WO2016186425A1 - 무선 통신 시스템에서 셀 커버리지를 고려하여 반복 패턴에 따라 상향링크 참조 신호를 설계하는 방법 및 장치 - Google Patents

무선 통신 시스템에서 셀 커버리지를 고려하여 반복 패턴에 따라 상향링크 참조 신호를 설계하는 방법 및 장치 Download PDF

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uplink
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강지원
이길봄
김희진
박경민
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    • H04W88/00—Devices specially adapted for wireless communication networks, e.g. terminals, base stations or access point devices
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Definitions

  • the present invention relates to wireless communication, and more particularly, to a method and apparatus for designing an uplink reference signal according to a repetition pattern in consideration of cell coverage in a wireless communication system.
  • 3rd generation partnership project (3GPP) long-term evolution (LTE) is a technology that enables high-speed packet communication. Many schemes have been proposed for the purposes of LTE, including reduced costs for users and suppliers, improved quality of service, and increased coverage and system capacity. 3GPP LTE is a higher layer requirement that requires reduced cost per bit, increased service availability, flexible frequency usage, simple structure, open interface and proper power consumption of the terminal.
  • the transceivers are equipped with multiple antennas to obtain additional spatial area for resource utilization to obtain diversity gain or to transmit data in parallel through each antenna.
  • Beamforming and / or precoding may be used as a method for increasing signal-to-noise ratio (SNR) in a multiple antenna technology. Beamforming and / or precoding may be used to maximize the SNR through the feedback information in a closed loop system where feedback information is available at the transmit end. Beamforming can be broadly classified into analog beamforming and digital beamforming.
  • Massive multiple-input multiple-output is a multi-antenna technology that seeks to achieve high energy efficiency with high transmission rates by mounting more than a few dozen antennas in a base station. If the existing analog beamforming and / or digital beamforming is applied to large MIMO, the complexity of signal processing and / or hardware implementation is very large, or the performance increase using multiple antennas is insignificant, Flexibility can be inferior. Accordingly, the use of hybrid beamforming combining existing analog beamforming and digital beamforming in large MIMO is being discussed.
  • millimeter wave is a frequency in the 30-300 GHz band, commonly called an extreme high frequency (EHF) band, and refers to a band having a wavelength length of 1 cm-1 mm.
  • EHF extreme high frequency
  • This wave propagates between the radio frequency band currently used and infrared rays (a wavelength of about 0.1 mm) and is very close to light, and is currently used in high resolution wave radar and microwave spectroscopy.
  • Millimeter waves are smaller in diffraction and straightness than conventional radio waves, and are more diffractive and less linear than laser light. If millimeter waves are used for communication, it is thought that ultra-multiple communication far exceeding the amount of microwaves is possible. This is because energy absorption by oxygen and water molecules in the atmosphere is relatively large compared to conventional cellular frequencies, resulting in high path loss.
  • the base station Since hybrid beamforming basically operates under a beam scanning operation, the base station needs to stably receive an uplink reference signal for beam estimation and channel estimation. Accordingly, a new method of designing an uplink reference signal may be considered.
  • An object of the present invention is to provide a method and apparatus for designing an uplink reference signal according to a repetition pattern in consideration of cell coverage in a wireless communication system.
  • the present invention provides a method for designing an uplink reference signal for efficient channel estimation when operating a massive massive multiple-input multiple-output (MIMO) transceiver.
  • MIMO massive massive multiple-input multiple-output
  • the present invention provides a method for designing an uplink reference signal that enables a base station to easily perform cell division for each terminal based on a repeating pattern based uplink reference signal transmitted by the terminal.
  • a method for transmitting an uplink reference signal by a terminal in a wireless communication system receives information on the maximum number of repetitions of the uplink reference signal from the base station, and uses the information on the maximum number of repetitions of the uplink reference signal and the signal quality obtained through downlink synchronization. Determining the number of repetitions of the reference signal, and repeatedly transmitting the uplink reference signal to the base station according to the determined number of repetitions of the uplink reference signal.
  • a method for determining uplink coverage of a terminal by a base station in a wireless communication system transmits information on the maximum number of repetitions of the uplink reference signal to the terminal, and repeatedly receives the uplink reference signal from the terminal according to the number of repetitions of the uplink reference signal determined by the terminal, and And determining uplink coverage of the terminal based on the repeatedly received uplink reference signal.
  • the base station can stably receive the uplink reference signal, and based on this, efficient channel estimation and cell division are possible.
  • FIG. 1 illustrates a cellular system
  • FIG. 2 shows a structure of a radio frame of 3GPP LTE.
  • FIG. 3 is a block diagram of a transmitter including an analog beamformer and an RF chain.
  • FIG. 4 is a block diagram of a transmitter including a digital beamformer and an RF chain.
  • FIG. 5 is a block diagram of a transmitter including a hybrid beamformer.
  • each terminal 6 shows an example in which each terminal repeatedly transmits an uplink reference signal according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 shows an example of a repetition pattern of an uplink reference signal for obtaining a gain of 6 dB according to an embodiment of the present invention.
  • each terminal repeatedly transmits an uplink reference signal according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 shows an example in which two UEs repeatedly transmit an uplink reference signal according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 illustrates an example of splitting of uplink coverage according to a minimum number of repetitions for detecting an uplink reference signal according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 illustrates an example of multiplexing of a preamble by an orthogonal code for each terminal according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 shows another example of multiplexing of a preamble by an orthogonal code for each terminal according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 13 illustrates an example of code selection for different preamble symbol intervals according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 illustrates an example of using a short length orthogonal code for transmission of preambles of different terminals according to an embodiment of the present invention.
  • 15 illustrates another example of using a short length orthogonal code for transmission of preambles of different terminals according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 16 illustrates an example of terminal allocation by multiplexing area setting according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 shows a method of transmitting an uplink reference signal by a terminal according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 illustrates a method of determining uplink coverage of a terminal by a base station according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 shows a method of transmitting an uplink reference signal according to an embodiment of the present invention.
  • 20 is a block diagram of a wireless communication system in which an embodiment of the present invention is implemented.
  • 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 wireless technologies 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 by wireless technologies such as Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802-20, evolved UTRA (E-UTRA), and the like.
  • IEEE 802.16m is an evolution of IEEE 802.16e and provides backward compatibility with systems based on IEEE 802.16e.
  • UTRA is part of a universal mobile telecommunications system (UMTS).
  • 3rd generation partnership project (3GPP) long term evolution (LTE) is part of evolved UMTS (E-UMTS) using evolved-UMTS terrestrial radio access (E-UTRA), which employs OFDMA in downlink and SC in uplink -FDMA is adopted.
  • LTE-A (advanced) is the evolution of 3GPP LTE.
  • cellular system 10 includes at least one base station (BS) 11.
  • BS 11 provides communication services for specific geographic regions (generally called cells) 15a, 15b, 15c. The cell can in turn be divided into a number of regions (called sectors).
  • a user equipment (UE 12) may be fixed or mobile, and may have a mobile station (MS), a mobile terminal (MS), a user terminal (UT), a subscriber station (SS), a wireless device, a PDA, and the like. (personal digital assistant), wireless modem (wireless modem), a handheld device (handheld device) may be called other terms.
  • BS 11 generally refers to a fixed point of communication with UE 12 and may be referred to in other terms, such as an evolved-NodeB (eNB), a base transceiver system (BTS), an access point, and the like.
  • eNB evolved-NodeB
  • BTS base transceiver system
  • access point and the like.
  • the UE typically belongs to one cell, and the cell to which the UE belongs is called a serving cell.
  • a BS that provides a communication service for a serving cell is called a serving BS.
  • the cellular system includes another cell adjacent to the serving cell. Another cell adjacent to the serving cell is called a neighbor cell.
  • a BS that provides communication service for a neighbor cell is called a neighbor BS.
  • the serving cell and the neighbor cell are determined relatively based on the UE.
  • DL downlink
  • UL uplink
  • DL means communication from BS 11 to UE 12
  • UL means communication from UE 12 to BS 11.
  • the transmitter may be part of the BS 11 and the receiver may be part of the UE 12.
  • the transmitter is part of the UE 12 and the receiver may be part of the BS 11.
  • a radio frame consists of 10 subframes, and one subframe consists of two slots. Slots in a radio frame are numbered with slots # 0 through # 19. Transmission time interval (TTI) is a basic scheduling unit for data transmission. In 3GPP LTE, one TTI may be equal to the time taken for one subframe to be transmitted.
  • One radio frame may have a length of 10 ms, one subframe may have a length of 1 ms, and one slot may have a length of 0.5 ms.
  • One slot includes a plurality of orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) symbols in the time domain and a plurality of subcarriers in the frequency domain.
  • the OFDM symbol is used to represent one symbol period since 3GPP LTE uses OFDMA in downlink, and may be called another name according to a multiple access scheme. For example, when SC-FDMA is used as an uplink multiple access scheme, it may be referred to as an SC-FDMA symbol.
  • a resource block (RB) includes a plurality of consecutive subcarriers in one slot in resource allocation units.
  • the structure of the radio frame is merely an example. Accordingly, the number of subframes included in the radio frame, the number of slots included in the subframe, or the number of OFDM symbols included in the slot may be variously changed.
  • 3GPP LTE defines that one slot includes seven OFDM symbols in a normal cyclic prefix (CP), and one slot includes six OFDM symbols in an extended CP.
  • CP normal cyclic prefix
  • the UE When the UE is powered on or newly enters the cell, the UE may perform a cell search procedure such as obtaining time and frequency synchronization with the cell and detecting a physical cell identity (PCI) of the cell.
  • the terminal may receive a synchronization signal from the base station to synchronize with the base station, and obtain information such as a cell identifier.
  • the synchronization signal may include a primary synchronization signal (PSS) and a secondary synchronization signal (SSS).
  • Beamforming techniques using multiple antennas are analog beamforming techniques (hereinafter referred to as analog beamforming) and digital beamforming techniques (depending on where the beamforming weight vector (or precoding vector) is applied). Hereinafter, it may be classified into digital beamforming.
  • Analog beamforming is a representative beamforming technique applied to early multi-antenna structures.
  • Analog beamforming branches the analog signal, which has completed digital signal processing, into a plurality of paths, and forms a beam by setting a phase shift (PS) and a power amplifier (PA) in each path.
  • PS phase shift
  • PA power amplifier
  • the PS and the PA connected to each antenna process an analog signal derived from a single digital signal in analog beamforming. That is, the PS and the PA process complex weights in the analog stage.
  • the RF (radio frequency) chain refers to a processing block in which a baseband signal is converted into an analog signal.
  • the beam accuracy is determined by the characteristics of the PS and PA devices, and the control characteristics of the devices are advantageous for narrowband transmission.
  • the multiplexing gain for increasing the transmission rate is relatively small, and it is difficult to form beams for each user based on orthogonal resource allocation.
  • FIG. 4 is a block diagram of a transmitter including a digital beamformer and an RF chain.
  • digital beamforming uses baseband processing to form beams at the digital stage to maximize diversity and multiplexing gain in a MIMO environment.
  • a beam may be formed by performing precoding in baseband processing.
  • the RF chain may comprise a PA. Accordingly, the complex weight derived for beamforming may be directly applied to the transmission data.
  • Digital beamforming may form a beam differently for each user, and thus may simultaneously support multi-user beamforming.
  • digital beamforming is capable of forming an independent beam for each user to which orthogonal resources are allocated, and thus has high scheduling flexibility.
  • digital beamforming may form an independent beam for each subcarrier when a technique such as MIMO-OFDM is applied in a broadband transmission environment. Therefore, digital beamforming can maximize the maximum data rate of a single user based on increased system capacity and enhanced beam gain. Therefore, MIMO technology based on digital beamforming has been introduced in 3G / 4G systems.
