있다. TDD 방식은 전체 주파수 대역을 상향링크 전송과 하향링크 전송이 시분할되므로 기지국에 의한 하향링크 전송과 단말에 의한 상향링크 전송이 동시에 수행될 수 없다. 상향링크 전송과 하향링크 전송이 서브프레임 단위로 구분되는 TDD 시스템에서, 상향링크 전송과 하향링크 전송은 서로 다른 서브프레임에서 수행된다.

이하에서는, LTE 시스템에 대해서 보다 상세하게 알아보기로 한다.

도 4는 3GPP LTE에서 FDD에 따른 무선 프레임(radio frame)의 구조를 나타낸다.

도 4를 참조하면, 무선 프레임은 10개의 서브프레임(subframe)으로 구성되고, 하나의 서브프레임은 2개의 슬롯(slot)으로 구성된다. 무선 프레임 내 슬롯은 0부터 19까지 슬롯 번호가 매겨진다. 하나의 서브프레임이 전송되는 데 걸리는 시간을 TTI(transmission time interval)라 한다. TTI는 데이터 전송을 위한 스케줄링 단위라 할 수 있다. 예를 들어, 하나의 무선 프레임의 길이는 10ms이고, 하나의 서브프레임의 길이는 1ms이고, 하나의 슬롯의 길이는 0.5ms 일 수 있다.

무선 프레임의 구조는 예시에 불과하고, 무선 프레임에 포함되는 서브프레임의 수 또는 서브프레임에 포함되는 슬롯의 수 등은 다양하게 변경될 수 있다.

도 5를 참조하면, 상향링크 슬롯은 시간 영역(time domain)에서 복수의 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 심벌을 포함하고, 주파수 영역(frequency domain)에서 NUL 자원블록(Resource Block, RB)을 포함한다. OFDM 심벌은 하나의 심벌 구간(symbol period)을 표현하기 위한 것으로, 시스템에 따라 SC-FDMA 심벌, OFDMA 심벌 또는 심벌 구간이라고 할 수 있다. 자원블록은 자원 할당 단위로 주파수 영역에서 복수의 부반송파를 포함한다. 상향링크 슬롯에 포함되는 자원블록의 수 NUL 은 셀에서 설정되는 상향링크 전송 대역폭(bandwidth)에 종속한다. 자원 그리드 상의 각 요소(element)를 자원요소(resource element)라 한다.

여기서, 하나의 자원블록은 시간 영역에서 7 OFDM 심벌, 주파수 영역에서 12 부반송파로 구성되는 7×12 자원요소를 포함하는 것을 예시적으로 기술하나, 자원블록 내 부반송파의 수와 OFDM 심벌의 수는 이에 제한되는 것은 아니다. 자원블록이 포함하는 OFDM 심벌의 수 또는 부반송파의 수는 다양하게 변경될 수 있다. OFDM 심벌의 수는 사이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix, 이하 CP)의 길이에 따라 변경될 수 있다. 예를 들어, 노멀(normal) CP의 경우 OFDM 심벌의 수는 7이고, 확장된(extended) CP의 경우 OFDM 심벌의 수는 6이다.

도 5의 3GPP LTE에서 하나의 상향링크 슬롯에 대한 자원 그리드는 하향링크 슬롯에 대한 자원 그리드에도 적용될 수 있다.

도 6은 하향링크 서브프레임의 구조를 나타낸다.

이는 3GPP TS 36.211 V10.4.0 (2011-12) "Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical Channels and Modulation (Release 10)"의 4절을 참조할 수 있다.

무선 프레임(radio frame)은 0~9의 인덱스가 매겨진 10개의 서브프레임을 포함한다. 하나의 서브프레임(subframe)은 2개의 연속적인 슬롯을 포함한다. 따라서, 무선 프레임은 20개의 슬롯을 포함한다. 하나의 서브 프레임이 전송되는 데 걸리는 시간을 TTI(transmission time interval)이라 하고, 예를 들어 하나의 서브프레임의 길이는 1ms이고, 하나의 슬롯의 길이는 0.5ms 일 수 있다.

하나의 슬롯은 시간 영역에서 복수의 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 심벌을 포함할 수 있다. OFDM 심벌은 3GPP LTE가 하향링크(downlink, DL)에서 OFDMA(orthogonal frequency division multiple access)를 사용하므로, 시간 영역에서 하나의 심벌 구간(symbol period)을 표현하기 위한 것에 불과할 뿐, 다중 접속 방식이나 명칭에 제한을 두는 것은 아니다. 예를 들어, OFDM 심벌은 SC-FDMA(single carrier-frequency division multiple access) 심벌, 심벌 구간 등 다른 명칭으로 불릴 수 있다.

하나의 슬롯은 7 OFDM 심벌을 포함하는 것을 예시적으로 기술하나, CP(Cyclic Prefix)의 길이에 따라 하나의 슬롯에 포함되는 OFDM 심벌의 수는 바뀔 수 있다. 3GPP TS 36.211 V10.4.0에 의하면, 노멀(normal) CP에서 1 슬롯은 7 OFDM 심벌을 포함하고, 확장(extended) CP에서 1 슬롯은 6 OFDM 심벌을 포함한다.

자원블록(resource block, RB)은 자원 할당 단위로, 하나의 슬롯에서 복수의 부반송파를 포함한다. 예를 들어, 하나의 슬롯이 시간 영역에서 7개의 OFDM 심벌을 포함하고, 자원블록은 주파수 영역에서 12개의 부반송파를 포함한다면, 하나의 자원블록은 7×12개의 자원요소(resource element, RE)를 포함할 수 있다.

DL(downlink) 서브프레임은 시간 영역에서 제어영역(control region)과 데이터영역(data region)으로 나누어진다. 제어영역은 서브프레임내의 첫번째 슬롯의 앞선 최대 3개의 OFDM 심벌을 포함하나, 제어영역에 포함되는 OFDM 심벌의 개수는 바뀔 수 있다. 제어영역에는 PDCCH(Physical Downlink Control Channel) 및 다른 제어채널이 할당되고, 데이터영역에는 PDSCH가 할당된다.

3GPP TS 36.211 V10.4.0에 개시된 바와 같이, 3GPP LTE에서 물리채널은 데이터 채널인 PDSCH(Physical Downlink Shared Channel)와 PUSCH(Physical Uplink Shared Channel) 및 제어채널인 PDCCH(Physical Downlink Control Channel), PCFICH(Physical Control Format Indicator Channel), PHICH(Physical Hybrid-ARQ Indicator Channel) 및 PUCCH(Physical Uplink Control Channel)로 나눌 수 있다.

서브프레임의 첫번째 OFDM 심벌에서 전송되는 PCFICH는 서브프레임내에서 제어채널들의 전송에 사용되는 OFDM 심벌의 수(즉, 제어영역의 크기)에 관한 CFI(control format indicator)를 나른다. 무선기기는 먼저 PCFICH 상으로 CFI를 수신한 후, PDCCH를 모니터링한다.

PDCCH와 달리, PCFICH는 블라인드 디코딩을 사용하지 않고, 서브프레임의 고정된 PCFICH 자원을 통해 전송된다.

PHICH는 UL HARQ(hybrid automatic repeat request)를 위한 ACK(positive-acknowledgement)/NACK(negative-acknowledgement) 신호를 나른다. 무선기기에 의해 전송되는 PUSCH 상의 UL(uplink) 데이터에 대한 ACK/NACK 신호는 PHICH 상으로 전송된다.

PBCH(Physical Broadcast Channel)은 무선 프레임의 첫번째 서브프레임의 두번째 슬롯의 앞선 4개의 OFDM 심벌에서 전송된다. PBCH는 무선기기가 기지국과 통신하는데 필수적인 시스템 정보를 나르며, PBCH를 통해 전송되는 시스템 정보를 MIB(master information block)라 한다. 이와 비교하여, PDCCH에 의해 지시되는 PDSCH 상으로 전송되는 시스템 정보를 SIB(system information block)라 한다.

PDCCH를 통해 전송되는 제어정보를 하향링크 제어정보(downlink control information, DCI)라고 한다. DCI는 PDSCH의 자원 할당(이를 DL 그랜트(downlink grant)라고도 한다), PUSCH의 자원 할당(이를 UL 그랜트(uplink grant)라고도 한다), 임의의 UE 그룹내 개별 UE들에 대한 전송 파워 제어 명령의 집합 및/또는 VoIP(Voice over Internet Protocol)의 활성화를 포함할 수 있다.

3GPP LTE에서는 PDCCH의 검출을 위해 블라인드 디코딩을 사용한다. 블라인드 디코딩은 수신되는 PDCCH(이를 후보(candidate) PDCCH라 함)의 CRC(Cyclic Redundancy Check)에 원하는 식별자를 디마스킹하고, CRC 오류를 체크하여 해당 PDCCH가 자신의 제어채널인지 아닌지를 확인하는 방식이다. 기지국은 무선기기에게 보내려는 DCI에 따라 PDCCH 포맷을 결정한 후 DCI에 CRC를 붙이고, PDCCH의 소유자(owner)나 용도에 따라 고유한 식별자(이를 RNTI(Radio Network Temporary Identifier)라고 한다)를 CRC에 마스킹한다.

