WO2016129728A1 - 밀리미터 웨이브를 지원하는 무선 접속 시스템에서 레이 스캐닝 수행 방법 및 장치 - Google Patents

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WO2016129728A1
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정재훈
한진백
이은종
김진민
노광석
이상림
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엘지전자 주식회사
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    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Definitions

  • the present invention relates to a wireless access system, and in particular, to detect site specific ray characteristic information inherent to a millimeter wave (mm Wave) link and to detect abundant resolvable ray. It relates to a method for transmitting and receiving a signal and an apparatus supporting the same.
  • mm Wave millimeter wave
  • Wireless access systems are widely deployed to provide various kinds of communication services such as voice and data.
  • a wireless access system is a multiple access system capable of supporting communication with multiple users by sharing available system resources (bandwidth, transmission power, etc.).
  • multiple access systems include code division multiple access (CDMA) systems, frequency division multiple access (FDMA) systems, time division multiple access (TDMA) systems, orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) systems, and single carrier frequency (SC-FDMA). division multiple access) system.
  • CDMA code division multiple access
  • FDMA frequency division multiple access
  • TDMA time division multiple access
  • OFDMA orthogonal frequency division multiple access
  • SC-FDMA single carrier frequency division multiple access
  • the present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an efficient data transmission / reception method in an mmWave system.
  • the present invention provides a signal transmission / reception method for detecting site specific ray characteristic information unique to a millimeter wave (mmWave) link and rich resolvable ray detection, and apparatuses for supporting the same.
  • mmWave millimeter wave
  • a method of performing a ray scanning operation by a terminal in a wireless access system supporting a millimeter wave technology includes receiving a synchronization signal for synchronizing with a base station and using a synchronization signal. The step of adjusting the oscillator, receiving a pilot signal having a different configuration pattern for each transmit antenna port from the base station and performing a ray scanning using the pilot signal.
  • the pilot signal may be configured to be repeatedly transmitted a predetermined number of times.
  • the pilot signal may be transmitted from all transmit antenna ports of the base station within the index period, and the pilot signal may be transmitted at a predetermined period.
  • the pilot signal is transmitted through one transmit antenna port, but the pilot signal may not be transmitted by the other transmit antenna port of the base station while transmitting the pilot signal through one transmit antenna port.
  • the method may further include acquiring a temporary cell identifier of a cell supported by the base station using a synchronization signal.
  • the terminal may perform cell specific ray scanning using the temporary cell identifier.
  • a terminal performing ray scanning in a wireless access system supporting a millimeter wave technology may include a reception module and a processor supporting ray scanning.
  • the processor receives a synchronization signal for synchronizing with the base station through the receiving mothers; Synchronize with the base station using the synchronization signal; Receiving a pilot signal having a different configuration pattern for each transmit antenna port from the base station by using the receiving modules; It may be configured to perform ray scanning using a pilot signal.
  • the pilot signal may be configured to be repeatedly transmitted a predetermined number of times.
  • the pilot signal may be transmitted from all transmit antenna ports of the base station within the index period, and the pilot signal may be transmitted with a predetermined period.
  • the pilot signal may be transmitted through one transmit antenna port, but the pilot signal may not be transmitted by the other transmit antenna port of the base station while transmitting the pilot signal through one transmit antenna port.
  • the processor is further configured to acquire a temporary cell identifier of a cell supported by the base station using the synchronization signal, and the terminal may perform cell specific layer scanning using the temporary cell identifier.
  • the data transmission and reception can be efficiently performed in the mm Wave system by using the present invention.
  • cell coverage can be improved over conventional ray scanning by providing a method of using a directional antenna for ray scanning in an mm wave system.
  • 1 is a diagram illustrating an example of an antenna port used in mm wave.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a cell radius that can be covered by the omnidirectional antenna and the directional antenna.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a cell radius that can be covered by the omnidirectional antenna and the directional antenna.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of an initial stage of reception range scanning for transmission beam scanning.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating one method of performing beam scanning at a transmitting end after a receiving lobe index is fixed at a receiving side.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a PAS distribution according to positions of transmission and reception terminals in a 60 GHz band.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of PAS distribution according to positions of transmission and reception terminals in a 28 GHz band.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the effect on the directional antenna in the mm Wave system.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a ray scanning method used in a tmnWave system.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a result of calculating auto correlation of a synchronization signal using 63 Zyoff-chu sequences.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a cell boundary according to ray scanning and pan-scanning in the mmWave system.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a configuration pattern for transmitting a pilot signal for each cell specific transmission antenna port in a mm Wave system.
  • 12 is a diagram illustrating an example of a pilot signal configuration pattern when a pilot signal for ray scanning is transmitted through the entire frequency band of the base station.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a method of transmitting a pilot signal for ray scanning through a partial band.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating one method of constructing a pilot signal for transmitting a pilot signal for ray scanning every M periods.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating one method of constructing a pilot signal for repeatedly transmitting a pilot signal M times per antenna port.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating an example of a PDP change and a sample collecting length while transmitting one pilot signal at a transmission antenna port.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating an example of a PDP change and a sample collecting length during repeated transmission of a pilot signal at a transmitting antenna port.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating AoA estimation for each transmit antenna port, and a relationship between an AoA histogram and an actual PAS. 19 illustrates an example of a configuration of a terminal device that can be used in embodiments of the present invention.
  • 20 illustrates an example of measuring received signal power per receiving antenna port and a method of classifying a transmission antenna port and measuring a delay value at each receiving antenna port.
  • the apparatus described with reference to FIG. 21 is a means by which the methods described with reference to FIGS. 1 through 20 may be implemented.
  • Embodiments of the present invention described in detail below provide a method for transmitting and receiving a signal for detecting position-specific line characteristic information unique to a millimeter wave link and rich analysis capable ray detection, and apparatuses for supporting the same.
  • the following embodiments combine the components and features of the present invention in a predetermined form. Each component or feature may be considered optional unless stated otherwise. Each component or feature may be embodied in a form that is not combined with other components or features. In addition, some components and / or features may be combined to form an embodiment of the present invention. The order of the operations described in the embodiments of the present invention may be changed. Some components or features of one embodiment may be included in another embodiment or may be replaced with corresponding components or features of another embodiment.
  • a base station is meant as a terminal node of a network that communicates directly with a mobile station. In some cases, it may be performed by an upper node of a base station [53], i.e., performed for communication with a mobile station in a network consisting of a plurality of network nodes including a base station. Various operations may be performed by a base station or other network nodes other than the base station.
  • a 'base station' may be replaced by terms such as a fixed station, a Node B, an eNode B (eNB), an advanced base station (ABS), or an access point.
  • a terminal may be a user equipment (UE), a mobile station (MS), a subscriber station (SS), or a mobile subscriber station (MSS). It may be replaced with terms such as Subscriber Station, Mobile Terminal, or Advanced Mobile Station (AMS).
  • UE user equipment
  • MS mobile station
  • SS subscriber station
  • MSS mobile subscriber station
  • AMS Advanced Mobile Station
  • the transmitting end refers to a fixed and / or mobile node that provides a data service or a voice service
  • the receiving end refers to a fixed and / or mobile node that receives a data service or a voice service. Therefore, in uplink, a mobile station may be a transmitting end and a base station may be a receiving end. Similarly, in downlink, a mobile station may be a receiving end and a base station may be a transmitting end.
  • Embodiments of the present invention may be supported by standard documents disclosed in at least one of IEEE 802.XX systems, 3rd Generation Partnership Project (3GPP) systems, 3GPP LTE systems, and 3GPP2 systems, which are wireless access systems, and in particular Embodiments of the present invention may be supported by 3GPP TS 36.211, 3GPP TS 36.212, 3GPP TS 36.213, 3GPP TS 36.321 and 3GPP TS 36.331 documents. That is, obvious steps or portions not described among the embodiments of the present invention may be described with reference to the above documents. In addition, all terms disclosed in this document may be described by the above standard document.
  • the Byr system may mean an LTE or LTE-A system
  • the mmWave system may mean a system supporting mm Wave in the LTE or LTE-A system. That is, the mmWave system refers to a wireless access system that supports the mmWave characteristics.
  • the term ray may refer to a unique signal or a cluster of unique signals generated in the mmWave link when beamforming is not performed.
  • 3GPP LTE / LTE-A system will be described as an example of a wireless access system in which embodiments of the present invention can be used.
  • CDMA code division multiple access
  • FDMA frequency division multiple access
  • TDMA time division multiple access
  • OFDMA orthogonal frequency division multiple access
  • SC-FDMA single carrier frequency division multiple access
  • CDMA may be implemented by a radio technology such as Universal Terrestrial Radio Access (UTRA) or CDMA2000.
  • TDMA may be implemented with a wireless technology such as Global System for Mobile communications (GSM) / General Packet Radio Service (GPRS) Enhanced Data Rates for GSM Evolution (EDGE).
  • GSM Global System for Mobile communications
  • GPRS General Packet Radio Service
  • EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution
  • OFDMA may be implemented with a radio technology such as IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802-20, Evolved UTRA (E-UTRA), or the like.
  • UTRA is a part of Universal Mobile Telecommunications System (UMTS).
  • 3GPP Long Term Evolution (LTE) is part of Evolved UMTS (E-UMTS) using E-UTRA, and employs OFDMA in downlink and SC-FDMA in uplink.
  • LTE-A (Advanced) system is an improved system of the 3GPP LTE system.
  • embodiments of the present invention will be described based on the 3GPP LTE / LTE-A system, but can also be applied to IEEE 802.16e / m system and the like.
  • Millimeter Wave The present invention relates to a method for transmitting and receiving signals for detecting site specific ray characteristic information and rich resolvable ray detection, and apparatuses supporting the mm wave link. Due to the existing short mm wave sal range, it is essential to perform beamforaiing for the antenna beam gain of the transmit / receive antenna. Therefore, beamforming based beam scanning has been proposed as mmWave scanning. However, these techniques have a disadvantage in that transmission / reception scanning delay is long due to overhead due to pan-scanning.
  • the ray scanning technique proposed in the present invention is effective in reducing a large overhead according to the beam scanning technique by detecting an inherent characteristic of the mm Wave environment.
  • the information due to the transmission and reception scanning of the terminal is not the characteristic information of the channel (for example, power delay profile (PDP) or power azimuth spectrum (PAS), etc.), so it is used for channel-specific information acquisition and use. can do.
  • PDP power delay profile
  • PAS power azimuth spectrum
  • FIG. 1 shows an example of an antenna port used in mmWave.
  • An antenna port is a virtual concept of a physical antenna.
  • the output to the antenna port must contain a reference signal (RS).
  • RS reference signal
  • the output to one logical antenna port can be viewed in units of antenna streams, including the RS, in which the UE detects the RS and estimates and receives the channel.
  • the physical antenna is composed of a separate mapping from the antenna port, and the mapping between the physical antenna and the antenna port is determined according to a vendor. Therefore, techniques for transmitting signals or data per antenna port have been considered without considering the problem of implementing the physical antenna.
  • Table 3 each row is shown in increasing order of codebook index from left to right.
  • Table 3 shows the case where ⁇ is 1, and when ⁇ is 2 to 4, refer to Table 5.3.3 A.2-3 to 5.3.3 A2-5 of the TS36.211 v12.3 standard.
  • a block z ⁇ (Q) Z (M mb -1) of complex symbols is a transmit power.
  • the amplitude scaling factor A> u must be multiplied by SCH and z ( 0) for the physical resource blocks for antenna port P. It is mapped to the starting sequence and allocated for PUSCH transmission.
  • the relationship between the index? And the antenna port p is given in Table 1 above.
  • the mapping for the resource element (*, /), which resides in the physical resource block for transmission, is mapped in increasing order of index I after index k, starting from the first slot of the corresponding subframe.
  • mapping for the resource element reciting on the physical resource bullock is (1) not used for transmission of the reference resource, and (2) if the UE transmits SRS in a specific subframe, the end of the corresponding subframe. Not mapped to an SC-FDMA symbol, and (3) if a PUSCH transmission overlaps partially or completely with a specific SRS bandwidth, it is not mapped to the last SC-FDMA symbol within a subframe consisting of that specific SRS, and (4) UE specific It is not mapped to the portion of the SC-FDMA symbol reserved for possible SRS transmissions within the aperiodic SRS subframe, and (5) if the UE is configured with multiple TAGs, then the possible SRS transmissions within the UE specific periodic SRS subframes within a particular serving cell It does not map to the part of the SC-FDMA symbol reserved for this purpose.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a cell radius that can be covered by the omnidirectional antenna and the directional antenna.
  • FIG. 2 the range of cells covered by the omnidirectional antenna is wider than the range of cells covered by the directional antenna.
  • the directional antenna is used in mm Wave, that is, when beamforming is used, the range gain of the beamforming is reduced by about -20 dB. Therefore, it is preferable to use an omnidirectional antenna, but in the case of mm Wave, there is a problem in that channel characteristics change rapidly according to a user position.
  • the present invention proposes a method for overcoming this problem and increasing the cell range that can be covered by the omnidirectional antenna up to the range covered by the directional antenna.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of an initial stage of reception beam scanning for transmission beam scanning
  • FIG. 4 is a diagram illustrating one method of performing beam scanning at a transmitting end after a reception lobe index is fixed at a receiving side. to be.
  • the transmission beam codebook of the base station is determined in the initial stage of beam scanning, the transmission beam is fixed and the receiving side, i.e., the terminal rotates the reception beam scanning by 360 degrees and generates a PDP (Power Delay Prifile) for each beam.
  • the terminal selects an index of a reception lobe having a ray having the largest power among the detected PDPs.
  • the lobe refers to each radiation group when the energy distribution of the radio waves radiated from the antenna is divided into various directions. That is, it means one type of beam during pan-scanning.
  • Equation 1 is used to calculate the SNR of each lobe detected by the UE.
  • Equation 1 fi k denotes a wireless channel of the i-th lobe of the transmission beam k, ⁇ denotes a precoding matrix, ⁇ , denotes a reception power, and sigma ( ⁇ ) is noise. Sigma is the power of noise.