  • MIMO massive multiple-input multiple-output
  • a general cellular system assumes 8 maximum transmit / receive antennas applied to a MIMO environment. However, in a large MIMO environment, the maximum transmit / receive antennas may increase to tens or hundreds. If the existing digital beamforming is applied in a large MIMO environment, the digital signal processing for hundreds of transmit antennas must be performed through baseband processing, and thus the complexity of signal processing becomes very large, and as many RF antenna chains are required as the number of transmit antennas. The complexity of the hardware implementation is very large.
  • hybrid beamforming in which analog beamforming and digital beamforming are combined is required, rather than using only one of analog beamforming and digital beamforming as a beamforming technology. That is, a hybrid type transmitter stage structure may be required to reduce the complexity of hardware implementation of the transmitter stage according to the characteristics of analog beamforming, and to maximize the beamforming gain using a large number of transmit antennas according to the characteristics of digital beamforming. have.
  • Hybrid beamforming aims to configure a transmitter that can take advantage of analog beamforming and digital beamforming in a large MIMO environment.
  • hybrid beamforming may form coarse beams through analog beamforming, and beams for multi-stream or multi-user transmission may be formed through digital beamforming.
  • the hybrid beamforming has a structure in which analog beamforming and digital beamforming are simultaneously performed to reduce the implementation complexity or hardware complexity of the transmitter.
  • Difficulties in optimizing analog / digital beamforming design Digital beamforming can form independent beams for each user with the same time-frequency resources, but analog beamforming forms a common beam with the same time-frequency resources. There is a limit to this. Therefore, issues such as a limitation of the maximum supportable rank according to the number of RF chains, difficulty of controlling subband beams with an RF beamformer, and / or optimization of beam forming resolution (resolution / granularity) may occur.
  • Analog beam based spatial division multiple access (SDMA) and FDMA support difficulties: While digital beamforming can freely form beams for multiple users / streams, analog beamforming forms the same beam for the entire transmission band. Therefore, it is difficult to perform independent beam formation for each user or stream. In particular, because it is difficult to support FDMA (e.g. OFDMA) through orthogonal frequency resource allocation, it may be difficult to optimize frequency resource efficiency.
  • FDMA e.g. OFDMA
  • the present invention described below can provide a method for optimizing an analog / digital beam design for hybrid beamforming.
  • a method for designing an uplink reference signal according to a repetition pattern in consideration of cell coverage is proposed according to an embodiment of the present invention so that the base station can receive the uplink reference signal transmitted by the terminal in a stable manner.
  • a method for repeatedly transmitting and detecting an uplink reference signal considering a terminal and a base station may be proposed.
  • the proposed method can be maximized especially in the millimeter wave (mmWave) band.
  • the terminal may repeatedly transmit the uplink reference signal M times to the base station.
  • the base station may signal to the terminal the maximum number of repetitions N of the uplink reference signal based on the uplink service coverage of the cell.
  • the maximum number of repetitions N of the uplink reference signal may be transmitted to the terminal through system information.
  • the repetition number M of the uplink reference signal may be equal to the maximum repetition number N of the uplink reference signal transmitted by the base station. That is, the terminal may repeatedly transmit the uplink reference signal according to the maximum number of repetitions of the uplink reference signal transmitted by the base station.
  • each terminal repeatedly transmits an uplink reference signal according to an embodiment of the present invention.
  • UE # 1 is located in an inner cell of coverage of a cell provided by a base station
  • UE # 2 is located in an outer cell of coverage of a cell provided by a base station. do.
  • Each terminal may repeatedly transmit an uplink reference signal (eg, SRS) M times according to information signaled by the base station.
  • UE # 1 and UE # 2 repeatedly transmit the uplink reference signal four times.
  • Regions (ie, time-frequency regions) in which each terminal transmits an uplink reference signal may be distinguished from each other or multiplexed.
  • Repeated transmission of an uplink reference signal may be configured in common for a plurality of terminals, or may be set independently for each terminal.
  • each UE may receive a signal to noise ratio (SNR), a reference signal received power (RSRP), a signal to interference and noise ratio (SINR), and a reference signal received (SRSRQ) obtained in the process of first detecting downlink synchronization.
  • SNR signal to noise ratio
  • RSRP reference signal received power
  • SINR signal to interference and noise ratio
  • SRSRQ reference signal received
  • Repetitive transmission of an uplink reference signal may be autonomously determined based on the quality or RSSI (received signal strength indication).
  • Table 1 shows an example of flexibly setting the number of repetitions of an uplink reference signal for each terminal.
  • the information shown in Table 1 may be broadcast by the base station to the plurality of terminals through the system information.
  • Each terminal may set the number of repetitions of an uplink reference signal according to Table 1 based on SNR, RSRP, SINR, RSRQ, RSSI, etc. acquired in the process of detecting downlink synchronization. Accordingly, stable uplink reference signal coverage may be secured and active control of the reference signal resources may be possible.
  • the repetition interval may correspond to three symbols. Accordingly, the uplink reference signal may be repeatedly transmitted four times, including a symbol for transmitting an existing uplink reference signal.
  • the base station may not signal the maximum number of repetitions N of the uplink reference signal to the terminal.
  • the terminal may repeatedly transmit the uplink reference signal according to a preset basic number of repetitions. That is, when the terminal does not receive system information through the downlink, the terminal may repeatedly transmit the uplink reference signal according to a preset basic number of repetitions.
  • the basic number of repetitions may be set to a maximum value in consideration of the maximum coverage geography of the cell, but the basic number of repetitions may be set to a value less than the maximum value.
  • the UE flexibly adjusts the repetition number M ( ⁇ N) of the uplink reference signal using the maximum number of repetitions N of the uplink reference signal received from the base station and information on signal quality obtained while detecting downlink synchronization. Can be.
  • the terminal may decrease the number of repetitions of the uplink reference signal as the distance from the base station is closer.
  • each terminal repeatedly transmits an uplink reference signal according to an embodiment of the present invention.
  • UE # 1 is located in an inner cell of coverage of a cell provided by a base station
  • UE # 2 is located in an outer cell of coverage of a cell provided by a base station.
  • the number of repetitions of the uplink reference signal of each terminal is different in the embodiment of FIG. 8. More specifically, UE # 1 located in an inner cell repeatedly transmits an uplink reference signal twice, and UE # 2 located in an outer cell repeatedly transmits an uplink reference signal four times. That is, the number of repetitions of UE # 1 located in the inner cell close to the base station is less than the number of repetitions of UE # 2 located in the outer cell far from the base station.
  • the base station may determine the uplink coverage of each terminal according to the minimum number of repetitions capable of signal detection based on the uplink reference signal received from the terminal. That is, the base station may detect the location of each terminal within cell coverage based on the uplink reference signal repeatedly transmitted by the terminal. The base station may group the terminals based on the uplink coverage of each terminal. Each terminal may determine the number of iterations for which the base station can stably detect the reference signal or the preamble.
  • FIG. 9 shows an example in which two UEs repeatedly transmit an uplink reference signal according to an embodiment of the present invention.
  • two UEs transmit uplink reference signals through different subframes in one system frame, and each uplink reference signal is repeatedly transmitted four times. More specifically, the first terminal transmits the first uplink reference signal, the second terminal transmits the second uplink reference signal.
  • the base station detects a correlation output above a threshold in a specific symbol N according to Equation 1 below to properly detect the corresponding uplink reference signal. Can be estimated.
  • uplink coverage may be divided into an area 1, an area 2, and an area 3 according to a distance from a base station.
  • the area 1 is an area within 100 m from the base station, and the base station can stably receive the uplink reference signal repeatedly transmitted by the terminal in the area 1 once.
  • the area 2 is an area of 100 m or more and 200 m or less from the base station, and the base station can stably receive the uplink reference signal repeatedly transmitted by the terminal in the area 2 twice.
  • the area 3 is an area of 200 m or more and less than 300 m from the base station, and the base station can stably receive the uplink reference signal repeatedly transmitted three times by the terminal in the area 3.
  • the base station may determine the uplink coverage of each terminal according to the minimum number of repetitions capable of signal detection based on the uplink reference signal received from the terminal, and based on the uplink coverage of each terminal.
  • UE can be grouped by. Additionally, according to an embodiment of the present invention, the UE belonging to the same group may transmit the beam scanning preamble through multiplexing. That is, the preambles of a plurality of terminals belonging to the same group for beam scanning of the base station may be multiplexed in N preamble symbols repeated. Cyclic shift (cyclic shift), orthogonal cover code (OCC) may be used as the multiplexing method.
  • Cyclic shift cyclic shift
  • OCC orthogonal cover code
  • each terminal may repeatedly transmit the same preamble sequence in N preamble symbols. For example, each terminal may repeatedly transmit a beamformed preamble sequence to which precoding is applied at an analog end in N preamble symbols.
  • the preamble sequence transmitted by the plurality of terminals may be multiplexed using an orthogonal code between N preamble symbols.
  • Equation 2 For example, assuming that four terminals simultaneously transmit a beamformed preamble sequence in four preamble symbols, the i th sample in each preamble symbol may be represented by Equation 2.
  • Equation 2 y n, i means the i-th sample of the n-th OFDM symbol. That is, y 1, i is an i-th sample of the first OFDM symbol of the four preamble symbols, y 2, i is an i-th sample of the second OFDM symbol of the four preamble symbols, y 3, i is of the four preamble symbols.
  • the i th sample of the third OFDM symbol, y 4, i represents the i th sample of the fourth OFDM symbol among the four preamble symbols.
  • the maximum number of samples is fast Fourier transform (FFT) size and the total number of samples is L.
  • FFT fast Fourier transform
  • H m is an N r * N t channel between a terminal m and a base station
  • P j m is a precoding vector used for j-th analog beam scanning used by the m-th terminal.
  • w n -1 m is a weight of an orthogonal code used by the m-th terminal in the n-th OFDM symbol
  • s m, i is an i-th signal of the entire sequence of terminal m.
  • n m, i represents the noise of the i-th signal of the m-th terminal.
  • Equation 3 shows an example of an orthogonal code of length 4 used by each terminal.
  • Equation 4 shows another example of an orthogonal code of length 4 used by each terminal.
  • the orthogonal code used in Equation 4 is a discrete Fourier transform (DFT) code.
  • the base station may detect the preamble of each terminal using Equation 5 below.
  • J represents the entire set of analog precoding vectors.
  • the base station may detect the j th precoding vector of the m th terminal in which the beam gain becomes the maximum in the multiplexed beam scanning preamble using Equation (5).
  • FIG. 11 illustrates an example of multiplexing of a preamble by an orthogonal code for each terminal according to an embodiment of the present invention.
  • a preamble sequence transmitted by four terminals in four preamble symbols is multiplexed by an orthogonal code for each terminal.
  • the orthogonal code for each terminal follows the above equation (3).
  • the base station may detect a precoding vector of the terminal having the maximum beam gain in the multiplexed beam scanning preamble.
  • the final received signal may be represented by Equation 6.
  • Equation 7 shows an example of an orthogonal code of length 2 used by each terminal.
  • FIG. 12 shows another example of multiplexing of a preamble by an orthogonal code for each terminal according to an embodiment of the present invention.
  • a preamble sequence transmitted by two terminals in two preamble symbols is multiplexed by an orthogonal code for each terminal.
  • the orthogonal code for each terminal follows Equation 7 described above.
  • the base station may detect a precoding vector of the terminal having the maximum beam gain in the multiplexed beam scanning preamble.
  • each terminal may repeatedly transmit the same preamble sequence in different preamble symbol intervals.
  • the preamble sequences transmitted by the plurality of terminals may be multiplexed using orthogonal codes between different preamble symbols. That is, terminals belonging to different groups may be multiplexed by orthogonal codes.
  • the terminal repeatedly transmitting the preamble twice may use an orthogonal code of length 2
  • the terminal repeatedly transmitting the preamble four times may use an orthogonal code of length 4.