3GPP TS 36.211 V10.4.0에 의하면, 상향링크 채널은 PUSCH, PUCCH, SRS(Sounding Reference Signal), PRACH(Physical Random Access Channel)을 포함한다.

도 7은 3GPP LTE에서 상향링크 서브프레임의 구조를 나타낸다.

도 7을 참조하면, 상향링크 서브프레임은 주파수 영역에서 제어 영역과 데이터 영역으로 나뉠 수 있다. 제어 영역에는 상향링크 제어 정보가 전송되기 위한 PUCCH(Physical Uplink Control Channel)가 할당된다. 데이터 영역은 데이터(경우에 따라 제어 정보도 함께 전송될 수 있다)가 전송되기 위한 PUSCH(Physical Uplink Shared Channel)가 할당된다.

하나의 단말에 대한 PUCCH는 서브프레임에서 자원블록 쌍(RB pair)으로 할당된다. 자원블록 쌍에 속하는 자원블록들은 제1 슬롯과 제2 슬롯 각각에서 서로 다른 부반송파를 차지한다. PUCCH에 할당되는 자원블록 쌍에 속하는 자원블록이 차지하는 주파수는 슬롯 경계(slot boundary)를 기준으로 변경된다. 이를 PUCCH에 할당되는 RB 쌍이 슬롯 경계에서 주파수가 홉핑(frequency-hopped)되었다고 한다. 상향링크 제어 정보를 시간에 따라 서로 다른 부반송파를 통해 전송함으로써, 주파수 다이버시티 이득을 얻을 수 있다.

도 8의 (a)를 참조하면, 일반적인 FDD 방식 무선 통신 시스템은 상향링크와 하향링크에 하나의 반송파만을 단말에게 지원한다. 이때, 반송파의 대역폭은 다양할 수 있으나, 단말에게 할당되는 반송파는 하나이다.

즉, 일반적인 FDD 방식 무선 통신 시스템은 하나의 하향링크 대역과 이에 대응하는 하나의 상향링크 대역을 통해 데이터 송수신을 수행한다. 기지국과 단말은 서브프레임 단위로 스케줄링된 데이터 및/또는 제어 정보를 송수신한다. 데이터는 상/하향링크 서브프레임에 설정된 데이터 영역을 통해 송수신되고, 제어 정보는 상/하향링크 서브프레임에 설정된 제어 영역을 통해 송수신된다. 이를 위해, 상/하향링크 서브프레임은 다양한 물리 채널을 통해 신호를 나른다. 도 5은 편의상 FDD 방식을 위주로 설명했지만, 상술한 내용은 무선프레임을 시간 영역에서 상/하향링크로 구분함으로써 TDD 방식에도 적용될 수 있다.

도 8의 (a)에 나타난 바와 같이, 하나의 하향링크 대역과 이에 대응하는 하나의 상향링크 대역을 통해 데이터 송수신을 하는 것을 단일 반송파 시스템이라고 한다.

이러한 단일 반송파 시스템은 LTE 시스템에서의 통신 예에 대응할 수 있다. 이러한 3GPP LTE 시스템은 상향링크 대역폭과 하향링크 대역폭을 다를 수 있지만 최대 20MHz을 지원한다.

한편, 높은 데이터 전송률이 요구되고 있다. 이를 위한 가장 기본적이고 안정적인 해결 방안은 대역폭을 늘리는 것일 것이다.

그러나 주파수 자원은 현재를 기준으로 포화상태이며 다양한 기술들이 광범위한 주파수 대역에서 부분 부분 사용되고 있는 실정이다. 이러한 이유로 보다 높은 데이터 전송율 요구량을 충족시키기 위하여 광대역 대역폭을 확보하기 위한 방안으로 산재해 있는 대역들 각각이 독립적인 시스템을 동작할 수 있는 기본적인 요구사항을 만족하도록 설계하고, 다수의 대역들을 하나의 시스템으로 묶는 개념인 반송파 집성(carrier aggregation, CA)을 도입하고 있다.

즉, 반송파 집성(CA) 시스템은 무선 통신 시스템이 광대역을 지원하려고 할 때 목표로 하는 광대역보다 작은 대역폭을 가지는 1개 이상의 반송파를 모아서 광대역을 구성하는 시스템을 의미한다.

이러한 캐리어 집성(CA) 기술은 LTE-Advanced(이하, ‘LTE-A’라고 한다) 시스템에서도 채용되고 있다. 그리고, 반송파 집성(CA) 시스템은 다중 반송파 시스템(multiple carrier system), 대역폭 집합(Bandwidth aggregation) 시스템 등의 다른 명칭으로 불릴 수 있다.

반송파 집성(CA) 시스템에서 단말은 용량에 따라서 하나 또는 복수의 반송파를 동시에 전송 또는 수신할 수 있다. 즉, 반송파 집성(CA) 시스템에서는 단말에게 복수의 요소 반송파(component carrier : CC)가 할당될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 요소 반송파는 반송파 집성 시스템에서 사용되는 반송파를 의미하며 반송파로 약칭할 수 있다. 또한, 요소 반송파(component carrier)는 문맥에 따라 반송파 집성을 위한 주파수 블록 또는 주파수 블록의 중심 반송파를 의미할 수 있고 이들은 서로 혼용된다.

도 8의 (b)는 LTE-A 시스템에서의 통신 예에 대응할 수 있다.

도 8의 (b)를 참조하면, 상/하향링크에 각각 예를 들어, 3개의 20MHz의 요소 반송파가 할당되는 경우 단말에게 60MHz의 대역폭을 지원할 수 있다. 또는, 예를 들어, 20MHz 대역폭을 갖는 반송파 단위의 그래뉼래리티(granularity)로서 5개의 CC가 할당된다면, 최대 100Mhz의 대역폭을 지원할 수 있는 것이다. 도 5(b)는 편의상 상향링크 요소 반송파의 대역폭과 하향링크 요소 반송파의 대역폭이 모두 동일한 경우를 도시하였다. 그러나, 각 요소 반송파의 대역폭은 독립적으로 정해질 수 있다. 1개 이상의 요소 반송파를 집성할 때 대상이 되는 요소 반송파는 기존 시스템과의 하위 호환성(backward compatibility)을 위하여 기존 시스템에서 사용하는 대역폭을 그대로 사용할 수 있다. 예를 들어 3GPP LTE 시스템에서는 1.4MHz, 3MHz, 5MHz, 10MHz, 15MHz 및 20MHz의 대역폭을 지원할 수 있다. 따라서, 예를 들어 상향링크 요소 반송파의 대역폭은 5MHz(UL CC0) + 20MHz(UL CC1) + 20MHz(UL CC2) + 20MHz(UL CC3) + 5MHz(UL CC4)와 같이 구성될 수 있다. 그러나, 하위 호환성(backward compatibility)을 고려하지 않는다면, 기존 시스템의 대역폭을 그대로 사용하지 않고 새로운 대역폭을 정의하여 광대역을 구성할 수도 있다.

도 8의 (b)는 편의상 상향링크 요소 반송파과 개수와 하향링크 요소 반송파의 개수가 서로 대칭인 경우를 도시하였다. 이와 같이, 향링크 요소 반송파과 개수와 하향링크 요소 반송파의 개수가 동일한 경우를 대칭적(symmetric) 집성이라고 하고, 그 수가 다른 경우를 비대칭적(asymmetric) 집성이라고 한다.

비대칭적 반송파 집성은 가용한 주파수 대역의 제한으로 인해 발생되거나 네트워크 설정에 의해 인위적으로 조성될 수 있다. 일 예로, 시스템 전체 대역이 N개의 CC로 구성되더라도 특정 단말이 수신할 수 있는 주파수 대역은 M(<N)개의 CC로 한정될 수 있다. 반송파 집성에 대한 다양한 파라미터는 셀 특정(cell-specific), 단말 그룹 특정(UE group-specific) 또는 단말 특정 방식으로 설정될 수 있다.

한편, 반송파 집성(CA) 시스템은 각 반송파가 연속한 연속(contiguous) 반송파 집성 시스템과 각 반송파가 서로 떨어져 있는 불연속(non-contiguous) 반송파 집성 시스템으로 구분될 수 있다. 연속 반송파 집성 시스템에서 각 반송파 사이에 가드 밴드(guard band)가 존재할 수 있다. 이하에서 단순히 다중 반송파 시스템 또는 반송파 집성 시스템이라 할 때, 이는 요소 반송파가 연속인 경우와 불연속인 경우를 모두 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

한편, 반송파 집성(CA) 기술에 의해, 종래 일반적으로 이해되던 셀(Cell)의 개념도 바뀌고 있다. 즉, 반송파 집성(CA) 기술에 의하면, 셀(Cell)이라 함은 한 쌍의 하향링크 주파수 자원과 상향링크 주파수 자원을 의미할 수 있다. 또는 셀은 하향링크 주파수 자원과 선택적인(optional) 상향링크 주파수 자원의 조합(combination)을 의미할 수 있다.

