WO2016089129A1 - 비면허 대역에서 동작하는 이동통신 시스템에서의 채널 감지 방법 및 장치 - Google Patents

비면허 대역에서 동작하는 이동통신 시스템에서의 채널 감지 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 개시는 4G 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 5G 통신 시스템을 IoT 기술과 융합하는 통신 기법 및 그 시스템에 관한 것이다. 본 개시는 5G 통신 기술 및 IoT 관련 기술을 기반으로 지능형 서비스 (예를 들어, 스마트 홈, 스마트 빌딩, 스마트 시티, 스마트 카 혹은 커넥티드 카, 헬스 케어, 디지털 교육, 소매업, 보안 및 안전 관련 서비스 등)에 적용될 수 있다. LTE-A 시스템이 동작하는 특정 주파수가 비면허 대역에 포함된다면 LTE-A의 일부 서브프레임이 사용될 수 없는 상황이 발생할 수 있다. 기지국이 전송해야 하는 동기 신호 및 디스커버리 기준 신호가 이러한 비면허 대역에 대한 감지 및 채널 점유 동작과 충돌할 경우 이러한 문제를 해결하기 위해 비면허 대역에 대한 감지 및 채널 점유 동작의 타이밍을 조절할 수 있다.

Description

비면허 대역에서 동작하는 이동통신 시스템에서의 채널 감지 방법 및 장치
본 발명은 비면허 대역을 사용하는 전송 기기에 관한 것으로, 보다 구체적으로 비면허 대역을 사용하기 위해 채널을 감지하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
4G 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템은 4G 네트워크 이후 (Beyond 4G Network) 통신 시스템 또는 LTE 시스템 이후 (Post LTE) 이후의 시스템이라 불리어지고 있다. 높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파(mmWave) 대역 (예를 들어, 60기가(60GHz) 대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서의 전파의 경로손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO), 전차원 다중입출력(Full Dimensional MIMO: FD-MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beam-forming), 및 대규모 안테나 (large scale antenna) 기술들이 논의되고 있다. 또한 시스템의 네트워크 개선을 위해, 5G 통신 시스템에서는 진화된 소형 셀, 개선된 소형 셀 (advanced small cell), 클라우드 무선 액세스 네트워크 (cloud radio access network: cloud RAN), 초고밀도 네트워크 (ultra-dense network), 기기 간 통신 (Device to Device communication: D2D), 무선 백홀 (wireless backhaul), 이동 네트워크 (moving network), 협력 통신 (cooperative communication), CoMP (Coordinated Multi-Points), 및 수신 간섭제거 (interference cancellation) 등의 기술 개발이 이루어지고 있다. 이 밖에도, 5G 시스템에서는 진보된 코딩 변조(Advanced Coding Modulation: ACM) 방식인 FQAM (Hybrid FSK and QAM Modulation) 및 SWSC (Sliding Window Superposition Coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC(Filter Bank Multi Carrier), NOMA(non orthogonal multiple access), 및SCMA(sparse code multiple access) 등이 개발되고 있다.
한편, 인터넷은 인간이 정보를 생성하고 소비하는 인간 중심의 연결 망에서, 사물 등 분산된 구성 요소들 간에 정보를 주고 받아 처리하는 IoT(Internet of Things, 사물인터넷) 망으로 진화하고 있다. 클라우드 서버 등과의 연결을 통한 빅데이터(Big data) 처리 기술 등이 IoT 기술에 결합된 IoE (Internet of Everything) 기술도 대두되고 있다. IoT를 구현하기 위해서, 센싱 기술, 유무선 통신 및 네트워크 인프라, 서비스 인터페이스 기술, 및 보안 기술과 같은 기술 요소 들이 요구되어, 최근에는 사물간의 연결을 위한 센서 네트워크(sensor network), 사물 통신(Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication)등의 기술이 연구되고 있다. IoT 환경에서는 연결된 사물들에서 생성된 데이터를 수집, 분석하여 인간의 삶에 새로운 가치를 창출하는 지능형 IT(Internet Technology) 서비스가 제공될 수 있다. IoT는 기존의 IT(information technology)기술과 다양한 산업 간의 융합 및 복합을 통하여 스마트홈, 스마트 빌딩, 스마트 시티, 스마트 카 혹은 커넥티드 카, 스마트 그리드, 헬스 케어, 스마트 가전, 첨단의료서비스 등의 분야에 응용될 수 있다.
이에, 5G 통신 시스템을 IoT 망에 적용하기 위한 다양한 시도들이 이루어지고 있다. 예를 들어, 센서 네트워크(sensor network), 사물 통신(Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication)등의 기술이 5G 통신 기술이 빔 포밍, MIMO, 및 어레이 안테나 등의 기법에 의해 구현되고 있는 것이다. 앞서 설명한 빅데이터 처리 기술로써 클라우드 무선 액세스 네트워크(cloud RAN)가 적용되는 것도 5G 기술과 IoT 기술 융합의 일 예라고 할 수 있을 것이다.
4G 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템은 4G 네트워크 이후 (Beyond 4G Network) 통신 시스템 또는 LTE 시스템 이후 (Post LTE) 이후의 시스템이라 불리어지고 있다. 높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파(mmWave) 대역 (예를 들어, 60기가(60GHz) 대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서의 전파의 경로손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO), 전차원 다중입출력(Full Dimensional MIMO: FD-MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beam-forming), 및 대규모 안테나 (large scale antenna) 기술들이 논의되고 있다. 또한 시스템의 네트워크 개선을 위해, 5G 통신 시스템에서는 진화된 소형 셀, 개선된 소형 셀 (advanced small cell), 클라우드 무선 액세스 네트워크 (cloud radio access network: cloud RAN), 초고밀도 네트워크 (ultra-dense network), 기기 간 통신 (Device to Device communication: D2D), 무선 백홀 (wireless backhaul), 이동 네트워크 (moving network), 협력 통신 (cooperative communication), CoMP (Coordinated Multi-Points), 및 수신 간섭제거 (interference cancellation) 등의 기술 개발이 이루어지고 있다. 이 밖에도, 5G 시스템에서는 진보된 코딩 변조(Advanced Coding Modulation: ACM) 방식인 FQAM (Hybrid FSK and QAM Modulation) 및 SWSC (Sliding Window Superposition Coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC(Filter Bank Multi Carrier), NOMA(non orthogonal multiple access), 및SCMA(sparse code multiple access) 등이 개발되고 있다.
한편, 인터넷은 인간이 정보를 생성하고 소비하는 인간 중심의 연결 망에서, 사물 등 분산된 구성 요소들 간에 정보를 주고 받아 처리하는 IoT(Internet of Things, 사물인터넷) 망으로 진화하고 있다. 클라우드 서버 등과의 연결을 통한 빅데이터(Big data) 처리 기술 등이 IoT 기술에 결합된 IoE (Internet of Everything) 기술도 대두되고 있다. IoT를 구현하기 위해서, 센싱 기술, 유무선 통신 및 네트워크 인프라, 서비스 인터페이스 기술, 및 보안 기술과 같은 기술 요소 들이 요구되어, 최근에는 사물간의 연결을 위한 센서 네트워크(sensor network), 사물 통신(Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication)등의 기술이 연구되고 있다. IoT 환경에서는 연결된 사물들에서 생성된 데이터를 수집, 분석하여 인간의 삶에 새로운 가치를 창출하는 지능형 IT(Internet Technology) 서비스가 제공될 수 있다. IoT는 기존의 IT(information technology)기술과 다양한 산업 간의 융합 및 복합을 통하여 스마트홈, 스마트 빌딩, 스마트 시티, 스마트 카 혹은 커넥티드 카, 스마트 그리드, 헬스 케어, 스마트 가전, 첨단의료서비스 등의 분야에 응용될 수 있다.
이에, 5G 통신 시스템을 IoT 망에 적용하기 위한 다양한 시도들이 이루어지고 있다. 예를 들어, 센서 네트워크(sensor network), 사물 통신(Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication)등의 기술이 5G 통신 기술이 빔 포밍, MIMO, 및 어레이 안테나 등의 기법에 의해 구현되고 있는 것이다. 앞서 설명한 빅데이터 처리 기술로써 클라우드 무선 액세스 네트워크(cloud RAN)가 적용되는 것도 5G 기술과 IoT 기술 융합의 일 예라고 할 수 있을 것이다.