  • the first terminal and the second terminal uses orthogonal codes w 1 and w 2 having a length of 2
  • the third terminal and the fourth terminal have an orthogonal code of length 4 ( w 3 , w 4 ) can be used.
  • orthogonal codes of short length may be used for different preamble transmissions of the same terminal by separating transmission time points. Accordingly, a terminal having a short preamble repetition number may transmit different beam scanning preambles at the same time, thereby shortening a beam scanning period of the corresponding terminal.
  • orthogonal codes w 3 and w 4 of length 4 are used as is for the third terminal and the fourth terminal.
  • preambles of UEs belonging to the same group or different groups may be multiplexed and transmitted in a specific preamble symbol period.
  • the base station may set a multiplexing region for beam scanning to the terminal, through which the terminal may transmit the beam scanning preamble using its orthogonal code in the allocated multiplexing region. That is, the entire beam scanning interval may be divided into a plurality of multiplexing regions, and each terminal transmits a beam scanning preamble using its orthogonal code in the allocated multiplexing region, thereby transmitting starting points of the beam scanning preambles of the plurality of terminals. Can vary.
  • the base station divides and sets the entire beam scanning interval into a plurality of multiplexing regions, and the terminal may transmit its beam scanning preamble in the multiplexing region allocated to each terminal according to the signaling of the base station. That is, the multiplexing region may be a unit for distinguishing each beam scanning section in the time domain.
  • the number of terminals to be multiplexed may vary according to the group to which the terminal belongs in each multiplexing region. Table 2 shows an example of a multiplexing area setting and a terminal multiplexed in each multiplexing area.
  • the multiplexing of the terminal in each multiplexing region may use the above-described orthogonal code.
  • FIG. 16 illustrates an example of terminal allocation by multiplexing area setting according to an embodiment of the present invention.
  • a plurality of multiplexing regions may be set in the time domain, and the multiplexing capacity of the terminal may be differently determined in each multiplexing region.
  • the base station may select and signal an uplink beam scanning target terminal to be allocated to each multiplexed region.
  • multiplexing areas # 0, # 1, # 2, and # 3 may multiplex two, three, six, and two terminals, respectively, and thus, the terminal may be allocated to the corresponding multiplexing area. have.
  • the preamble transmitted by the terminal in each multiplexing region may be multiplexed by the method using the orthogonal code described above.
  • the base station may signal terminal group information, orthogonal code information, and the like to the terminal according to the multiplexing area setting.
  • the base station instead of signaling terminal group information and orthogonal code information to the terminal, the transmission time of the uplink preamble of each terminal and the number of consecutive symbols in which the uplink preamble is transmitted (implicitly indicating the length of the orthogonal code). Information) may be signaled to the terminal.
  • the terminal group information only the base station knows the terminal group information, and the terminal may simply perform its own beam scanning through information on the transmission time of the preamble and the number of consecutive symbols in which the preamble is transmitted.
  • FIG. 17 shows a method of transmitting an uplink reference signal by a terminal according to an embodiment of the present invention.
  • the above-described proposal of the present invention can be applied to the embodiment of FIG. 17.
  • the terminal receives information on the maximum number of repetitions of the uplink reference signal from the base station.
  • the maximum number of repetitions of the uplink reference signal may be based on uplink service coverage of a cell.
  • the maximum number of repetitions of the uplink reference signal may be received through system information.
  • the uplink reference signal may include at least one of an SRS or a demodulation reference signal (DMRS).
  • the terminal determines the number of repetitions of the uplink reference signal using information on the maximum number of repetitions of the received uplink reference signal and the signal quality obtained through downlink synchronization.
  • the number of repetitions of the uplink reference signal may decrease as the distance between the terminal and the base station gets closer.
  • the number of repetitions of the uplink reference signal may increase as the distance between the terminal and the base station increases.
  • the signal quality may include at least one of SNR, RSRP, SINR, RSRQ, or RSSI. That is, the UE can flexibly adjust the number of repetitions of the uplink reference signal using information on the maximum number of repetitions of the uplink reference signal and the signal quality obtained through downlink synchronization.
  • step S120 the terminal repeatedly transmits the uplink reference signal to the base station according to the determined number of repetitions of the uplink reference signal.
  • the terminal may repeatedly transmit a preamble for beam scanning to the base station using the assigned orthogonal code.
  • each terminal repeatedly transmits the same preamble sequence in N preamble symbols, and the preamble sequence transmitted by the plurality of terminals may be multiplexed using an orthogonal code between the N preamble symbols.
  • each terminal may repeatedly transmit the same preamble sequence in different preamble symbol intervals, and the preamble sequences transmitted by the plurality of terminals may be multiplexed using orthogonal codes between different preamble symbols. That is, terminals belonging to different groups may be multiplexed by orthogonal codes.
  • the preamble for beam scanning may be transmitted through a multiplexing region allocated to the terminal.
  • FIG. 18 illustrates a method of determining uplink coverage of a terminal by a base station according to an embodiment of the present invention.
  • the above-described proposal of the present invention can be applied to the embodiment of FIG. 18.
  • step S200 the base station transmits information on the maximum number of repetitions of the uplink reference signal to the terminal.
  • step S210 the base station repeatedly receives the uplink reference signal from the terminal according to the number of repetitions of the uplink reference signal determined by the terminal.
  • step S220 the base station determines the uplink coverage of the terminal based on the repeatedly received uplink reference signal.
  • the uplink coverage of the terminal may be determined based on the minimum number of repetitive symbols capable of detecting the repeatedly received uplink reference signal.
  • the minimum number of repeated symbols that can be detected by the repeatedly received uplink reference signal may be determined according to whether a correlation output is detected above a threshold value in a specific symbol.
  • the base station may divide the uplink coverage into a plurality of areas based on the uplink coverage of the terminal.
  • FIG. 19 shows a method of transmitting an uplink reference signal according to an embodiment of the present invention.
  • the proposal of the present invention described above may be applied to the embodiment of FIG. 19.
  • step S300 the base station transmits information on the maximum number of repetitions of the uplink reference signal to the terminal.
  • the maximum number of repetitions of the uplink reference signal may be based on uplink service coverage of a cell.
  • the maximum number of repetitions of the uplink reference signal may be received through system information.
  • the terminal determines the number of repetitions of the uplink reference signal by using the information on the maximum number of repetitions of the received uplink reference signal and the signal quality obtained through downlink synchronization.
  • the number of repetitions of the uplink reference signal may decrease as the distance between the terminal and the base station gets closer.
  • the number of repetitions of the uplink reference signal may increase as the distance between the terminal and the base station increases.
  • the signal quality may include at least one of SNR, RSRP, SINR, RSRQ, or RSSI. That is, the UE can flexibly adjust the number of repetitions of the uplink reference signal using information on the maximum number of repetitions of the uplink reference signal and the signal quality obtained through downlink synchronization.
  • step S320 the terminal repeatedly transmits the uplink reference signal to the base station according to the determined number of repetitions of the uplink reference signal.
  • the base station determines the uplink coverage of the terminal based on the repeatedly received uplink reference signal.
  • the uplink coverage of the terminal may be determined based on the minimum number of repetitive symbols capable of detecting the repeatedly received uplink reference signal.
  • the minimum number of repeated symbols that can be detected by the repeatedly received uplink reference signal may be determined according to whether a correlation output is detected above a threshold value in a specific symbol.
  • the base station may divide the uplink coverage into a plurality of areas based on the uplink coverage of the terminal.
  • the proposal of the present invention described above has been described with reference to uplink transmission in which a terminal transmits a signal to a base station, but the application of the present invention is not limited thereto.
  • the present invention can be applied to any transmitter and receiver combination. For example, downlink transmission transmitted by the base station to the terminal, signal transmission between the terminals (device-to-device (D2D), vehicle-to-vehicle (V2V), etc.), or signal transmission between the base stations (relay, wireless) It can also be applied to a backhaul, etc.).
  • 20 is a block diagram of a wireless communication system in which an embodiment of the present invention is implemented.
  • the base station 800 may include a processor 810, a memory 820, and a transceiver 830.
  • Processor 810 may be configured to implement the functions, processes, and / or methods described herein. Layers of the air interface protocol may be implemented by the processor 810.
  • the memory 820 is connected to the processor 810 and stores various information for driving the processor 810.
  • the transceiver 830 is connected to the processor 810 to transmit and / or receive a radio signal.
  • the terminal 900 may include a processor 910, a memory 920, and a transceiver 930.
  • Processor 910 may be configured to implement the functions, processes, and / or methods described herein. Layers of the air interface protocol may be implemented by the processor 910.
  • the memory 920 is connected to the processor 910 and stores various information for driving the processor 910.
  • the transceiver 930 is connected to the processor 910 to transmit and / or receive a radio signal.
  • Processors 810 and 910 may include application-specific integrated circuits (ASICs), other chipsets, logic circuits, and / or data processing devices.
  • the memory 820, 920 may include read-only memory (ROM), random access memory (RAM), flash memory, memory card, storage medium, and / or other storage device.
  • the transceivers 830 and 930 may include a baseband circuit for processing radio frequency signals.
  • the above-described technique may be implemented as a module (process, function, etc.) for performing the above-described function.
  • the module may be stored in the memory 820, 920 and executed by the processor 810, 910.
  • the memories 820 and 920 may be inside or outside the processors 810 and 910, and may be connected to the processors 810 and 910 by various well-known means.

Abstract

무선 통신 시스템에서 상향링크 참조 신호를 전송하는 방법 및 장치가 제공된다. 단말은 상향링크 참조 신호의 최대 반복 횟수에 대한 정보를 기지국으로부터 수신하고, 상기 수신된 상향링크 참조 신호의 최대 반복 횟수에 대한 정보 및 하향링크 동기화를 통해 획득한 신호 품질을 이용하여 상기 상향링크 참조 신호의 반복 횟수를 결정하고, 상기 결정된 상향링크 참조 신호의 반복 횟수에 따라 상기 상향링크 참조 신호를 상기 기지국으로 반복하여 전송한다. 기지국은 상기 반복하여 수신된 상향링크 참조 신호를 기반으로 상기 단말의 상향링크 커버리지를 결정한다.

Description

무선 통신 시스템에서 셀 커버리지를 고려하여 반복 패턴에 따라 상향링크 참조 신호를 설계하는 방법 및 장치
본 발명은 무선 통신에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선 통신 시스템에서 셀 커버리지를 고려하여 반복 패턴에 따라 상향링크 참조 신호를 설계하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
3GPP(3rd generation partnership project) LTE(long-term evolution)는 고속 패킷 통신을 가능하게 하는 기술이다. 사용자 및 공급자의 비용 감소, 서비스 품질 향상 및 커버리지와 시스템 용량의 확장 및 향상을 포함하는 LTE의 목적을 위하여 많은 방식들이 제안되어 왔다. 3GPP LTE는 상위 계층의 요구 사항으로써, 비트 당 감소된 비용, 증가한 서비스 유용성, 유연한 주파수 사용, 단순한 구조, 오픈 인터페이스 및 단말의 적절한 파워 소비를 요구한다.
한정된 자원에 대한 효율성을 높이는 방법으로, 송수신기에 다수의 안테나를 장착하여 자원 활용을 위한 공간적인 영역을 추가로 확보함으로써 다이버시티 이득을 취하거나 각각의 안테나를 통해 데이터를 병렬로 전송함으로써 전송 용량을 높이는, 이른바 다중 안테나 기술이 활발하게 개발되고 있다. 다중 안테나 기술에서 SNR(signal-to-noise ratio)를 높이기 위한 방법으로 빔포밍 및/또는 프리코딩이 사용될 수 있다. 빔포밍 및/또는 프리코딩은 송신단에서 피드백 정보를 이용할 수 있는 폐-루프 시스템에서 해당 피드백 정보를 통해 SNR를 최대화하기 위해 사용될 수 있다. 빔포밍은 크게 아날로그 빔포밍과 디지털 빔포밍으로 분류될 수 있다.