바꿔 말하면, 반송파 집성(CA) 기술에 따르면, 하나의 DL CC 또는 UL CC와 DL CC의 쌍(pair)이 하나의 셀에 대응될 수 있다. 혹은 하나의 셀은 하나의 DL CC를 기본적으로 포함하고 임의로(Optional) UL CC를 포함한다. 따라서, 복수의 DL CC를 통해 기지국과 통신하는 단말은 복수의 서빙 셀로부터 서비스를 제공받는다고 할 수 있다. 이때, 하향링크는 복수의 DL CC로 구성되나, 상향링크는 하나의 CC만이 이용될 수 있다. 이 경우, 단말에서 하향링크에 대해서는 복수의 서빙 셀로부터 서비스를 제공받는다고 할 수 있고, 상향링크에 대해서는 하나의 서빙 셀로부터만 서비스를 제공받는다고 할 수 있다.

한편, 셀을 통하여 패킷(packet) 데이터의 송수신이 이루어지기 위해서는, 단말은 먼저 특정 셀에 대해 설정(configuration)을 완료해야 한다. 여기서, 설정(configuration)이란 해당 셀에 대한 데이터 송수신에 필요한 시스템 정보 수신을 완료한 상태를 의미한다. 예를 들어, 설정(configuration)은 데이터 송수신에 필요한 공통 물리계층 파라미터들, 또는 MAC(media access control) 계층 파라미터들, 또는 RRC 계층에서 특정 동작에 필요한 파라미터들을 수신하는 전반의 과정을 포함할 수 있다. 설정 완료된 셀은, 패킷 데이터가 전송될 수 있다는 정보만 수신하면, 즉시 패킷의 송수신이 가능해지는 상태이다.

설정완료 상태의 셀은 활성화(Activation) 혹은 비활성화(Deactivation) 상태로 존재할 수 있다. 여기서, 활성화는 데이터의 송신 또는 수신이 행해지거나 준비 상태(ready state)에 있는 것을 말한다. 단말은 자신에게 할당된 자원(주파수, 시간 등일 수 있음)을 확인하기 위하여 활성화된 셀의 제어채널(PDCCH) 및 데이터 채널(PDSCH)을 모니터링 혹은 수신할 수 있다.

비활성화 상태의 셀과는 트래픽 데이터의 송신 또는 수신이 불가능하고, 측정이나 최소 정보의 송신/수신이 가능하다. 단말은 비활성화 셀로부터 패킷 수신을 위해 필요한 시스템 정보(SI)를 수신할 수 있다. 반면, 단말은 자신에게 할당된 자원(주파수, 시간 등일 수도 있음)을 확인하기 위하여 비활성화된 셀의 제어채널(PDCCH) 및 데이터 채널(PDSCH)을 모니터링 혹은 수신하지 않는다.

따라서, 반송파 집성(CA) 기술에 따르면, 요소 반송파의 활성화/비활성화는 곧 서빙 셀의 활성화/비활성화의 개념과 동일 시 될 수 있다. 예를 들어, 서빙 셀1이 DL CC1으로 구성되어 있다고 가정할 때, 서빙 셀1의 활성화는 DL CC1의 활성화를 의미한다. 만약, 서빙 셀2가 DL CC2와 UL CC2가 연결 설정되어 구성되어 있다고 가정할 때, 서빙 셀2의 활성화는 DL CC2와 UL CC2의 활성화를 의미한다. 이러한 의미에서, 각 요소 반송파는 서빙 셀(cell)에 대응될 수 있다.

다른 한편, 반송파 집성(CA) 기술에 의해, 종래 일반적으로 이해되던 서빙 셀(serving cell)의 개념이 바뀌어, 프라이머리 셀(primary cell)과 세컨더리 셀(secondary cell)로 재차 구분되어질 수 있다.

프라이머리 셀은 프라이머리 주파수에서 동작하는 셀을 의미하며, 단말이 기지국과의 최초 연결 확립 과정(initial connection establishment procedure) 또는 연결 재확립 과정을 수행하는 셀, 또는 핸드오버 과정에서 프라이머리 셀로 지시된 셀을 의미한다.

세컨더리 셀은 세컨더리 주파수에서 동작하는 셀을 의미하며, 일단 RRC 연결이 확립되면 설정되고 추가적인 무선 자원을 제공하는데 사용된다.

PCC(primary component carrier)는 프라이머리 셀에 대응하는 요소 반송파(component carrier: CC)를 의미한다. PCC는 단말이 여러 CC 중에 초기에 기지국과 접속(Connection 혹은 RRC Connection)을 이루게 되는 CC이다. PCC는 다수의 CC에 관한 시그널링을 위한 연결(Connection 혹은 RRC Connection)을 담당하고, 단말과 관련된 연결정보인 단말문맥정보(UE Context)를 관리하는 특별한 CC이다. 또한, PCC는 단말과 접속을 이루게 되어 RRC 연결상태(RRC Connected Mode)일 경우에는 항상 활성화 상태로 존재한다. 프라이머리 셀에 대응하는 하향링크 요소 반송파를 하향링크 주요소 반송파(DownLink Primary Component Carrier, DL PCC)라 하고, 프라이머리 셀에 대응하는 상향링크 요소 반송파를 상향링크 주요소 반송파(UL PCC)라 한다.

SCC(secondary component carrier)는 세컨더리 셀에 대응하는 CC를 의미한다. 즉, SCC는 PCC 이외에 단말에 할당된 CC로서, SCC는 단말이 PCC 이외에 추가적인 자원할당 등을 위하여 확장된 반송파(Extended Carrier)이며 활성화 혹은 비활성화 상태로 나뉠 수 있다. 세컨더리 셀에 대응하는 하향링크 요소 반송파를 하향링크 부요소 반송파(DL Secondary CC, DL SCC)라 하고, 세컨더리 셀에 대응하는 상향링크 요소 반송파를 상향링크 부요소 반송파(UL SCC)라 한다.

프라이머리 셀과 세컨더리 셀은 다음과 같은 특징을 가진다.

첫째, 프라이머리 셀은 PUCCH의 전송을 위해 사용된다. 둘째, 프라이머리 셀은 항상 활성화되어 있는 반면, 세컨더리 셀은 특정 조건에 따라 활성화/비활성화되는 반송파이다. 셋째, 프라이머리 셀이 무선링크실패(Radio Link Failure; 이하 RLF)를 경험할 때, RRC 재연결이 트리거링(triggering)된다. 넷째, 프리이머리 셀은 보안키(security key) 변경이나 RACH(Random Access CHannel) 절차와 동반하는 핸드오버 절차에 의해서 변경될 수 있다. 다섯째, NAS(non-access stratum) 정보는 프라이머리 셀을 통해서 수신한다. 여섯째, FDD 시스템의 경우 언제나 프라이머리 셀은 DL PCC와 UL PCC가 쌍(pair)으로 구성된다. 일곱째, 각 단말마다 다른 요소 반송파(CC)가 프라이머리 셀로 설정될 수 있다. 여덟째, 프라이머리 셀은 핸드오버, 셀 선택/셀 재선택 과정을 통해서만 교체될 수 있다. 신규 세컨더리 셀의 추가에 있어서, 전용(dedicated) 세컨더리 셀의 시스템 정보를 전송하는데 RRC 시그널링이 사용될 수 있다.

상술한 바와 같이 반송파 집성 시스템에서는 단일 반송파 시스템과 달리 복수의 요소 반송파(component carrier, CC), 즉, 복수의 서빙 셀을 지원할 수 있다.

이러한 반송파 집성 시스템은 교차 반송파 스케줄링을 지원할 수 있다. 교차 반송파 스케줄링(cross-carrier scheduling)은 특정 요소 반송파를 통해 전송되는 PDCCH를 통해 다른 요소 반송파를 통해 전송되는 PDSCH의 자원 할당 및/또는 상기 특정 요소 반송파와 기본적으로 링크되어 있는 요소 반송파 이외의 다른 요소 반송파를 통해 전송되는 PUSCH의 자원 할당을 할 수 있는 스케줄링 방법이다. 즉, PDCCH와 PDSCH가 서로 다른 하향링크 CC를 통해 전송될 수 있고, UL 그랜트를 포함하는 PDCCH가 전송된 하향링크 CC와 링크된 상향링크 CC가 아닌 다른 상향링크 CC를 통해 PUSCH가 전송될 수 있다. 이처럼 교차 반송파 스케줄링을 지원하는 시스템에서는 PDCCH가 제어정보를 제공하는 PDSCH/PUSCH가 어떤 DL CC/UL CC를 통하여 전송되는지를 알려주는 반송파 지시자가 필요하다. 이러한 반송파 지시자를 포함하는 필드를 이하에서 반송파 지시 필드(carrier indication field, CIF)라 칭한다.