종래의 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE (Long Term Evolution) 및 LTE-A (Long Term Evolution Advanced) 시스템은 면허 대역 (licensed band) 에 포함되는 주파수 영역에서 서비스되는 것을 가정하고 설계되었으나, 시스템의 전체 용량을 증대하기 위해 LTE-A 시스템이 비면허 대역 (unlicensed band) 에서도 동작이 가능하게 할 수 있다. LTE-A 시스템이 동작하는 특정 주파수가 비면허 대역에 포함된다면 비면허 대역을 공유해 사용하고 있는 타 무선 전송 기기의 전송 또는 비면허 대역에 대한 사용 규제 사항에 의해 LTE-A의 일부 서브프레임이 사용될 수 없는 상황이 발생할 수 있다.
그런데 LTE-A 시스템에서 비면허 대역을 사용하여 가용 주파수가 늘어나게 되고 특정 단말이 비면허 대역에서 데이터 서비스를 받도록 설정되어 LTE-A 외의 다른 기기들로 인한 간섭 또는 주파수 규제 사항으로 디스커버리 기준 신호 (discovery reference signal, DRS) 나 동기 신호 등을 일정한 주기로 전송할 수 없는 경우가 발생하므로 이러한 문제를 해결하기 위한 방법이 필요하다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 비면허 대역 (unlicensed band) 을 사용하는 기지국이 채널 감지 및 채널 점유 동작을 수행하는 방법에 있어서, 채널 감지 및 채널 점유 동작이 수행되는 구간이 주 동기 신호 (primary synchronization signal, PSS) 및 부 동기 신호 (secondary synchronization signal, SSS) 가 전송되는 서브프레임 (subframe) 또는 디스커버리 기준 신호 (discovery reference signal) 이 전송되는 구간과 충돌하는지 판단하는 과정, 상기 충돌이 발생할 경우, 다음 채널 감지 및 채널 점유 동작을 어느 서브프레임에서 수행할지 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 비면허 대역 (unlicensed band) 을 사용하는 단말이 채널을 사용하는 방법에 있어서, 최대 채널 사용 시간보다 작은 제 1 시간 동안 채널을 사용하는 과정 및 제 1 서브프레임 후 최대 채널 시간 동안 채널을 사용하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 채널 감지 및 채널 점유 동작을 수행하는 비면허 대역(unlicensed band)을 사용하는 기지국에 있어서, 신호를 송수신하는 송수신부 및 채널 감지 및 채널 점유 동작이 수행되는 구간이 주 동기 신호 (primary synchronization signal, PSS) 및 부 동기 신호 (secondary synchronization signal, SSS) 가 전송되는 서브프레임 (subframe) 또는 디스커버리 기준 신호 (discovery reference signal) 이 전송되는 구간과 충돌하는지 판단하고, 상기 충돌이 발생할 경우, 다음 채널 감지 및 채널 점유 동작을 어느 서브프레임에서 수행할지 결정하도록 제어하는 제어부를 포함한다.
또한, 채널을 사용하는 비면허 대역 (unlicensed band) 을 사용하는 단말에 있어서, 신호를 송수신하는 송수신부 및 최대 채널 사용 시간보다 작은 제 1 시간 동안 채널을 사용하고, 제 1 서브프레임 후 최대 채널 시간 동안 채널을 사용하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 채널 감지 및 채널 점유 동작 타이밍을 변경하는 방법에 따르면 기지국의 PSS 및 SSS 전송 또는 DRS 전송과 채널 감지 및 채널 점유 동작이 충돌하지 않게 된다.
도 1은 LTE/LTE-A 시스템에서 시간 및 주파수 자원을 도시한 도면이다.
도 2는 FDD의 경우에 LTE-A 시스템의 전송 프레임 구조를 보다 자세히 도시한 도면이다.
도 3은 서브프레임 #0과 서브프레임 #5의 구조를 자세히 도시한 도면이다.
도 4는 서브프레임 #0과 서브프레임 #5가 아닌 서브프레임의 구조를 자세히 도시한 도면이다.
도 5는 DRS 및 DMTC의 구조를 자세히 도시한 도면이다.
도 6은 비면허 대역에서 LTE-A 시스템이 사용하는 무선 통신 자원을 도시한 도면이다.
도 7은 비면허 대역에서 동작하는 전송 기기의 채널 사용 시간과 ECCE 시간(비전송 시간)을 도시한 도면이다.
도 8a은 q를 23 또는 24로 설정하여 9개의 서브프레임을 최대 채널 사용 구간으로 사용하도록 설계된 LTE-U 시스템의 프레임 구조를 도시한 도면이다.
도 8b는 q를 11 또는 12로 설정하여 4개의 서브프레임을 최대 채널 사용 구간으로 사용하도록 설계된 LTE-U 시스템의 프레임 구조를 도시한 도면이다.
도 9는 LTE-U 기지국의 전송 및 채널 감지를 수행하는 상황을 도시한 도면이다.
도 10은 도 9의 문제점을 해결해 PSS 및 SSS 등의 중요한 신호들을 보호하기 위한 첫 번째 실시예를도시한 도면이다.
도 11은 도 9의 문제점을 해결해 PSS 및 SSS 등의 중요한 신호들을 보호하기 위한 두 번째 실시예를 도시한 도면이다.
도 12는 상기 도 9의 문제점을 해결해 PSS 및 SSS 등의 중요한 신호들을 보호하기 위한 세 번째 실시예를 도시한 도면이다.
도 13은 도 9의 문제점을 해결해 PSS 및 SSS 등의 중요한 신호들을 보호하기 위한 네 번째 실시예를 도시한 도면이다.
도 14는 LTE-U 기지국의 전송 및 채널 감지 동작을 수행하는 상황을 도시한 도면이다.
도 15는 도 14의 문제점을 해결해 DRS 전송을 보호하기 위한 첫 번째 실시예를 도시한 도면이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 기지국의 내부 구조를 도시하는 블록도이다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 단말의 내부 구조를 도시하는 블록도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세히 설명한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
또한, 본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명함에 있어서, OFDM 기반의 무선통신 시스템, 특히 3GPP E-UTRA (Evolved Universal Terrestrial Radio Access) 표준을 주된 대상으로 할 것이지만, 본 발명의 주요한 요지는 유사한 기술적 배경 및 채널형태를 가지는 여타의 통신 시스템에도 본 발명의 범위를 크게 벗어나지 아니하는 범위에서 약간의 변형으로 적용 가능하며, 이는 본 발명의 기술분야에서 숙련된 기술적 지식을 가진 자의 판단으로 가능할 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이동통신 시스템은 초기의 음성 위주의 서비스를 제공하던 것에서 벗어나 데이터 서비스 및 멀티미디어 서비스 제공을 위해 고속, 고품질의 무선 패킷 데이터 통신 시스템으로 발전하고 있다. 최근 3GPP의 HSDPA(High Speed Downlink Packet Access), HSUPA(High Speed Uplink Packet Access), LTE (Long Term Evolution), LTE-A (Long Term Evolution Advanced), 3GPP2(3rd Generation Partnership Project 2)의 HRPD(High Rate Packet Data), 그리고 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)의 802.16 등 다양한 이동 통신 표준이 고속, 고품질의 무선 패킷 데이터 전송 서비스를 지원하기 위해 개발되었다. 특히 LTE 시스템은 고속 무선 패킷 데이터 전송을 효율적으로 지원하기 위하여 개발된 시스템으로 다양한 무선접속 기술을 활용하여 무선시스템 용량을 최대화한다. LTE-A 시스템은 LTE 시스템의 진보된 무선시스템으로 LTE와 비교하여 향상된 데이터 전송능력을 가지고 있다.
상기 LTE는 일반적으로 3GPP 표준단체의 Release 8 또는 9에 해당하는 기지국 및 단말 장비를 의미하며 LTE-A는 3GPP 표준단체의 Release 10에 해당하는 기지국 및 단말 장비를 의미한다. 3GPP 표준단체에서는 LTE-A 시스템의 표준화 이후에도 이를 기반으로 하며 향상된 성능을 갖는 후속 Release에 대한 표준화를 진행하고 있다.