  • T ⁇ delay is an excess delay spread value representing the maximum delay time required for the beam scanning repeatedly at the receiving end.
  • T p r0 p ⁇ de! Ay is a transmission delay value
  • ⁇ pm delay means pDP measurement time and strong ray detection time for each received beam lobe
  • N means the number of beam lobes at the receiving side.
  • the receiver repeats the above process while varying the transmission beam lobes of the entire I to K by 360 degrees. Therefore, the beam scanning completion time of the receiver is.
  • ⁇ denotes the total number of transmission beams.
  • the terminal which is the receiving end, completes the scanning
  • the pilot signal is transmitted to the mm Wave base station again. Thereafter, the terminal performs 360-degree beam scanning to determine the transmission side lobe index. Therefore, the time at which the transmission / reception beam scanning is completed is ⁇ ' + ⁇ " ⁇
  • channel characteristics vary according to the instantaneous movement of the user within narrow cell coverage due to mm Wave characteristics.
  • mm Wave characteristics vary according to the instantaneous movement of the user within narrow cell coverage due to mm Wave characteristics.
  • a more compact processing method is required for mmWave link connection through general beam scanning.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a PAS distribution according to positions of transmission and reception terminals in a 60 GHz band.
  • FIG. 5 (a) shows the measurement state of the indoor AoA (Angle of Arrival)
  • FIG. 5 (b) shows the measurement state of the AoA in the corridor of the building.
  • the PAS representing the amount of power according to the antenna angle of the terminal varies according to the spatial environment characteristic of the reception location. In mm Wave using the high frequency band, the environmental characteristics of the terminal are more pronounced compared to the low frequency band.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a PAS distribution according to positions of respective transceivers in a 28 GHz band.
  • FIG. 6 (a) shows PAS measurement results in an urban area, which is a non line of sight (NLoS) environment
  • FIG. 6 (b) shows results of PAS measurement in a general visible (LoS) environment.
  • Raphaport's team found that the receiver's geographic location in the NLoS environment, i.e., a link connected by reflections and refractions by buildings, etc., in the 28 GHz band, similar to the 60 GHz band. The measurement shows that PAS is determined according to characteristics. These results predict that even in a typical LoS environment, as the AoA is changed based on the boresight, the received power decreases sufficiently, and the change in the received power will occur for each AOA according to the environmental characteristics.
  • analyzing the inherent characteristics of the wireless environment by the mm Wave terminal through the ray scanning based scanning method rather than the panforming based method is possible to grasp the lobe of the candidate space at the time of beam scanning or to variously distribute it. It can be usefully used as a tool to provide information that can detect analytical ray detection at the receiver.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of an effect on the directional antenna in the mm Wave system.
  • FIG. In particular, Figure 7 (a) shows the amount of change in the PAS according to the bandwidth,
  • ⁇ denotes a bandwidth.
  • PAS has a distribution of laplacian / uniform / Gaussian according to environmental characteristics.
  • the range of bandwidth is limited, resulting in a truncated laplacian / Gaussian distribution.
  • the delay spread value is also reduced. Therefore, the environmental characteristics of beamforming using the mm Wave link cannot be seen as the unique nun wave link environmental characteristics. Therefore, the omnidirectional antenna-based ray scanning method is required for the environmental characteristic analysis and information acquisition of the unique mm Wave link.
  • Embodiments of the present invention provide methods for efficiently performing initial ray scanning of an mm wave link.
  • embodiments of the present invention to improve the detection of the resolvable ray of the mm Wave link through the configuration of the transmit and receive pilot signal for each mmWave link port, and to provide the mm wave unique feature information (PAS, PDP) through ray scanning Provides methods to obtain.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a ray scanning method used in a tmnWave system.
  • the base station of the mmWave system periodically broadcasts a synchronization signal to synchronize time and / or frequency (S810).
  • the base station transmits a pilot signal or a reference signal for each cell specific port (S820).
  • a receiving end (eg, a terminal) of the mmWave system measures a reception power of a pilot signal or a reference signal transmitted for each cell specific port (S830).
  • the terminal detects a ray that can be analyzed per port and detects a time delay value of the detected ray (S840).
  • the terminal detects a transmission port having an analyzed ray having the largest reception power. In addition, the terminal detects a candidate beam lobe for the corresponding transmission port (S850).
  • the base station and the terminal in the mmWave system may perform ray scanning.
  • the terminal and / or the base station can reduce the complexity compared to the conventional beam scanning method through tracking the candidate beam during the pan-scanning through the information obtained after the ray scanning.
  • the ray scanning method is applied to the mm Wave system, it is difficult to detect the detectable ray because the mm Wave cell area is small and highly sensitive to environmental factors. Therefore, it is desirable to increase the methodological diversity for obtaining more analytical ray than the ray scanning method that is performed in the conventional system.
  • the ray scanning method applied to the mmWave system proposed in the present invention may be used for initial characteristic channel analysis and information acquisition of the mmWave system.
  • the mmWave ray scanning method can be used to reduce the overhead of the beam scanning method. Therefore, in the mmWave system, a pan-scanning technique and a ray scanning technique can be commonly used.
  • the sequence transmission for synchronization described in this section may be performed in step S810.
  • the base station may transmit a sequence for time / frequency synchronization in advance for transmission of a synchronization signal per port.
  • the synchronization signal here is in the form of focusing on time synchronization, frequency scanning is determined according to the capability of the terminal.
  • the number of resource blocks (RBs) of a primary synchronization signal (PSS) for a synchronization signal is six, and a total of 63 subcarriers are used.
  • the UE When applying the PSS sequence currently used in the celller system, the UE can easily detect the initial synchronization within an offset of 7.5 kHz. In this case, if the synchronization signal supporting the offset of 7.5 kHz is used in the same 30GHz can be supported in the same sequence to the terminal moving to 270km / h. At this time, the mmWave system For time synchronization signal detection for a high speed mobile terminal, if the terminal performance supports mm wave band (eg, 30 GHz), the number of RBs and sequence length for synchronization signal transmission may be adjusted.
  • mm wave band eg, 30 GHz
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a calculation result of auto correlation of a synchronization signal using 63 base Zedoff-chu sequences.
  • time synchronization can be almost achieved when applying a 7.5 kHz offset (for example, 270 km h support at 30 GHz, subcarrier 104.25 khz).
  • the root value of this sequence can be temporarily set differently between adjacent cells.
  • the pilot signal transmission for ray scanning is basically a full band transmission method using code division multiplexing (ie, similar to IR-UWB).
  • the method may be performed by a partial band transmission method using orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) (ie, similar to MB-UWB).
  • OFDM orthogonal frequency division multiplexing
  • mmWave links have a small number of multipath delays (eg, 10 ns and 28 GHz), so when the time synchronization is matched to compensate for the difference in transmission time between the rays, the pilot signal is divided into TDM (Time Division). Multiplexing can be used to separately transmit antenna ports. In this method, the receiving side can easily know which transmitting antenna port detects the strongest resolvable ray. Therefore, the terminal may consider in advance receiving sequence transmission before ray scanning for time synchronization.
  • TDM Time Division
  • the terminal may perform ray detection that can be analyzed through a transmission / reception scheme in terms of diversity acquisition.
  • the synchronization between the base station and the terminal is not completely aligned, but the synchronization is performed to determine the detection position of the pilot signal for ray scanning of the terminal, and the mmWave terminal to which the mmWave base station transmits the pilot has the entire time of the entire mmWave band.
  • a blind search may be performed to detect a sync signal. Time and frequency In the out of sync condition, asynchronous between pilot signals of each port may cause errors in the accurate detection of a ray that can be analyzed at the receiving end.
  • the synchronization signal transmission may be a necessary procedure.
  • the terminal needs to acquire the synchronization signal in order to implicitly obtain the transmission antenna port information.
  • the terminal may acquire a temporary cell identifier (Cell ID) through a synchronization signal. Accordingly, the terminal may perform cell specific ray scanning.
  • Cell ID temporary cell identifier
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a cell boundary according to ray scanning and beam scanning in the mmWave system.
  • a tangential line represents a cell boundary when each base station performs ray scanning using an omnidirectional antenna
  • a solid line represents a cell boundary when beam scanning is performed using a directional antenna.
  • pilot signal transmission methods described below may be performed in step S820.
  • the base station may configure the mobile station to transmit a pilot signal for each cell-specific antenna port at the maximum transmission power in order to acquire more analyzeable rays in the mmWave system.
  • the base station and / or the terminal may determine a configuration pattern for pilot signal transmission based on a temporary cell identifier (cell ID) obtained through a synchronization signal and configuration information on each temporary cell identifier.
  • cell ID temporary cell identifier
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a configuration pattern for transmitting a pilot signal for each cell specific transmission antenna port in a tnmWave system.
  • antenna port 1 of a base station transmits a synchronization signal in a first RB and transmits a pilot signal with a maximum transmit power in a second RB.
  • Antenna port 2 of the base station is configured to transmit a synchronization signal in the first RB and transmit a pilot signal at the maximum transmit power in the third RB. That is, the first RB is configured to transmit the synchronization signal in all antenna ports of the base station, the pilot signal is configured to be transmitted in the RB does not overlap each other in the T VI method.
  • the N-th antenna port of the base station may be configured to transmit a synchronization signal in the first RB, and to transmit a pilot signal in the N + 1 th RB.
  • the size of the RB for transmitting the pilot signal may be set longer than the maximum delay spread value.
  • the UE When the pilot signals are transmitted in the configuration pattern of the pilot signal configured in the same manner as in FIG. 11, the UE has a high probability of detecting a ray that can be analyzed for each antenna port, and a loss of transmission power for transmitting a pilot signal from the base station. Can be reduced.
  • configuration information preset between the terminal and the base station includes (1) the maximum transmission power per antenna port, (2) the pilot transmission pattern per cell-specific antenna port, and (3 ) The length of the specific ray scanning pilot signal, and (4) the cell specific ray scanning pilot sequence index.
  • Configuration information such as a configuration pattern for transmitting a pilot signal per sal specific antenna port, a length of the pilot signal, and a sequence index for the pilot signal may be obtained after obtaining a temporary cell identifier obtained due to synchronization between the UE and the base station. Can be determined.
  • the length of the pilot signal may be set based on the maximum excess delay spread value in the corresponding cell. ⁇ 155 ⁇ 3.2.2 Method of Transmitting Pilot Signal for All-Way Scanning
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a pilot signal configuration pattern when a pilot signal for ray scanning is transmitted through the entire frequency band of the base station.
  • 12 (a) is the same as the case of FIG. 11, but it is assumed that the frequency is set to the entire band in the corresponding cell.
  • 12 (b) shows a configuration of allocating a pilot signal between time and frequency.
  • the base station transmits a synchronization signal through all bands to synchronize with the terminals 1 to M in the cell, and transmits different pilot signals to the terminals 1 to M for each transmit antenna port.
  • transmission of pilot signals for two or more terminals may be classified by the CDM scheme, and classification of antenna ports of the pilot signals may be classified by the TDM scheme.
  • time synchronization is performed through a synchronization signal between terminals in a cell and a base station.
  • each terminal for the CDM scheme may have a unique CDM code in advance.
  • each terminal can obtain excellent PDP information per antenna port, and when the pilot signal is transmitted to the mobile terminal by full-band spreading, PDP detection can be effectively performed.
  • the terminal may detect an incorrect PDP for each antenna port.
  • the transmission time of the entire pilot signal is ⁇ x .
  • ⁇ ⁇ is preferably set larger than the excess delay spread value in the cell.
  • the ⁇ ss May value can be set to about lus in a 28 GHz dense urban environment.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a method of transmitting a pilot signal for ray scanning through a partial band.
  • FIG. 13 (a) shows a configuration for transmitting a pilot signal for ray scanning per antenna transmission port
  • FIG. 13 (b) shows that a pilot signal having the configuration of FIG. 13 (a) is transmitted through a partial band. Represents the configuration to be.
  • each of the ports (ports 1, ..., N) is configured to transmit a pilot signal at a constant transmit power at all ports after first transmitting a synchronization signal.
  • the synchronization signal described with reference to FIG. 13A may be transmitted using a full frequency band. However, each port may be transmitted through a different partial band of the frequency in the cell.
  • the method of transmitting the pilot signal by dividing the frequency of the pilot signal based on the FDM scheme has less overhead per antenna port than the method of dividing the pilot signal into CDM and TDM.
  • a band used for ray scanning per antenna port needs to be reduced, and subcarrier spacing also decreases as partial bands corresponding to the number of fixed pilot signals decrease. Therefore, overhead may increase on the time axis.
  • the transmission antenna ports of the base station transmit the pilot signals with a constant transmission power, the ray detection probability that can be analyzed by the terminal may be lowered.
  • a process of performing frequency compensation for each terminal is necessary.
  • the FDM scheme described in this section is a useful method when the number of cell-specific antenna ports is small and ray scanning is performed over a wide band.
  • the base station is configured to transmit the pilot signal repeatedly a predetermined number of times in consideration of the overhead of the pilot signal. Can be.
  • the repetition pattern may be set differently according to the temporary cell identifier.
  • the number of repetitions may be set identically or differently for each transmit antenna port.
  • the base station may determine the number of repetitions of the pilot signal so as to repeatedly acquire the PDP per antenna port and the meaningful PAS estimation and the ray scanning overhead of the terminal.
  • the base station may notify the terminal of the information on the number of times the pilot signal is repeatedly transmitted in each antenna port through a higher layer signal (for example, RRC signal).
  • a higher layer signal for example, RRC signal
  • FIG. 14 is a diagram illustrating one pilot method for constructing a pilot signal for transmitting a pilot signal for ray scanning every M periods.
  • antenna ports of a base station sequentially transmit a pilot signal within one index period.
  • the pattern of the pilot signal transmitted within one index period may use one of the methods described with reference to FIGS. 11 to 13.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a case in which a pilot signal transmission pattern of FIG. 11 is used.
  • the base station since the transmission period of the pilot signal is assumed to be set to M, the base station sequentially transmits pilot signals of all antenna ports at the first index, and sequentially transmits pilot signals of all antenna ports at the M-th index. To send.