거대 MIMO(massive multiple-input multiple-output)는 기지국에 현재보다 매우 많은, 수십 개 이상의 안테나를 장착하여 높은 전송 속도와 더불어 높은 에너지 효율을 얻고자 하는 다중 안테나 기술이다. 기존의 아날로그 빔포밍 및/또는 디지털 빔포밍을 거대 MIMO에 그대로 적용할 경우, 신호 처리의 복잡도 및/또는 하드웨어 구현의 복잡도가 매우 커지거나, 다중 안테나를 이용한 성능 증가의 정도가 미미하고 자원 할당의 유연성이 떨어질 수 있다. 이에 따라 거대 MIMO에서 기존의 아날로그 빔포밍과 디지털 빔포밍을 결합한 하이브리드 빔포밍을 사용하는 것이 논의되고 있다.
최근 모바일 스마트 기기의 급격한 보급 및 빅데이터의 출현으로 인해, 모바일 트래픽은 해마다 2배씩 증가하여 10년 뒤 1000배 이상 증가할 것으로 예상된다. 모바일 트래픽 폭증으로 인해 모바일 망 사업자의 부담이 가중되고 있으며, 추가 주파수 확보가 제한된 기존의 4G 이동통신으로는 폭증하는 모바일 트래픽을 수용할 수 없다. 따라서, 광대역 확보가 가능한 밀리미터파(mmWave) 기반의 5세대 이동통신 기술 개발이 논의되고 있다. 밀리미터파는 일반적으로 EHF(extremely high frequency) 대역으로 불리는 30-300GHz 대역의 주파수로, 그 파장 길이가 1cm-1mm인 대역을 말한다. 이 파장의 전파는 현재 사용되고 있는 무선 주파수 대역과 적외선(파장 약 0.1mm)의 중간에 있으며, 빛에 아주 가까운 전파로서, 현재 고해상도　레이더나 마이크로파 분광학 등에서 이용되고 있다.　밀리미터파는 기존에 사용하는 통신용 전파보다는 회절성이 작고 직진성이 크고, 레이저광보다는 회절성이 크고 직진성은 적다.　밀리미터파를 통신에 사용하면 마이크로파의 통신량을 훨씬 상회하는 초다중 통신이 가능하다고 생각되고 있으나, 공간 전송에서는 전송 손실이 많다.　이는 기존 셀룰러 주파수 대비 대기의 산소 및 물 분자에 의한 에너지 흡수가 상대적으로 커서, 높은 경로 손실이 발생하기 때문이다.
하이브리드 빔포밍은 기본적으로 빔 스캐닝 동작을 전제로 동작하므로, 기지국이 빔 추정 및 채널 추정을 위하여 상향링크 참조 신호를 안정적으로 수신할 필요가 있다. 이에 따라 상향링크 참조 신호를 설계하는 새로운 방법이 고려될 수 있다.
본 발명의 기술적 과제는 무선 통신 시스템에서 셀 커버리지를 고려하여 반복 패턴에 따라 상향링크 참조 신호를 설계하는 방법 및 장치를 제공하는 데에 있다. 본 발명은 거대 MIMO(massive multiple-input multiple-output) 송수신단을 운용할 때 효율적인 채널 추정을 위한 상향링크 참조 신호 설계 방법을 제공한다. 본 발명은 기지국이 단말이 전송한 반복 패턴 기반의 상향링크 참조 신호를 기반으로 하여 단말 별로 셀 분할을 용이하게 수행할 수 있도록 하는 상향링크 참조 신호 설계 방법을 제공한다.
일 양태에 있어서, 무선 통신 시스템에서 단말에 의한 상향링크 참조 신호를 전송하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 상향링크 참조 신호의 최대 반복 횟수에 대한 정보를 기지국으로부터 수신하고, 상기 수신된 상향링크 참조 신호의 최대 반복 횟수에 대한 정보 및 하향링크 동기화를 통해 획득한 신호 품질을 이용하여 상기 상향링크 참조 신호의 반복 횟수를 결정하고, 및 상기 결정된 상향링크 참조 신호의 반복 횟수에 따라 상기 상향링크 참조 신호를 상기 기지국으로 반복하여 전송하는 것을 포함한다.
다른 양태에 있어서, 무선 통신 시스템에서 기지국에 의한 단말의 상향링크 커버리지를 결정하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 상향링크 참조 신호의 최대 반복 횟수에 대한 정보를 단말로 전송하고, 상기 단말에 의해 결정된 상기 상향링크 참조 신호의 반복 횟수에 따라 상기 상향링크 참조 신호를 상기 단말로부터 반복하여 수신하고, 및 상기 반복하여 수신된 상향링크 참조 신호를 기반으로 상기 단말의 상향링크 커버리지를 결정하는 것을 포함한다.
기지국이 상향링크 참조 신호를 안정적으로 수신할 수 있고, 이를 기반으로 효율적인 채널 추정 및 셀 분할이 가능하다.
도 1은 셀룰러 시스템을 나타낸다.
도 2는 3GPP LTE의 무선 프레임(radio frame)의 구조를 나타낸다.
도 3은 아날로그 빔포머 및 RF 체인을 포함하는 전송부의 블록도이다.
도 4는 디지털 빔포머 및 RF 체인을 포함하는 전송부의 블록도이다.
도 5는 하이브리드 빔포머를 포함하는 전송부의 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 각 단말이 상향링크 참조 신호를 반복 전송하는 일 예를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 6dB의 이득을 얻기 위한 상향링크 참조 신호의 반복 패턴의 일 예를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 각 단말이 상향링크 참조 신호를 반복 전송하는 또 다른 예를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 2개의 단말이 상향링크 참조 신호를 반복 전송하는 일 예를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 상향링크 참조 신호의 검출을 위한 최소 반복 횟수에 따른 상향링크 커버리지의 분할의 일 예를 나타낸다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 단말 별 직교 코드에 의한 프리앰블의 다중화의 일 예를 나타낸다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말 별 직교 코드에 의한 프리앰블의 다중화의 또 다른 예를 나타낸다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 서로 다른 프리앰블 심벌 구간을 위한 코드 선택의 일 예를 나타낸다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 짧은 길이의 직교 코드를 서로 다른 단말의 프리앰블의 전송에 사용하는 일 예를 나타낸다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 짧은 길이의 직교 코드를 서로 다른 단말의 프리앰블의 전송에 사용하는 또 다른 예를 나타낸다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중화 영역 설정을 통한 단말 할당의 예를 나타낸다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 단말에 의한 상향링크 참조 신호를 전송하는 방법을 나타낸다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국에 의한 단말의 상향링크 커버리지를 결정하는 방법을 나타낸다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 상향링크 참조 신호를 전송하는 방법을 나타낸다.
도 20은 본 발명의 실시예가 구현되는 무선 통신 시스템의 블록도이다.
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 다양한 무선 통신 시스템에 사용될 수 있다. CDMA는 UTRA(universal terrestrial radio access)나 CDMA2000과 같은 무선 기술(radio technology)로 구현될 수 있다. TDMA는 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. OFDMA는 IEEE(institute of electrical and electronics engineers) 802.11(Wi-Fi), IEEE 802.16(WiMAX), IEEE 802-20, E-UTRA(evolved UTRA) 등과 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. IEEE 802.16m은 IEEE 802.16e의 진화로, IEEE 802.16e에 기반한 시스템과의 하위 호환성(backward compatibility)을 제공한다. UTRA는 UMTS(universal mobile telecommunications system)의 일부이다. 3GPP(3rd generation partnership project) LTE(long term evolution)은 E-UTRA(evolved-UMTS terrestrial radio access)를 사용하는 E-UMTS(evolved UMTS)의 일부로써, 하향링크에서 OFDMA를 채용하고 상향링크에서 SC-FDMA를 채용한다. LTE-A(advanced)는 3GPP LTE의 진화이다.
설명을 명확하게 하기 위해, LTE-A를 위주로 기술하지만 본 발명의 기술적 특징이 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1은 셀룰러 시스템을 나타낸다. 도 1을 참조하면, 셀룰러 시스템(10)은 적어도 하나의 기지국(11; BS; base station)을 포함한다. BS(11)는 특정한 지리적 영역(일반적으로 셀이라고 함)(15a, 15b, 15c)에 대해 통신 서비스를 제공한다. 셀은 다시 다수의 영역(섹터라고 함)으로 나누어질 수 있다. 단말(12; UE; user equipment)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, MS(mobile station), MT(mobile terminal), UT(user terminal), SS(subscriber station), 무선기기(wireless device), PDA(personal digital assistant), 무선 모뎀(wireless modem), 휴대기기(handheld device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. BS(11)는 일반적으로 UE(12)와 통신하는 고정된 지점을 말하며, eNB(evolved-NodeB), BTS(base transceiver system), 액세스 포인트(access point) 등 다른 용어로 불릴 수 있다.
UE는 통상적으로 하나의 셀에 속하는데, UE가 속한 셀을 서빙 셀(serving cell)이라 한다. 서빙 셀에 대해 통신 서비스를 제공하는 BS를 서빙 BS라 한다. 셀룰러 시스템은 서빙 셀에 인접하는 다른 셀을 포함한다. 서빙 셀에 인접하는 다른 셀을 인접 셀(neighbor cell)이라 한다. 인접 셀에 대해 통신 서비스를 제공하는 BS를 인접 BS라 한다. 서빙 셀 및 인접 셀은 UE를 기준으로 상대적으로 결정된다.
이 기술은 하향링크(DL; downlink) 또는 상향링크(UL; uplink)에 사용될 수 있다. 일반적으로 DL은 BS(11)에서 UE(12)로의 통신을 의미하며, UL은 UE(12)에서 BS(11)으로의 통신을 의미한다. DL에서 송신기는 BS(11)의 일부분이고, 수신기는 UE(12)의 일부분일 수 있다. UL에서 송신기는 UE(12)의 일부분이고, 수신기는 BS(11)의 일부분일 수 있다.
도 2는 3GPP LTE의 무선 프레임(radio frame)의 구조를 나타낸다. 도 2를 참조하면, 무선 프레임은 10개의 서브프레임(subframe)으로 구성되고, 하나의 서브프레임은 2개의 슬롯(slot)으로 구성된다. 무선 프레임 내 슬롯은 #0부터 #19까지 슬롯 번호가 매겨진다. TTI(transmission time interval)는 데이터 전송을 위한 기본 스케줄링 단위이다. 3GPP LTE에서 하나의 TTI는 하나의 서브프레임이 전송되는 데에 걸리는 시간과 같을 수 있다. 하나의 무선 프레임의 길이는 10ms이고, 하나의 서브프레임의 길이는 1ms이고, 하나의 슬롯의 길이는 0.5ms일 수 있다.
하나의 슬롯은 시간 영역에서 복수의 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 심벌을 포함하고, 주파수 영역에서 복수의 부반송파를 포함한다. OFDM 심벌은 3GPP LTE가 하향링크에서 OFDMA를 사용하므로 하나의 심벌 구간을 표현하기 위한 것으로, 다중 접속 방식에 따라 다른 명칭으로 불릴 수 있다. 예를 들어, 상향링크 다중 접속 방식으로 SC-FDMA가 사용될 경우 SC-FDMA 심벌이라고 할 수 있다. 자원 블록(RB; resource block)는 자원 할당 단위로 하나의 슬롯에서 복수의 연속하는 부반송파를 포함한다. 상기 무선 프레임의 구조는 일 예에 불과한 것이다. 따라서 무선 프레임에 포함되는 서브프레임의 개수나 서브프레임에 포함되는 슬롯의 개수, 또는 슬롯에 포함되는 OFDM 심벌의 개수는 다양하게 변경될 수 있다. 3GPP LTE는 노멀(normal) CP(cyclic prefix)에서 하나의 슬롯은 7개의 OFDM 심벌을 포함하고, 확장(extended) CP에서 하나의 슬롯은 6개의 OFDM 심벌을 포함하는 것으로 정의하고 있다.