교차 반송파 스케줄링을 지원하는 반송파 집성 시스템은 종래의 DCI(downlink control information) 포맷에 반송파 지시 필드(CIF)를 포함할 수 있다. 교차 반송파 스케줄링을 지원하는 시스템 예를 들어 LTE-A 시스템에서는 기존의 DCI 포맷(즉, LTE에서 사용하는 DCI 포맷)에 CIF가 추가되므로 3 비트가 확장될 수 있고, PDCCH 구조는 기존의 코딩 방법, 자원 할당 방법(즉, CCE 기반의 자원 맵핑)등을 재사용할 수 있다.

한편, 이하 참조 신호에 대해서 설명하기로 한다.

일반적으로 전송 정보 예컨대, 데이터는 무선채널을 통해 전송되는 동안 쉽게 왜곡, 변경된다. 따라서, 이러한 전송 정보를 오류없이 복조하기 위해서는 참조신호가 필요하다. 참조신호는 전송기와 수신기 사이에 미리 알고 있는 신호로 전송 정보와 함께 전송된다. 전송기로부터 전송되는 전송 정보는 각 전송 안테나마다 또는 레이어마다 대응하는 채널을 겪기 때문에, 참조신호는 각 전송 안테나별 또는 레이어별로 할당될 수 있다. 각 전송 안테나별 또는 레이어별 참조신호는 시간, 주파수, 코드 등의 자원을 이용하여 구별될 수 있다. 참조신호는 2가지 목적 즉, 전송 정보의 복조(demodulation)와 채널 추정을 위해 사용될 수 있다.

참조신호는 참조신호를 미리 알고 있는 수신기의 범위에 따라 2가지 종류로 나눌 수 있다. 첫째는 특정한 수신기(예를 들어 특정 단말)만 알고 있는 참조신호로 이러한 참조신호를 전용 참조신호(dedicated RS, DRS)라 칭한다. 전용 참조신호는 이러한 의미에서 단말 특정적 참조신호(UE-specific RS)라 칭하기도 한다. 둘째는 셀 내의 모든 수신기 예컨대, 모든 단말이 알고 있는 참조신호로 이러한 참조신호를 공용 참조신호(common RS, CRS)라 칭한다. 공용 참조신호는 셀 특정적 참조신호(cell-specific RS)라 칭하기도 한다.

또한, 참조신호는 용도에 따라 분류될 수도 있다. 예를 들어, 데이터의 복조를 위해 사용되는 참조신호를 복조 참조신호(demodulation RS, DM-RS)라 칭한다. CQI/PMI/RI 등의 채널 상태를 나타내는 피드백 정보를 위해 사용되는 참조신호를 CSI-RS(channel state indicator-RS)라 칭한다. 상술한 전용 참조신호(DRS)는 복조 참조신호(DM-RS)로 사용될 수 있다. 이하에서 DM-RS는 DRS임을 전제로 한다.

도 9는 노멀 CP에서 4개의 안테나 포트를 지원할 수 있는 RS 구조의 예를 나타낸다. 도 10은 확장 CP에서 4개의 안테나 포트를 지원할 수 있는 RS 구조의 예를 나타낸다.

도 9 및 도 10의 RS 구조는 종래 3GPP LTE 시스템에서 사용되는 RS 구조이다.

도 9 및 도 10에서 0 내지 3 중 어느 하나의 숫자가 표시된 자원요소는 셀 특정적 참조신호 즉 공용 참조신호(CRS)가 전송되는 자원요소를 나타낸다. 이 때 0 내지 3 중 어느 하나의 숫자는 지원하는 안테나 포트를 나타낸다. 즉, p(p는 0 내지 3 중 어느 하나)이 표시된 자원요소들은 안테나 포트 p에 대한 공용 참조신호가 맵핑되는 자원요소라는 의미이다. 이러한 공용 참조신호는 각 안테나 포트에 대한 채널 측정 및 데이터 복조를 위해 사용된다. 공용 참조신호는 서브프레임의 제어 영역 및 데이터 영역에서 모두 전송된다.

도 9 및 도 10에서 ‘D’가 표시된 자원요소는 단말 특정적 참조신호 즉 전용 참조신호(DRS)가 맵핑되는 자원요소를 나타낸다. 단말 특정적 참조신호는 PDSCH의 단일 안테나 포트 전송에 사용될 수 있다. 단말은 상위 계층 신호를 통해 단말 특정적 참조신호가 전송되는지 여부, PDSCH가 전송되는 경우 단말 특정적 참조신호가 유효한지 여부를 지시받는다. 단말 특정적 참조신호는 데이터 복조가 필요한 경우에만 전송될 수 있다. 단말 특정적 참조신호는 서브프레임의 데이터 영역에서만 전송될 수 있다.

다른 한편, 최근에는 매크로셀과 소규모셀이 공존하는 이종 네트워크에 대한 논의가 진행중이다. 특히 매크로셀에 접속된 단말을 소규모셀로 분산시킴으로써, 트래픽을 우회시키기 위한 논의가 진행중이다.

3GPP LTE-A를 비롯한 차세대 통신 표준에서는 기존 매크로 셀 커버러지 내에 저전력 송신 파워를 갖는 소규모 셀, 예컨대 피코셀, 펨토셀 또는 마이크로 셀이 중첩되어 존재하는 이종 네트워크가 논의되고 있다.

도 11을 참조하면, 매크로 셀은 하나 이상의 마이크로 셀과 중첩될 수 있다. 매크로 셀의 서비스는 매크로 기지국(Macro eNodeB, MeNB)에 의해 제공된다. 본 명세서에서 매크로 셀과 매크로 기지국은 혼용될 수 있다. 매크로 셀에 접속된 단말은 매크로 단말(Macro UE)로 지칭될 수 있다. 매크로 단말은 매크로 기지국으로부터 하향링크 신호를 수신하고, 매크로 기지국에게 상향링크 신호를 전송한다.

상기 소규모 셀은 펨토 셀, 피코 셀 또는 마이크로 셀로도 지칭된다. 소규모 셀의 서비스는 피코 기지국(Pico eNodeB), 홈 기지국(Home eNodeB, HeNB), 릴레이 노드(Relay Node, RN) 등에 의해 서비스가 제공된다. 편의상, 피코 기지국(Pico eNodeB), 홈 기지국(Home eNodeB, HeNB), 릴레이 노드(Relay Node, RN)를 홈 기지국(HeNB)으로 통칭한다. 본 명세서에서 마이크로 셀과 홈 기지국은 혼용될 수 있다.

이종 네트워크에서는 매크로 셀과 소규모 셀이 중첩되므로 셀간 간섭이 문제가 된다. 도시된 바와 같이, 단말이 매크로 셀과 소규모 셀의 경계에 있는 경우, 매크로 셀로부터의 하향링크 신호는 간섭으로 작용할 수 있다. 유사하게, 소규모 셀의 하향링크 신호도 역시 간섭으로 작용할 수 있다.

구체적인 예를 들어, 소규모 셀(200-1)에 접속한 단말(100)이 소규모 셀 경계면에 있을 때 매크로 셀(200)로부터의 간섭으로 인해 소규모 셀(200-1)과의 접속이 끊어질수 있는데, 이는 곧 소규모 셀(200-1)의 커버리지가 예상보다 작아짐을 의미한다.

또 다른 예로 매크로셀(200)에 접속한 단말(100)이 소규모 셀(200-1)영역에 있을 때 소규모 셀(200-1)로부터의 간섭으로 인해 매크로셀(200)과의 접속이 끊어질 수 있는데, 이는 곧 매크로 셀(200) 내에 음영지역이 발생함을 의미한다.

이러한 간섭 문제를 해결하는 가장 근본적인 방법은 이종망 간에 주파수를 서로 다르게 사용하는 것이다. 그러나, 주파수는 희소하고 값비싼 자원이기 때문에 사업자에게는 주파수 분할을 통한 해결 방법이 그다지 환영받지 못하였다.

따라서, 3GPP에서는 이러한 셀 간의 간섭(inter-cell interference) 문제를 시간분할을 통해 해결하고자 하였다.

이에 따라 최근 3GPP 에서는 간섭 협력 방법의 하나로써 eICIC(enhanced inter-cell interference coordination) 에 대한 활발한 연구가 수행되고 있다.