  • 15 is a diagram illustrating one pilot method for constructing a pilot signal for repeatedly transmitting a pilot signal M times per antenna port.
  • M base stations after the base station transmits a synchronization signal through the first antenna port in the first index (Index 1), M base stations receive M RB signals from M RBs. Can be transmitted to the terminal.
  • the base station may transmit M pilot signals to the terminal using M RBs. The base station performs this process up to the Nth antenna port.
  • all antenna ports transmit a synchronization signal every index period. However, while one antenna port repeatedly transmits the M times pilot signal, the other antenna port does not transmit the pilot signal. In addition, when any one antenna port transmits a pilot signal, the antenna signal transmits the pilot signal at the maximum transmit power.
  • the repeated transmission pattern of the pilot signal described with reference to FIGS. 14 and 15 determines the ray scanning pilot pattern in the mmWave link based on the channel environment in which the pilot information during mm wave ray scanning is transmitted and received.
  • the pilot repetitive transmission pattern illustrated in FIG. 14 may indicate a general channel characteristic between a mmWave base station and a terminal in a corresponding cell and a situation requiring general ray scanning (that is, a non-coherent channel situation).
  • the pilot repeating transmission pattern shown in FIG. 15 may be used to obtain mmWave link characteristic information of a specific section in time for each antenna port and to perform ray scanning for each antenna port.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating an example of a PDP change and a sample collecting length while transmitting one pilot signal at a transmitting antenna port
  • FIG. 17 is a transmitting antenna A diagram showing an example of a PDP change and a sample collecting length while repeatedly transmitting a pilot signal at a port.
  • A is an unknown AoA parameter matrix
  • Equation 3 is an autocorrelation matrix of y (t).
  • Equation 3 AoA can be estimated by using a MODE algorithm. That is, Equation 3 may be summarized as Equation 4 below.
  • Equation 5 arg y (y (t n )-As (t n ) f (y (t n )-As (trita)) [188] From Equation 4, S (t n > ML (Maximum Likelihood)) It can be calculated as shown in Equation 5.
  • the above-described method for solving the AoA estimation problem of Equation 5 may use an EM (Expectation Maximization) algorithm or a SAGE (Space-Alternating Generalized Expectation-maximization algorithm) algorithm.
  • the base station uses these algorithms, but considering the complexity of the sampling interval, can estimate the AoA with n limited sampling as shown in FIG.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating AoA estimation for each transmit antenna port, and a relationship between an AoA histogram and an actual PAS.
  • FIG. 18A illustrates an actual PAS
  • FIG. 18B is an example of an AoA histogram based on AoA estimation for each antenna port.
  • the base station determines the number of repetitions of the pilot signal within a predetermined value in consideration of the overhead of the pilot signal transmission and the UE capability. Equation 6 shows a range of the repetition number M of the pilot signal.
  • M mm means the minimum number of pilot transmissions. That is, M min can be assumed to be the number of times estimated by means of mean square errer (MSE), for example, when the estimated PAS histogram is similar to the actual PAS in the limited tolerance e .
  • MSE mean square errer
  • the overhead threshold may be defined as the maximum number of pilot signals capable of obtaining a complexity gain when transmitting a pilot signal.
  • the Mmin value of Equation 6 may be calculated using Equation 7 and the mean square error (MSE) estimation.
  • MSE mean square error
  • Equation 7 07 ⁇ ⁇ * is an AoA estimate by the MSE estimation technique, / ( ' ) is a cumulated value of these estimates, and £ is a meaningful tolerance value.
  • mm Wave The base station and the terminal may determine in advance before performing the ray scanning. This decision method is to perform M accumulation in Equation ,, and derive Mmin using the estimated AoA histogram obtained through normalization and MSE of the actual PAS. Thus, the estimated AoA number is M per transmit antenna port.
  • the base station and / or the terminal may obtain the candidate lobe index by having the estimated M AoAs and obtaining the AoA histogram.
  • the M value set in this manner may be set in advance before ray scanning through the RRC signal.
  • FIG. 19 illustrates an example of a configuration of a terminal device that can be used in embodiments of the present invention.
  • a terminal has X receive physical antennas 1910 : Sal specific antenna ports may be set up to N.
  • the mapping relationship between the physical antenna and the receiving antenna port may be managed by the antenna port unit 1920.
  • the terminal includes a detector 1930 for detecting an analysisable ray per antenna port, and a post processor 1940 for estimating a delay value and AoA of the detected ray.
  • the post processor may transfer the candidate beam vector subset to the beam vector processor 1960 to support reception of a pilot signal.
  • the reception beamforming port unit 1950 may perform beamforming by using a port selected by the post processor. That is, the processor 1970 of the terminal may perform ray scanning or beam scanning per selected port.
  • the base station In order to detect a ray that can be analyzed for each transmit antenna port, the base station sets a threshold of transmit power and obtains a candidate receive beam vector subset through an AoA histogram obtained per cell-specific antenna port. The base station then determines the transmit antenna port to which the largest power is to be allocated.
  • the terminal may select a transmission antenna port having the largest reception signal and receive data through the corresponding transmission antenna port.
  • 20 is a diagram illustrating an example of a reception signal power measurement per reception antenna port and a method of classifying a transmission antenna port and measuring a delay value at each reception antenna port.
  • 20 shows a state in which pilot signals received by the physical antenna 1910 of the terminal are classified by each receiving antenna port 1920. Referring to FIG. At this time, the shape of each pilot signal is represented by the received signal power. 20 illustrates a signal obtained by autocorrelation of received pilot signals by the post processing unit 1940 of the terminal.
  • the receiving terminal knows in advance the sequences for the ray detection that can be analyzed per receiving antenna port.
  • the terminal can identify the transmission antenna port transmitted per ⁇ through the TDM scheme. Accordingly, the UE may know which of the transmitting antenna ports of the base station detects the largest resolvable ray at each receiving antenna port by using each ray scanning sequence. In addition, the UE may know where the time at which the corresponding analyzeable ray is detected through the autocorrelation procedure with respect to the received pilot signals.
  • the UE can detect the ray having the largest transmit power for each antenna port, the position of the ray and the transmit antenna port information through which the ray having the largest power is transmitted through the ray scanning step per antenna port. have.
  • the terminal can predict the candidate lobe through iterative A ⁇ estimation.
  • the apparatus described with reference to FIG. 21 is a means by which the methods described with reference to FIGS. 1 through 20 may be implemented.
  • a user equipment may operate as a transmitter in uplink and operate as a receiver in downlink.
  • an e-Node B eNB
  • the terminal and the base station include transmission modules (Tx module: 2140, 2150) and reception modules (Rx module: 2150, 2170) to control transmission and reception of information, data, and / or messages, respectively.
  • antennas 2100 and 2110 for transmitting and receiving information, data, and / or messages.
  • the terminal and the base station respectively, the processor (Processor: 2120, 2130) for performing the embodiments of the present invention and the memory (2180, 2190) that can temporarily or continuously store the processing of the processor It can contain each.
  • Embodiments of the present invention can be performed by using the components and functions of the above-described terminal and base station apparatus.
  • the processor of the base station may perform synchronous signal transmission and pilot signal transmission required for mmWave ray scanning using the methods described in Sections 1 to 3 described above.
  • the terminal may perform mmWave ray scanning and detect a ray that can be analyzed through repeated AoA measurements. For details, refer to the contents of Sections 1 to 3.
  • the transmission and reception modules included in the terminal and the base station include a packet modulation and demodulation function, a high speed packet channel coding function, an orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) packet scheduling, and time division duplex for data transmission.
  • OFD Orthogonal frequency division multiple access
  • TDD Time Division Duplex
  • the terminal and the base station of FIG. 21 may further include low power RF (Radio Frequency) / IF (Intermediate Frequency) models.
  • the terminal is a personal digital assistant (PDA), a sal phone, a personal communication service (PCS) phone, a GSM (Global System for Mobile) phone, a WCDMA (Wideband CDMA).
  • PDA personal digital assistant
  • PCS personal communication service
  • GSM Global System for Mobile
  • WCDMA Wideband CDMA
  • MBS Mobile Broadband System
  • Hand-Held PC notebook PC
  • Smart Phone or Multi-Mode Multi-band (M-MB) Can be.
  • M-MB Multi-Mode Multi-band
  • a smart phone is a terminal that combines the advantages of a mobile communication terminal and a personal portable terminal, and includes a terminal incorporating data communication functions such as schedule management, fax transmission and reception, which are functions of a personal mobile terminal, in a mobile communication terminal.
  • a multimode multiband terminal can be equipped with a multi-modem chip to operate in both portable Internet systems and other mobile communication systems (e.g., code division multiple access (CDMA) 2000 systems, wideband CDMA (WCDMA) systems, etc.). Speak the terminal.
  • CDMA code division multiple access
  • WCDMA wideband CDMA
  • Embodiments of the present invention may be implemented through various means. For example, embodiments of the present invention may be implemented by hardware, firmware (finmvare), software or a combination thereof.
  • the method according to the embodiments of the present invention may include one or more application specific integrated circuits (ASICs), digital signal processors (DSPs), digital signal processing devices (DSPDs), and PLDs (PLDs).
  • ASICs application specific integrated circuits
  • DSPs digital signal processors
  • DSPDs digital signal processing devices
  • PLDs PLDs
  • FPGAs programmable logic devices
  • FPGAs field programmable gate arrays
  • processors controllers, microcontrollers, microprocessors, and the like.
  • the method according to the embodiments of the present invention may be implemented in the form of modules, procedures, or functions for performing the functions or the functions described above.
  • the software code may be stored in the memory units 2180 and 2190 to be driven by the processors 2120 and 2130.
  • the memory unit may be located inside or outside the processor, and may exchange data with the processor by various known means.
  • Embodiments of the present invention can be applied to various wireless access systems.
  • various radio access systems include 3rd Generation Partnership Project (3GPP), 3GPP2 and / or IEEE 802.XX (Institute of Electrical and Electronic Engineers 802) systems.
  • 3GPP 3rd Generation Partnership Project
  • 3GPP2 3rd Generation Partnership Project2
  • IEEE 802.XX Institute of Electrical and Electronic Engineers 802
  • Embodiments of the present invention can be applied not only to the various radio access systems, but also to all technical fields that use the various radio access systems.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

본 발명은 밀리미터 웨이브(mmWave) 링크 고유의 위치 특정 선(site specific ray) 특성 정보 검출 및 풍부한 분석 가능 선(resolvable ray) 검출을 위한 신호 송수신 방법 및 이를 지원하는 장치들에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예로써 밀리미터 웨이브 기술을 지원하는 무선접속 시스템에서 단말이 레이 스캐닝을 수행하는 방법은, 기지국과의 동기를 맞추기 위한 동기 신호를 수신하는 단계와 동기 신호를 이용하여 기지국과 동기를 맞추는 단계와 기지국으로부터 송신 안테나 포트 별로 서로 다른 구성 패턴을 갖는 파일롯 신호를 수신하는 단계와 파일롯 신호를 이용하여 레이 스캐닝을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

【명세서】
【발명의 명칭】
밀리미터 웨이브를 지원하는 무선 접속 시스템에서 레이 스캐닝 수행 방법 및 장치
【기술분야】
[1] 본 발명은 무선 접속 시스템에 관한 것으로， 특히 밀리미터 웨이브 (mm Wave: millimeter Wave) 링크 고유의 위치 특정 선 (site specific ray) 특성 정보 검 출 및 풍부한 분석 가능 선 (resolvable ray) 검출을 위한 신호 송수신 방법 및 이를 지원하는 장치에 관한 것이다.
【배경기술】
[2] 무선 접속 시스템이 음성이나 데이터 등과 같은 다양한 종류의 통신 서비 스를 제공하기 위해 광범위하게 전개되고 있다. 일반적으로 무선 접속 시스템은 가용한 시스템 자원 (대역폭， 전송 파워 등)을 공유하여 다중사용자와의 통신을 지 원할 수 있는 다증 접속 (multiple access) 시스템이다. 다중 접속 시스템의 예들로는 CDMA(code division multiple access) 시스템， FDMA(frequency division multiple access) 시스템， TDMA(time division multiple access) 시스템, OFDMA(orthogonal frequency division multiple access) 시스템， SC-FDMA(single carrier frequency division multiple access) 시스템 등이 있다.
[3] 기존 빔포밍 방법을 고주파 대역에서 사용되는 mm Wave 시스템에 적용시 빔 서칭에 매우 긴 시간 지연이 발생하고 무선 채널의 고유 채널 특성을 파악할 수 없는 문제점이 있다. 또한， 기존의 레이 스케닝 방법은 샐 크기가 작은 시스템 에서만 적용이 가능한문제점이 있다.
【발명의 상세한설명】
【기술적 과제】
[4] 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 mmWave시스템에서 효율적인 데이터 송수신 방법을 제공하는 것이다.
[51 본 발명의 다른 목적은 mm Wave 특성에 따른 급격한 경로 손실 상황에서 파일롯 신호 또는 참조 신호 탐지를 향상시키는 방법을 제공하는 것이다. [6] 본 발명의 또 다른 목적은 mm Wave 시스템에서 레이 스캐닝 시에 지향성 빔 후보를 선택하여 빔 스캐닝시 복잡도를 줄이고 샐 커버리지를 향상시킬 수 있 는 방법을 제공하는 것이다.
[7] 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 목적들은 이상에서 언급한사항들로 제 한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 이하 설명할 본 발명의 실시예들로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 고 려될 수 있다.
【기술적 해결방법】
[8] 본 발명은 밀리미터 웨이브 (mmWave) 링크 고유의 위치 특정 선 (site specific ray) 특성 정보 검출 및 풍부한 분석 가능 선 (resolvable ray) 검출을 위한신호 송수 신 방법 및 이를 지원하는 장치들을 제공한다.
[9] 본 발명의 일 양태로서 밀리미터 웨이브 기술을 지원하는 무선접속 시스템 에서 단말이 레이 스캐닝올 수행하는 방법은, 기지국과의 동기를 맞추기 위한 동 기 신호를 수신하는 단계와동기 신호를 이용하여 기지국과동기를 맞추는 단계와 기지국으로부터 송신 안테나 포트 별로 서로 다른 구성 패턴을 갖는 파일롯 신호 를 수신하는 단계와 파일롯 신호를 이용하여 레이 스캐닝을 수행하는 단계를 포함 할 수 있다.