단말은 전원이 켜지거나 새롭게 셀에 진입한 경우, 셀과의 시간 및 주파수 동기를 획득하고 셀의 물리 셀 식별자(PCI; physical cell identity)를 검출하는 등의 셀 탐색 절차를 수행할 수 있다. 이를 위해, 단말은 기지국으로부터 동기 신호를 수신하여 기지국과 동기를 맞추고, 셀 식별자 등의 정보를 획득할 수 있다. 동기 신호는 1차 동기신호(PSS; primary synchronization signal) 및 2차 동기 신호(SSS; secondary synchronization signal)을 포함할 수 있다.
하이브리드 빔포밍(hybrid beamforming)의 필요성에 대해서 설명한다. 다중 안테나를 사용한 빔 형성 기술은 크게 빔 형성 가중치 벡터(weight vector) (또는 프리코딩 벡터(precoding vector))를 적용하는 위치에 따라 아날로그 빔 형성 기술(이하, 아날로그 빔포밍)과 디지털 빔 형성 기술(이하, 디지털 빔포밍)로 구분할 수 있다.
도 3은 아날로그 빔포머 및 RF 체인을 포함하는 전송부의 블록도이다. 아날로그 빔포밍은 초기 다중 안테나 구조에 적용된 대표적인 빔 형성 기법이다. 아날로그 빔포밍은 디지털 신호 처리가 완료된 아날로그 신호를 다수의 경로로 분기하고, 각 경로에서의 위상 쉬프트(PS; phase shift)와 전력 증폭(PA; power amplifier) 설정을 통하여 빔을 형성한다. 도 3을 참조하면, 아날로그 빔포밍에서 단일 디지털 신호로부터 파생된 아날로그 신호를 각 안테나에 연결된 PS와 PA가 처리한다. 즉, 아날로그 단에서 복소 가중치(complex weight)를 PS와 PA가 처리한다. 여기에서 RF(radio frequency) 체인은 베이스밴드(baseband) 신호가 아날로그 신호로 변환되는 처리 블록을 의미한다. 아날로그 빔포밍은 PS와 PA의 소자의 특성에 따라 빔의 정확도가 결정되고, 소자의 제어 특성상 협대역 전송 에 유리하다. 한편, 다중 스트림 전송을 구현하기 어려운 하드웨어 구조로 인하여 전송률 증대를 위한 다중화 이득이 상대적으로 작으며, 직교 자원 할당 기반의 사용자별 빔 형성이 어려운 특징이 있다.
도 4는 디지털 빔포머 및 RF 체인을 포함하는 전송부의 블록도이다. 아날로그 빔포밍과 달리, 디지털 빔포밍은 MIMO 환경에서 다이버시티와 다중화 이득을 최대화하기 위해 베이스밴드 처리를 이용하여 디지털 단에서 빔을 형성한다. 도 4를 참조하면, 프리코딩이 베이스밴드 처리에서 수행됨으로써 빔이 형성될 수 있다. RF 체인은 PA를 포함할 수 있다. 이에 따라 빔 형성을 위해 도출된 복소 가중치가 송신 데이터에 직접적으로 적용될 수 있다. 디지털 빔포밍은 사용자 별로 서로 다르게 빔을 형성할 수 있으므로, 동시에 다중 사용자 빔 형성을 지원할 수 있다. 또한, 디지털 빔포밍은 직교 자원이 할당된 사용자 별로 독립적인 빔 형성이 가능하여 스케줄링 유연성이 높아 시스템 목적에 부합하는 전송단 운용이 가능하다. 또한, 디지털 빔포밍은 광대역 전송 환경에서 MIMO-OFDM과 같은 기술을 적용할 경우, 부반송파 별로 독립적인 빔을 형성할 수 있다. 따라서, 디지털 빔포밍은 시스템 용량 증대와 강화된 빔 이득을 기반으로 단일 사용자의 최대 전송률을 극대화 할 수 있다. 따라서 3G/4G 시스템에서는 디지털 빔포밍 기반의 MIMO 기술이 도입되었다.
한편, 송수신 안테나의 개수가 크게 증가하는 거대 MIMO(massive multiple-input multiple-output)가 고려될 수 있다. 일반적인 셀룰러 시스템은 MIMO 환경에 적용되는 최대 송수신 안테나의 개수를 8개로 가정하나, 거대 MIMO 환경에서는 최대 송수신 안테나의 개수가 수십 또는 수백 개 이상으로 증가할 수 있다. 거대 MIMO 환경에서 기존의 디지털 빔포밍이 적용된다면, 수백 개의 송신 안테나에 대한 디지털 신호 처리를 베이스밴드 처리를 통해 수행해야 하므로 신호 처리의 복잡도가 매우 커지고, 송신 안테나의 개수만큼의 RF 체인이 필요하므로 하드웨어 구현의 복잡도가 매우 커진다. 또한, 모든 송신 안테나에 대해 독립적인 채널 추정이 필요하고, FDD(frequency division duplex) 시스템의 경우 모든 안테나로 구성된 거대한 MIMO 채널에 대한 피드백 정보가 필요하므로, 파일럿 및 피드백 오버헤드가 매우 커진다. 반면, 거대 MIMO 환경에서 기존의 아날로그 빔포밍이 적용된다면, 송신단의 하드웨어 복잡도는 상대적으로 낮은 반면, 다수 안테나를 이용한 성능 증가 정도가 미미하고, 자원 할당의 유연성이 떨어진다. 특히, 광대역 전송시 주파수 별로 빔을 제어하기가 매우 어렵다.
따라서 거대 MIMO 환경에서는 빔포밍 기술로 아날로그 빔포밍과 디지털 빔포밍 중 어느 하나만을 사용하기보다는, 아날로그 빔포밍과 디지털 빔포밍이 결합된 형태의 하이브리드 빔포밍이 요구된다. 즉, 아날로그 빔포밍의 특성에 따라 송신단의 하드웨어 구현의 복잡도를 낮추고, 디지털 빔포밍의 특성에 따라 수많은 개수의 송신 안테나를 이용한 빔 형성 이득이 최대가 될 수 있도록, 하이브리드 타입의 송신단 구조가 필요할 수 있다.
하이브리드 빔포밍에 대해서 설명한다. 상술한 바와 같이, 하이브리드 빔포밍은 거대 MIMO 환경에서 아날로그 빔포밍의 장점과 디지털 빔포밍의 장점을 취할 수 있는 송신단을 구성함에 목적이 있다.
도 5는 하이브리드 빔포머를 포함하는 전송부의 블록도이다. 도 5를 참조하면, 기본적으로 하이브리드 빔포밍은 아날로그 빔포밍을 통해 거친(coarse) 빔을 형성하고, 디지털 빔포밍을 통해 다중 스트림 혹은 다중 사용자 전송을 위한 빔이 형성될 수 있다. 즉, 하이브리드 빔포밍은 송신단의 구현 복잡도 또는 하드웨어 복잡도를 낮추기 위해서 아날로그 빔포밍과 디지털 빔포밍을 동시에 취하는 구조를 갖게 된다.
하이브리드 빔포밍의 기술적 이슈는 다음과 같다.
(1) 아날로그/디지털 빔포밍 설계 최적화 어려움: 디지털 빔포밍은 동일한 시간-주파수 자원을 가지고 사용자 별로 독립적인 빔을 형성할 수 있으나, 아날로그 빔포밍은 동일한 시간-주파수 자원을 가지고 공통적인 빔을 형성해야 하는 한계가 있다. 따라서, RF 체인의 개수에 따른 최대 지원 가능한 랭크의 제약, RF 빔포머로 서브밴드 빔 제어의 어려움 및/또는 빔 형성 분해능(resolution/granularity)의 최적화의 어려움 등의 이슈가 발생할 수 있다.
(2) 공통 신호의 전송 방식 구체화 필요: 동일한 시간-주파수 자원에서 특정 방향으로만 빔을 형성하는 아날로그 빔포밍은 동시에 모든 단말 방향으로 다수의 빔을 형성할 수 없다. 따라서, 셀 내 모든 영역에 분포할 수 있는 모든 단말들에게 DL/UL 제어 채널, 참조 신호(reference signal), 방송 채널, 동기 신호 등을 동시에 전송하지 못하는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 단말이 UL 상으로 PRACH(physical random access channel), PUCCH(physical uplink control channel) 및/또는 SRS(sounding RS) 등을 전송할 때에도 문제가 발생할 수 있다.
(3) 아날로그/디지털 빔 결정을 위한 추가 파일럿 및 피드백 설계 필요: 아날로그/디지털 빔에 대한 추정을 수행할 경우, 디지털 빔은 기존의 직교 파일럿 할당 방식을 그대로 이용하여 추정할 수 있지만, 아날로그 빔은 빔 후보의 개수만큼의 시간이 요구된다. 즉, 아날로그 빔의 추정에 소요되는 시간 지연이 큼을 의미하고, 이에 따라 시스템 손실이 발생할 수 있다. 또한, 디지털 빔과 아날로그 빔을 동시에 추정할 경우 복잡도가 크게 증가할 수 있다.
(4) 아날로그 빔 기반 SDMA(spatial division multiple access)와 FDMA 지원 어려움: 디지털 빔포밍이 다중 사용자/스트림을 위하여 자유롭게 빔을 형성할 수 있는 반면, 아날로그 빔포밍은 전체 전송 대역에 대해 동일한 빔을 형성하므로 수행하여 사용자별 또는 스트림별 독립적인 빔 형성이 어렵다. 특히 직교 주파수 자원 할당을 통한 FDMA(e.g. OFDMA) 지원이 어렵기 때문에, 주파수 자원 효율의 최적화가 어려울 수 있다.
상술한 하이브리드 빔포밍의 기술적 이슈 중, 이하에서 설명하는 본 발명은 하이브리드 빔포밍을 위한 아날로그/디지털 빔 설계를 최적화하는 방법을 제공할 수 있다.
이하, 기지국이 단말이 전송하는 상향링크 참조 신호를 안정적으로 수신할 수 있도록, 셀 커버리지를 고려하여 반복 패턴에 따라 상향링크 참조 신호를 설계하는 방법이 본 발명의 실시예에 따라 제안된다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 단말과 기지국 사이를 고려한 상향링크 참조 신호의 반복 전송 및 검출 방법이 제안될 수 있다. 제안되는 방법은 특히 밀리미터파(mmWave) 대역에서 그 활용이 극대화될 수 있다.