LTE Release-10에 도입된 시간분할 방식은 기존의 주파수 분할 방식에 대비하여 진화했다는 의미로 enhanced ICIC(Enhanced inter-cell interference Coordination)라고 불리는데, 간섭을 일으키는 셀을 각각 공격자 셀(Aggressor cell) 또는 1차 셀(Primary Cell)이라고 하고, 간섭을 받는 셀을 희생 셀(Victim cell) 또는 2차 셀(Secondary Cell)로 정의하고, 특정 서브프레임에서는 공격자 셀(Aggressor cell) 또는 1차 셀이 데이터 전송을 중지하여, 단말이 해당 서브프레임에서 희생 셀(Victim cell) 또는 2차 셀과 접속을 유지할 수 있게 하는 방법이다. 즉, 이 방법은 이종의 셀이 서로 공존할 경우, 어느 영역에서 상당히 높은 간섭을 받는 단말에 대해서 한쪽 셀이 신호의 전송을 잠시 중단함으로써 간섭 신호를 거의 보내지 않게 한다.

한편, 상기 데이터 전송이 중지되는 특정 서브프레임을 ABS(Almost Blank Subframe)라고 하며, 상기 ABS에 해당하는 서브프레임에서는 꼭 필요한 제어 정보 외에는 어떠한 데이터도 전송도 되지 않는다. 상기 꼭 필요한 제어 정보는 예를 들어, 공동 기준신호(CRS: Cell-specific Reference Signal)이다. 현재 3GPP LTE/LTE-A 규격에서 상기 CRS 신호는 시간 축으로 각 서브 프레임 내의 0, 4, 7, 11 번째 OFDM 심볼에 존재한다. 따라서 ABS가 적용된 서브프레임에서는 0, 4, 7, 11 번째 OFDM 심볼 상에서 CRS 신호만이 전송되게 된다.

이상과 같이, 셀 간의 간섭(inter-cell interference) 문제를 eICIC 기법을 통해 해결하는 것 외에, UE(100)에 간섭 제거 기능을 추가하는 방안이 있을 수 있다.

상기 간섭 제거 기능을 이용하면, 셀 간 간섭이 감소되므로, 소규모 셀의 커버리지를 확장할 수 있다. 구체적으로는 도 12를 참조하여 설명하기로 한다.

도 12에 도시된 바와 같이, UE(100)가 간섭 제거 기능을 이용할 경우, 이는 소규모 셀의 기지국 (300)의 셀 범위 혹은 셀 반경을 확장시키는 효과를 낳게 된다. 도면에서는 소규모 셀(300)의 기본 커버리지에 비해 넓은 커버리지 확장 영역을 빗금으로 나타내고 있다. 이러한 커버리지 확장 영역을 CRE(Cell Range Expansion)라고 부를 수도 있다.

이와 같이, UE(100)의 간섭 제거 기능을 이용하여, 소규모 셀(300)의 기본 커버리지를 확장함으로써, 매크로 셀의 기지국(200)의 트래픽을 소규모 셀(300)로 우회(offloading)시키는 효과를 얻을 수 있게 된다.

다시 말해서, UE(100)의 간섭 제거 기능을 이용하면, 소규모셀로부터 수신된 기준 신호의 강도가 매크로셀로부터 수신된 기준 신호의 강도 보다 임계값이상 보다 높지 않아도, 소규모셀로 핸드오버가 이루어 질 수 있도록 할 수 있다.

이하에서는, 간섭 제거 기능을 추가하는 방안에 대해서 설명하기로 한다.

LTE(Long-Term Evolution) 또는 LTE-A에서는 하향링크에서는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)가 사용되지만, 상향링크에는 OFDM(과 유사한 SC(Single-Carrier)-FDMA가 사용된다.

SC-FDMA는 DFT-s OFDM(DFT-spread OFDM)이라고도 할 수 있다. SC-FDMA 전송 방식을 이용하는 경우, 전력 증폭기(power amplifier)의 비선형(non-linear) 왜곡 구간을 피할 수 있고, 따라서 전력 소모가 제한된 단말에서 전송 전력 효율이 높아질 수 있다. 이에 따라, 사용자 수율(user throughput)이 높아질 수 있다.

SC-FDMA 역시 FFT(Fast Fourier Transform)와 IFFT(Inverse-FFT)를 사용하여 부반송파에 나누어 신호를 전달하는 점에서, OFDM과 매우 유사하다. 그러나, 기존의 OFDM 송신기에서 문제가 되었던 것은 주파수 축상의 각 부반송파에 실려 있던 신호들이 IFFT에 의하여 시간 축의 신호로 변환된다는 데에 있다. 즉, IFFT가 병렬의 동일한 연산이 수행되는 형태이기에 PAPR(Peak to Average Power Ratio)의 증가가 발생하는 것이다. 이러한 PAPR의 증가를 방지하기 위해, SC-FDMA는 OFDM과 달리 DFT 확산(spreading) 후 IFFT가 수행한다. 즉, DFT 확산(spreading) 후 IFFT가 수행되는 전송 방식을 SC-FDMA라 한다. 따라서, SC-FDMA는 동일한 의미로 DFT spread OFDM(DFT-s-OFDM)으로도 불린다.

이와 같은, SC-FDMA의 장점은 OFDM과 비슷한 구조를 가짐으로써 다중 경로 채널에 대한 강인성을 얻는 동시에, 기존의 OFDM이 IFFT 연산을 통해 PAPR이 증가하는 단점을 근본적으로 해결함으로써 효율적인 전력증폭기 사용을 가능하게 하였다.

도 12를 참조하면, UE(100)는 RF부(110)을 포함한다. 상기 RF부(110)는 송신단(111)과 수신단(112)를 포함한다. 상기 송신단(111)은 DFT(Discrete Fourier Transform)부(1111), 부반송파 맵퍼(1112), IFFT부(1113) 및 CP 삽입부(11144), 무선 송신부(1115)를 포함한다. 상기 RF부(110)의 송신단(111)은 예컨대 스크램블 유닛(미도시; scramble unit), 모듈레이션 맵퍼(미도시; modulation mapper), 레이어 맵퍼(미도시; layer mapper) 및 레이어 퍼뮤테이터(미도시; layer permutator)를 더 포함할 수 있으며, 이는 상기 DFT부(1111)에 앞서 배치될 수 있다. 즉, 전술한 바와 같이 PAPR의 증가를 방지하기 위해서, 상기 RF부(110)의 송신단은 부반송파에 신호를 매핑하기 이전에 먼저 정보를 DFT(1111)를 거치도록 한다. DFT부(1111)에 의해 spreading(스프레딩)(또는 동일한 의미로 프리코딩) 된 신호를 부반송파 매퍼(1112)를 통해 부반송파 매핑을 한 뒤에 다시 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)부(1113)를 거쳐 시간축상의 신호로 만들어준다.

즉, DFT부(1111), 부반송파 맵퍼(1112) 및 IFFT부(1113)의 상관관계에 의해 SC-FDMA에서는 IFFT부(1113) 이 후의 시간 영역 신호의 PAPR(peak-to-average power ratio)이 OFDM과는 달리 크게 증가하지 않아 송신 전력 효율 측면에서 유리하게 된다. 즉, SC-FDMA에서는 PAPR 또는 CM(cubic metric)이 낮아질 수 있다.

DFT부(1111)는 입력되는 심벌들에 DFT를 수행하여 복소수 심벌들(complex-valued symbol)을 출력한다. 예를 들어, Ntx 심벌들이 입력되면(단, Ntx는 자연수), DFT 크기(size)는 Ntx이다. DFT부(1111)는 변환 프리코더(transform precoder)라 불릴 수 있다. 부반송파 맵퍼(1112)는 상기 복소수 심벌들을 주파수 영역의 각 부반송파에 맵핑시킨다. 상기 복소수 심벌들은 데이터 전송을 위해 할당된 자원 블록에 대응하는 자원 요소들에 맵핑될 수 있다. 부반송파 맵퍼(1112)는 자원 맵퍼(resource element mapper)라 불릴 수 있다. IFFT부(53)는 입력되는 심벌에 대해 IFFT를 수행하여 시간 영역 신호인 데이터를 위한 기본 대역(baseband) 신호를 출력한다. CP 삽입부(1114)는 데이터를 위한 기본 대역 신호의 뒷부분 일부를 복사하여 데이터를 위한 기본 대역 신호의 앞부분에 삽입한다. CP 삽입을 통해 ISI(Inter-Symbol Interference), ICI(Inter-Carrier Interference)가 방지되어 다중 경로 채널에서도 직교성이 유지될 수 있다.

한편, 3GPP 진영에서는 LTE를 보다 개선한, LTE-Advanced의 표준화를 활발히 진행하고 있으며, 비연속적(non-contiguous)인 자원할당을 허용하는 클러스터된(clustered) DFT-s-OFDM 방식이 채택된 바 있다.

클러스터된(clustered) DFT-s OFDM 전송 방식은 기존의 SC-FDMA 전송 방식의 변형으로, 프리코더를 거친 데이터 심벌들을 복수의 서브 블록으로 나누고 이를 주파수 영역에서 서로 분리시켜 맵핑하는 방법이다. 상기 클러스터된(clustered) DFT-s-OFDM 방식의 중요한 특징은, 주파수 선택적 자원할당을 가능하게 함으로서, 주파수 선택적인 페이딩(frequency selective fading) 환경에 유연하게 대처할 수 있다는 점이라 할 수 있다.