[101 이때， 파일롯 신호는 소정의 횟수로 반복하여 전송되도록 구성될 수 있다.
[11] 또는, 파일롯 신호는 인덱스 기간 내에 기지국의 모든 송신 안테나 포트로 부터 전송되고, 파일롯 신호는 소정의 주기를 갖고 전송될 수 있다.
[12] 파일롯 신호는 하나의 송신 안테나 포트를 통해 전송되되， 하나의 송신 안 테나포트에서 파일롯 신호를 전송하는 동안에는 기지국의 나머지 송신 안테나 포 트에서는 파일롯 신호를 전송하지 않을수 있다.
[13] 상기 방법에 있어서， 동기 신호를 이용하여 기지국에서 지원하는 셀의 임 시 샐 식별자를 획득하는 단계를 더 포함할수 있다. 이때, 단말은 임시 셀 식별자 를 이용하여 셀 특정 레이 스캐닝을 수행할수 있다.
[14] 본 발명의 다른 양태로서, 밀리미터 웨이브 기술을 지원하는 무선접속 시 스템에서 레이 스캐닝을 수행하는 단말은 수신 모들과 레이 스캐닝을 지원하는 프 로세서를 포함할 수 있다. [15] 이때 프로세서는 수신모들을 통해 기지국과의 동기를 맞추기 위한 동기 신 호를 수신하고; 동기 신호를 이용하여 기지국과 동기를 맞추고; 수신모들을 이용 하여 기지국으로부터 송신 안테나 포트 별로 서로 다른 구성 패턴을 갖는 파일롯 신호를 수신하고; 파일롯 신호를 이용하여 레이 스캐닝을 수행하도록 구성될 수 있다.
【16ᅵ 이때， 파일롯 신호는 소정의 횟수로 반복하여 전송되도록 구성될 수 있다.
[17] 또는, 파일롯 신호는 인텍스 기간 내에 기지국의 모든 송신 안테나 포트로 부터 전송되고, 파일롯 신호는 소정의 주기를 갖고 전송될 수 있다.
[18] 파일롯 신호는 하나의 송신 안테나 포트를 통해 전송되되， 하나의 송신 안 테나 포트에서 파일롯 신호를 전송하는 동안에는 기지국의 나머지 송신 안테나 포 트에서는 파일롯 신호를 전송하지 않을 수 있다.
[19] 상기 프로세서는 동기 신호를 이용하여 기지국에서 지원하는 셀의 임시 셀 식별자를 획득하도특 더 구성되고, 단말은 임시 샐 식별자를 이용하여 셀 특정 레 이 스캐닝을 수행할 수 있다.
[20] 상술한 본 발명의 양태들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 일부에 불과 하며, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 발명의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다. 【유리한 효과】
[21] 본 발명의 실시예들에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
[22] 첫째, 본 발명을 이용함으로써 mm Wave 시스템에서 효율적으로 데이터 송 수신을 수행할수 있다.
[23] 둘째, 본 발명에서 제안하는 파일롯 신호 또는 참조 신호를 이용함으로써 mmWave 특성에 따른 급격한 경로 손실 문제를 해결할 수 있다.
[24] 셋째， mm Wave 시스템에서 레이 스캐닝 시에 지향성 안테나를사용하는 방 법을 제공함으로써 기존 레이 스캐닝보다 샐 커버리지를 향상시킬 수 있다.
[25] 본 발명의 실시예들에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며， 언급하지 않은 또 다른 효과들은 이하의 본 발명의 실시예들에 대한 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확 하게 도출되고 이해될 수 있다. 즉， 본 발명을 실시함에 따른 의도하지 않은 효과 들 역시 본 발명의 실시예들로부터 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의 해 도출될 수 있다.
【도면의 간단한 설명】
[26] 본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되고, 첨부된 도면들은 본 발명에 대한 다양한 실시예들을 제공한다. 또한, 첨부된 도면들은 상 세한설명과 함께 본 발명의 실시 형태들을 설명하기 위해 사용된다.
[27] 도 1은 mm Wave에서 사용하는 안테나포트의 일례를 나타내는 도면이다.
[28] 도 2 는 무지향성 안테나와 지향성 안테나가 커버 가능한 셀 반경의 일례를 나타내는 도면이다.
[29] 도 3 은 송신 빔 스캐닝에 대한 수신 범 스캐닝의 초기 단계의 일례를 나타내는 도면이다.
[30] 도 4 는 수신 로브 인텍스가 수신측에서 고정된 후 송신단에서 빔 스캐닝을 수행하는 방법 중 하나를 나타내는 도면이다. [31] 도 5 는 60GHz 대역에서 각 송수신단의 위치에 따른 PAS 분포의 일례를 나타내는 도면이다.
[32] 도 6 은 28GHz 대역에서 각 송수신단의 위치에 따른 PAS 분포의 일례를 나타내는 도면이다.
[33] 도 7 은 mm Wave 시스템에서 지향성 안테나에 대한 효과의 일례를 나타내 는 도면이다.
[34] 도 8 은 tmnWave 시스템에서 사용되는 레이 스캐닝 방법의 일례를 나타내는 도면이다.
[35] 도 9는 63개의 기저 자도프추 시뭔스를 (based Zedoff-chu sequence)를 이용한 동기 신호의 오토 코릴레이션 (Auto Correlation)의 계산 결과를 나타내는 도면이다. [36] 도 10은 mmWave 시스템에서 레이 스캐닝 및 범 스캐닝에 따른 샐 경계를 나타내는 도면이다.
[37] 도 11 은 mm Wave 시스템에서 셀 특정 송신 안테나 포트별로 파일롯 신호를 전송하기 위한구성 패턴의 일례를 나타내는 도면이다. [38] 도 12 는 레이 스캐닝을 위한 파일롯 신호를 해당 기지국의 주파수 전 대역을 통해 전송하는 경우의 파일롯신호 구성 패턴의 일례를 나타내는 도면이다.
[39] 도 13 은 레이 스캐닝을 위한 파일롯 신호를 부분 대역을 통해 전송하는 방법을 나타내는 도면이다.
[40] 도 14 는 M 주기 마다 레이 스캐닝을 위한 파일롯 신호를 전송하기 위한 파일롯신호구성 방법 중 하나를 나타내는 도면이다.
[41] 도 15 는 안테나 포트 당 파일롯 신호를 M 회 반복하여 전송하기 위한 파일롯 신호 구성 방법 중 하나를 나타내는 도면이다.
[42] 도 16 은 송신 안테나 포트에서 하나의 파일롯 신호를 전송하는 동안의 PDP 변화와 샘플 콜렉팅 길이의 일례를 나타내는 도면이다.
[43] 도 17 은 송신 안테나 포트에서 파일롯 신호를 반복 전송하는 동안의 PDP 변화와 샘플 콜렉팅 길이의 일례를 나타내는 도면이다.
[44] 도 18 은 송신 안테나 포트 별 AoA 추정 및 AoA 히스토그램과 실제 PAS의 관계를 나타내는 도면이다. [45] 도 19 는 본 발명의 실시예들에서 사용될 수 있는 단말 장치의 구성 중 일례를 나타낸다.
[46] 도 20 은 각 수신 안테나 포트 당 수신 신호 전력 측정의 일례와 각 수신 안테나 포트에서 송신 안테나 포트를 분류하고 지연 값을 측정하는 방법을 나타내는 도면이다.
[47] 도 21에서 설명하는 장치는 도 1 내지 도 20에서 설명한 방법들이 구현될 수 있는 수단이다.
【발명의 실시를 위한 형태】
[48] 이하에서 상세히 설명하는 본 발명의 실시예들은 밀리미터 웨이브 (mm Wave) 링크 고유의 위치 특정 선 특성 정보 검출 및 풍부한 분석 가능 레이 검출을 위한 신호 송수신 방법 및 이를 지원하는 장치들을 제공한다. [49] 이하의 실시예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들을 소정 형태로 결합한 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으 로 고려될 수 있다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및 /또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시예를 구성할 수도 있다. 본 발명의 실시예들에서 설명되는 동작들 의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다.
[50] 도면에 대한 설명에서， 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 절차 또는 단계 등은 기술하지 않았으며, 당업자의 수준에서 이해할 수 있을 정도의 절차 또는 단계는 또한 기술하지 아니하였다.
[51] 명세서 전체에서， 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함 (comprising 또는 including)"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"， "모들'' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며， 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로구현될 수 있다. 또한， "일 (a또는 an)"，"하나 (one)", "그 (the)" 및 유사 관련어는 본 발명을 기술하는 문맥에 있어서 (특히， 이하의 청구항의 문맥에서) 본 명세서에 달리 지시되거나 문맥에 의해 분명하게 반박되지 않는 한， 단수 및 복수 모두를 포함하는 의미로사용될 수 있다. [52] 본 명세서에서 본 발명의 실시예들은 기지국과 이동국 간의 데이터 송수신 관계를 중심으로 설명되었다. 여기서, 기지국은 이동국과 직접적으로 통신을 수행하는 네트워크의 종단 노드 (terminal node)로서의 의미가 있다. 본 문서에서 기지국에 의해 수행되는 것으로 설명된 특정 동작은 경우에 따라서는 기지국의 상위 노드 (upper node)에 의해 수행될 수도 있다. [53] 즉, 기지국을 포함하는 다수의 네트워크 노드들 (network nodes)로 이루어지는 네트워크에서 이동국과의 통신을 위해 수행되는 다양한 동작들은 기지국 또는 기지국 이외의 다른 네트워크 노드들에 의해 수행될 수 있다. 이때， '기지국'은 고정국 (fixed station), Node B, eNode B(eNB), 발전된 기지국 (ABS: Advanced Base Station)또는 억세스 포인트 (access point)등의 용어에 의해 대체될 수 있다.
[54] 또한, 본 발명의 실시예들에서 단말 (Terminal)은 사용자 기기 (UE: User Equipment), 이동국 (MS: Mobile Station), 가입자 단말 (SS: Subscriber Station), 이동 가입자 단말 (MSS: Mobile Subscriber Station), 이동 단말 (Mobile Terminal)또는 발전된 이동단말 (AMS: Advanced Mobile Station)등의 용어로 대체될 수 있다.
[55] 또한, 송신단은 데이터 서비스 또는 음성 서비스를 제공하는 고정 및 /또는 이동 노드를 말하고, 수신단은 데이터 서비스 또는 음성 서비스를 수신하는 고정 및 /또는 이동 노드를 의미한다. 따라서, 상향링크에서는 이동국이 송신단이 되고, 기지국이 수신단이 될 수 있다. 마찬가지로, 하향링크에서는 이동국이 수신단이 되고， 기지국이 송신단이 될 수 있다.
[56] 본 발명의 실시예들은 무선 접속 시스템들인 IEEE 802.XX 시스템， 3GPP(3rd Generation Partnership Project) 시스템， 3GPP LTE 시스템 및 3GPP2 시스템 중 적어도 하나에 개시된 표준 문서들에 의해 뒷받침될 수 있으며, 특히, 본 발명의 실시예들은 3GPP TS 36.211, 3GPP TS 36.212, 3GPP TS 36.213, 3GPP TS 36.321 및 3GPP TS 36.331 문서들에 의해 뒷받침 될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예들 중 설명하지 않은 자명한 단계들 또는 부분들은 상기 문서들을 참조하여 설명될 수 있다. 또한， 본 문서에서 개시하고 있는 모든 용어들은 상기 표준 문서에 의해 설명될 수 있다.
[57] 이하， 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다.
[58] 또한， 본 발명의 실시예들에서 사용되는 특정 (特定) 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며， 이러한 특정 용어의 사용은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다. [59] 예를 들어， 샐를러 시스템은 LTE또는 LTE-A시스템을 의미하며， mmWave 시스템은 LTE 또는 LTE-A 시스템에서 mm Wave 를 지원하는 시스템을 의미할 수 있다. 즉, mmWave 시스템은 mmWave 특성을 지원하는 무선 접속 시스템을 의미한다. 또한, 본 발명의 실시예들에서 레이 (ray)라는 용어는 빔포밍을 수행하지 않는 경우 mmWave 링크에서 발생하는 고유 신호 또는 고유 신호들의 클러스터 (cluster)를 의미할수 있다.
[60] 이하에서는 본 발명의 실시예들이 사용될 수 있는 무선 접속 시스템의 일례로 3GPP LTE/LTE-A 시스템에 대해서 설명한다.
[61] 이하의 기술은 CDMA(code division multiple access), FDMA(frequency division multiple access), TDMA(time division multiple access), OFDMA(orthogonal frequency division multiple access), SC-FDMA(single carrier frequency division multiple access)등과 같은 다양한무선 접속 시스템에 적용될 수 있다.
[62] CDMA 는 UTRA(Universal Terrestrial Radio Access)나 CDMA2000 과 같은 무선 기술 (radio technology)로 구현될 수 있다. TDMA 는 GSM(Global System for Mobile communications)/GPRS(General Packet Radio Service) EDGE(Enhanced Data Rates for GSM Evolution)와 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. OFDMA 는 IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802-20, E-UTRA(Evolved UTRA)등과 같은 무선 기술로 구현될 수 있다.
[63] UTRA 는 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)의 일부이다. 3GPP LTE(Long Term Evolution)은 E-UTRA를사용하는 E-UMTS(Evolved UMTS)의 일부로써， 하향링크에서 OFDMA를 채용하고 상향링크에서 SC-FDMA를 채용한다. LTE-A(Advanced) 시스템은 3GPP LTE 시스템이 개량된 시스템이다. 본 발명의 기술적 특징에 대한 설명을 명확하게 하기 위해, 본 발명의 실시예들을 3GPP LTE/LTE-A 시스템을 위주로 기술하지만 IEEE 802.16e/m 시스템 등에도 적용될 수 있다.