(1) 먼저 본 발명의 일 실시예에 따라, 단말은 상향링크 참조 신호를 M번 반복하여 기지국에 전송할 수 있다. 기지국은 셀의 상향링크 서비스 커버리지를 기반으로 하는 상향링크 참조 신호의 최대 반복 횟수 N을 단말에 시그널링 할 수 있다. 상기 상향링크 참조 신호의 최대 반복 횟수 N은 시스템 정보를 통해 단말로 전송될 수 있다. 상향링크 참조 신호의 반복 횟수 M은 기지국이 전송하는 상향링크 참조 신호의 최대 반복 횟수 N과 동일할 수 있다. 즉, 단말은 기지국이 전송하는 상향링크 참조 신호의 최대 반복 횟수에 따라 상향링크 참조 신호를 반복 전송할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 각 단말이 상향링크 참조 신호를 반복 전송하는 일 예를 나타낸다. 도 6을 참조하면, UE #1은 기지국의 제공하는 셀의 커버리지 중 내부 셀(inner-cell)에 위치하며, UE #2는 기지국의 제공하는 셀의 커버리지 중 외부 셀(outer-cell)에 위치한다. 각 단말은 기지국이 시그널링 한 정보에 따라 상향링크 참조 신호(예를 들어, SRS)를 각각 M번 반복 전송할 수 있다. 도 6의 실시예에서 UE #1과 UE #2는 상향링크 참조 신호를 각각 4번 반복 전송한다. 각 단말이 상향링크 참조 신호를 전송하는 영역(즉, 시간-주파수 영역)은 서로 구분되거나, 또는 다중화 될 수 있다. 상향링크 참조 신호의 반복 전송은 복수의 단말에 대해 공통적으로 설정되거나, 또는 각 단말이 독립적으로 설정할 수 있다. 예를 들어, 각 단말은 하향링크 동기를 우선적으로 검출하는 과정에서 획득한 SNR(signal to noise ratio), RSRP(reference signal received power), SINR(signal to interference and noise ratio), RSRQ(reference signal received quality) 또는 RSSI(received signal strength indication) 등을 기반으로 상향링크 참조 신호의 반복 전송을 자율적으로 결정할 수 있다.
표 1은 단말 별로 유연하게 상향링크 참조 신호의 반복 횟수를 설정하는 예를 나타낸다. 표 1과 같은 정보는 기지국이 시스템 정보를 통해 복수의 단말로 방송할 수 있다. 각 단말은 하향링크 동기를 검출하는 과정에서 획득한 SNR, RSRP, SINR, RSRQ, RSSI 등을 기반으로, 표 1에 따라 상향링크 참조 신호의 반복 횟수를 설정할 수 있다. 이에 따라 안정적인 상향링크 참조 신호 커버리지를 확보하고, 참조 신호 자원의 적극적인 제어가 가능할 수 있다.
신호 품질 상향링크 참조 신호 반복 횟수 셀 반경
20dB 1 100m
15dB 2 200m
10dB 3 300m
5dB 4 400m
0dB 5 500m
... ... ...
표 1을 참조하면, 신호 품질이 작아질수록(즉, 채널의 상태가 좋지 않을수록) 상향링크 참조 신호의 반복 횟수가 커짐을 알 수 있다. 또한, 상향링크 참조 신호의 반복 횟수가 커질수록, 셀 반경도 커짐을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 6dB의 이득을 얻기 위한 상향링크 참조 신호의 반복 패턴의 일 예를 나타낸다. 도 7을 참조하면, RSRP 기준으로 6dB만큼의 추가 이득이 필요한 경우, 반복 구간은 3개의 심벌에 대응할 수 있다. 따라서, 상향링크 참조 신호는 기존의 상향링크 참조 신호가 전송되는 심벌을 포함하여, 총 4번 반복 전송될 수 있다.
한편, 기지국이 상향링크 참조 신호의 최대 반복 횟수 N을 단말에 시그널링 하지 않을 수 있다. 이때 단말은 미리 설정된 기본 반복 횟수에 따라 상향링크 참조 신호를 반복 전송할 수 있다. 즉, 단말이 하향링크를 통해 시스템 정보를 수신하지 못하는 경우, 단말은 미리 설정된 기본 반복 횟수에 따라 상향링크 참조 신호를 반복 전송할 수 있다. 일반적으로 기본 반복 횟수는 셀의 최대 커버지리를 고려하여 최대값으로 설정될 수 있으나, 기본 반복 횟수는 그 최대값보다 이하의 값으로 설정될 수 있다.
또한, 단말은 기지국으로부터 수신한 상향링크 참조 신호의 최대 반복 횟수 N과 하향링크 동기를 검출하면서 획득한 신호 품질에 대한 정보를 이용하여 상향링크 참조 신호의 반복 횟수 M(≤N)을 유연하게 조정할 수 있다. 단말이 하향링크 동기를 획득하면 신호 품질에 대한 정보를 대략적으로 알 수 있다. 따라서, 단말은 기지국과 거리가 가까울수록 상향링크 참조 신호의 반복 횟수를 감소시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 각 단말이 상향링크 참조 신호를 반복 전송하는 또 다른 예를 나타낸다. 도 8을 참조하면, 도 6의 실시예와 마찬가지로 UE #1은 기지국의 제공하는 셀의 커버리지 중 내부 셀에 위치하며, UE #2는 기지국의 제공하는 셀의 커버리지 중 외부 셀에 위치한다. 그러나 도 6의 실시예와는 달리, 도 8의 실시예에서 각 단말의 상향링크 참조 신호의 반복 횟수가 다르다. 보다 구체적으로, 내부 셀에 위치하는 UE #1은 상향링크 참조 신호를 2번 반복 전송하며, 외부 셀에 위치하는 UE #2는 상향링크 참조 신호를 4번 반복 전송한다. 즉, 기지국과의 거리가 가까운 내부 셀에 위치한 UE #1의 반복 횟수가 기지국과의 거리가 먼 외부 셀에 위치한 UE #2의 반복 횟수보다 적다.
(2) 본 발명의 일 실시예에 따라, 기지국은 단말로부터 수신된 상향링크 참조 신호를 기반으로 하여 신호 검출이 가능한 최소 반복 횟수에 따라 각 단말의 상향링크 커버리지를 결정할 수 있다. 즉, 기지국은 단말이 반복 전송한 상향링크 참조 신호를 기반으로, 셀 커버리지 내에서 각 단말의 위치를 검출할 수 있다. 기지국은 각 단말의 상향링크 커버리지를 기반으로 단말을 그룹핑 할 수 있다. 각 단말은 기지국이 안정적으로 참조 신호 또는 프리앰블을 검출할 수 있는 반복 횟수를 결정할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 2개의 단말이 상향링크 참조 신호를 반복 전송하는 일 예를 나타낸다. 도 9를 참조하면, 2개의 단말이 하나의 시스템 프레임 내에서 서로 다른 서브프레임을 통해 상향링크 참조 신호를 전송하고, 각 상향링크 참조 신호는 4번 반복 전송된다. 보다 구체적으로, 제1 단말은 제1 상향링크 참조 신호를 전송하고, 제2 단말은 제2 상향링크 참조 신호를 전송한다.
상향링크 참조 신호가 시간 영역에서 검출된다고 가정하면, 기지국은 아래의 수학식 1에 따라 특정 심벌 N에서 상관 출력(correlation output)이 임계값(threshold) 이상으로 검출되어 해당 상향링크 참조 신호가 제대로 검출되었는지 추정할 수 있다.
<수학식 1>
Figure PCTKR2016005192-appb-I000001
수학식 1에서 i는 시간 인덱스, m은 타이밍 오프셋, L은 시간 신호의 전체 길이(또는 OFDM 심벌의 길이), N^은 상향링크 참조 신호의 전체 심벌 수(N^={1,2,3,...,N}), Y[i]는 시간 i에서 수신된 상향링크 참조 신호, S[i]는 시간 i에서 전송된 상향링크 참조 신호이다.
즉, 기지국은 단말이 전송한 상향링크 참조 신호의 전체 심벌 수 N^={1,2,3,...,N}에 대해, 상관 출력이 임계값 Pthreshold를 넘는 최소 심벌 수를 검출할 수 있다. 검출된 최소 심벌 수 이상에서는 추가적인 이득을 더 얻어 상향링크 참조 신호가 당연히 검출될 것이므로, 검출된 최소 심벌 수가 상향링크 커버리지의 영역을 나누는 기준이 될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 상향링크 참조 신호의 검출을 위한 최소 반복 횟수에 따른 상향링크 커버리지의 분할의 일 예를 나타낸다. 예를 들어, N^=1, 2, 3이 검출되었다고 가정하면, 상술한 표 1에 따라 단말과 기지국 간의 거리가 약 300m 정도임을 알 수 있다. 즉, 이 위치에서 단말이 상향링크 참조 신호를 3번 반복 전송하면 기지국은 상향링크 참조 신호를 안정적으로 수신할 수 있고, 기지국은 이를 기반으로 상향링크 커버리지를 분할할 수 있다. 도 10을 참조하면, 기지국으로부터의 거리에 따라 상향링크 커버지리가 영역 1, 영역 2 및 영역 3으로 분할될 수 있다. 영역 1은 기지국으로부터의 거리가 100m 이내의 영역으로, 기지국은 영역 1 내의 단말이 1번 반복 전송한 상향링크 참조 신호를 안정적으로 수신할 수 있다. 영역 2는 기지국으로부터의 거리가 100m 이상 200m 이내의 영역으로, 기지국은 영역 2 내의 단말이 2번 반복 전송한 상향링크 참조 신호를 안정적으로 수신할 수 있다. 영역 3은 기지국으로부터의 거리가 200m 이상 300m 이내의 영역으로, 기지국은 영역 3 내의 단말이 3번 반복 전송한 상향링크 참조 신호를 안정적으로 수신할 수 있다.
(3) 상술한 바와 같이, 기지국은 단말로부터 수신된 상향링크 참조 신호를 기반으로 하여 신호 검출이 가능한 최소 반복 횟수에 따라 각 단말의 상향링크 커버리지를 결정할 수 있고, 각 단말의 상향링크 커버리지를 기반으로 단말을 그룹핑 할 수 있다. 추가적으로 본 발명의 일 실시예에 따라, 동일한 그룹에 속하는 단말은 다중화를 통해 빔 스캐닝 프리앰블을 전송할 수 있다. 즉, 기지국의 빔 스캐닝을 위한 동일한 그룹에 속하는 복수의 단말의 프리앰블이 반복되는 N개의 프리앰블 심벌에서 다중화 될 수 있다. 다중화 방법으로 순환 쉬프트(cyclic shift), 직교 커버 코드(OCC; orthogonal cover code) 등이 사용될 수 있다.
먼저, 각 단말은 N개의 프리앰블 심벌에서 동일한 프리앰블 시퀀스를 반복하여 전송할 수 있다. 예를 들어, 각 단말은 아날로그 단에서 프리코딩이 적용된 빔포밍 된 프리앰블 시퀀스를 N개의 프리앰블 심벌에서 반복하여 전송할 수 있다. 복수의 단말이 전송하는 프리앰블 시퀀스는 N개의 프리앰블 심벌 간에서 직교 코드를 이용하여 다중화 될 수 있다.
예를 들어, 4개의 단말이 4개의 프리앰블 심벌에서 빔포밍 된 프리앰블 시퀀스를 동시에 전송한다고 가정하면, 각 프리앰블 심벌에서 i번째 샘플은 수학식 2로 표현될 수 있다.
<수학식 2>
Figure PCTKR2016005192-appb-I000002
수학식 2에서, yn,i는 n번째 OFDM 심벌의 i번째 샘플을 의미한다. 즉, y1,i는 4개의 프리앰블 심벌 중 1번째 OFDM 심벌의 i번째 샘플, y2,i는 4개의 프리앰블 심벌 중 2번째 OFDM 심벌의 i번째 샘플, y3,i는 4개의 프리앰블 심벌 중 3번째 OFDM 심벌의 i번째 샘플, y4,i는 4개의 프리앰블 심벌 중 4번째 OFDM 심벌의 i번째 샘플을 나타낸다. 최대 샘플 수는 FFT(fast Fourier transform) 크기이고, 전체 샘플 수는 L이다. Hm은 m번 단말과 기지국 사이의 Nr * Nt 채널이고, Pj m은 m번째 단말이 사용한 j번째 아날로그 빔 스캐닝에 사용되는 프리코딩 벡터이다. 또한, wn -1 m은 m번째 단말이 n번째 OFDM 심벌에서 사용하는 직교 코드의 가중치이며, sm,i는 m번 단말의 전체 시퀀스 중 i번째 신호이다. 마지막으로 nm,i는 m번째 단말의 i번째 신호의 잡음을 나타낸다.
수학식 3은 각 단말이 사용하는 길이 4의 직교 코드의 일 예를 나타낸다.