이때, LTE-Advanced의 상향링크 액세스 방식으로 채택된 clustered DFT-s-OFDM 방식에서는 종래 LTE의 상향링크 액세스 방식인 SC-FDMA와는 다르게 비연속적인 자원 할당이 허용되므로, 전송되는 상향링크 데이터가 여러 개의 클러스터 단위로 분할되어질 수 있다.

즉, LTE 시스템은 상향링크의 경우 단일 반송파 특성을 유지하도록 되어 있는 반면, LTE-A 시스템에서는 DFT_precoding을 한 데이터를 주파수축으로 비연속적으로 할당하거나 PUSCH와 PUCCH가 동시에 전송하는 경우를 허용하고 있다.

다른 한편, 상기 RF부(110)의 수신단(112)는 무선 수신부(1121), CP 제거부(1122), FFT부(1123), 등화부(1124) 그리고 간섭 제거부(1125) 등을 포함한다. 상기 수신단의 무선 수신부(1121), CP 제거부(1122), FFT부(1123)는 상기 송신단(111)에서의 무선 송신부(1115), CP 삽입부(1114), IFF부(1113)의 역기능을 수행한다.

상기 간섭 제거부(1125)는 수신되는 신호에 포함되어 있는 간섭을 제거 또는 완화한다.

이러한 상기 간섭 제거부(1125)는 최근 폭증하는 무선 데이터 요구량에 대처하기 위함과 아울러 도 12에서와 같이 간섭을 제거하기 위하여 추가된 것이다.

간섭 제거부(1125)가 추가된 수신부(112), 소위 IC(Interference Cancellation) 수신부 또는 IRC(Interference Rejection Combiner) 수신부는 개념적으로 수신 신호에서 간섭 신호를 차감함으로써 구현할 수 있다.

이때, 간섭 제거부(1125)가 추가된 수신부의 복잡도는, 간섭 제거의 대상이 되는 셀의 최대 개수와 제거할 신호의 종류에 따라 좌우된다. 도 11에서는 최대 2개의 간섭원에 대하여 간섭 제거를 수행하는 동작을 블록으로 나타내었다.

간섭 제거의 대상이 되는 신호는 CRS(Cell-specific Reference Signal), PBCH(Physical Broadcasting Channel), SCH(Sync Channel), PDSCH(Physical downlink shared channel 등이 될 수 있다.

위와 같이 간섭 제거부(1125)가 추가된 수신부, 소위 IC 수신부 또는 IRC 수신부는 최근 폭증하는 무선 데이터 요구량을 대처할 수 있다. 특히, 복잡도의 큰 증가 없이 수신 성능의 향상을 얻을 수 있어, 특히 인접 기지국에서 오는 간섭이 주된 환경하에서 큰 성능 이득을 얻을 수 있다.

이상과 같이 간섭 제거 기능을 이용하면, 6 dB까지의 영역 확장, 즉 CRE(Cell Range Extension)가 가능하게 된다.

또한 추가적으로 Rel-11 규격에서는 eICIC 를 더 확장하여, 최대 9 dB 까지의 CRE 영역 확장을 가능하게 하는 FeICIC 기능이 새로이 추가된 바 있다.

이러한 FeICIC 기술에서는 간섭 셀로부터 서빙 셀 보다 9 dB 까지 큰 수신 전력의 신호가 송신 되게 되고, ABS 에 의하여 전송되는 대부분의 신호가 비어져 있다고 하더라도, LTE 망의 동작에 기본적인 CRS, PBCH, PSCH, SSCH 의 경우는 여전히 간섭 셀로부터 유입되게 된다.

간섭 제거(IC) 수신기는 간섭 셀로부터 전송되는 신호를 단말이 추정하고 재 생성하여 수신 신호로부터 제거함에 의하여, 서빙 셀로부터 오는 신호의 신호대 잡음 비를 높여 수신 성능을 개선하는 방법이다. 이러한 간섭 제거(IC)의 동작은 제거할 신호가 거치는 채널 추정과 제거할 신호의 송신 데이터의 추정이 같이 수반되어야 한다. 이때, CRS-IC, PSCH-IC, SSCH-IC 와 같이 제거할 신호의 송신 데이터가 사전에 정의된 시퀀스일 경우 이 과정은 생략되며, 간섭 제거(IC)의 신뢰도도 증가된다.

반면 PBCH-IC를 포함하여 임의의 데이터를 전송되는 신호에 대한 간섭 제거(IC) 수신기는 전송된 데이터를 수신부에서 사전에 신뢰성 있는 방법으로 추정할 필요가 있다. 데이터에 대한 간섭 제거(IC) 수신기의 경우 전송된 신호를 결정 궤환 하는 방식에 따라 다음의 2 가지 방식으로 구분 할 수 있다.

- Hard bit decision IC : 수신된 간섭 신호를 MIMO 디코딩 과정, 복조(Demodulation) 과정과 채널 코딩 과정을 다 거친 후 오류를 정정한 신호를 다시 복호화하여 간섭 제거 동작을 수행하는 방식이다. 이 경우 간섭 제거(IC)를 위한 참조(Reference) 신호로 사용될 수신 간섭 신호내에 존재하는 오류는 채널 디코딩 과정을 통하여 정정되었으므로, 더 좋은 성능을 가진다. 반면 채널 디코딩 과정에서 많은 연산량 증가와 더불어 지연이 생기게 되므로, 구현상 문제가 발생

- Soft bit decision IC : 수신된 간섭 신호를 MIMO 디코딩 과정, 복조(Demodulation) 만 통과 후 참조(Reference) 신호로 간주하여 추정된 채널과 곱한 후 간섭 제거(IC) 동작을 수행하는 방식이다. 채널 디코딩은 생략이 가능하므로, 구현 복잡도 및 연산량은 크게 절감이 되며, 채널 디코딩에 의한 시간 지연이 없으므로, 전체적인 간섭 제거(IC) 동작에 따른 시간 지연이 크게 감소하게 된다. 반면 채널 코딩에 의한 오류 정정이 되지 않았으므로, 수신 간섭 신호내에 존재하는 Uncoded BER에 의하여 일정 부분 성능 저하가 발생하며, 통상적으로는 반복(Iteration) 횟수를 늘려서 성능 저하 문제에 대처한다.

한편, PBCH는 각 기지국이 시스템의 동작을 위하여 가장 중요한 MIB (Master Information Block) 데이터를 전송하는데 사용되며, 이러한 MIB 정보는 해당 셀에 접속된 모든 단말이 신뢰성 있게 받을수 있도록 매우 낮은 부호화 율로 매 10 ms 주기로 4번에 걸쳐서 재전송을 하여, 상당히 열악한 채널 환경하에서도 MIB 정보의 수신을 가능하게 한다.

구체적인 PBCH 의 부호화 과정이 도 15에 제시되어 있다.

도 15는 PBCH의 부호화 과정을 나타낸 예시도이고, 도 16은 도 15에 도시된 각 과정의 출력 나타낸다.

이는 3GPP TS 36.212 V10.4.0 (2011-12) "Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Multiplexing and channel coding (Release 10)"의 5절을 참조할 수 있다.

매 TTI마다 데이터 비트들 a0, a1, ..., aA-1 는 하나의 전송 블록(transport block) 형태로 주어진다.

먼저, 기지국은 상위에서 전송되는 MIB 정보의 24 비트들, 즉 a0, a1, ..., aA-1 에 16 비트의 CRC(Cyclic Redundancy Check) 를 붙여서 40 비트들 c0, c1, ..., cC-1 을 생성한다.

이어서, 상기 40 비트의 정보에 대해 채널 코딩이 수행된다. 상기 채널 코딩으로는 부호화율 1/3 의 TBCC(Tail-biting Convolutional Code)가 사용되고, 그에 따라, 40 비트의 정보는 120 비트의 인코딩된 시퀀스로 변환된다. 상기 인코딩된 시퀀스들을 d(i)0, d(i)1, ..., d(i)(D-1) 로 나타내며, D는 출력 스트림당 인코딩된 비트들의 갯수, i는 인코더 출력 비트 스트림의 인덱스이다

다음으로, 상기 120 비트의 인코딩된 시퀀스는 다시 레이트 매칭(Rate matching)을 통하여 40 ms 주기 동안 4 번에 걸쳐 전송될 1920 bit의 데이터로 단순 반복되며, 메 10ms 마다 0 번째 서브프레임 에서 480 bit씩 전송된다.

다른 한편, 총 24 비트의 MIB 정보는 현행 LTE 규격의 TS36.331 에 다음과 같이 정의되어 있다.