[64] 1. 밀리미터 웨이브 (mmWave) [65] 본 발명은 mm Wave 링크 고유의 위치 특정 선 (site specific ray) 특성 정보 검출 및 풍부한 분석 가능 선 (resolvable ray) 검출을 위한 신호 송수신 방법 및 이 를 지원하는 장치들에 관한 것이다. 기존의 짧은 mm Wave 샐 범위로 인하여， 송수 신 안테나의 빔 이득 획득 (antenna beam gain)을 위해 빔포밍 (beamforaiing) 수행이 필수적인 상황이었다. 따라서， mmWave 스케닝 기법으로도 빔포밍 기반의 빔 스캐 닝 기법이 제안되어 왔다. 하지만， 이러한 기술들은 범 스캐닝에 따른 오버헤드로 인하여 송수신 스캐닝 지연이 길어지는 단점이 있다.
[66] 본 발명에서 제안하는 레이 스캐닝 (Ray scanning) 기법은 mm Wave 환경의 고유 특징을 검출함으로써 빔 스캐닝 기법에 따른 큰 오버헤드를줄이는데 효과가 있다. 또한, 단말의 송수신 범 스캐닝으로 인한 정보는 채널의 고유 특성 정보 (예 를 들어， PDP(power delay profile)또는 PAS(power azimuth spectrum)등)가 아니므로, 채널 고유의 정보 획득 및 웅용을 위하여 사용 할수 있다.
[67] 1.1 안테나포트 [68] 도 1은 mmWave에서 사용하는 안테나 포트의 일례를 나타내는 도면이다.
[69] 안테나 포트는 물리적 안테나에 대한 가상적인 개념이다. 안테나 포트로 내보내지는 출력은 반드시 참조 신호 (RS: Reference Signal)를 포함한다. 하나의 논 리적 안테나포트로 나가는 출력은 RS를 포함해서 단말이 RS를 검출하여 채널을 추정해서 수신할 수 있는 안테나스트림 (antenna stream) 단위로 볼 수 있다.
[70] 따라서 하나의 안테나 스트림이 2 개 이상의 물리적 안테나로 전송되거나 또는 하나의 안테나 스트림이 공간프리코딩 (spatial precoding; 송신 빔포밍의 하나) 되어 여러 개의 물리적 안테나를 통해 전송되든지 상관없이 단말은 하나의 안테나 포트를 가정하여 수신할 수 있다.
[71] 도 1 과 같이 물리적 안테나는 안테나 포트와 별개의 매핑으로 이루어 져 있으며, 벤더 (vender)에 따라 물리적 안테나와 안테나 포트 간의 매핑이 정해진다. 따라서， 물리적 안테나의 구현 문제는 고려할 필요 없이 안테나 포트당 신호 또는 데이터의 전송 방법에 대한 기술들이 고려되고 있다.
[72] 1.2 LTE 시스템의 안테나포트구성
[73] 다음 표 1 은 물리적 채널 및 신호들에 대해 사용되는 안테나포트들을 나 타낸다. [74] [표 1]
Figure imgf000012_0001
[75] 1.2.1 프리코딩
[76] 송신단의 프리코더는 전송 프리코더로부터 블록 백터 [ 0)(0... /^«Γ, i = Q,l,...,M^-l 를 입력으로 취하고 자원 요소들에 매핑되는 블록 백터 [2 (0)( ... ^-"(οΓ, , = 0,1,...，0-1를 생성한다.
[77] 단일 안테나 포트 상의 전송을 위한 프리코딩에 대해서， 프리코딩은 2 (0) (0 = »)(0와 같이 정의된다ᅳ 이때， ,ᅳ..， M;;mb-1, ^b= ¾ 이다.
[78] 공간 다중화를 위한 프리코딩은 공간 다중화를 위한 레이어 매핑과 함께만 사용된다. 공간 다중화는 안테나 포트 P = l 또는 户 = 4를 지원하고， 공간 다중화를 위해 사용되는 안테나 포트 집합은 각각 {20,21} 및 {40,41,42,43} 이다. 공간 다중화를 위한 프리코딩은 와 같이 정의된다.
Figure imgf000012_0002
이때, / = 0,l,...,MPmb-l, M^mb = M^ 이다.
[80] 안테나 포트 户 = 2에 대한사이즈 >χυ인 프리코딩 매트리스 W 는 다음 표 2의 엔트리 중 하나에 의해 주어진다.
[81] [표 2]
Figure imgf000012_0003
1 Υ 1 Γι οΊ
0
Έ 1 지 ο lj
1 1 "
1 -
Έ - 1
1 "
2 -
Έ丄
1 " 1
3 -
1 'ι
4 -
Έ 0
1 ᅳ 0"
5 -
7 1
[82] 안테나 포트 P = 4 에 대한 사이즈 Ρχ υ인 프리코딩 매트리스 W 는 다음 표 3의 엔트리 중 하나에 의해 주어진다. 표 3에서 각 행은 왼쪽에서 오른쪽으로 코드북 인덱스가증가하는 순서로 표시된다. 표 3 은 υ가 1 인 경우를 나타내며, υ가 2 내지 4 인 경우는 TS36.211 ν12.3 규격의 표 5.3.3Α.2-3 내지 5.3.3Α2-5 를 참조하도록 한다. [83] [표 3]
Figure imgf000013_0001
[84] 1.2.2 물리 자원에 대한매핑
[85] 서브프레임에서 물리 상향링크 공유 채널 (PUSCH: Physical Uplink Shared Channel) 전송을 위해 사용되는 각 안테나 포트 p 에 대해서， 복소 심볼들의 블록 z^(Q) Z (M mb -1)은 전송 전력 SCH을 보장하기 위해 진폭 스케일링 팩터 A>uSCH와 곱해져야 하고 안테나 포트 P 에 대해 물리 자원 블록들에 z( 0)로 시작하는 시원스에 매핑되고 PUSCH 전송을 위해 할당된다. 인덱스 ？ 및 안테나 포트 p 간의 관계는 상기 표 1 에 주어진다. 전송을 위한 물리 자원 불록에 상웅하는 자원 요소 (*,/)에 대한 매핑은 해당 서브프레임의 첫 번째 슬롯부터 시작하여 먼저 인덱스 k 이후 인덱스 I의 증가 순서로 매핑된다.
[86] 또한， 물리 자원 불톡에 상웅하는 자원요소 )에 대한 매핑은 (1) 참조 자원의 전송을 위해서는사용되지 않고, (2) 만약 단말이 특정 서브프레임에서 SRS 전송을 한다면 해당 서브프레임의 마지막 SC-FDMA 심볼에는 매핑되지 않고, (3) 만약 PUSCH 전송이 부분적 또는 완전히 샐 특정 SRS 대역폭과 겹치는 경우 해당 샐 특정 SRS 로 구성된 서브프레임 내의 마지막 SC-FDMA 심블에는 매핑되지 않고， (4) UE 특정 비주기적 SRS 서브프레임 내에서 가능한 SRS 전송을 위해 예약된 SC-FDMA 심볼의 부분에는 매핑되지 않고, (5) UE 가 다중 TAG 로 구성되면 특정 서빙 샐 내의 UE 특정 주기적 SRS 서브프레임 내의 가능한 SRS 전송을 위해 예약된 SC-FDMA심볼의 부분에는 매핑되지 않는다.
[87] 안테나 포트 p 에 대한 물리 자원 매핑에 대한 자세한 내용은 3GPP TS36.21 1 규격의 V12.1 버전의 5.3.4 절을 참조할 수 있다.
[88] 1.3 mmWave의 문제점
[89] 기존의 레이 스캐닝 (Ray scanning) 기법으로는 mm Wave 의 무지향 (Omni) 안테나 특성으로 인해 작은 셀 경계를 가지며, 분석 가능한 레이 (resolvable Ray)가 작은 셀 지역에서만 검출 될 수 밖에 없다. 따라서, 레이 스캐닝 시에 빔포밍 이득의 도움 없이 어떻게 분석 가능한 레이의 검출 확률을 높일 것인지가 중요한 문제이다. 또한， mm Wave 링크는 단말의 위치 환경에 따라 링크 환경에도 민감하게 변하기 때문에, 위치 특정한초기 환경 정보의 획득도 중요한문제이다.
[90] 도 2 는 무지향성 안테나와 지향성 안테나가 커버 가능한 셀 반경의 일례를 나타내는 도면이다. [91] 도 2 를 참조하면， 무지향성 안테나가 커버하는 셀의 범위는 지향성 안테나가 커버하는 샐 범위보다 넓다. mm Wave 에서 지향성 안테나를 사용시, 즉 빔포밍을 활용시 빔 포밍의 범위 이득이 -20dB 정도 줄어드는 문제가 있다. 따라서 무지향성 안테나를 사용하는 것이 바람직하나, mm Wave 의 경우 사용자 위치에 따라 채널 특성이 급변하는 문제점이 있다.
[92] 무지향성 안테나를 사용하는 mm Wave 기술의 특성상 상술한 문제점이 있다. 따라서， 본 발명에서는 이러한문제점을 극복하고 지향성 안테나가 커버하는 범위까지 무지향성 안테나가 커버할 수 있는 셀 범위를 늘리기 위한 방법들을 제안한다.
[93] 2. 지향성 안테나에 대한스캐닝 방법
[94] 2.1 빔 스캐닝 방법
[95] 이하에서는 빔 스캐닝 방법들에 대해서 간단히 설명한다.
[96] 도 3 은 송신 빔 스캐닝에 대한 수신 빔 스캐닝의 초기 단계의 일례를 나타내는 도면이고， 도 4는 수신 로브 인텍스가수신측에서 고정된 후 송신단에서 빔 스캐닝을 수행하는 방법 중 하나를 나타내는 도면이다.
[97] 빔 스캐닝의 초기 단계에서 기지국의 송신 빔 코드북이 결정되면， 해당 송신 빔은 고정한 상태로 수신측 즉， 단말이 수신 빔 스캐닝을 360 도로 돌아가면서 각 빔에 따른 PDP (Power Delay Prifile)을 도출한다. 이때, 단말은 검출한 PDP 중 가장 전력이 큰 레이 (Ray)를 가지고 있는 수신 로브 (lobe)의 인덱스를 선택한다. 이때,로브란 안테나에서 방사되는 전파의 에너지 분포가 여러 방향으로 나뉘어져 있는 경우 각각의 방사군을 의미한다. 즉, 범 스캐닝시 빔의 일 형태를 의미한다.
[98] 다음 수학식 1 은 단말이 검출하는 각 로브의 SNR 을 계산하기 위해 사용된다.
[99] [수학식 1] arS max I H )wi f
[100] 수학식 1 에서 fi k)는 송신빔 k 에 대한 i 번째 로브의 무선 채널을 의미하고， ^는 프리코딩 행렬을 의미하며 , ρ,는 수신 전력을 의미하며, 시그마 (σ)는 노이즈의 크기를 의미하며， 시그마의 제곱은 노이즈의 전력을 의미한다. [101ᅵ 고정된 송신 빔 로브에 대한 수신 빔 스캐닝이 완료되는 시간을 도 3 과 같이 라고 정의 할 때, Tk 값은 다음 수학식 2와 같이 결정될 수 있다.
[102] [수학식 2] 一 ( [103] 수학식 2 에서 T^delay는 수신단에서 반복하여 빔 스캐닝을 하는데 필요한 최대 지연 시간을 의미하는 초과 지연 확산 (excess delay spread) 값이며，
Tpr0pᅳ de!ay는 전송 지연 값이고, τ pm —delay 각 수신 빔 로브에 대한 pDP 측정 시간 및 강한 레이 검출 시간을 의미하며， N 는 수신 측 빔 로브의 개수를 의미한다.
[104] 수신단은 전체 I~K 까지의 송신 빔 로브를 360 도 변화 시키면서， 위의 과정을 반복한다. 따라서, 수신단의 빔 스캐닝 완료 시간은 이다. 여기서 Κ는 전체 송신 빔의 개수를 의미한다.
[105] 도 4 를 참조하면， 수신단인 단말이 범 스캐닝을 완료하면 다시 mm Wave 기지국으로 파일롯 신호를 전송한다. 이후， 단말은 송신 측 로브 인텍스를 결정하기 위해 360 도 빔 스캐닝을 수행한다. 따라서, 송수신 빔 스캐닝이 완료되는 시간은 Κτ' + τ" θ| 된다,
[106] 다음 표 4는 범 스캐닝 완료 시간측정을 위한 파라미터를 정의한다. [107] [표 4]
_ lus
5us
670us
N 100 (vertical + horizontal)
(beamwidth = 36 degree)
K 100(vertical + horizontal)
(beamwidth
= 36 degree)
r 100*670us
[108] 만약, 빔 스캐닝을 수행하기 위한 파라미터들이 표 4 와 같이 정의 된다면， 전체 송수신 빔 스캐닝 시간은 시간은 100*100*(1+5+670)+100*670 = 6.827 초 (sec) 정도가 된다. 즉， 상당히 긴 시간의 오버헤드가발생 함을 알수 있다.
[109] 그러나， mm Wave 특성상 좁은 셀 커버리지 내에서 사용자의 순간적인 움직임에 따라 채널 특성이 가변한다. 그런데 빔 스캐닝을 위해 거의 7 초 가량이 소모되면 변화된 채널 특성에 맞는 mm Wave 서비스를 제공할 수 없는 문제점이 있다. 따라서， 일반적인 빔 스캐닝을 통한 mmWave 링크 연결을 위해서는 보다 간결한 처리 방법이 요구된다.
[110] 2.2 레이 스케닝 방법
[111] 도 5 는 60GHz 대역에서 각 송수신단의 위치에 따른 PAS 분포의 일례를 나타내는 도면이다. 특히， 도 5(a)는 실내의 AoA(Angle of Arrival)의 측정 상태를 나타내고， 도 5(b)는 건물 내 복도에서의 AoA의 측정 상태를 나타낸다. [112] 도 5 에서와 같이 수신 위치의 공간 환경 특성에 따라, 단말의 안테나 각도에 따른 전력량을 나타내는 PAS 가 다양하게 변하는 것을 확인할 수 있다. 고주파 대역을 사용하는 mm Wave 에서 단말의 환경적 특성은 저주파 대역과 대비하여 더욱 뚜렷하게 나타난다.