<수학식 3>
Figure PCTKR2016005192-appb-I000003
수학식 4는 각 단말이 사용하는 길이 4의 직교 코드의 또 다른 예를 나타낸다. 수학식 4에서 사용되는 직교 코드는 DFT(discrete Fourier transform) 코드이다.
<수학식 4>
Figure PCTKR2016005192-appb-I000004
기지국은 아래의 수학식 5를 이용하여 각 단말의 프리앰블을 검출할 수 있다.
<수학식 5>
Figure PCTKR2016005192-appb-I000005
수학식 5에서, J는 아날로그 프리코딩 벡터의 전체 집합을 나타낸다. 예를 들어, 각 단말이 빔 스캐닝에 사용하는 프리코딩 벡터가 10개이며, J={1,2,3...,10}이다. 기지국은 수학식 5를 이용하여 다중화 된 빔 스캐닝 프리앰블에서 빔 이득이 최대가 되는 m번째 단말의 j번째 프리코딩 벡터를 검출할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 단말 별 직교 코드에 의한 프리앰블의 다중화의 일 예를 나타낸다. 도 11을 참조하면, 4개의 프리앰블 심벌에서 4개의 단말이 전송한 프리앰블 시퀀스가 단말 별 직교 코드에 의하여 다중화 된다. 이때 단말 별 직교 코드는 상술한 수학식 3을 따르는 것으로 가정한다. 기지국은 다중화된 빔 스캐닝 프리앰블에서 빔 이득이 최대가 되는 단말의 프리코딩 벡터를 검출할 수 있다.
2개의 단말이 다중화 되는 경우, 상술한 4개의 단말이 다중화 되는 경우와 동일한 방법으로, 길이 2의 직교 코드를 사용하여 다중화 될 수 있다. 최종 수신 신호는 수학식 6으로 표현될 수 있다.
<수학식 6>
Figure PCTKR2016005192-appb-I000006
수학식 7은 각 단말이 사용하는 길이 2의 직교 코드의 일 예를 나타낸다.
<수학식 7>
Figure PCTKR2016005192-appb-I000007
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말 별 직교 코드에 의한 프리앰블의 다중화의 또 다른 예를 나타낸다. 도 12를 참조하면, 2개의 프리앰블 심벌에서 2개의 단말이 전송한 프리앰블 시퀀스가 단말 별 직교 코드에 의하여 다중화 된다. 이때 단말 별 직교 코드는 상술한 수학식 7을 따르는 것으로 가정한다. 기지국은 다중화된 빔 스캐닝 프리앰블에서 빔 이득이 최대가 되는 단말의 프리코딩 벡터를 검출할 수 있다.
또한, 각 단말은 서로 다른 프리앰블 심벌 구간에서 동일한 프리앰블 시퀀스를 반복하여 전송할 수 있다. 복수의 단말이 전송하는 프리앰블 시퀀스는 서로 다른 프리앰블 심벌 간에서 직교 코드를 이용하여 다중화 될 수 있다. 즉, 서로 다른 그룹에 속하는 단말이 직교 코드에 의하여 다중화 될 수 있다.
예를 들어, 프리앰블을 2번 반복 전송하는 단말과 4번 반복 전송하는 단말을 다중화 한다고 가정하자. 프리앰블을 2번 반복 전송하는 단말은 길이 2의 직교 코드를 사용할 수 있고, 프리앰블을 4번 반복 전송하는 단말은 길이 4의 직교 코드를 사용할 수 있다. 예를 들어, 아래의 수학식 8과 같이, 제1 단말과 제2 단말은 길이 2의 직교 코드(w1, w2)를 사용하고, 제3 단말과 제4 단말은 길이 4의 직교 코드(w3, w4)를 사용할 수 있다.
<수학식 8>
Figure PCTKR2016005192-appb-I000008
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 서로 다른 프리앰블 심벌 구간을 위한 코드 선택의 일 예를 나타낸다. 직교 코드의 특성상 짧은 길이의 직교 코드를 사용하는 단말로 인하여 전체 직교 코드의 집합이 작아지게 된다. 도 13을 참조하면, 프리앰블을 2번 반복 전송하는 단말에 대하여 길이 2의 직교 코드 C2,1=(1,1)이 사용되면, 그 이하의 길이 4 이상의 직교 코드(즉, C4,1=(1,1,1,1), C4,2=(1,1,-1,-1), C8,1=(1,1,1,1,1,1,1,1), C8,2=(1,1,1,1,-1,-1,-1,-1))는 사용이 불가능하다. 따라서, 서로 다른 길이의 직교 코드와 함께 사용하는 방법이 요구될 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 짧은 길이의 직교 코드를 서로 다른 단말의 프리앰블의 전송에 사용하는 일 예를 나타낸다. 도 14의 실시예에서, 짧은 길이의 직교 코드는 전송 시점을 분리하여 서로 다른 단말의 프리앰블 전송에 사용될 수 있다. 이에 따라 서로 다른 그룹에 속하는 단말들이 한 시점에 다중화될 수 있다. 도 14를 참조하면, 길이 4의 직교 코드 w3 및 w4는 제3 단말 및 제4 단말을 위하여 그대로 사용된다. 길이 2의 직교 코드 w1={+1,+1,0,0}은 제1 단말이 사용한 j번째 아날로그 빔 스캐닝에 사용되는 프리코딩 벡터에 대하여 사용된다(즉, pj 1에 대하여). 또한, 길이 2의 직교 코드 w2={0,0,+1,+1}은 제2 단말이 사용한 j번째 아날로그 빔 스캐닝에 사용되는 프리코딩 벡터에 대하여 사용된다(즉, pj 2에 대하여).
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 짧은 길이의 직교 코드를 서로 다른 단말의 프리앰블의 전송에 사용하는 또 다른 예를 나타낸다. 도 15의 실시예에서, 짧은 길이의 직교 코드는 전송 시점을 분리하여 동일한 단말의 서로 다른 프리앰블 전송에 사용될 수 있다. 이에 따라 짧은 프리앰블 반복 횟수를 갖는 단말이 동일 시점에 서로 다른 빔 스캐닝 프리앰블을 전송할 수 있어 해당 단말의 빔 스캐닝 주기가 짧아질 수 있다. 도 15를 참조하면, 길이 4의 직교 코드 w3 및 w4는 제3 단말 및 제4 단말을 위하여 그대로 사용된다. 길이 2의 직교 코드 w1={+1,+1,0,0}은 제1 단말이 사용한 j번째 아날로그 빔 스캐닝에 사용되는 프리코딩 벡터에 대하여 사용된다(즉, pj 1에 대하여). 또한, 길이 2의 직교 코드 w2={0,0,+1,+1}은 제1 단말이 사용한 k번째 아날로그 빔 스캐닝에 사용되는 프리코딩 벡터에 대하여 사용된다(즉, pk 1에 대하여).
(4) 상술한 바와 같이, 특정한 프리앰블 심벌 구간에서 동일 그룹 또는 서로 다른 그룹에 속하는 단말의 프리앰블이 다중화 되어 전송될 수 있다. 추가적으로 본 발명의 일 실시예에 따라, 기지국은 단말에게 빔 스캐닝을 위한 다중화 영역을 설정할 수 있으며, 이를 통해 단말은 할당된 다중화 영역에서 자신의 직교 코드를 이용해 빔 스캐닝 프리앰블을 전송할 수 있다. 즉, 전체 빔 스캐닝 구간이 복수의 다중화 영역으로 구분될 수 있고, 각 단말은 할당된 다중화 영역에서 자신의 직교 코드를 이용해 빔 스캐닝 프리앰블을 전송함으로써, 복수의 단말의 빔 스캐닝 프리앰블의 전송 시작 지점이 달라질 수 있다.
보다 상세하게, 기지국은 전체 빔 스캐닝 구간을 복수의 다중화 영역으로 구분하여 설정하고, 단말은 기지국의 시그널링에 따라 각 단말에 할당된 다중화 영역에서 자신의 빔 스캐닝 프리앰블을 전송할 수 있다. 즉, 다중화 영역은 시간 영역에서 각 빔 스캐닝 구간을 구분하는 단위라 할 수 있다. 각 다중화 영역에서 단말이 속하는 그룹에 따라 다중화 되는 단말의 개수가 달라질 수 있다. 표 2는 다중화 영역 설정 및 각 다중화 영역 내에서 다중화 되는 단말의 일 예를 나타낸다. 각 다중화 영역 내에서 단말의 다중화는 상술한 직교 코드를 이용할 수 있다.
다중화 영역 다중화 영역별 최대 수용 가능 단말 개수 다중화 가능 단말 그룹 대상 단말 후보
영역 #0 2 그룹 #0 UE #0, UE #1
그룹 #1 UE #2, UE #3, UE #4
영역 #1 3 그룹 #0 UE #5, UE #6
그룹 #1 UE #7, UE #8, UE #9
그룹 #3 UE #10, UE #11, UE #12, UE #13
... ... ... ...
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중화 영역 설정을 통한 단말 할당의 예를 나타낸다. 상술한 바와 같이 시간 영역에서 복수의 다중화 영역이 설정될 수 있고, 각 다중화 영역에서 단말의 다중화 용량이 상이하게 결정할 수 있다. 이때 기지국은 각 다중화 영역에 할당할 상향링크 빔 스캐닝 대상 단말을 선택하여 시그널링 할 수 있다. 도 16을 참조하면, 다중화 영역 #0, #1, #2 및 #3은 각각 2개, 3개, 6개 및 2개의 단말을 다중화 할 수 있고, 이에 따라 해당 다중화 영역에 단말이 할당될 수 있다. 이때 각 다중화 영역에서 단말이 전송하는 프리앰블은 상술한 직교 코드를 이용한 방법으로 다중화 될 수 있다.
기지국은 다중화 영역 설정에 따라 단말 그룹 정보, 직교 코드에 대한 정보 등을 단말로 시그널링 할 수 있다. 또는, 기지국은 단말 그룹 정보, 직교 코드에 대한 정보를 단말로 시그널링 하는 대신, 각 단말의 상향링크 프리앰블의 전송 시점 및 상향링크 프리앰블이 전송되는 연속적인 심벌의 개수(암묵적으로 직교 코드의 길이를 지시함)에 대한 정보 등을 단말로 시그널링 할 수 있다. 이러한 경우, 단말 그룹 정보는 기지국만이 알고 있고, 단말은 단순히 프리앰블의 전송 시점 및 프리앰블이 전송되는 연속적인 심벌의 개수에 대한 정보 등을 통해 자신의 빔 스캐닝을 수행할 수 있다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 단말에 의한 상향링크 참조 신호를 전송하는 방법을 나타낸다. 상술한 본 발명의 제안이 도 17의 실시예에 적용될 수 있다.
단계 S100에서, 단말은 상향링크 참조 신호의 최대 반복 횟수에 대한 정보를 기지국으로부터 수신한다. 상기 상향링크 참조 신호의 최대 반복 횟수는 셀의 상향링크 서비스 커버리지를 기반으로 할 수 있다. 상기 상향링크 참조 신호의 최대 반복 횟수는 시스템 정보를 통해 수신될 수 있다. 상기 상향링크 참조 신호는 SRS 또는 DMRS(demodulation reference signal) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
단계 S110에서, 단말은 상기 수신된 상향링크 참조 신호의 최대 반복 횟수에 대한 정보 및 하향링크 동기화를 통해 획득한 신호 품질을 이용하여 상기 상향링크 참조 신호의 반복 횟수를 결정한다. 상기 상향링크 참조 신호의 반복 횟수는 상기 단말과 상기 기지국의 거리가 가까울수록 감소할 수 있다. 상기 상향링크 참조 신호의 반복 횟수는 상기 단말과 상기 기지국의 거리가 멀수록 증가할 수 있다. 상기 신호 품질은 SNR, RSRP, SINR, RSRQ 또는 RSSI 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 즉, 단말은 상향링크 참조 신호의 최대 반복 횟수에 대한 정보와 하향링크 동기화를 통해 획득한 신호 품질을 이용하여 상향링크 참조 신호의 반복 횟수를 유연하게 조정할 수 있다.