HSDPA, HSUPA, HRPD, LTE/LTE-A 등의 현존하는 3세대 및 4세대 무선 패킷 데이터 통신 시스템은 전송 효율을 개선하기 위해 적응 변조 및 부호(Adaptive Modulation and Coding, 이하 AMC) 방법과 채널 감응 스케줄링 방법 등의 기술을 이용한다. 상기의 AMC 방법을 활용하면 송신기는 채널 상태에 따라 전송하는 데이터의 양을 조절할 수 있다. 즉 채널 상태가 좋지 않으면 전송하는 데이터의 양을 줄여서 수신 오류 확률을 원하는 수준에 맞추고, 채널 상태가 좋으면 전송하는 데이터의 양을 늘려서 수신 오류 확률은 원하는 수준에 맞추면서도 많은 정보를 효과적으로 전송할 수 있다. 상기의 채널 감응 스케줄링 자원 관리 방법을 활용하면 송신기는 여러 사용자 중에서 채널 상태가 우수한 사용자를 선택적으로 서비스하기 때문에 한 사용자에게 채널을 할당하고 서비스해주는 것에 비해 시스템 용량이 증가한다. 이와 같은 용량 증가를 소위 다중 사용자 다이버시티(Multi-user Diversity) 이득이라 한다. 요컨대 상기의 AMC 방법과 채널 감응 스케줄링 방법은 수신기로부터 부분적인 채널 상태 정보를 피드백(feedback) 받아서 가장 효율적이라고 판단되는 시점에 적절한 변조 및 부호 기법을 적용하는 방법이다.
상기와 같은 AMC 방법은 MIMO (Multiple Input Multiple Output) 전송방식과 함께 사용될 경우 전송되는 신호의 공간적 레이어(spatial layer)의 개수 또는 랭크(rank)를 결정하는 기능도 포함할 수 있다. 이 경우 AMC 방법은 최적의 데이터 레이트(data rate)를 결정하는데 단순히 부호화율과 변조방식만을 생각하지 않고 MIMO를 이용하여 몇 개의 레이어로 전송할지도 고려하게 된다.
복수개의 송신안테나를 이용하여 무선신호를 전송하는 MIMO는 한 개의 단말에게 전송하는 SU-MIMO (Single User MIMO)와 동일한 시간 및 주파수 자원을 이용하여 복수의 단말에게 전송하는 MU-MIMO (Multi-User MIMO)로 구분된다. SU-MIMO의 경우 복수의 송신안테나가 한 개의 수신기에 대하여 무선신호를 복수개의 공간적 레이어로 전송한다. 이때 수신기는 복수개의 수신 안테나를 보유하고 있어야 복수개의 공간적 레이어를 지원할 수 있다. 반면 MU-MIMO의 경우 복수의 송신안테나가 복수의 수신기에 대하여 무선신호를 복수개의 공간적 레이어로 전송한다. MU-MIMO의 경우 SU-MIMO와 비교할 때 수신기가 복수의 수신안테나를 필요로 하지 않는 장점을 가진다. 다만 단점은 동일한 주파수 및 시간 자원에 복수의 수신기에 대하여 무선신호를 전송하기 때문에 서로 다른 수신기를 위한 무선신호들 사이에 상호간섭이 발생할 수 있다는 것이다.
최근 2세대와 3세대 이동 통신 시스템에서 사용되던 다중 접속 방식인 코드 분할 다원 접속 (Code Division Multiple Access, CDMA)을 차세대 시스템에서 직교 주파수 분할 다원 접속 (Orthogonal Frequency Division Multiple Access, OFDMA)으로 전환하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 3GPP와 3GPP2는 OFDMA를 사용하는 진화 시스템에 관한 표준화를 진행하기 시작하였다. CDMA 방식에 비해 OFDMA 방식에서 용량 증대를 기대할 수 있는 것으로 알려져 있다. OFDMA 방식에서 용량 증대를 낳는 여러 가지 원인 중의 하나가 주파수 축 상에서의 스케줄링(Frequency Domain Scheduling)을 수행할 수 있다는 것이다. 채널이 시간에 따라 변하는 특성에 따라 채널 감응 스케줄링 방법을 통해 용량 이득을 얻었듯이 채널이 주파수에 따라 다른 특성을 활용하면 더 많은 용량 이득을 얻을 수 있다.
도 1은 LTE/LTE-A 시스템에서 시간 및 주파수 자원을 도시한 도면이다.
상기 도 1에서 eNB가 단말에게 전송하는 무선자원은 주파수 축(100) 상에서는 자원 블럭 (resource block, RB) 단위로 나누어지며 시간 축(110) 상에서는 서브프레임 (subframe) 단위로 나누어진다. 상기 RB는 LTE/LTE-A 시스템에서 일반적으로 12개의 부반송파(subcarrier)로 이루어지며 180kHz의 대역을 차지한다. 반면 서브프레임은 LTE/LTE-A 시스템에서 일반적으로 14개의 OFDM 심볼(symbol) 구간으로 이루어지며 1 ms 의 시간구간을 차지한다. LTE/LTE-A 시스템은 스케줄링을 수행함에 있어서 시간축에서는 서브프레임 단위로 자원을 할당할 수 있으며 주파수축에서는 자원 블럭 단위로 자원을 할당할 수 있다.
도 2는 주파수 분할 이중 통신 (frequency division duplex, FDD)의 경우에 LTE-A 시스템의 전송 프레임 구조를 보다 자세히 도시한 도면이다.
도 2에 따르면, 하나의 전송 프레임(200, radio frame)은 10개의 서브프레임(220)으로 구성되며 각 서브프레임은 2개의 슬롯(210, slot)으로 구성된다. 프레임 내에서 각 서브프레임은 0부터 9까지의 인덱스를 가지며 각 슬롯은 0부터 19까지의 인덱스(또는 번호)를 가진다.
도 2의 전송 프레임 내에서 0번과 10번 슬롯의 마지막 OFDM 심볼에는 주 동기 신호 (primary synchronization signal, PSS)가 전송되고 0번과 10번 슬롯의 마지막에서 두 번째 OFDM 심볼에는 부 동기 신호 (secondary synchronization signal, SSS)가 전송된다. 즉, 단말은 0번과 10번 슬롯에서 전송되는 PSS와 SSS를 검출하여 단말의 슬롯 번호를 확인하고 시스템의 시간/주파수 동기를 획득한 후 파일럿, 제어 신호 및 데이터 송수신을 수행한다.
도 3은 서브프레임 #0과 서브프레임 #5의 구조를 자세히 도시한 도면이다.
도 3은 LTE/LTE-A 시스템에서 서브프레임 #0과 서브프레임 #5에 대한 하향링크로 스케줄링 할 수 있는 최소 단위인 1 서브프레임(310) 및 1 자원 블록(300)의 무선자원을 도시한 것이다. 이와 같은 무선자원은 주파수 영역에서 12개의 부반송파로 이루어지며 시간영역에서 14개의 OFDM 심볼로 이루어져서 총 168개의 고유 주파수 및 시간 위치를 가진다. LTE/LTE-A에서는 각각의 고유 주파수 및 시간 위치를 자원 요소 (resource element, RE)라 한다. 또한 한 개의 서브프레임은 각각 7개의 OFDM 심볼로 이루어진 두 개의 슬롯으로 이루어진다.
도 3에 도시된 무선 자원에는 다음과 같은 복수개의 서로 다른 종류의 신호가 전송될 수 있다.
- 셀 특정 기준 신호 (340, cell specific reference signal, CRS): 한 개의 cell에 속한 모든 단말을 위하여 전송되는 기준신호
- PSS (360)
- SSS (350)
- 제어 채널 (370, control channel): 단말이 데이터를 수신하는데 필요한 제어정보를 제공하거나 상향링크의 데이터 송신에 대한 HARQ (Hybrid automatic repeat request) 를 운용하기 위한 긍정 확인 응답 및 부정 확인 응답 (acknowledgement/negative acknowledgement, ACK/NACK) 전송 등에 필요한 자원으로 1개부터 3개까지의 OFDM 심볼 영역을 차지할 수 있다.
- 기타 자원: 해당 자원에서는 단말로 전송할 데이터(330) 및 데이터 복호를 위해 사용하는 복조 기준 신호 (demodulation reference signal, DM RS), 또는 채널 추정을 위해 사용하는 채널 상태 정보 기준 신호 (channel state information reference signal, CSI-RS) 등이 전송될 수 있다.
도 4는 서브프레임 #0과 서브프레임 #5가 아닌 서브프레임의 구조를 자세히 도시한 도면이다.
서브프레임 #0과 서브프레임 #5에서는 PSS와 SSS가 전송되지만 이 외의 다른 서브프레임들에서는 PSS와 SSS가 전송되지 않고 해당 영역이 제어 채널(420), 데이터(430) 및 기준 신호들이 전송되는 상기 기타 자원으로 대체된다.