[113] 도 6 은 28GHz 대역에서 각 송수신단의 위치에 따른 PAS 분포의 일례를 나타내는 도면이다. 도 6(a)는 비가시선 (NLoS: Non Line of Sight) 환경인 도심 지역에서의 PAS 측정 결과를 나타내고， 도 6(b)는 일반적인 가시 (LoS) 환경에서의 PAS 측정 결과를 나타낸다.
[114] 라파포트 팀은 60GHz 대역과 비슷하게 28GHz 대역에서도 NLoS 환경 (즉， 건물 등에 의해 반사， 굴절로 링크가 연결되는 상화)에서는 수신기의 지역적 위치 특징에 따라 PAS 가 결정되는 것을 측정을 통해 나타내었다. 이러한 결과는 일반적인 LoS 환경에서도 보어사이트 (boresight)를 기준으로 AoA 가 틀어질수록 충분히 수신 전력이 줄어들며, 환경적 특징에 따라 수신 전력 변화가 각 AOA 에 따라 나타날 것으로 예측하고 있다.
[115] 따라서, 범포밍 기반이 아닌 레이 스케닝 기반의 스캐닝 방식을 통해 mm Wave 단말이 무선 환경에 대한 고유 특징을 분석하는 것은, 빔 스캐닝 시의 후보 공간의 로브 둥을 파악할 수 있거나 다양하게 분포하는 분석 가능한 레이 검출을 수신기에서 검출 할 수 있도톡 정보를 제공하는 도구로써 유용하게 사용 될 수 있다.
[116] 2.3 고유 환경적 요소 (PDP/PAS)와지향성 안테나의 관계
[117] mm Wave 시스템에서 지향성 안테나 및 범포밍을 사용하는 것은 빔 이득 (beam gain)을 획득하여， mmWave 고유 특성에 의해 제한되는 mm Wave 샐 경계 (cell boundary)를 확장하기 위해서 기본적으로 수반되어야 한다. 하지만， 지향성 안테나 및 빔포밍의 사용으로 인해 mm Wave 링크 고유의 특성은 변하게 된다.
[118] 도 7 은 mm Wave 시스템에서 지향성 안테나에 대한 효과의 일례를 나타내는 도면이다. 특히, 도 7(a)는 대역폭에 따른 PAS 의 변화량을 나타내고， 도
7(b)는 지향성 안테나에 의한 RMS DS 변화를 나타낸다.
[119] 도 7 (a)에서 α는 대역폭을 의미한다. 일반적으로 PAS 는 환경 특징에 따라 라풀라시안 /유니폼 /가우시안 (laplacian/uniform/Gaussian) 등의 분포를 가진다. 하지만， 지향성 안테나 및 빔포밍의 사용으로 인해 대역폭의 범위가 제한 되어, 잘라진 라플라시안 /가우시안 (truncated laplacian/Gaussian)등의 분포로 변한다.
[120] 도 7 (b)처럼 한정된 AoA 로 인해, 지연 확산 값도 줄어 든다. 따라서, mm Wave 링크에서 빔포밍 사용시의 환경 특성은 고유 nun Wave 링크 환경 특성으로 볼 수 없다. 【121ᅵ 따라서， 고유 mm Wave 링크의 환경적 특성 분석 및 정보 획득을 위해서는 무지향성 안테나 기반의 레이 스캐닝 방법이 필요 하다.
[122] 3. mm Wave시스템에서 무지향성 안테나에 대한 레이 스캐닝 방법
[123] 본 발명의 실시예들은 mm Wave 링크의 초기 레이 스캐닝 (Ray scanning)을 효율적으로 수행하기 위한 방법들을 제공한다. 또한， 본 발명의 실시예들은 mmWave 링크 포트 별 송수신 파일롯 신호 구성을 통해 mm Wave 링크의 분석 가능한 레이 (Resolvable Ray) 검출을 향상시키고, 레이 스캐닝을 통해 mm Wave 고유 특징 정보 (PAS, PDP)등을 획득하는 방법들을 제공한다.
[124] 도 8 은 tmnWave 시스템에서 사용되는 레이 스캐닝 방법의 일례를 나타내는 도면이다.
[125] mmWave 시스템의 기지국은 시간 및 /또는 주파수 동기를 맞추기 위해 동기 신호를 주기적으로 방송한다 (S810).
[126] 기지국은 셀 특정 포트 별로 파일롯 신호 또는 참조 신호를 전송한다 (S820).
[127] mmWave 시스템의 수신단 (예를 들어, 단말)은 셀 특정 포트 별로 전송되는 파일롯 신호 또는 참조 신호에 대한수신 전력을 측정한다 (S830).
[128] 단말은 각 포트 당 분석 가능한 레이 검출 및 검출한 레이의 시간 지연 값을 검출한다 (S840).
[129] 단말은 수신 전력이 가장 큰, 분석 가능한 레이가 있는 송신 포트를 검출한다. 또한， 단말은 해당송신 포트에 대한 후보 빔 로브를 검출한다 (S850).
[130] 이와 같은 과정을 통해 mmWave 시스템 내의 기지국 및 단말은 레이 스캐닝을 수행할 수 있다. 단말 및 /또는 기지국은 레이 스캐닝 이후 얻을 수 있는 정보를 통해 범 스캐닝 시 후보 빔 트래킹을 통해 복잡도를 기존의 빔 스캐닝 방법에 비해 줄일 수 있다. [131] 레이 스캐닝 방식을 mm Wave 시스템에 적용시 mm Wave 셀 영역이 작은 특성 및 환경적 요소에 매우 민감한 특성 때문에， 분석 가능한 레이 검출이 어렵다. 따라서, 기존 샐를러 시스템에서 수행하고 있는 레이 스캐닝 방식 보다는 보다 많은 분석 가능한 레이 획득을 위한 방법론적 다양성을 늘리는 것이 바람직하다.
[132] 본 발명에서 제안하는 mmWave 시스템에 적용되는 레이 스캐닝 방법은 mmWave 시스템의 초기 고유 채널 특성 분석 및 정보 획득을 위해 이용 될 수 있다. 특히 단말의 위치에 따라 민감하게 변하는 mmWave 링크 특성 정보를 획득 함으로써, 추후 빔 스캐닝의 오버헤드를 줄이는데 이용될 수 있다. 즉， mmWave 레이 스캐닝 방법은 빔 스캐닝 방법의 오버헤드를 줄이는데 이용될 수 있다. 따라서， mmWave 시스템에서는 범 스캐닝 기법과 레이 스캐닝 기법을 흔용하여 사용할수 있다.
[133] 3.1 mmWave시스템에서 포트 당동기 전송을 위한시퀀스 전송 방법
[134] 본 절에서 설명하는 동기를 맞추기 위한 시퀀스 전송은 S810 단계에서 수행될 수 있다. mmWave 레이 스캐닝을 수행하기 위해， 기지국은 포트 당 동기 신호의 전송을 위해 미리 시간 /주파수 동기를 맞추기 위한 시퀀스를 전송할 수 있다.
[135] 여기서의 동기 신호는 시간 동기에 중점을 두는 형태가 되므로 주파수 스캐닝은 단말의 성능 (capability)에 따라 결정된다. LTE 시스템에서는 동기 신호를 위한 주동기신호 (PSS: Primary Synchronization Signal)의 자원 블톡 (RB: Resource Block) 개수는 6개이며， 총 63 서브캐리어를사용하고 있다.
[136] 현재 셀를러 시스템에서 사용되는 PSS 시퀀스를 적용시, 단말은 초기 동기를 7.5kHz 의 오프셋 내에서 쉽게 검출할 수 있다. 이때， 7.5 kHz 의 오프셋을 지원하는 동기 신호를 30GHz 에서 동일하게 사용한다면 270km/h 로 이동하는 단말까지 동일한 시퀀스로 지원할 수 있다. 이때， mmWave 시스템에서 사용되는 고속 이동 단말에 대한 시간 동기 신호 검출을 위해서, 만약 단말 성능이 mm Wave 대역 (예를 들어， 30GHz)을 지원 한다면, 동기 신호 전송을 위한 RB 개수 및 시¾스 길이는 조정 될 수 있다.
[137] 도 9는 63개의 기저 자도프추 시퀀스를 (based Zedoff-chu sequence)를 이용한 동기 신호의 오토 코릴레이션 (Auto Correlation)의 계산결과를 나타내는도면이다.
[138] 도 9를 참조하면， 7.5kHz오프셋을 적용할 때 (예를 들어， 270km h support at 30GHz, subcarrier 104.25khz) 거의 시간 동기가 맞추어 질 수 있음을 보이고 있다. 이 시뭔스의 루트 (root) 값은 임시적으로 인접 셀 간 다르게 설정할 수 있다.
[139] mmWave 시스템은 UWB(ultra wide band)를 가지기 때문에 기본적으로 레이 스캐닝을 위한 파일롯 신호의 전송은 CDM(Code Division Multiplexing)을 이용한 전대역 (full band) 전송 방식 (즉, IR-UWB 와유사)또는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 을 이용한 다중 부분 대역 (partial band) 전송 방법 (즉, MB - UWB와유사)으로 수행될 수 있다.
[140] 일반적으로 mmWave 링크는 적은 다중 경로 (multipath delay; 예를 들어， 10ns 및 28GHz)를 가지고 있기 때문에， 시간 동기를 레이 간의 전송 시간 차를 보상하기 위해 맞추게 되면， 파일롯신호를 TDM(Time Division Multiplexing)을사용 하여 안테나 포트 별로 분리하여 전송할 수 있다. 이러한 방법의 경우, 수신 측에서는 어느 송신 안테나 포트에서 가장 강한 분석 가능한 레이 (resolvable Ray)가 검출 되는지 쉽게 알 수 있다. 따라서， 단말은 시간 동기를 맞추기 위한 시¾스 전송을 레이 스캐닝 전에 수신하는 것을 미리 고려 할수 있다.
[141] 기지국과 단말간에 동기가 맞추어 지면, 단말은 미리 송수신 구성을 통해 분석 가능한 레이 검출을 다이버시티 (diversity) 획득 측면에서 실시 할 수 있다. 이때, 기지국과 단말 간의 동기가 완전히 맞추어진 것은 아니라 단말의 레이 스캐닝을 위한 파일롯 신호의 검출 위치를 파악하기 위한 동기를 맞추는 것으로, mmWave 기지국이 파일롯을 전송하는 mmWave 단말은 mmWave 전 대역의 전 시간을 블라인드 서칭을 수행하여 동기 신호를 검출할 수 있다. 시간 및 주파수 동기가 맞지 않은 상태에서는 포트 별 파일롯 신호 간의 비동기로 인해, 수신 측에서 정확한 분석 가능한 레이 검출에 오류가 발생 할수 있다.
[142] 이런 문제를 사전에 방지하는 측면에서， 동기 신호 전송은 필요한 절차가 될 수 있다. 또한, 주파수 동기 신호가 다중 부분 대역을 통해 전송한다면 (예를 들어, MB-UWB 방식)， 단말은 송신 안테나 포트 정보를 묵시적으로 획득하기 위해서 동기 신호의 획득이 필요하다. 추가적으로 단말은 동기 신호를 통해 임시 셀 식별자 (Cell ID)를 획득을 할 수 있다. 따라서, 단말은 셀 특정한 레이 스캐닝을 수행할 수 있다.
[143] 도 10은 mmWave 시스템에서 레이 스캐닝 및 빔 스캐닝에 따른 샐 경계를 나타내는 도면이다.
[144] 도 10 에서 접선은 각 기지국들이 무지향성 안테나를 이용하여 레이 스캐닝을 수행하는 경우의 샐 경계를 나타내고, 실선은 지향성 안테나를 이용하여 빔 스캐닝을 수행하는 경우의 셀 경계를 나타낸다. [145] 3.2 mmWave시스템에서 셀 특정 안테나포트 별 파일롯신호 전송
[146] 이하에서 설명하는 파일롯 신호 전송 방법들은 S820 단계에서 수행될 수 있다.
[147] mmWave 시스템에서 단말이 더 많은 분석 가능한 레이 획득을 위해 기지국은 셀 특정 안테나 포트별 파일롯 신호를 최대 송신 전력으로 전송하도톡 구성할수 있다. '
[148] 기지국 및 /또는 단말은 동기 신호를 통해 획득되는 임시 샐 식별자 (cell ID) 및 각 임시 셀 식별자에 대한 구성 정보를 기반으로 파일롯 신호 전송을 위한 구성 패턴을 결정할 수 있다. [149] 3.2.1 파일롯신호를 전송하기 위한구성 패턴 [150] 도 11 은 tnmWave 시스템에서 셀 특정 송신 안테나 포트별로 파일롯 신호를 전송하기 위한 구성 패턴의 일례를 나타내는 도면이다.
[151] 도 11 을 참조하면, 기지국의 안테나 포트 1 은 첫 번째 RB 에서 동기신호를 전송하고， 두 번째 RB 에서 최대 전송 전력으로 파일롯 신호를 전송하도록 구성된다. 기지국의 안테나 포트 2 는 첫 번째 RB 에서 동기 신호를 전송하고 세 번째 RB 에서 파일롯 신호를 최대 전송 전력으로 전송하도록 구성된다. 즉， 첫 번째 RB 에서는 기지국의 모든 안테나 포트들에서 동기 신호를 전송하고, 파일롯 신호는 T VI 방식으로 서로 겹치지 않는 RB 에서 전송되도록 구성한다. 이와 같은 방식으로 기지국의 N 번째 안테나 포트에서는 첫 번째 RB 에서 동기 신호를 전송하고， N+1 번째 RB 에서 파일롯 신호를 전송하도록 구성될 수 있다. 이때, 파일롯 신호를 전송하기 위한 RB 의 크기는 최대 지연 확산 값보다 길게 설정될 수 있다.
[152] 도 11 과 같은 방식으로 구성된 파일롯 신호의 구성 패턴으로 파일롯 신호들이 전송되면, 단말은 안테나 포트 별로 분석 가능한 레이를 검출할 확률이 커지고， 기지국에서 파일롯 신호를 전송하기 위한 송신 전력의 손실도 줄일 수 있다.