단계 S120에서, 단말은 상기 결정된 상향링크 참조 신호의 반복 횟수에 따라 상기 상향링크 참조 신호를 상기 기지국으로 반복하여 전송한다.
추가적으로, 단말은 할당된 직교 코드를 이용하여 빔 스캐닝을 위한 프리앰블을 상기 기지국으로 반복하여 전송할 수 있다. 이때, 각 단말은 N개의 프리앰블 심벌에서 동일한 프리앰블 시퀀스를 반복하여 전송하고, 복수의 단말이 전송하는 프리앰블 시퀀스는 N개의 프리앰블 심벌 간에서 직교 코드를 이용하여 다중화 될 수 있다. 또는, 각 단말은 서로 다른 프리앰블 심벌 구간에서 동일한 프리앰블 시퀀스를 반복하여 전송하고, 복수의 단말이 전송하는 프리앰블 시퀀스는 서로 다른 프리앰블 심벌 간에서 직교 코드를 이용하여 다중화 될 수 있다. 즉, 서로 다른 그룹에 속하는 단말이 직교 코드에 의하여 다중화 될 수 있다. 또한, 상기 빔 스캐닝을 위한 프리앰블은 상기 단말에 할당된 다중화 영역을 통해 전송될 수 있다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국에 의한 단말의 상향링크 커버리지를 결정하는 방법을 나타낸다. 상술한 본 발명의 제안이 도 18의 실시예에 적용될 수 있다.
단계 S200에서, 기지국은 상향링크 참조 신호의 최대 반복 횟수에 대한 정보를 단말로 전송한다. 단계 S210에서, 기지국은 상기 단말에 의해 결정된 상기 상향링크 참조 신호의 반복 횟수에 따라 상기 상향링크 참조 신호를 상기 단말로부터 반복하여 수신한다. 단계 S220에서, 기지국은 상기 반복하여 수신된 상향링크 참조 신호를 기반으로 상기 단말의 상향링크 커버리지를 결정한다.
상기 단말의 상향링크 커버리지는 상기 반복하여 수신된 상향링크 참조 신호의 검출이 가능한 최소 반복 심벌 수를 기반으로 결정될 수 있다. 상기 반복하여 수신된 상향링크 참조 신호가 검출 가능한 최소 반복 심벌 수는 특정 심벌에서 상관 출력이 임계값 이상으로 검출되는지에 따라 결정될 수 있다. 기지국은 상기 단말의 상향링크 커버리지를 기반으로 상기 상향링크 커버리지를 복수의 영역으로 분할할 수 있다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 상향링크 참조 신호를 전송하는 방법을 나타낸다. 상술한 본 발명의 제안이 도 19의 실시예에 적용될 수 있다.
단계 S300에서, 기지국은 상향링크 참조 신호의 최대 반복 횟수에 대한 정보를 단말로 전송한다. 상기 상향링크 참조 신호의 최대 반복 횟수는 셀의 상향링크 서비스 커버리지를 기반으로 할 수 있다. 상기 상향링크 참조 신호의 최대 반복 횟수는 시스템 정보를 통해 수신될 수 있다.
단계 S310에서, 단말은 상기 수신된 상향링크 참조 신호의 최대 반복 횟수에 대한 정보 및 하향링크 동기화를 통해 획득한 신호 품질을 이용하여 상기 상향링크 참조 신호의 반복 횟수를 결정한다. 상기 상향링크 참조 신호의 반복 횟수는 상기 단말과 상기 기지국의 거리가 가까울수록 감소할 수 있다. 상기 상향링크 참조 신호의 반복 횟수는 상기 단말과 상기 기지국의 거리가 멀수록 증가할 수 있다. 상기 신호 품질은 SNR, RSRP, SINR, RSRQ 또는 RSSI 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 즉, 단말은 상향링크 참조 신호의 최대 반복 횟수에 대한 정보와 하향링크 동기화를 통해 획득한 신호 품질을 이용하여 상향링크 참조 신호의 반복 횟수를 유연하게 조정할 수 있다.
단계 S320에서, 단말은 상기 결정된 상향링크 참조 신호의 반복 횟수에 따라 상기 상향링크 참조 신호를 상기 기지국으로 반복하여 전송한다.
단계 S330에서, 기지국은 상기 반복하여 수신된 상향링크 참조 신호를 기반으로 상기 단말의 상향링크 커버리지를 결정한다. 상기 단말의 상향링크 커버리지는 상기 반복하여 수신된 상향링크 참조 신호의 검출이 가능한 최소 반복 심벌 수를 기반으로 결정될 수 있다. 상기 반복하여 수신된 상향링크 참조 신호가 검출 가능한 최소 반복 심벌 수는 특정 심벌에서 상관 출력이 임계값 이상으로 검출되는지에 따라 결정될 수 있다. 기지국은 상기 단말의 상향링크 커버리지를 기반으로 상기 상향링크 커버리지를 복수의 영역으로 분할할 수 있다.
상술한 본 발명의 제안은 단말이 기지국으로 신호를 전송하는 상향링크 전송을 기준으로 설명되었으나, 본 발명의 적용이 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명은 임의의 송신기와 수신기 조합에 대하여 적용할 수 있다. 예를 들어, 기지국이 단말로 전송하는 하향링크 전송, 단말 간 신호 전송(D2D(device-to-device), V2V(vehicle-to-vehicle), etc.), 혹은 기지국 간 신호 전송(중계, 무선 백홀(wireless backhaul), etc.) 등에도 적용될 수 있다.
도 20은 본 발명의 실시예가 구현되는 무선 통신 시스템의 블록도이다.
기지국(800)은 프로세서(processor; 810), 메모리(memory; 820) 및 송수신부(transceiver; 830)를 포함할 수 있다. 프로세서(810)는 본 명세서에서 설명된 기능, 과정 및/또는 방법을 구현하도록 구성될 수 있다. 무선 인터페이스 프로토콜의 계층들은 프로세서(810)에 의해 구현될 수 있다. 메모리(820)는 프로세서(810)와 연결되어, 프로세서(810)를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다. 송수신부(830)는 프로세서(810)와 연결되어, 무선 신호를 전송 및/또는 수신한다.
단말(900)은 프로세서(910), 메모리(920) 및 송수신부(930)를 포함할 수 있다. 프로세서(910)는 본 명세서에서 설명된 기능, 과정 및/또는 방법을 구현하도록 구성될 수 있다. 무선 인터페이스 프로토콜의 계층들은 프로세서(910)에 의해 구현될 수 있다. 메모리(920)는 프로세서(910)와 연결되어, 프로세서(910)를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다. 송수신부(930)는 프로세서(910)와 연결되어, 무선 신호를 전송 및/또는 수신한다.
프로세서(810, 910)은 ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로 및/또는 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 메모리(820, 920)는 ROM(read-only memory), RAM(random access memory), 플래쉬 메모리, 메모리 카드, 저장 매체 및/또는 다른 저장 장치를 포함할 수 있다. 송수신부(830, 930)는 무선 주파수 신호를 처리하기 위한 베이스밴드 회로를 포함할 수 있다. 실시예가 소프트웨어로 구현될 때, 상술한 기법은 상술한 기능을 수행하는 모듈(과정, 기능 등)로 구현될 수 있다. 모듈은 메모리(820, 920)에 저장되고, 프로세서(810, 910)에 의해 실행될 수 있다. 메모리(820, 920)는 프로세서(810, 910) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로세서(810, 910)와 연결될 수 있다.
상술한 예시적인 시스템에서, 상술된 본 발명의 특징에 따라 구현될 수 있는 방법들은 순서도를 기초로 설명되었다. 편의상 방법들은 일련의 단계 또는 블록으로 설명되었으나, 청구된 본 발명의 특징은 단계들 또는 블록들의 순서에 한정되는 것은 아니며, 어떤 단계는 다른 단계와 상술한 바와 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 당업자라면 순서도에 나타낸 단계들이 배타적이지 않고, 다른 단계가 포함되거나 순서도의 하나 또는 그 이상의 단계가 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않고 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (15)

  1. 무선 통신 시스템에서 단말에 의한 상향링크 참조 신호를 전송하는 방법에 있어서,
    상향링크 참조 신호의 최대 반복 횟수에 대한 정보를 기지국으로부터 수신하고;
    상기 수신된 상향링크 참조 신호의 최대 반복 횟수에 대한 정보 및 하향링크 동기화를 통해 획득한 신호 품질을 이용하여 상기 상향링크 참조 신호의 반복 횟수를 결정하고; 및
    상기 결정된 상향링크 참조 신호의 반복 횟수에 따라 상기 상향링크 참조 신호를 상기 기지국으로 반복하여 전송하는 것을 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 상향링크 참조 신호의 최대 반복 횟수는 셀의 상향링크 서비스 커버리지를 기반으로 하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 상향링크 참조 신호의 최대 반복 횟수는 시스템 정보를 통해 수신되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 상향링크 참조 신호의 반복 횟수는 상기 단말과 상기 기지국의 거리가 가까울수록 감소하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 상향링크 참조 신호의 반복 횟수는 상기 단말과 상기 기지국의 거리가 멀수록 증가하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호 품질은 SNR(signal to noise ratio), RSRP(reference signal received power), SINR(signal to interference and noise ratio), RSRQ(reference signal received quality) 또는 RSSI(received signal strength indication) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 상향링크 참조 신호는 SRS(sounding reference signal) 또는 DMRS(demodulation reference signal) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 단말에 할당된 직교 코드를 이용하여 빔 스캐닝을 위한 프리앰블을 상기 기지국으로 반복하여 전송하는 것을 더 포함하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 빔 스캐닝을 위한 프리앰블은 상기 단말에 할당된 다중화 영역을 통해 전송되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 무선 통신 시스템에서 기지국에 의한 단말의 상향링크 커버리지를 결정하는 방법에 있어서,
    상향링크 참조 신호의 최대 반복 횟수에 대한 정보를 단말로 전송하고;
    상기 단말에 의해 결정된 상기 상향링크 참조 신호의 반복 횟수에 따라 상기 상향링크 참조 신호를 상기 단말로부터 반복하여 수신하고; 및
    상기 반복하여 수신된 상향링크 참조 신호를 기반으로 상기 단말의 상향링크 커버리지를 결정하는 것을 포함하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 단말의 상향링크 커버리지는 상기 반복하여 수신된 상향링크 참조 신호의 검출이 가능한 최소 반복 심벌 수를 기반으로 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 반복하여 수신된 상향링크 참조 신호가 검출 가능한 최소 반복 심벌 수는 특정 심벌에서 상관 출력(correlation output)이 임계값(threshold) 이상으로 검출되는지에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 특정 심벌에서 상관 출력이 임계값 이상으로 검출되는지는 아래의 수학식에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
    Figure PCTKR2016005192-appb-I000009
    단, i는 시간 인덱스, m은 타이밍 오프셋, L은 시간 신호의 전체 길이(또는 OFDM 심벌의 길이), N^은 상향링크 참조 신호의 전체 심벌 수(N^={1,2,3,...,N}), Y[i]는 시간 i에서 수신된 상향링크 참조 신호, S[i]는 시간 i에서 전송된 상향링크 참조 신호이다.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 타이밍 오프셋 m을 기반으로 타이밍 어드밴스(TA; timing)를 계산하여 상기 단말로 전송하는 것을 더 포함하는 방법.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 단말의 상향링크 커버리지를 기반으로 상기 상향링크 커버리지를 복수의 영역으로 분할하는 것을 더 포함하는 방법.
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