셀룰러 시스템에서 하향링크 채널 상태를 측정하기 위하여 기준 신호(reference signal)을 전송해야 한다. 3GPP의 LTE-A 시스템의 경우 기지국이 전송하는 CRS 또는 CSI-RS를 이용하여 단말은 기지국과 자신 사이의 채널 상태를 측정한다. 여기서 CRS는 매 서브프레임 전송되는 반면에 CSI-RS는 5ms, 10ms, 20ms, 40ms, 또는 80ms의 주기로 한 번씩 전송된다. 정확한 CSI-RS의 주기는 상기 값들 중에서 기지국이 선택한 후 단말로 설정하여 동작된다.
LTE-A 시스템에서는 단말의 이동성을 고려하기 때문에 단말은 자신이 접속한 기지국뿐만 아니라 주변 기지국들의 CRS나 CSI-RS도 측정하여 하향링크 수신 전력을 계산하고 기지국으로 보고한다. 즉 단말이 자신이 접속한 기지국뿐만 아니라 주변 여러 기지국들의 CRS나 CSI-RS로부터 측정된 수신 전력을 접속한 기지국으로 보고하면, 단말이 접속한 기지국은 보고된 수신 전력 값들을 비교하여 해당 단말의 접속을 계속 유지할지 아니면 이웃 기지국으로 핸드오버(handover)를 시킬지를 결정하고 이에 따라 동작해 이동하는 단말에 대해서도 끊김 없이 네트워크로의 접속을 유지할 수 있도록 한다.
단말이 상기 설명한 여러 기지국들로부터의 수신전력을 측정하고 보고하는 동작을 수행할 수 있도록 하기 위하여 LTE-A에서는 디스커버리 기준 신호(discovery reference signal, DRS) 및 DRS 측정 구간 설정(DRS measurement timing configuration, DMTC)이라는 개념을 도입하였다. DRS는 특정 단말이 특정 기지국의 하향링크 수신 전력을 측정할 수 있도록 하는 신호들의 집합으로, 해당 특정 기지국의 PSS, SSS 및 CRS를 포함하거나 PSS, SSS, CRS 및 CSI-RS를 포함한다. DMTC는 단말이 하나 또는 다수의 기지국들로부터의 DRS를 측정하도록 보장하는 구간으로 하나의 DMTC는 40ms, 80ms, 또는 160ms의 주기 및 특정 서브프레임 오프셋 값을 가지고 발생하며 하나의 DMTC는 6ms의 길이를 가진다. 특정 단말 관점에서 DMTC에 대한 주기와 서브프레임 오프셋 값은 기지국이 단말로 설정한다. 하나의 DMTC 내에 존재하는 DRS 구간 길이는 1ms에서 5ms 사이에서 하나의 값으로 설정되며 DRS 구간의 첫 번째 OFDM 심볼은 항상 SSS를 포함하고 모든 OFDM 심볼은 CRS를 포함하며, 하나의 OFDM 심볼은 CSI-RS를 포함할 수 있다.
단말이 DRS의 위치를 확인하면 단말은 해당 위치에 존재하는 PSS 및 SSS를 통하여 DRS를 측정하는 기지국의 시간/주파수 동기를 확인하고 해당 동기에 맞춰 CRS 및 CSI-RS의 하향링크 수신 전력을 측정한 후 해당 값을 접속한 기지국으로 보고한다.
도 5는 DRS 및 DMTC의 구조를 자세히 도시한 도면이다.
도 5에 따르면, 단말은 우선 DMTC가 발생하는 주기(500)와 오프셋 값(510)을 설정 받아 DRS를 측정하는 타이밍을 확인한다. 여기서 DMTC의 발생 주기는 40ms, 80ms, 또는 160ms 중 하나의 값에 해당하고, 설정 받은 주기 N에 대하여 오프셋 값은 0부터 N-1 중 하나에 해당한다. DMTC의 주기와 오프셋 값을 설정받은 단말은 해당 위치에서 시작하여 6ms 동안 DMTC가 설정되었음을 확인할 수 있다. 여기서 단말이 가정하는 시간 설정은 모두 해당 단말이 접속한 기지국의 시간 동기를 따른다고 가정한다. 이후 단말은 DMTC 내에 존재하는 DRS의 길이(530)를 확인한다. 특정 DRS의 길이는 1ms에서 5ms까지 중 하나의 값으로 설정되는 것이 가능하며 도 5에서는 DRS의 길이가 3ms인 것으로 가정하였다. 여기서 6ms의 DMTC 내에서 DRS는 길이가 보장되는 어느 시간 구간에도 위치할 수 있지만 DRS의 첫 번째 서브프레임에는 반드시 SSS가 포함되어 있어야 한다. 따라서 특정 기지국 관점에서 해당 기지국이 전송하는 DRS의 첫 번째 서브프레임은 전송 프레임 내에서 서브프레임#0이나 서브프레임#5에 위치하는 것이 자연스럽다. 반면에 단말 관점에서는 단말이 서로 다른 동기를 가지는 것이 가능한 기지국들의 DRS를 측정해야 하기 때문에 모든 DRS가 단말이 접속한 기지국에 대한 서브프레임#0이나 서브프레임#5에 위치한다고 가정할 수 없다.
이제 단말이 도 5와 같은 DRS의 위치를 확인하면 단말은 DRS의 첫 번째 OFDM 심볼에 존재하는 PSS(560) 및 SSS(550)를 통하여 해당 DRS를 측정하는 시간/주파수 동기를 확인하고 해당 동기에 맞춰 3ms 내의 시간 구간에 존재하는 CRS(540)및 CSI-RS의 하향링크 수신 전력을 측정한 후 해당 값을 접속한 기지국으로 보고한다.
LTE-A 시스템에서의 DMTC의 주기/오프셋 설정과 DRS의 전송 과정 및 단말의 DRS 측정/보고 과정은 LTE-A 시스템에 면허 대역에서 서비스 된다는 가정으로 설계되었다. 즉 LTE-A 시스템에서 특정 주파수 영역에서 LTE-A 시스템이 도입되면 해당 주파수 영역은 LTE-A 시스템만이 사용하는 면허대역(licensed band)에 포함되어 LTE-A만 서비스되고 다른 시스템으로부터의 예측 불가능한 간섭은 발생하지 않는다는 가정으로 설계된 것이다. 따라서 기존 LTE-A 시스템에서 기지국들이 DRS를 특정 주기로 설정하여 전송하면 해당 네트워크 내에서 기지국과 단말은 설정된 주기에서 일정 구간 동안 매번 DRS를 안정적으로 전송하고 수신할 수 있다.
하지만 LTE-A 시스템이 누구나 무료로 사용할 수 있는 혹은 타 전송 기기와 함께 사용할 수 있는 주파수 대역인 비면허 대역(unlicensed band)에서도 동작이 가능하도록 하여 추가의 주파수를 확보한 후 시스템의 전체 용량을 증대하도록 하는 방안을 고려해 볼 수 있다.
도 6은 비면허 대역에서 LTE-A 시스템이 사용하는 무선 통신 자원을 도시한 도면이다.
도 6에 따르면, LTE-A 시스템이 동작하는 특정 주파수가 비면허 대역에 포함되어 LTE-A 시스템이 동작을 수행하면, LTE-A 시스템은 서브프레임 #0 부터 #2까지(600), 서브프레임 #8부터 서브프레임 #9까지(620)를 사용할 수 있으나 비면허 대역을 공유하여 사용하고 있는 와이파이(Wi-Fi)를 사용하는 무선 통신 기기나 이 외의 무선 통신 기기들의 전송 또는 비면허 대역에 대한 사용 규제 사항에 의하여 서브프레임 #3부터 서브프레임 #7까지(610)와 같이 LTE-A의 일부 서브프레임들이 사용될 수 없는 상황이 발생할 수도 있게 된다. 또한 해당 사용할 수 없는 서브프레임들이 DRS나 동기 신호 및 시스템 정보와 같이 중요한 신호가 전송되어야 하는 위치가 될 수도 있다.
설명한 바와 같이 현재 LTE-A 시스템은 항상 면허 대역에서만 동작한다는 가정을 하고 설계되었으나, 향후에는 일부 사용 주파수로 비면허 대역에서 시스템이 동작하는 것을 가능하도록 하여 추가의 주파수를 확보한 후 LTE-A 시스템의 전체 용량을 증대하도록 하는 기지국 및 단말 동작을 고려해볼 수 있을 것이다. 따라서 본 발명에서는 LTE-A 시스템에서 비면허 대역을 사용할 경우, 특정 단말이 비면허 대역에서 데이터 서비스를 받도록 설정되어 타 무선 통신 기기들로 인한 간섭 또는 주파수 규제 사항의 규제로 DRS나 동기 신호 등 주기적으로 전송되도록 설계된 기존의 신호를 일정한 주기로 전송할 수 없는 경우 이를 최대한 효율적으로 활용할 수 있게 하는 기지국의 채널 감지 및 신호 전송 방법을 제안한다.