표 1

-- ASN1STARTMasterInformationBlock ::= SEQUENCE { dl-Bandwidth ENUMERATED { n6, n15, n25, n50, n75, n100}, phich-Config PHICH-Config, systemFrameNumber BIT STRING (SIZE (8)), spare BIT STRING (SIZE (10))}-- ASN1STOP

위 표 1에 나타난 PHICH-Config는 세부적으로는 다음과 같다.

표 2

-- ASN1STARTPHICH-Config ::= SEQUENCE { phich-Duration ENUMERATED {normal, extended}, phich-Resource ENUMERATED {oneSixth, half, one, two}}-- ASN1STOP

상기 MIB 정보는 일반적으로 매 전송 시 systemFrameNumber 필드를 제외하고 해당 셀마다 정해진 동일한 데이터가 전송되며, 여타의 이유로 인하여 MIB 를 포함한 SIB(System Information Block)의 변경이 필요할 경우 별도의 페이징 RRC(Paging RRC) 시그널링을 통하여 셀 내의 모든 단말에 통지한다. 따라서 통상적으로 단말의 PBCH 수신은 초기 셀 검출 시 1번만 필요하며, 이후에는 서빙 셀의 PBCH 정보가 갱신되었다는 RRC(Radio Resource Control) 시그널링이 오기전까지는 기존 정보를 유지하며, 추가적인 수신 과정은 필요하지 않다.

반면 간섭을 야기하는 공격자 셀의 PBCH 를 UE의 수신기에서 재생성 하기 위해서는 공격자 셀에 대한 MIB의 갱신 여부를 알아야 하지만, UE는 공격자 셀로부터의 페이징 RRC를 받을 수 없으므로 공격자 셀로부터의 PBCH를 통하여 전송되는 MIB의 갱신 여부 확인하기 위해서는, UE의 수신기는 공격자 셀로부터 전송되는 PBCH 채널을 지속적으로 수신 및 복호화 해야 하며, 이 과정은 기존 대비 많은 연산량/소비전력의 증가를 가져오게 된다. 특히 채널 복호화 과정에서 요구되는 시간은 전체 수신 시 필요한 시간을 감소시킴으로써, 서빙 셀의 신호처리에 있어서 추가적인 고속화가 필요하다.

따라서, 본 명세서의 일 개시는 UE가 공격자 셀로부터의 PBCH에 대한 간섭 제거(IC) 기능을 수행하기 위하여 공격자 셀로부터 수신된 PBCH 신호를 재 생성시, 채널 디코더의 사용을 최대한 회피함으로써, 연산량 감소를 통하여 단말의 소모 전력 감소를 얻을 수 있는 방법을 제안한다.

다시 말해서, 본 명세서의 일 개시는 LTE-A 환경하에서 UE가 PBCH-IC 를 수행 시 PBCH로 전송되는 MIB 정보를 전체적으로 디코딩하지 않고, Viterbi 복호화 전단에서 사전에 탐지함으로써, 연산량 및 소요 시간 감소를 달성할 수 있도록 한다.

구체적으로, FeICIC 환경하에서 공격자 셀로부터 9 dB 까지 큰 파워로 수신되는 PBCH 신호의 경우 매우 낮은 부호화 율로 인하여 PBCH 디코더 내부의 Viterbi 디코더를 거치지 않고도 반복적으로 전송된 신호에 대한 레이트 매칭 만으로도 충분히 높은 신뢰도를 가지고 수신할 수 있다.

TBCC 부호화는 Viterbi 복호화에 비하여 상당히 낮은 연산량으로 구현가능하므로, 이를 고려하여 본 명세서의 일 개시는 처음 간섭 셀에 대한 PBCH MIB를 획득 하면, 이후부터는 Viterbi 디코딩을 수행하지 않고, Viterbi 디코딩 전단에서 사전에 전송된 MIB 의 변경을 확인함으로써, Viterbi 디코더의 동작을 최대한 회피하여 연산량/단말 소모 전력 감소를 얻으면서 동시에 Hard bit decision IC 와 등가의 동작을 수행할 수 있도록 한다.

먼저 도 17a를 참조하여 알 수 있는 바와 같이, UE(100)가 새로운 공격자 셀을 검출하면(S101), 상기 공격자 셀로부터 매 10 ms 서브프레임 마다 전송되는 PBCH 신호에 대해 초기 디코딩을 수행한다(S103).

이어서, 상기 UE(100)는 상기 공격자 셀로부터의 PBCH의 디코딩 결과에 따른 MIB를 저장한다(S105).

한편, 상기 MIB는 표 1에 나타난 바와 같이 SFN(systemFrameNumber)을 포함한다. 상기 MIB에 포함된 SFN은 매 40ms 마다 바뀌므로, 상기 UE(100)는 상기 저장된 MIB의 SFN(systemFrameNumber)을 40ms 마다 갱신한다(S107).

그리고, 상기 UE(100)는 상기 갱신된 SFN을 갖는 MIB를 인코딩하여 PBCH를 생성한다(S109).

이후, 상기 UE(100)는 상기 공격자 셀로부터 PBCH가 수신되면(S109), 상기 생성된 PBCH와 상기 수신된 PBCH 간에 바이너리 비교를 수행한다(S113). 상기 바이너리 비교는 도 16에 도시된 TBCC 출력을 이용하는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 생성된 PBCH와 상기 수신된 PBCH가 도 16에 도시된 TBCC 출력과 비슷하다면, 상기 바이너리 비교는 상기 두 TBCC의 출력 간에 AND 연산을 수행하여, 참(true)이 되는지를 확인하는 것일 수 있다. 보다 구체적인 예로, MIB의 정보가 바뀌지 않았다면, CRC도 마찬가지로 바뀌지 않으므로, 상기 바이너리 비교는 도 16에 도시된 TBCC의 출력에서 CRS 부분인 48비트에 대해서 AND 연산을 수행하여, 참이 되는지를 확인하는 것일 수 있다.

만약, 상기 바이너리 비교가 일치라면, 상기 UE(100)는 상기 재생성된 PBCH를 이용하여 간섭 제거를 수행할 수 있다(S115).

이상과 같이, 도 17a에 도시된 방안은 공격자 셀의 MIB가 변경되지 않았을 때 적용가능한 방안이다. 또한, 도 17a에 도시된 방안은 공격자 셀로부터 수신되는 PBCH의 신호 품질이 일정 수준 이상이셔서, 바이너리 비교가 성공적으로 수행될 수 있을 때에 적용가능한 방안이다. 이러한 방안에 의하면, 수신되는 PBCH의 전체 디코딩을 수행하지 않고, 즉 Viterbi 디코더의 동작을 최대한 회피하여 연산량 감소 및 UE의 소모 전력 감소를 달성하면서도, PBCH에 대한 간섭 제거를 수행할 수 있다.

한편, 도 17b에 도시된 방안은 공격자 셀의 MIB가 변경되지는 않았으나, 공격자 셀로부터 수신되는 PBCH의 신호 품질이 일정 수준 이하여서, 바이너리 비교가 성공되지 못하였으나, Viterbi 디코딩을 통해 간섭 제거를 수행하는 예를 나타낸다. 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

상기 UE(100)가 새로운 공격자 셀을 검출하면(S101), 상기 공격자 셀로부터 매 10 ms 서브프레임 마다 전송되는 PBCH 신호에 대해 초기 디코딩을 수행한다(S103).

이후, 상기 UE(100)는 상기 공격자 셀로부터 PBCH가 수신되면(S109), 상기 생성된 PBCH와 상기 수신된 PBCH 간에 바이너리 비교를 수행한다(S113).

만약, 상기 바이너리 비교의 결과 일치하지 않는 다면, 상기 UE(100)는 상기 공격자 셀로부터 PBCH에 대해 Viterbi 디코딩을 수행한다(S117). 상기 디코딩의 결과 CRC 에러가 없다면(S119). 상기 UE(100)는 상기 디코딩 수행 결과의 CRC와 상기 갱신된 SFN을 갖는 MIB에 대한 CRC가 동일한지 확인한다(S121).

상기 CRC가 서로 동일하다면, 상기 UE(100)는 상기 재생성된 PBCH를 이용하여 간섭 제거를 수행할 수 있다(S115).

다른 한편, 도 17c에 도시된 방안은 공격자 셀의 MIB가 변경되었을 때, PBCH 신호가 정상 수신되는 경우를 나타낸다. 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 다만, S101~S119 과정은 도 17b와 동일하므로, 앞서 설명한 내용을 그대로 준용하기로 한다.

상기 CRC가 동일한지 확인한 결과(S121), CRC가 서로 동일하지 않다면, 상기 공격자 셀의 MIB가 변경된 것이므로, 상기 UE(100)는 상기 공격자 셀로부터의 MIB를 저장한다(S123). 이어서, 상기 저장된 MIB를 인코딩하여 PBCH를 재생성한다(S125).

그리고, 상기 UE(100)는 상기 재생성된 PBCH를 이용하여 간섭 제거를 수행한다(S115).