[153] 도 Π 과 같은 파일롯 신호의 구성 패턴을 설정하기 위해 단말과 기지국 간에 미리 설정되는 구성 정보는 (1) 안테나 포트 별 최대 송신 전력 , (2) 셀 특정 안테나 포트 별 파일롯 전송 패턴, (3) € 특정 레이 스캐닝 파일롯 신호의 길이, 및 (4) 셀 특정 레이 스캐닝 파일롯 시뭔스 인덱스를 포함할수 있다.
[154] 샐 특정 안테나 포트 당 파일롯 신호를 전송하기 위한 구성 패턴, 파일롯 신호의 길이 및 파일롯 신호에 대한 시퀀스 인덱스 등의 구성 정보는 단말과 기지국 간의 동기화로 인해 획득하는 임시 셀 식별자를 획득한 이후에 결정될 수 있다. 기지국의 안테나 포트 당 전체 PDP 특성을 알기 위해서, 파일롯 신호의 길이는 해당 셀 내에서 최대 초과 지연 확산 값을 기반으로 설정될 수 있다. 【155】 3.2.2 레이 스캐닝을위한 파일롯신호를 전 대역을통해 전송하는 방법
[156] 도 12 는 레이 스캐닝을 위한 파일롯 신호를 해당 기지국의 주파수 전 대역을 통해 전송하는 경우의 파일롯 신호 구성 패턴의 일례를 나타내는 도면이다.
[157] 이때， 도 12(a)는 도 11 의 경우와 같되， 주파수는 해당 셀 내의 전대역으로 설정된 것을 가정한다. 도 12(b)는 시간 및 주파수 간 파일롯 신호를 할당하는 구성을 나타낸다.
[158] 도 12(b)를 참조시, 기지국은 전 대역을 동해 동기 신호를 전송하여 샐 내의 단말 1~M과 동기를 맞추고, 전송 안테나포트별로서로 다른 파일롯신호를 단말 1~M 에 전송한다. 이때, 둘 이상의 단말에 대한 파일롯 신호들의 전송은 CDM 방식으로 구분 하고， 해당 파일롯 신호들의 안테나 포트에 대한 구분은 TDM 방식으로 구분할 수 있다. 이러한 경우， 셀 내 단말들과 기지국간에 동기 신호를 통한 시간적인 동기화가 되어 있는 것을 가정한다.
[159] 도 12 에서 파일롯 신호들을 CDM 으로 구분하는 이유는 다중 단말이 샐 내의 서로 다른 곳이 위치하고 있을 때, 각 단말의 보다 정확한 전력 측정을 위해서이다. 이때， CDM 방식을 위해 각 단말들은 고유의 CDM 코드를 미리 가지고 있을 수 있다.
[160] mm Wave 시스템 내의 모든 mmWave 단말이 기지국과 동기화되어 있다면, 각 단말은 안테나 포트 당 PDP 정보를 우수하게 획득할 수 있으며, 파일롯 신호가 전 대역 확산에 의해 이동 단말에 전송될 때, 단말에서 PDP 검출을 효과적으로수행할수 있다.
[161] 하지만, 안테나 포트의 개수가 증가되는 경우에 시간적인 오버헤드가 증가하게 되며, 단말과 기지국 간 동기화가 이뤄지지 않은 경우 단말은 안테나 포트 별로 잘못된 PDP 를 검출 할 수 있다. N 개의 송신 안테나 포트에 대하여 전체 파일롯 신호의 전송 시간은 ^x누 가 된다. 단， γ Λ 는 해당 셀 내에서 초과 지연 확산 값보다는 크게 설정되는 것이 바람직하다. 예를 들어， ^ss May 값은 28GHz 밀집된 도시 환경에서 약 lus 정도로 설정돨수 있다. [162] 3.2.3 샐 특정 포트 당파일롯신호를 FDM방식으로 전송하는 방법
[163] 도 13 은 레이 스캐닝을 위한 파일롯 신호를 부분 대역을 통해 전송하는 방법을 나타내는 도면이다.
[164] 도 13(a)는 안테나 전송 포트 당 레이 스캐닝을 위한 파일롯 신호를 전송하기 위한 구성을 나타내며， 도 13(b)는 도 13(a)의 구성을 갖는 파일롯 신호가부분 대역을 통해 전송되기 위한구성을 나타낸다.
[165] 도 13(a)를 참조하면， 각 포트들 (포트 1,...， N)은 동기 신호를 먼저 전송한 후， 모든 포트들에서 일정한 전송 전력으로 파일롯 신호를 전송하도톡 구성된다. 도 13(b)를 참조하면, 도 13(a)에서 설명한 동기 신호는 주파수 전대역을 이용하여 전송될 수 있다. 다만, 각 포트들은 셀 내 주파수의 서로 다른 부분 대역을 통해 전송될 수 있다.
[166] 각 안테나 전송 포트들이 파일롯 신호를 FDM 방식을 기반으로 주파수를 구분하여 전송하는 방법은 파일롯 신호를 CDM과 TDM으로 구분하는 방식보다는 안테나 포트당 오버헤드가 적다. 다만, 전송 안테나 포트의 개수가 증가할 수록 안테나 포트 당 레이 스캐닝에 사용하는 대역을 줄여야 하는 단점이 있고， 고정된 파일롯 신호의 개수에 대웅하는 부분 대역들이 줄어드는 만큼 서브캐리어 '스패이싱 또한 줄어든다. 따라서 시간 축에서 오버헤드가 증가할 수 있다. 또한, 기지국의 전송 안테나 포트들은 일정한 송신 전력으로 파일롯 신호들을 전송하기 때문에, 단말에서 분석 가능한 레이 검출 확률이 낮아질 수 있다. 게다가, 셀 내에서 이동하는 단말들이 많은 경우 각 단말들에 대해서 주파수 보상을 해야 하는 과정이 필요하다.
[167] 따라서, 본 절에서 설명한 FDM 방식은 셀 특정 안테나 포트의 개수가 적고, 광대역으로 레이 스캐닝을 수행할 때 유용한 방식이다.
[168] 3.3 레이 스캐닝을위한파일롯신호의 반복 전송 방법 [169] 이하에서는 mmWave 시스템에서 레이 스캐닝을 위한 파일롯 신호를 반복하여 전송하는 방법들에 대해서 설명한다.
[170] 단말의 mm Wave 위치 특정 (site specific) 정보 획득 및 각 안테나 포트에 대한 PDP 획득의 다이버시티를 위하여, 기지국은 파일롯 신호의 오버헤드를 고려하여 파일롯 신호를 소정 횟수 반복하여 전송하도록 구성될 수 있다.
[171] 이때, 반복 패턴은 임시 셀 식별자에 따라 다르게 설정될 수 있다. 송신 안테나 포트 별로 반복 횟수는 서로 동일하게 또는 서로 다르게 설정될 수 있다. 이때, 기지국은 단말의 레이 스캐닝 오버헤드와 안테나 포트 당 반복적인 PDP 획득 및 의미 있는 PAS 추산을 할 수 있도록 파일롯 신호의 반복 횟수를 결정할 수 있다. 또한 기지국은 각 안테나 포트에서 반복 전송되는 파일롯 신호의 횟수에 대한 정보를 상위 계층 신호 (예를 들어, RRC신호)를 통해 단말에 통지할 수 있다.
[172] 도 14 는 M 주기 마다 레이 스캐닝을 위한 파일롯 신호를 전송하기 위한 파일롯 신호 구성 방법 증 하나를 나타내는 도면이다.
[173] 도 14 를 참조하면， 하나의 인덱스 기간 내에서 기지국의 안테나 포트들은 순차적으로 파일롯 신호를 전송한다. 이때， 하나의 인텍스 기간 내에서 전송하는 파일롯 신호의 패턴은 도 11 내지 도 13 에서 설명한 방법들 중 하나를 이용할수 있다. 도 14 는 도 11 의 파일롯 신호 전송 패턴을 이용한 경우를 나타내는 도면이다.
[174] 이때, 파일롯 신호의 전송 주기는 M 으로 설정된 경우를 가정하므로， 기지국은 첫 번째 인덱스에서 모든 안테나 포트들의 파일롯 신호를 순차적으로 전송하고， M 번째 인덱스에서 다시 모든 안테나 포트들의 파일롯 신호를 순차적으로 전송한다.
[175] 도 15 는 안테나 포트 당 파일롯 신호를 M 회 반복하여 전송하기 위한 파일롯 신호 구성 방법 증 하나를 나타내는 도면이다.
[176] 도 15 를 참조하면， 기지국은 첫 번째 인텍스 (Index 1)에서 첫 번째 안테나 포트를 통해 동기 신호를 전송한 이후， M 번의 파일롯 신호를 M 개의 RB 를 이용하여 단말에 전송할 수 있다. 또한， 기지국은 두 번째 인덱스 (Index 2)에서 두 번째 안테나 포트를 통해 동기 신호를 전송한 이후， M 번의 파일롯 신호를 M 개의 RB 를 이용하여 단말에 전송할 수 있다. 기지국은 이러한 과정을 N 번째 안테나 포트까지 수행한다.
[177] 도 15 를 참조하면, 모든 안테나 포트들은 동기 신호를 모든 인덱스 기간마다 전송한다. 다만， 어느 하나의 안테나 포트가 M 회의 파일롯 신호를 반복 전송하는 동안에는 다른 안테나 포트는 파일롯 신호를 전송하지 않는다. 또한, 어느 하나의 안테나 포트가 파일롯 신호를 전송하는 경우 최대 전송 전력으로 파일롯 신호를 전송한다.
[178] 도 15 에 도시된 방법으로 파일롯 신호를 전송하는 기지국에서 관리하는 샐 커버리지가 확장되는 효과가 있다. 즉， 기지국에서 비지향성 안테나를 이용하여 레이 스캐닝을수행하는 경우에도， 샐 커버리지를 확장할 수 있는 장점이 있다.
[179] 도 14 및 도 15 를 통해 설명한 파일롯 신호의 반복 전송 패턴은 mm Wave 레이 스캐닝 시의 파일롯 정보를 어떤 채널 환경에서 송수신할 것인가를 기준으로 mmWave 링크에서 레이 스캐닝 파일롯 패턴을 결정한다.
[180] 예를 들어， 도 14 에 도시된 파일롯 반복 전송 패턴은 해당 셀 내의 mmWave 기지국과 단말 사이의 일반적인 채널 특성 및 일반적인 레이 스캐닝이 필요한 상황 (즉, 비간섭성 (non-coherent) 채널 상황을 이용 할 때)에서 사용될 수 있고, 도 15 에 도시된 파일롯 반복 전송 패턴은 안테나 포트 별로 시간적인 특정 구간의 mmWave 링크 특성 정보 획득과 안테나 포트 별로 레이 스캐닝에 목적을 둘 때 사용될 수 있다.
[181] 3.3.1 파일롯신호의 반복 횟수결정 방법
[182] 도 16 은 송신 안테나 포트에서 하나의 파일롯 신호를 전송하는 동안의 PDP 변화와 샘플 콜렉팅 길이의 일례를 나타내는 도면이고, 도 17은 송신 안테나 포트에서 파일롯 신호를 반복 전송하는 동안의 PDP 변화와 샘플 콜렉팅 길이의 일례를 나타내는 도면이다.
[183] 이하에서는 도 16 및 도 17 을 기반으로 전력 지연 프로파일을 이용하여 AoA를 추정하는 방법에 대해서 설명한다.
[184] [수학식 3]
FML = - ᅳ1^^')」
[185] 단말에서 검출되는 수신신호는 0 = ^(0 + ^(0와 같이 표현된다. 이때, A는 알려지지 않은 AoA 파라미터 행렬 (unknown AoA parameter matrix)이이고,
N(t)는 노이즈를 의미한다. 수학식 3 에서 는 y(t)의 자기상관 (autocorrelation) 행렬이다.
[186] 수학식 3 을 해결 하기 위해, MODE 알고리즘을 이용하여 AoA를 추정 할 수 있다. 즉, 수학식 3은 다음수학식 4와 같이 정리될 수 있다.
[187] [수학식 4]
FML = arg y (y(tn) - As(tn)f (y(tn) - As(t„)) [188] 수학식 4에서 S(tn> ML (Maximum Likelihood)추정으로 다음수학식 5와 같이 계산할 수 있다.
[189] [수학식 5]
s{tn) = {AHArAHy{tn)
[190] 상술한 수학식 5 의 AoA 추정 문제 해결을 위한 방법은 EM (Expectation Maximization) 알고리즘 또는, SAGE (Space-Alternating Generalized Expectation- maximization algorithm) 알고리즘 둥 널리 알려진 방법들을 이용할 수 있다. 기지국은 이러한 알고리즘들을 이용하되 샘플링 구간의 복잡도를 고려하여， 도 16과 같이 제한된 n개의 샘플링으로 AoA를 추정할 수 있다.
[191] 이를 통해, 하나의 파일롯 신호 당 하나의 AoA 가 추정될 수 있다. 실제 측정한 PAS 와 추정된 AoA 들로 구성된 AoA 히스토그램이 비슷해질 때까지 기지국은 AoA 추정을 수행하여 M 개의 파일롯 신호를 결정할 수 있다. 도 18 은 송신 안테나 포트 별 AoA 추정 및 AoA 히스토그램과 실제 PAS 의 관계를 나타내는 도면이다. 예를 들어, 도 18 (a)는 실제 PAS 를 나타내며， 도 18(b)는 각 안테나포트 당 AoA 추정에 의한 AoA 히스토그램의 일례이다.
[192] 이후， 기지국은 파일롯 신호 전송의 오버헤드와 단말 성능 (UE capability)을 고려하여, 파일롯 신호의 반복 횟수를 소정 값 이내에서 결정한다. 다음 수학식 6은 파일롯 신호의 반복 횟수 M의 범위를 나타낸다.