표 1은 비면허 대역을 공유하여 사용하는 신호 전송 기기들이 만족해야 할 전송 전 감지 (Listen-before-talk, LBT) 국제 규제 사항을 나타낸다. ETSI의 국제 규제에서는 기기들이 전송을 수행하기 전에 최소 20 μs 단위로 N번의 채널 감지를 수행해야 하고, 각 기기는 이 N번의 채널 감지에서 모두 해당 비면허 채널에서 감지되는 에너지가 규제에서 미리 정해진 값 이하로 채널이 현재 사용되지 않고 있다고 판단되어야 전송을 수행할 수 있다. 또한 N번의 채널 감지 구간에서 해당 기기는 채널을 사용하지 않고 채널 감지만을 수행해야 한다. 상기 채널 감지의 수행 단위를 CCA (clear channel assessment)라 부르고 N번의 CCA 수행을 확장된 CCA (extended CCA, ECCA)라 부른다. 보다 자세한 내용은 ETSI 규제 문서를 참조한다.
[표 1]
Figure PCTKR2015013145-appb-I000001
표 1에 따른 규제 요구사항을 만족하는 전송 기기는 특정 q값에 대하여 다음과 같은 동작을 수행한다:
?- 비 면허 대역에서 동작하는 어떤 기기는 전송 전 최소 N x 20μs 동안 ECCA를 수행한다.
?- 또한 해당 기기는 ECCA 구간 동안 채널을 사용하지 않도록 전송을 중단한다.
?- 특정 ECCA가 시작할 때 N값은 1부터 q사이에서 랜덤하게 결정되고 카운터에 저장된다.
?- 특정 ECCA 구간에서 매번의 CCA 수행에서 채널이 사용되지 않는다고 판단되면 카운터에 저장된 값을 1 감소시킨다.
?- 카운터가 0에 저장된 값이 0이 되었을 때 해당 기기는 채널을 점유하여 전송을 수행한다.
?- 특정 기기가 한번에 최대로 채널을 사용할 수 있는 시간은 (13/32) x q ms (q는 4와 32 사이의정수)로 정해져 있으며 해당 최대 사용 시간 이후에는 다시 ECCA를 수행하여야 한다.
도 7은 비면허 대역에서 동작하는 전송 기기의 채널 사용 시간과 ECCE 시간(비전송 시간)을 도시한 도면이다.
도 7에 따르면, 비면허 대역에서 동작하는 전송 기기는 최대 (13/32) x q ms 의 시간 구간 동안 채널을 사용하면 다시 랜덤하게 결정된 N을 생성한 후 새로운 ECCA를 수행하여야 한다. 그리고 각 ECCA 시간은 매번 새롭게 생성되는 N 값과 다른 전송 기기들의 채널 사용에 의하여 그 길이가 변하게 된다.
따라서 기존에 면허 대역에서의 동작을 가정한 LTE-A 시스템과 달리 LTE-A 시스템이 비면허 대역에서 규제 요구사항을 만족시키며 동작하도록 하려면, q 값에 의하여 결정되는 최대 전송 시간을 정의하여야 하며 특정 최대 전송 시간 이후에는 반드시 전송을 중지하고 상기 ECCA 동작을 수행하도록 하는 비전송 구간도 정의되어야 한다. 또한 상기 설명한 바와 같이 기존 LTE-A 시스템은 서브프레임 단위로 데이터 전송이 발생하고 전송을 제어할 수 있는 최소 시간 단위가 OFDM 심볼 구간과 같기 때문에 최소한의 구현 변경을 통하여 비면허 대역에서 LTE-A 시스템이 동작하도록 하기 위해서는 상기 비전송 구간과 최대 전송 시간이 현재 LTE-A의 서브프레임 시간 구간 및 OFDM 심볼 구간에 적합하도록 설계될 필요가 있다. 앞으로 본 특허에서는 비면허 대역에서 동작하도록 설계된 LTE-A 시스템을 LTE-U (LTE unlicensed) 시스템이라 칭하도록 한다.
기존 LTE-A 시스템의 전송 프레임은 10개의 서브프레임을 포함하고 하나의 서브프레임 시간 구간은 1ms 로 정의된다. 그러므로 q를 23 또는 24로 설정하면 규제 요구사항에 따라 비면허 대역에서 전송 기기들이 최대로 채널을 사용할 수 있는 시간은 각각 9.34375ms 또는 9.75ms가 된다. q를 23 또는 24로 설정한 LTE-U 시스템에서는 9개의 서브프레임만 최대로 전송을 수행하여 9ms 동안 채널을 점유한 후 나머지 1ms에서 ECCA 동작을 포함한 비면허 대역에서만의 동작을 수행하도록 하여 전체 10ms의 전송 프레임 구조를 이루도록 시스템을 설계할 수 있다. 또는 q를 11 또는 12로 설정하면 규제 요구사항에 따라 비면허 대역에서 전송기기들이 최대로 채널을 사용할 수 있는 시간은 각각 4.46875ms 또는 4.875ms 가 된다. Q를 11 또는 12로 설정한 LTE-U 시스템에서는 4개의 서브프레임만 최대로 전송을 수행하여 4ms 동안 채널을 점유한 후 나머지 1ms 에서 ECCA 동작을 포함한 비면허 대역에서만의 동작을 수행하도록 시스템을 설계하여 이를 두 번 반복하여 전체 10ms 의 전송 프레임 구조를 이루도록 시스템을 설계할 수 있다.
도 8a은 q를 23 또는 24로 설정하여 9개의 서브프레임을 최대 채널 사용 구간으로 사용하도록 설계된 LTE-U 시스템의 프레임 구조를 도시한 도면이다.
도 8a은 특정 LTE-U 기지국 주변에서 동작하고 있는 다른 비면허 대역의 전송기기들의 간섭이 발생하는 구간이 적거나 없어서 ECCA 동작이 1ms 이하인 경우를 가정한 상황이다. LTE-U 기지국은 서브프레임 #9 (800)에서 ECCA 동작을 수행한 후 채널을 사용할 수 있는 상황이 되면 즉시 채널을 점유하기 위하여 점유 신호(820, reservation signal)를 전송한 후 서브프레임 #0의 타이밍이 되면 이후 9개의 서브프레임 동안 채널 사용 구간(810)으로 기존 LTE-A와 같은 물리계층 구조를 사용하여 RS, 제어 채널 및 데이터 채널 등을 전송한다. 이 후 상기 규제 사항에 의하여 전송을 중단하고 다시 서브프레임 #9 (801)에서 ECCA 동작을 수행하는 등 같은 동작을 반복할 수 있다.
도 8b는 q를 11 또는 12로 설정하여 4개의 서브프레임을 최대 채널 사용 구간으로 사용하도록 설계된 LTE-U 시스템의 프레임 구조를 도시한 도면이다.
LTE-U 기지국은 서브프레임 #9 (850)에서 ECCA 동작을 수행한 후 채널을 사용할 수 있는 상황이 되면 즉시 채널을 점유하기 위하여 점유 신호(860)를 전송한 후 서브프레임 #0의 타이밍이 되면 이후 4개의 서브프레임 동안 채널 사용 구간(870)으로 기존 LTE-A와 같은 물리계층 구조를 사용하여 RS, 제어 채널 및 데이터 채널 등을 전송한다. 이 후 상기 규제 사항에 의하여 전송을 중단하고 다시 서브프레임 #4 (801)에서 ECCA 동작을 수행한 후 점유 신호(861)를 전송한 후 서브프레임 #5의 타이밍이 되면 이후 4개의 서브프레임 동안 채널 사용 구간(871)로 RS, 제어 채널 및 데이터 채널 등을 전송한다. 이후 같은 동작을 반복할 수 있다.
도 8a나 도 8b와 같이 LTE-U에서 ECCA를 수행하는 경우에 ECCA의 구간 길이는 상기 ECCA 과정에서 기술된 최소한의 ECCA 시간보다는 길도록 설정된 최소 OFDM 심볼 개수의 길이에 대응되도록 설정될 수 있다. 또한 상기 도 8에 나타난 점유 신호는 기존 LTE-A에서 정의된 물리계층 신호의 일부 또는 전체와 같은 형태일 수도 있고 LTE-U에서의 채널 점유를 위하여 별도로 설계된 신호일 수도 있다.
