WO2017026700A1 - 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 신호를 송수신하기 위한 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

비직교 다중 접속 방식에 기초하여 신호를 송수신하기 위한 방법 및 이를 위한 장치 Download PDF

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WO2017026700A1
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고현수
노광석
김동규
이상림
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Definitions

  • the present invention relates to wireless communications, and more particularly, to a method and apparatus for transmitting and receiving a signal based on a non-orthogonal multiple access scheme.
  • the 3GPP LTE 3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution (LTE) system is designed as a frame structure with a 1ms transmission time interval (TTI), and the data request delay time is 10ms for video applications.
  • TTI transmission time interval
  • future 5G technologies will require lower latency data transmissions with the emergence of new applications such as real-time control and tactile internet, and 5G data demand latency will be lowered to 1ms. It is expected.
  • future 5G technology requires more terminal connectivity in one base station, and 5G required connectivity is expected to increase up to 1,000,000 / km 2.
  • An object of the present invention is to provide a method for a terminal to receive a signal based on a non-orthogonal multiple access scheme in a wireless communication system.
  • Another object of the present invention is to provide a method for a base station to transmit a signal based on a non-orthogonal multiple access scheme in a wireless communication system.
  • Another object of the present invention is to provide a terminal for receiving a signal based on a non-orthogonal multiple access scheme in a wireless communication system.
  • Another object of the present invention is to provide a base station for transmitting a signal based on a non-orthogonal multiple access scheme in a wireless communication system.
  • Another technical problem to be achieved in the present invention is to provide a method for a terminal to transmit a signal based on a non-orthogonal multiple access scheme in a wireless communication system.
  • Another object of the present invention is to provide a method for a base station to receive a signal based on a non-orthogonal multiple access scheme in a wireless communication system.
  • Another object of the present invention is to provide a terminal for transmitting a signal based on a non-orthogonal multiple access scheme in a wireless communication system.
  • Another object of the present invention is to provide a base station for receiving a signal based on a non-orthogonal multiple access scheme in a wireless communication system.
  • a method for a terminal to receive a signal based on a non-orthogonal multiple access scheme in a wireless communication system selected from the base station for the terminal from among predefined codebooks for non-orthogonal multiple access
  • Receiving control information including information on a codebook and information on a codeword selected from the selected codebook
  • Receiving data for the terminal according to the scheduling of the control information from the base station may include detecting data for the terminal by performing a multi-user detection (MUD) method based on the information on the selected codebook and the information on the selected codeword.
  • the information on the codebook selected for the terminal and the information on the codeword selected from the selected codebook may be selected based on a scheduling scheme.
  • the information on the selected codebook may include a selected codebook index, and the information on the selected codeword may include a selected codeword index.
  • the selected codebook index and the selected codeword index may be terminal-specifically selected.
  • the selected codebook has a chordal distance between codewords. In this case, N may represent a vector length of a codeword, and K may represent a number of codewords.
  • a method for transmitting a signal based on a non-orthogonal multiple access scheme in a wireless communication system includes a selected codebook for the terminal from among predefined codebooks for non-orthogonal multiple access; Selecting a codeword for the terminal from the selected codebook; Transmitting control information including information on the selected codebook and information on the selected codeword to the terminal; And transmitting data for the terminal according to the scheduling of the control information to the terminal.
  • the selected codebook and the selected codeword may be selected based on a scheduling scheme.
  • the selected codebook and the selected codeword may be terminal-specifically selected.
  • a terminal for receiving a signal based on a non-orthogonal multiple access scheme in a wireless communication system for the terminal from among predefined codebooks for non-orthogonal multiple access from a base station.
  • a receiver configured to receive control information including information on a selected codebook and information on a codeword selected from the selected codebook, the receiver configured to receive data for the terminal according to the scheduling of the control information from the base station;
  • a processor configured to detect data for the terminal by performing a multi-user detection (MUD) scheme based on the information on the selected codebook and the information on the selected codeword.
  • MOD multi-user detection
  • a base station for transmitting a signal based on a non-orthogonal multiple access scheme in a wireless communication system includes a selected codebook for the terminal from among predefined codebooks for non-orthogonal multiple access; A processor configured to select a codeword for the terminal in the selected codebook; And a transmitter configured to transmit control information including information on the selected codebook and information on the selected codeword to the terminal, and to transmit data for the terminal according to the scheduling of the control information to the terminal. It may include.
  • a method for transmitting a signal based on a non-orthogonal multiple access scheme in a wireless communication system includes: transmitting a signal from a base station among predefined codebooks for non-orthogonal multiple access; Receiving control information including information on a codebook selected for the selected codebook and information on a codeword selected from the selected codebook; Performing resource mapping on an uplink signal to be transmitted based on the information on the selected codebook and the information on the selected codeword; And transmitting the uplink signal mapped to the corresponding resource to the base station according to the resource mapping.