또 다른 한편, 도 17d에 도시된 방안은 갑섭을 일으키는 공격자 셀이 존재하지 않거나, 간섭을 주지 못할 정도로 신호 품질이 열악하여 공격자 셀로부터 PBCH 수신이 불가능한 경우를 나타낸다. 즉, 상기 UE(100)가 상기 Viterbi 디코딩을 수행한 결과 CRC 에러가 있다면(S119). 상기 UE(100)는 다음 PBCH를 수신 대기한다(S120).

도 17a 내지 도 17d에 도시된 방안들을 통합하여 나타내면 도 18과 같다. 그러나, 통상적으로 PBCH IC 가 요구되는 FeICIC 상황을 포함한 특정 상황 하에서는, 간섭 셀로부터 유입되는 PBCH 신호는 서빙 셀의 신호보다 최대 9 dB 까지 전력을 가지고 유입되므로, 대부분의 경우 도 17a에 도시된 방안을 통하여 처리될 것으로 예상되며, 이에 따라 주어진 환경 하에서 Viterbi Decoding 의 연산량을 대폭 절감할 수 있다.

그러므로, 도 17a에 도시된 방안을 이용하면 공격자 셀로부터 유입되는 PBCH 신호에 대하여 조기에 검출할 수 있고, 그로 인해 Hard-decision IC와 등가의 간섭 제거를 수행할 수 있다. 즉, 도 17a에 도시된 방안을 이용하면 높은 성능을 얻으면서 동시에 UE의 연산량을 줄임과 동시에 전력 소모를 절감할 수 있다.

지금까지 설명한 실시예들은 다양한 수단을 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다. 구체적으로는 도 19을 참조하여 설명하기로 한다.

도 19는 본 발명의 실시예가 구현되는 무선통신 시스템을 나타낸 블록도이다.

기지국(200)은 프로세서(processor, 201), 메모리(memory, 202) 및 RF부(RF(radio frequency) unit, 203)을 포함한다. 메모리(202)는 프로세서(201)와 연결되어, 프로세서(201)를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다. RF부(203)는 프로세서(201)와 연결되어, 무선 신호를 송신 및/또는 수신한다. 프로세서(201)는 제안된 기능, 과정 및/또는 방법을 구현한다. 전술한 실시 예에서 기지국의 동작은 프로세서(51)에 의해 구현될 수 있다.

무선기기(100)는 RF부(110), 프로세서(120), 메모리(130) 및 을 포함한다. 메모리(130)는 프로세서(121)와 연결되어, 프로세서(121)를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다. RF부(110)는 프로세서(120)와 연결되어, 무선 신호를 송신 및/또는 수신한다. 프로세서(120)는 제안된 기능, 과정 및/또는 방법을 구현한다. 전술한 실시 예에서 무선기기의 동작은 프로세서(120)에 의해 구현될 수 있다.

프로세서는 ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로 및/또는 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 메모리는 ROM(read-only memory), RAM(random access memory), 플래쉬 메모리, 메모리 카드, 저장 매체 및/또는 다른 저장 장치를 포함할 수 있다. RF부는 무선 신호를 처리하기 위한 베이스밴드 회로를 포함할 수 있다. 실시 예가 소프트웨어로 구현될 때, 상술한 기법은 상술한 기능을 수행하는 모듈(과정, 기능 등)로 구현될 수 있다. 모듈은 메모리에 저장되고, 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 메모리는 프로세서 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로세서와 연결될 수 있다.

상술한 예시적인 시스템에서, 방법들은 일련의 단계 또는 블록으로써 순서도를 기초로 설명되고 있지만, 본 발명은 단계들의 순서에 한정되는 것은 아니며, 어떤 단계는 상술한 바와 다른 단계와 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 당업자라면 순서도에 나타낸 단계들이 배타적이지 않고, 다른 단계가 포함되거나 순서도의 하나 또는 그 이상의 단계가 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않고 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

간섭을 야기하는 공격자 셀을 위한 기존 저장된 정보를 물리 채널 상의 바이너리로 인코딩하는 단계와;

상기 인코딩된 바이너리와 상기 공격자 셀로부터 새로이 수신되는 물리 채널 상의 바이너리 간에 비교를 수행하는 단계와;

상기 바이너리들이 일치하는 경우, 상기 인코딩된 바이너리를 이용하여, 상기 공격자 셀로부터 새로이 수신되는 물리 채널 상의 바이너리에 의해 야기되는 간섭을 제거함으로써, 서빙 셀로부터의 신호를 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭 제거 수신 방법.
제1항에 있어서,

상기 정보는 시스템 정보이고,

상기 물리 채널은 물리 발송 채널인 것을 특징으로 하는 간섭 제거 수신 방법.
제2항에 있어서, 상기 시스템 정보는 MIB(Master Information Block)인 것을 특징으로 하는 간섭 제거 수신 방법.
제1항에 있어서, 상기 인코딩을 수행하기 전에

상기 공격자 셀로부터의 브로드캐스트 채널을 디코딩하여 정보를 획득하는 단계와;

상기 획득된 정보를 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭 제거 수신 방법.
제1항에 있어서, 상기 인코딩을 수행하는 단계는

상기 기존 저장된 정보 내에 포함된 일부 정보를 갱신하는 단계와;

상기 갱신된 일부 정보를 포함하는 정보를 상기 물리 채널 상의 바이너리로 인코딩하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭 제거 수신 방법.
제5항에 있어서,

상기 일부 정보는 시스템 정보 내의 SFN(system Frame Number)이고,

상기 갱신 단계는 상기 SFN이 매 40ms 마다 갱신되는 것에 상응하여 수행되는 것을 특징으로 하는 간섭 제거 수신 방법.
제1항에 있어서, 상기 바이너리들 간에 비교는

CRC(Cyclic Redundancy Check) 부분들 간의 비교인 것을 특징으로 하는 간섭 제거 수신 방법.
제1항에 있어서,

상기 바이너리들이 일치하지 않는 경우, 상기 공격자 셀로부터 새로이 수신되는 물리 채널 상의 바이너리에 대해 디코딩을 수행하는 단계와;

상기 디코딩의 수행 결과에 따른 정보의 CRC와 상기 인코딩된 바이너리의 CRC가 서로 일치하는지 확인하는 단계와;

상기 CRC들이 서로 일치하는 경우, 상기 인코딩된 바이너리를 이용하여, 상기 공격자 셀로부터 새로이 수신되는 물리 채널 상의 바이너리에 의해 야기되는 간섭을 제거함으로써, 서빙 셀로부터의 신호를 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하는 간섭 제거 수신 방법.
제8항에 있어서, 상기 CRC들이 일치하는지 확인하기 전에,

상기 디코딩의 수행 결과에 따른 CRC에 에러가 존재하는지 확인하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭 제거 수신 방법.
제8항에 있어서,

상기 CRC들이 서로 일치하지 않는 경우, 상기 디코딩의 수행 결과에 따른 정보를 저장하는 단계와;

상기 저장된 정보를 물리 채널 상의 바이너리로 인코딩하는 단계와;

상기 인코딩된 바이너리를 이용하여, 상기 공격자 셀로부터 새로이 수신되는 물리 채널 상의 바이너리에 의해 야기되는 간섭을 제거함으로써, 서빙 셀로부터의 신호를 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하는 간섭 제거 수신 방법.
RF 유닛과;

상기 RF 유닛을 제어하는 프로세서를 포함하되,

상기 프로세서는 간섭을 야기하는 공격자 셀을 위한 기존 저장된 정보를 물리 채널 상의 바이너리로 인코딩한 후, 상기 인코딩된 바이너리와 상기 공격자 셀로부터 새로이 수신되는 물리 채널 상의 바이너리 간에 비교를 수행하고, 상기 비교의 수행 결과 상기 바이너리들이 일치하는 경우, 상기 인코딩된 바이너리를 이용하여, 상기 공격자 셀로부터 새로이 수신되는 물리 채널 상의 바이너리에 의해 야기되는 간섭을 제거함으로써, 서빙 셀로부터의 신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 간섭 제거 수신 단말.
제21항에 있어서,

상기 정보는 시스템 정보이고,

상기 물리 채널은 물리 발송 채널인 것을 특징으로 하는 간섭 제거 수신 단말.
제12항에 있어서, 상기 시스템 정보는 MIB(Master Information Block)인 것을 특징으로 하는 간섭 제거 수신 단말.
제1항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 인코딩을 수행하기 위하여,

상기 기존 저장된 정보 내에 포함된 일부 정보를 갱신한 뒤, 상기 갱신된 일부 정보를 포함하는 정보를 상기 물리 채널 상의 바이너리로 인코딩하는 것을 특징으로 하는 간섭 제거 수신 단말.
제14항에 있어서,

상기 일부 정보는 시스템 정보 내의 SFN(system Frame Number)이고,

상기 갱신 단계는 상기 SFN이 매 40ms 마다 갱신되는 것에 상응하여 수행되는 것을 특징으로 하는 간섭 제거 수신 단말.