도 8은 LTE-U의 전송 프레임 구조가 항상 한 개의 서브프레임에서 ECCA 및 채널 점유(reservation) 동작을 수행하여 상기 비면허 대역의 규제 사항을 만족할 수 있다는 가정으로 표현된 것이다. 하지만 비면허 대역에서는 특정 LTE-U 기지국이 사용하는 채널을 공유하여 사용하고 있는 와이파이(Wi-Fi)를 사용하는 무선 통신 기기나 이 외의 무선 통신 기기들이 존재하므로 ECCA 및 채널 점유 구간이 한 개의 서브프레임 이상을 차지하는 경우도 발생한다.
도 9는 LTE-U 기지국의 전송 및 채널 감지를 수행하는 상황을 도시한 도면이다.
도 9에 따르면, 기지국은 전송 초기에는 도 8a에서의 상황과 같이 서브프레임 #9(910)에서 ECCA 및 채널 점유 동작을 수행하고 서브프레임 #0부터 #8까지는 LTE-A와 같은 전송을 수행해 간다. 하지만 특정 ECCA 구간에서 다른 기기의 전송이 발생하여 상기 규제 사항에 따라 서브프레임 #0(900)에서도 ECCA를 연속하여 수행해야 하는 상황이 발생할 수 있다. 이러한 상황이 발생한 후에는 앞서 서술한 LTE-U 전송 방법에 따라 9개의 서브프레임을 LTE 시스템 전송을 위해 사용하고 다음 하나의 서브프레임에서 ECCA 및 채널 점유 동작을 수행하면 ECCA 및 채널 점유 동작을 수행하는 구간이 연속하여 서브프레임 #0(901, 902 및 903)에서 발생하게 된다. 이러한 상황에서는 서브프레임 #0에 포함되는 PSS 및 SSS가 연속적으로 전송되지 못하게 되고, 이는 해당 LTE-U 기지국에 접속해 있는 단말들이 동기를 획득하는데 문제를 발생시키게 된다. 이러한 문제점은 도 8b에서의 상황과 같이 4개의 서브프레임을 LTE 시스템에 따른 신호 전송을 위해 사용하는 경우에도 기지국이 서브프레임 #0과 #5에서 ECCA 및 채널 점유 동작을 수행할 경우 동일하게 발생할 수 있다.
도 9의 서브프레임 #0(900)에서의 ECCA 및 채널 점유 동작 수행과 PSS 및 SSS 전송이 충돌하는 상황은 비면허 대역에 대한 규제로부터 발생하는 상황이기 때문에 피할 수 없으나, 이 후 연속적으로 서브프레임 #0을 ECCA 및 채널 점유 동작을 수행하는 구간으로 사용하는 상황은 기지국이 ECCA 타이밍 및 전송 타이밍을 조정하여 피하는 것이 가능하다. 아래는 기지국이 ECCA 및 전송 타이밍을 조절하는 구체적인 방법에 대해 서술한다.
도 10은 도 9의 문제점을 해결해 PSS 및 SSS 등의 중요한 신호들을 보호하기 위한 첫 번째 실시예 를도시한 도면이다.
도 10의 방법은 ECCA 타이밍을 해당 중요한 신호가 전송되는 서브프레임 앞으로 당겨주는 것이다. 비록 해당 LTE-U 기지국에서 사용 가능한 최대 채널 사용 시간이 1ms 이상 남아있다 하더라도 LTE-U 기지국은 서브프레임 #9(1000)에서 미리 ECCA 및 채널 점유 동작을 수행함으로써 해당 LTE-U 기지국이 규제를 위반하지 않고 동작하면서도 이후 ECCA 및 채널 점유 동작이 PSS 및 SSS 전송과 연속적으로 충돌하는 상황은 피하도록 할 수 있다. 즉 LTE-U 기지국에서 도 9의 동작과 같이 주어진 최대 채널 사용시간을 항상 최대한 사용하는 동작과 달리, 도 10의 새로운 동작을 수행하면 서브프레임#0(902)에서의 PSS 및 SSS 전송 동작이 자연스럽게 보호될 수 있게 된다.
다시 정리하면 상기 도 10의 새로운 동작에서 LTE-U 기지국은 특정 ECCA 및 채널 점유 구간의 마지막 서브프레임(서브프레임 #0, 900)이 PSS 및 SSS가 전송되는 서브프레임과 충돌함을 확인하면 해당 특정 ECCA 및 채널 점유 구간 이후에 주어진 최대 채널 사용 시간을 모두 사용하여 전송을 수행하지 않고 일정 시간 (예를 들면 1ms) 앞당겨 전송을 중단한 후 다음 ECCA 및 채널 점유 동작을 수행하여(서브프레임 #9, 1001) 다음 PSS 및 SSS가 전송되는 서브프레임(서브프레임 #0, 902)과의 충돌을 예방한다. 도 10의 예시에서는 LTE-U 기지국이 ECCA 및 채널 점유 동작을 1ms 앞당겨 수행하는 것을 가정하지만 본 발명에서는 이에 한정하지 않고 LTE-U 기지국이 상기 상황에서 ECCA 및 채널 점유 동작을 이전 PSS 및 SSS가 전송되는 서브프레임#5 이후인 1ms에서 4ms까지 앞당겨 수행하는 것이 모두 가능하다. 이러한 방법은 도 8b와 같이 같이 4개의 서브프레임을 LTE 시스템에 따른 신호 전송을 위해 사용하는 경우에도 기지국이 서브프레임 #0과 #5에서 ECCA 및 채널 점유 동작을 수행할 경우 계속 서브프레임 #0 및 #5에서 ECCA 및 채널 점유 동작을 수행하는 것을 막기 위해 동일하게 사용할 수 있다.
도 11은 도 9의 문제점을 해결해 PSS 및 SSS 등의 중요한 신호들을 보호하기 위한 두 번째 실시예를 도시한 도면이다.
도 11에 따르면, 이전 ECCA 및 채널 점유 타이밍이 언제 끝나고 채널 사용을 시작했느냐에 무관하게 LTE-U 기지국은 고정된 서브프레임 번호(예를 들면 서브프레임 #9, 1102 및 1104)에서는 항상 채널 사용을 중단하고 ECCA 및 채널 점유 동작을 수행하여 이 후 PSS 및 SSS 등의 전송이 ECCA 채널 점유 동작과 충돌하지 않도록 할 수도 있다. 도 11의 예시에서는 서브프레임 #9에서 항상 ECCA 및 채널 점유 동작이 수행되는 것으로 나타내었지만 본 발명에서는 이에 한정하지 않고 LTE-U 기지국은 PSS 및 SSS가 전송되는 서브프레임 #0과 #5를 제외한 모든 서브프레임을 고정된 ECCA 및 채널 점유 동작 타이밍으로 사용 가능하다. 도 11의 방법은 상기 첫 번째 방법에 비하여 전송을 중단하고 ECCA 및 채널 점유 동작을 더 자주 수행하게 되므로 자원 활용 측면에서 약점을 가지지만, 반대로 항상 고정된 ECCA 및 채널 점유 동작 시작 타이밍을 두어 단말이 별도의 전송 중단을 확인할 필요 없이 ECCA 및 채널 점유 동작이 시작하는 타이밍을 알 수 있다는 장점이 존재한다. 이러한 방법은 도 8b와 같이 4개의 서브프레임을 LTE 시스템에 따른 신호 전송을 위해 사용하는 경우에도 기지국이 서브프레임 #9과 #4에서 ECCA 및 채널 점유 동작을 수행하도록 정하는 방법으로 적용될 수 있다.
도 12는 상기 도 9의 문제점을 해결해 PSS 및 SSS 등의 중요한 신호들을 보호하기 위한 세 번째 실시예를 도시한 도면이다.