[193] [수학식 6]
"^min < M < ^ overhead _ threshold
[194] 수학식 6 에서 Mmm 는 최소 파일럿 전송 횟수를 의미한다. 즉, Mmin 은 추산되어 얻어진 PAS 히스토그램이 실제 PAS 와 제한 된 허용 오차 e에서 비슷해 질 때， 예를 들어 MSE(mean square errer) 센스로 추산된 횟수로 가정할 수 있다. 오버헤드 임계값 (Overhead threshold)은 파일럿 신호를 전송할 때 복잡도 이득 (complexity gain)을 획득할 수 있는 최대 파일롯 신호의 개수로 정의될 수 있다.
[195] 수학식 6 의 Mmin 값은 다음 수학식 7 과 갈이 MSE(Mean Square Error) 추정을 이용하여 계산될 수 있다.
[196] [수학식 7]
Figure imgf000029_0001
[197] 수학식 7 에서 07 ^ᅳ *는 MSE추정 기법에 의한 AoA 추정 값이며, /(')는 이 추정 값들의 축적된 (cumulated) 된 값, £ 는 의미 있는 허용 오차 (tolerance) 값으로써, mm Wave 기지국과 단말이 레이 스캐닝 수행 이전에 미리 결정할 수 있다. 이러한 결정 방법은 수학식 Ί 에서 M 번의 축적을 수행하고, 정규화를 통해 얻어진 추정 AoA 히스토그램과 실제 PAS의 MSE를 이용하여, Mmin을 도출 하는 것이다. [198] 따라서, 추산된 AoA 개수는 송신 안테나 포트당 M 개가 된다. 기지국 및 /또는 단말은 추산된 M 개의 AoA 를 가지고， AoA 히스토그램을 획득함으로써, 후보 로브 인텍스를 획득할수 있다. 이러한방식으로 설정된 M 값은 RRC신호를 통해 레이 스캐닝 이전에 미리 설정될 수 있다.
[199] 3.4 단말의 mmWave 레이 스캐닝 수신 방법
[200] 도 19 는 본 발명의 실시예들에서 사용될 수 있는 단말 장치의 구성 중 일례를 나타낸다.
[201】 도 19를 참조하면, 단말은 X개의 수신 물리 안테나 (1910)를 가지고 있으며 : 샐 특정 안테나 포트는 N 개까지 설정될 수 있다. 이때， 물리 안테나와 수신 안테나 포트의 매핑 관계는 안테나 포트부 (1920)에서 관리할 수 있다. 단말은 안테나 포트 당 분석 가능한 레이를 검출하기 위한 검출부 (1930) 및 검출한 레이의 지연 값 및 AoA 를 추정하기 위한 포스트 처리부 (1940)를 포함한다. 또한， 포스트 처리부에서는 후보 빔 백터 서브셋을 빔 백터 처리부 (1960)로 전달하여 파일롯 신호의 수신을 지원할 수 있다. 수신 빔포밍 포트 부 (1950)는 포스트 처리부에서 선택한 포트를 이용하여 빔포밍을 수행할 수 있다. 즉， 단말의 프로세서 (1970)는 선택된 포트 당 레이 스캐닝 또는 빔 스캐닝을수행할 수 있다.
[202] 송신 안테나 포트 별 분석 가능한 레이 검출을 위해, 기지국은 송신 전력의 임계치를 설정하고， 셀 특정 안테나 포트 당 획득한 AoA 히스토그램을 통해, 후보 수신 빔 백터 서브셋 (beam vector subset)을 획득한다. 이후, 기지국은 가장 큰 전력이 할당될 송신 안테나포트를 결정한다.
[203] 이때, 단말의 셀 특정 수신 안테나 포트 당 TDM 방식 또는 FDM 방식으로 분류된 송신 안테나 포트의 구분이 가능하다. 단말은 가장 큰 수신 신호를 갖는 송신 안테나 포트를 선택하여, 해당송신 안테나포트로 데이터를 수신할 수 있다. [204] 도 20 은 각 수신 안테나 포트 당 수신 신호 전력 측정의 일례와 각 수신 안테나 포트에서 송신 안테나 포트를 분류하고 지연 값을 측정하는 방법을 나타내는 도면이다.
[205] 도 20 의 좌측부는 단말의 물리 안테나 (1910)에서 수신한 파일롯 신호들을 각 수신 안테나 포트 (1920)에서 분류한 모습을 나타낸다. 이때, 각 파일롯 신호의 형태는 수신 신호 전력으로 표시된다. 도 20 의 우측부는 단말의 포스트 프로세싱부 (1940)에서 수신 파일롯 신호들을 자기상관을 통해 검출한 신호를 나타낸다.
[206] 기지국과 동기가 맞추어진 상태에서 수신 단말은 수신 안테나 포트 당 분석 가능한 레이 검출을 위한 시뭔스들을 미리 알고 있다. 또한, 단말은 Τ 당 전송되는 송신 안테나 포트를 TDM 방식을 통해 구분할 수 있다. 따라서 단말은 각 레이 스캐닝 시뭔스를 이용하여 기지국의 어느 송신 안테나 포트에서 파일롯 신호가 전송될 경우에 각수신 안테나 포트에서 가장큰 분석 가능한 레이가 검출 되는지를 알 수 있다. 또한, 단말은 수신한 파일롯 신호들에 대해서 자기상관 절차를 통해, 해당 분석 가능한 레이가 검출 되는 시간이 해당 내의 어디에서 인지 알 수 있다.
[207] 따라서， 단말은 안테나 포트 당 레이 스캐닝 단계를 통해 안테나 포트 별로 가장 큰 송신 전력을 가지고 있는 레이 검출, 해당 레이의 위치 및 가장 큰 전력을 가지고 있는 레이가 송신되는 송신 안테나 포트 정보를 알 수 있다. 또한, 단말은 반복적인 ΑοΑ추정을 통한후보 범 로브 예측 등이 가능하다.
[208] 5. 구현 장치
[209] 도 21에서 설명하는 장치는 도 1 내지 도 20에서 설명한 방법들이 구현될 수 있는 수단이다.
[210] 단말 (UE: User Equipment)은 상향링크에서는 송신기로 동작하고, 하향링크에 서는 수신기로 동작할 수 있다. 또한, 기지국 (eNB: e-Node B)은 상향링크에서는 수 신기로 동작하고, 하향링크에서는 송신기로 동작할 수 있다. [211] 즉, 단말 및 기지국은 정보, 데이터 및 /또는 메시지의 전송 및 수신을 제어 하기 위해 각각송신모들 (Tx module: 2140， 2150) 및 수신모들 (Rx module: 2150, 2170) 을 포함할 수 있으며， 정보, 데이터 및 /또는 메시지를 송수신하기 위한 안테나 (2100, 2110)등을 포함할수 있다.
[212] 또한， 단말 및 기지국은 각각 상술한 본 발명의 실시예들을 수행하가 위한 프로세서 (Processor: 2120， 2130)와프로세서의 처리 과정을 임시적으로 또는 지속적 으로 저장할수 있는 메모리 (2180, 2190)를 각각포함할수 있다.
[213] 상술한 단말 및 기지국 장치의 구성성분 및 기능들을 이용하여 본원 발명 의 실시예들이 수행될 수 있다. 예를들어， 기지국의 프로세서는 상술한 제 1절 내 지 제 3절에서 설명한 방법들을 이용하여 mmWave 레이 스캐닝에 필요한동기 신 호 전송 및 파일롯 신호 전송을 수행할 수 있다. 단말은 mmWave 레이 스캐닝을 수행하고 반복적인 AoA측정을 통해 분석 가능한 레이를 검출할 수 있다. 상세한 내용은 제 1절 내지 제 3절 내용을 참조할수 있다.
[214] 단말 및 기지국에 포함된 송신모들 및 수신모들은 데이터 전송을 위한 패 킷 변복조 기능， 고속 패킷 채널 코딩 기능, 직교주파수분할다중접속 (OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 패킷 스케줄링， 시분할듀플렉스 (TDD: Time Division Duplex) 패킷 스케줄링 및 /또는 채널 다중화 기능을 수행할 수 있다. 또한, 도 21 의 단말 및 기지국은 저전력 RF(Radio Frequency)/IF(Intermediate Frequency)모들을 더 포함할 수 있다.
[215] 한편， 본 발명에서 단말로 개인휴대단말기 (PDA: Personal Digital Assistant), 샐 를러폰, 개인통신서비스 (PCS: Personal Communication Service) 폰, GSM(Global System for Mobile)폰, WCDMA(Wideband CDMA)폰, MBS(Mobile Broadband System)폰, 핸 드헬드 PC(Hand-Held PC), 노트북 PC, 스마트 (Smart) 폰 또는 멀티모드 멀티밴드 ( M-MB: Multi Mode-Multi Band) 단말기 등이 이용될 수 있다.
[216] 여기서， 스마트 폰이란 이동통신 단말기와 개인 휴대 단말기의 장점을 혼 합한 단말기로서， 이동통신 단말기에 개인 휴대 단말기의 기능인 일정 관리, 팩스 송수신 및 인터넷 접속등의 데이터 통신 기능을 통합한 단말기를 의미할수 있다. 또한， 멀티모드 멀티밴드 단말기란 멀티 모뎀칩을 내장하여 휴대 인터넷시스템 및 다른 이동통신 시스템 (예를 들어, CDMA(Code Division Multiple Access) 2000 시스템, WCDMA(Wideband CDMA) 시스템 등)에서 모두 작동할 수 있는 단말기를 말한다. [217] 본 발명의 실시예들은 다양한 수단을 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 하드웨어, 펌웨어 (finmvare), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등 에 의해 구현될 수 있다.
[218] 하드웨어에 의한 구현의 경우， 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 하나 또 는 그 이상의 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays),프로세서， 콘트롤러， 마이크로 콘트를러, 마이 크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.
[219] 펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방 법은 이상에서 설명된 기능 또는 동 들을 수행하는 모들， 절차 또는 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어， 소프트웨어 코드는 메모리 유닛 (2180， 2190)에 저장되어 프로세서 (2120， 2130)에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리 유닛은 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치할 수 있으며， 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.
[220] 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서， 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한 적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위 는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 또한, 특허청구범위에서 명시적 인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할수 있다.
[산업상 이용가능성]
[221】 본 발명의 실시예들은 다양한 무선접속 시스템에 적용될 수 있다. 다양한 무선접속 시스템들의 일례로서, 3GPP(3rd Generation Partnership Project), 3GPP2 및 /또 는 IEEE 802.XX (Institute of Electrical and Electronic Engineers 802) 시스템 등이 있다. 본 발명의 실시예들은 상기 다양한 무선접속 시스템뿐 아니라, 상기 다양한 무선 접속 시스템을 웅용한모든 기술 분야에 적용될 수 있다.

Claims

【청구의 범위】
【청구항 1】
밀리미터 웨이브 기술을 지원하는 무선접속 시스템에서 단말이 레이 스캐 닝을 수행하는 방법에 있어서,
기지국과의 동기를 맞추기 위한동기 신호를 수신하는 단계;
상기 동기 신호를 이용하여 상기 기지국과 동기를 맞추는 단계;
상기 기지국으로부터 송신 안테나 포트 별로 서로 다른 구성 패턴을 갖는 파일롯 신호를 수신하는 단계; 및
상기 파일롯 신호를 이용하여 레이 스캐닝을 수행하는 단계를 포함하는， 레이 스캐닝 수행방법.
【청구항 2】
제 1항에 있어서,
상기 파일롯 신호는 소정의 횟수로 반복하여 전송되는， 레이 스캐닝 수행 방법.
【청구항 3】
제 1항에 있어서,
상기 파일롯 신호는 인텍스 기간 내에 상기 기지국의 모든 송신 안테나 포트로부터 전송되고，
상기 파일롯 신호는 소정의 주기를 갖고 전송되는, 레이 스캐닝 수행 방법.
【청구항 4】
제 1항에 있어서,
상기 파일롯 신호는 하나의 송신 안테나 포트를 통해 전송되되, 상기 하나 의 송신 안테나 포트에서 상기 파일롯 신호를 전송하는 동안에는 상기 기지국의 나머지 송신 안테나 포트에서는 파일롯 신호를 전송하지 않는, 레이 스캐닝 수행 방법.
【청구항 5】
제 1항에 있어서,
상기 동기 신호를 이용하여 상기 기지국에서 지원하는 샐의 임시 셀 식별 자를 획득하는 단계를 더 포함하되,
상기 단말은 상기 임시 셀 식별자를 이용하여 셀 특정 레이 스캐닝을 수 행하는, 레이 스캐닝 수행방법.
【청구항 6】
밀리미터 웨이브 기술을 지원하는 무선접속 시스템에서 레이 스캐닝을 수 행하는 단말은,
수신 모들; 및
상기 레이 스캐닝을지원하는 프로세서를 포함하되,
상기 프로세서는:
상기 수신모들을 통해 기지국과의 동기를 맞추기 위한 동기 신호를 수신 하고;
상기 동기 신호를 이용하여 상기 기지국과동기를 맞추고;
상기 수신모들을 이용하여 상기 기지국으로부터 송신 안테나 포트 별로 서로 다른 구성 패턴을 갖는 파일롯 신호를 수신하고;
상기 파일롯 신호를 이용하여 레이 스캐닝을 수행하도록 구성되는, 단말.
【청구항 7】
제 6항에 있어서，
상기 파일롯 신호는 소정의 횟수로 반복하여 전송되는， 단말.
【청구항 8】
제 6항에 있어서,
상기 파일롯 신호는 인텍스 기간 내에 상기 기지국의 모든 송신 안테나 포트로부터 전송되고,
상기 파일롯 신호는 소정의 주기를 갖고 전송되는, 단말.
【청구항 9】
제 6항에 있어서，
상기 파일롯 신호는 하나의 송신 안테나 포트를 통해 전송되되, 상기 하나 의 송신 안테나 포트에서 상기 파일롯 신호를 전송하는 동안에는 상기 기지국의 나머지 송신 안테나포트에서는 파일롯 신호를 전송하지 않는， 단말.
【청구항 10]
제 6항에 있어서，
상기 프로세서는 상기 동기 신호를 이용하여 상기 기지국에서 지원하는 셀의 임시 샐 식별자를 획득하도록 더 구성되고,
상기 단말은 상기 임시 셀 식별자를 이용하여 샐 특정 레이 스캐닝을 수 행하는, 단말.
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