도 12에 따르면, 이 방법은 도 11 의 실시예의 약점은 보완하고 장점을 보존하기 위한 방법으로 이전 ECCA 및 채널 점유 동작 타이밍이 언제 끝나고 채널 사용을 시작했느냐에 따라 서브프레임 #m 에서 다음 ECCA 및 채널 점유 동작 타이밍을 시작할지 아니면 서브프레임 #(m+5)에서 다음 ECCA 및 채널 점유 동작 타이밍을 시작할지를 결정하는 방법이다. PSS 및 SSS는 서브프레임 #0과 #5에서 전송되기 때문에 해당 두 개의 서브프레임은 ECCA 및 채널 점유 동작과 충돌하지 않도록 보호되어야 한다는 점을 고려하면, 특정 ECCA 및 채널 점유 동작 구간의 마지막 서브프레임이 #9, #0(1200), #1, #2, 또는 #3 중의 하나에 해당되면, LTE-U 기지국은 다음 ECCA 및 채널 점유 동작을 항상 다음 서브프레임 #9(1201)에서 수행하고, 특정 ECCA 및 채널 점유 동작 구간의 마지막 서브프레임이 #4(1202), #5, #6, #7 또는 #8 중의 하나에 해당되면 LTE-U 기지국은 다음 ECCA 및 채널 점유 동작을 항상 다음 서브프레임 #4(1203)에서 수행하도록 할 수 있다. 도 12와 같은 상기 방법을 사용하면 ECCA 및 채널 점유 동작 타이밍 이후 채널 사용 구간을 항상 5ms - 9ms 사이에서 유지할 수 있으며 동시에 PSS 및 SSS의 전송 타이밍과 ECCA 및 채널 점유 동작 타이밍의 연속된 충돌을 피할 수 있다.
도 13은 도 9의 문제점을 해결해 PSS 및 SSS 등의 중요한 신호들을 보호하기 위한 네 번째 실시예를 도시한 도면이다.
도 13에 따르면, LTE-U 기지국의 특정 ECCA 및 채널 점유 동작 구간의 마지막 서브프레임(서브프레임 #0, 900)이 PSS 및 SSS 전송과 충돌하는 것으로 확인되면 LTE-U 기지국은 ECCA 및 채널 점유 동작을 추가로 하나 또는 그 이상의 서브프레임 동안 더 연장하여 수행해 (즉 서브프레임 #1(1300)까지 수행) 다음 최대 채널 사용 이후에는 PSS 및 SSS 전송이 ECCA 및 채널 점유 동작과 충돌하지 않도록 할 수 있다. 도 13의 방법도 PSS 및 SSS 전송과 ECCA 및 채널 점유 동작이 충돌하지 않도록 하는 간단한 방법이지만, 아래에 설명할 DRS와 ECCA 및 채널 점유 동작의 연속 충돌을 방지하는 방법으로 사용되기 힘든 약점이 있다.
도 14는 LTE-U 기지국의 전송 및 채널 감지 동작을 수행하는 상황을 도시한 도면이다.
전송 초기에는 도 8에서의 상황과 같이 LTE-U 기지국은 서브프레임 #9에서 ECCA 및 채널 점유 동작을 수행하고 서브프레임 #0부터 #8까지는 LTE-A와 같은 전송을 수행해 간다. 하지만 특정 ECCA 구간에서 다른 기기의 전송이 발생하여 규제 사항에 따라 서브프레임 #0과 서브프레임 #1(1400)에서도 ECCA를 연속하여 수행해야 하는 상황이 발생할 수 있다. 이 때 서브프레임 #0에서 PSS 및 SSS는 전송될 수 없다. 이러한 상황이 발생한 후에는 LTE-U 전송 방법에 따라 9개의 서브프레임을 전송을 위해 사용하고 다음 하나의 서브프레임에서 ECCA 및 채널 점유 동작을 수행하는 동작을 지속하면 ECCA 채널 점유 동작을 수행하는 구간이 해당 LTE-U 기지국의 DRS 전송 구간(1420)과 겹치는 서브프레임 #1(1402. 1410)이 발생한다. 이러한 상황에서는 DRS 구간 내의 일부 기준 신호가 전송되지 못하게 되므로 해당 LTE-U 기지국에 접속해 있는 단말들뿐만 아니라 주변 기지국에 접속해 있는 단말들의 DRS 측정에도 문제가 발생하게 된다.
도 14의 PSS 및 SSS 전송과 ECCA 및 채널 점유 동작이 충돌하는 상황은 비면허 대역에 대한 규제로부터 발생하므로 피할 수 없는 문제이지만, 이 후 DRS 구간과 ECCA 및 채널 점유 동작의 충돌이 발생하는 상황은 ECCA 및 채널 점유 동작의 타이밍을 조정하여 피하는 것이 가능하다.
도 15는 도 14의 문제점을 해결해 DRS 전송을 보호하기 위한 첫 번째 실시예를 도시한 도면이다.
도 15에 따르면, 첫 번째 방법은 ECCA 및 채널 점유 동작 타이밍을 해당 DRS가 전송되는 서브프레임 앞으로 당겨주는 것이다. 비록 해당 LTE-U 기지국에서 사용 가능한 최대 채널 사용 시간이 남아있다 하더라도 서브프레임 #9(1500)에서 미리 ECCA 및 채널 점유 동작을 수행함으로써 해당 LTE-U 기지국이 규제를 위반하지 않고 동작하면서도 이후 ECCA 및 채널 점유 동작이 DRS 전송과 충돌하는 상황은 피하도록 할 수 있다. 도 14의 기본 동작과 같이 주어진 최대 채널 사용시간을 항상 최대한으로 사용하는 동작과 달리, 도 15의 새로운 동작을 따라 LTE-U 기지국이 ECCA 및 채널 점유 동작을 수행하면 서브프레임#0, #1, #2에서의 DRS 전송 동작들이 자연스럽게 보호될 수 있게 된다.
다시 정리하면 도 15의 새로운 동작에서 LTE-U 기지국은 특정 ECCA 및 채널 점유 동작 구간이 DRS가 전송되는 서브프레임과 충돌할 수 있음을 확인하면 최대 채널 사용 시간을 모두 사용하여 전송을 수행하지 않고 DRS 전송이 발생하는 이전 몇 서브프레임 전에 앞당겨 전송을 중단 한 후 미리 다음 ECCA 및 채널 점유 동작을 수행하여 다음 DRS가 전송되는 구간과의 충돌을 예방한다. 도 15의 예시에서는 ECCA 및 채널 점유 동작을 DRS 전송구간 바로 앞 서브프레임에서 앞당겨 수행하는 것을 가정하지만 본 발명에서는 이에 한정하지 않고 LTE-U 기지국이 상기 상황에서 ECCA 및 채널 점유 동작을 DRS 전송과 충돌하지 않는 한도까지 앞당겨 수행하는 것도 가능하다.
설명한 바와 같이 DRS의 첫 번째 서브프레임은 SSS를 포함해야 하기 때문에 서브프레임 #0이나 서브프레임 #5에 위치하는 것이 자연스럽다. 그러므로 PSS 및 SSS 전송과 ECCA 및 채널 점유 동작의 연속된 충돌을 피하는 도 9의 문제점을 해결하기 위한 LTE-U 기지국 동작의 첫 번째, 두 번째 및 세 번째 실시예는 그대로 DRS와의 충돌을 피하기 위한 방법으로 사용될 수도 있을 것이다. 즉 DRS 또는 PSS 및 SSS와 같이 중요한 신호들을 보호하기 위하여 특정 주기와 오프셋을 가지는 서브프레임에서는 최대 채널 사용 시간이 남아있더라도 항상 ECCA 및 채널 점유 동작을 수행하도록 하여 해당 중요한 신호들과의 충돌을 방지하는 것이 가능하다는 것이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 기지국의 내부 구조를 도시하는 블럭도이다.
도 16을 참조하면, 기지국은 제어부(1600)와 통신부(1603)로 구성된다. 제어부(1600)는 기지국을 구성하는 모든 구성의 상태 및 동작을 제어한다. 구체적으로, 제어부(1600)는 단말의 채널 추정을 위한 DRS 등의 자원을 단말에게 할당하고 채널 측정값 보고에 대한 구체적인 정보를 단말에게 할당한다. 이를 위해 제어부(1600)는 자원 할당부(1601)를 더 구비할 수 있다. 또한 제어부(1600)는 비면허 대역에 대한 규제 사항을 만족하기 위하여 채널 감지를 통해 채널의 사용 가능 여부를 판단하고 DRS, PSS 및 SSS가 전송되는 자원을 고려하여 ECCA 채널 점유 동작을 수행할 타이밍을 결정한다. 상기 채널의 사용 가능 여부를 판단하기 위하여 제어부(1600)는 채널 감지부(1602)를 더 구비할 수 있다. 즉, 자원 할당부(1601)는 단말로 다양한 채널 측정 자원을 할당하고 채널 측정 및 보고를 위하여 필요한 추가 정보를 할당하고, 채널 감지부(1602)는 상기 실시예에 따라 결정된 ECCA 타이밍에서 채널을 감지하여 채널의 사용 가능 여부를 판단하는 역할을 한다.
통신부(1603)는 단말로 데이터, 제어 정보, 기준 신호, 자원 할당 정보 및 PSS, SSS 및 DRS 등을 송수신하는 기능을 수행한다. 여기서 통신부(1603)는 제어부(1600)의 제어하에 할당된 자원을 통해 DRS, PSS 및 SSS 등의 신호를 단말로 전송하고, 단말로부터 채널 정보를 수신할 뿐만 아니라, 비면허 대역의 채널 사용 여부를 감지하기 위하여 다른 전송기기로부터의 신호를 수신하는 역할도 한다.
위에서는 제어부(1600)과 자원 할당부(1601) 및 채널감지부(1602)가 별도의 블록으로 구성되었다고 도시하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 자원 할당부(1601) 및 채널감지부(1602)가 수행하는 기능을 제어부(1600)가 모두 수행할 수도 있다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 단말의 내부 구조를 도시하는 블럭도이다.
도 17을 참조하면, 단말은 통신부(1700)와 제어부(1701)로 구성된다. 통신부(1700)는 외부(일례로 기지국)로부터 DRS, PSS 및 SSS 및 제어 정보, 데이터를 송신 또는 수신하는 기능을 수행한다. 여기서 통신부(1700)는 제어부(1701)의 제어 하에 수신전력 정보 및 피드백 정보를 기지국으로 전송할 수 있다.
제어부(1701)는 단말을 구성하는 모든 구성 요소들의 상태 및 동작을 제어한다. 구체적으로 제어부(1701)는 기지국으로부터 전송되는 PSS 및 SSS를 수신하여 시간/주파수 동기를 획득하고, 할당 받은 정보에 DRS의 수신전력 정보 등을 생성한다. 또한 제어부(1701)는 기지국으로부터 할당 받거나 정해진 타이밍에 따라 생성한 채널 정보를 기지국으로 보고하도록 통신부(1700)를 제어한다. 이를 위해 제어부(1701)는 채널 추정부(1702)를 포함하여 구성될 수 있다.
채널 추정부(1702)는 기지국으로부터 수신되는 DRS 및 관련 자원 할당 정보를 통해 필요한 채널을 추정하고 수신전력 정보 및 피드백 정보를 생성한다.
도 17에서는 단말이 통신부(1700)와 제어부(1701)로 구성된 예를 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 단말에서 수행되는 기능에 따라 다양한 구성들을 더 구비할 수 있다. 예를 들어 단말은 단말의 현 상태를 표시하는 표시부, 사용자로부터 기능 수행 등과 같은 신호가 입력되는 입력부, 단말에 생성된 데이터들을 저장하는 저장부 등을 구비할 수 있다. 또한 위에서는 제어부(1701)와 채널 추정부(1702)가 별도의 블록으로 구성되었다고 도시하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 채널 추정부(1702)가 수행하는 기능을 제어부(1701)가 수행할 수도 있다.

Claims (14)

  1. 비면허 대역 (unlicensed band) 을 사용하는 기지국이 채널 감지 및 채널 점유 동작을 수행하는 방법에 있어서,
    채널 감지 및 채널 점유 동작이 수행되는 구간이 주 동기 신호 (primary synchronization signal, PSS) 및 부 동기 신호 (secondary synchronization signal, SSS) 가 전송되는 서브프레임 (subframe) 또는 디스커버리 기준 신호 (discovery reference signal) 이 전송되는 구간과 충돌하는지 판단하는 과정; 및
    상기 충돌이 발생할 경우, 다음 채널 감지 및 채널 점유 동작을 어느 서브프레임에서 수행할지 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 채널 감지 및 채널 점유 동작 수행 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    최대 채널 사용 시간보다 작은 제 1 시간 동안 채널을 사용하는 과정; 및
    상기 채널 사용 후 상기 결정에 따라 제 1 서브프레임에서 상기 다음 채널 감지 및 채널 점유 동작을 수행하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 채널 감지 및 채널 점유 동작 수행 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 최대 채널 사용 시간이 9ms 인 경우 상기 제 1 시간은 8ms, 7ms 또는 6ms 이고,
    상기 최대 채널 사용 시간이 4ms 인 경우 상기 제 1 시간은 3ms 또는 2ms 인 것을 특징으로 하는 채널 감지 및 채널 점유 동작 수행 방법.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 최대 채널 사용 시간이 9ms일 경우 상기 제 1 서브프레임은 9번 서브프레임 또는 4번 서브프레임이고, 상기 최대 채널 사용 시간이 4ms 일 경우 상기 제 1 서브프레임은 4번과 9번 서브프레임인 것을 특징으로 하는 채널 감지 및 채널 점유 동작 수행 방법.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 채널 감지 및 채널 점유 동작이 수행되는 구간이 포함하는 마지막 서브프레임이 9번, 0번, 1번, 2번 또는 3번 서브프레임일 경우, 상기 제 1 서브프레임은 9번 서브프레임이고,
    상기 채널 감지 및 채널 점유 동작이 수행되는 구간이 포함하는 마지막 서브프레임이 4번, 5번, 6번, 7번 또는 8번 서브프레임일 경우, 상기 제 1 서브프레임은 4번 서브프레임인 것을 특징으로 하는 채널 감지 및 채널 점유 동작 수행 방법.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 다음 채널 감지 및 채널 점유 동작을 수행 후 상기 최대 채널 시간 동안 채널을 사용하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 채널 감지 및 채널 점유 동작 수행 방법.
  7. 채널 감지 및 채널 점유 동작을 수행하는 비면허 대역(unlicensed band)을 사용하는 기지국에 있어서,
    신호를 송수신하는 송수신부; 및
    채널 감지 및 채널 점유 동작이 수행되는 구간이 주 동기 신호 (primary synchronization signal, PSS) 및 부 동기 신호 (secondary synchronization signal, SSS) 가 전송되는 서브프레임 (subframe) 또는 디스커버리 기준 신호 (discovery reference signal) 이 전송되는 구간과 충돌하는지 판단하고, 상기 충돌이 발생할 경우, 다음 채널 감지 및 채널 점유 동작을 어느 서브프레임에서 수행할지 결정하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 제어부는,
    최대 채널 사용 시간보다 작은 제 1 시간 동안 채널을 사용하고, 상기 채널 사용 후 상기 결정에 따라 제 1 서브프레임에서 상기 다음 채널 감지 및 채널 점유 동작을 더 수행하는 것을 특징으로 하는 기지국.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 최대 채널 사용 시간이 9ms 인 경우 상기 제 1 시간은 8ms, 7ms 또는 6ms 이고,
    상기 최대 채널 사용 시간이 4ms 인 경우 상기 제 1 시간은 3ms 또는 2ms 인 것을 특징으로 하는 기지국.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 최대 채널 사용 시간이 9ms일 경우 상기 제 1 서브프레임은 9번 서브프레임 또는 4번 서브프레임이고, 상기 최대 채널 사용 시간이 4ms 일 경우 상기 제 1 서브프레임은 4번과 9번 서브프레임인 것을 특징으로 하는 기지국.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 채널 감지 및 채널 점유 동작이 수행되는 구간이 포함하는 마지막 서브프레임이 9번, 0번, 1번, 2번 또는 3번 서브프레임일 경우, 상기 제 1 서브프레임은 9번 서브프레임이고,
    상기 채널 감지 및 채널 점유 동작이 수행되는 구간이 포함하는 마지막 서브프레임이 4번, 5번, 6번, 7번 또는 8번 서브프레임일 경우, 상기 제 1 서브프레임은 4번 서브프레임인 것을 특징으로 하는 기지국.
  12. 제 7항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 다음 채널 감지 및 채널 점유 동작을 수행 후 상기 최대 채널 시간 동안 채널을 더 사용하는 것을 특징으로 하는 기지국.
  13. 비면허 대역 (unlicensed band) 을 사용하는 단말이 채널을 사용하는 방법에 있어서,
    최대 채널 사용 시간보다 작은 제 1 시간 동안 채널을 사용하는 과정; 및
    제 1 서브프레임 후 최대 채널 시간 동안 채널을 사용하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 채널 사용 방법.
  14. 채널을 사용하는 비면허 대역 (unlicensed band) 을 사용하는 단말에 있어서,
    신호를 송수신하는 송수신부; 및
    최대 채널 사용 시간보다 작은 제 1 시간 동안 채널을 사용하고, 제 1 서브프레임 후 최대 채널 시간 동안 채널을 사용하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말.
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