  • the selected codebook index and the selected codeword index may be terminal-specifically selected.
  • a method for receiving a signal based on a non-orthogonal multiple access scheme in a wireless communication system includes a codebook for the terminal from among predefined codebooks for non-orthogonal multiple access. Selecting a codeword for the terminal from the selected codebook; Transmitting control information including information on the selected codebook and information on the selected codeword to the terminal; Receiving an uplink signal of the terminal from the terminal according to the scheduling of the control information; And performing the multi-user detection (MUD) scheme based on the selected codebook and the selected codeword to detect the uplink signal transmitted from the terminal.
  • MOD multi-user detection
  • the information on the selected codebook includes the index of the selected codebook, the information on the selected codeword includes the index of the selected codeword, the index of the selected codebook and the index of the selected codeword are terminal-specific. Can be chosen.
  • the selected codebook and the selected codeword may be selected based on a scheduling scheme.
  • a terminal for transmitting a signal based on a non-orthogonal multiple access scheme in a wireless communication system is selected for the terminal from among predefined codebooks for non-orthogonal multiple access from a base station.
  • a receiver configured to receive control information including information about a codebook and information about a codeword selected from the selected codebook;
  • a processor configured to perform resource mapping on an uplink signal to be transmitted based on the information on the selected codebook and the information on the selected codeword;
  • a transmitter configured to transmit the uplink signal mapped to the corresponding resource to the base station according to the resource mapping.
  • a base station receiving a signal based on a non-orthogonal multiple access scheme in a wireless communication system includes a codebook for the terminal and the codebook among predefined codebooks for non-orthogonal multiple access.
  • a processor configured to select a codeword for the terminal in a selected codebook;
  • a transmitter configured to transmit control information including information on the selected codebook and information on the selected codeword to the terminal;
  • a receiver configured to receive an uplink signal of the terminal according to the scheduling of the control information from the terminal, wherein the processor is configured to perform multi-user detection based on the selected codebook and the selected codeword.
  • MUD may be configured to detect the uplink signal transmitted from the terminal.
  • NMA Non-orthogonal Coded Multiple Access
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a base station 105 and a terminal 110 in a wireless communication system 100.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a NOMA based downlink transmission / reception (Tx / Rx) block diagram of a communication device.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a NOMA based uplink transmission / reception block diagram of a communication device.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an NCMA based downlink transmission / reception block diagram of a communication device
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an NCMA based uplink transmission / reception block diagram of a communication device.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating a frequency axis of data transmission by a terminal-specific NCC.
  • NCMA 7 is a diagram illustrating a basic transmission and reception structure diagram of the NCMA system.
  • FIG 8 is a diagram illustrating a signal flow diagram of the downlink NCMA system
  • Figure 9 is a diagram illustrating a signal flow diagram of the uplink NCMA system.
  • a terminal collectively refers to a mobile or fixed terminal end device such as a user equipment (UE), a mobile station (MS), an advanced mobile station (AMS), and the like.
  • the base station collectively refers to any node of the network side that communicates with the terminal such as a Node B, an eNode B, a Base Station, and an Access Point (AP).
  • UE user equipment
  • MS mobile station
  • AMS advanced mobile station
  • AP Access Point
  • a user equipment may receive information from a base station through downlink, and the terminal may also transmit information through uplink.
  • the information transmitted or received by the terminal includes data and various control information, and various physical channels exist according to the type and purpose of the information transmitted or received by the terminal.
  • 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 with 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 in a wireless technology such as IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802-20, Evolved UTRA (E-UTRA).
  • UTRA is part of the Universal Mobile Telecommunications System (UMTS).
  • 3rd Generation Partnership Project (3GPP) long term evolution (LTE) employs OFDMA in downlink and SC-FDMA in uplink as part of Evolved UMTS (E-UMTS) using E-UTRA.
  • LTE-A Advanced is an evolution of 3GPP LTE.
  • the transmission from the base station to the terminal is referred to as downlink transmission and the transmission from the terminal to the base station are collectively referred to as uplink transmission.
  • a method of dividing the radio resources between the downlink transmission and the uplink transmission is defined as a duplex, and when a frequency band is divided into a downlink transmission band and an uplink transmission band and bi-directionally transmitted and received, a frequency division duplex (Frequency Division Duplex) FDD).
  • FDD Frequency Division Duplex
  • the technique proposed by the present invention shares time and frequency resources with a time division duplex (TDD) for bidirectional transmission and reception by dividing time resources into downlink transmission time and uplink transmission time as well as the frequency division duplex. Obviously, it can operate in full duplex that transmits in both directions.
  • TDD time division duplex
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a base station 105 and a terminal 110 in a wireless communication system 100.
  • the wireless communication system 100 may include one or more base stations and / or one or more base stations. It may include a terminal.
  • the base station 105 includes a transmit (Tx) data processor 115, a symbol modulator 120, a transmitter 125, a transmit / receive antenna 130, a processor 180, a memory 185, and a receiver ( 190, a symbol demodulator 195, and a receive data processor 197.
  • the terminal 110 transmits (Tx) the data processor 165, the symbol modulator 170, the transmitter 175, the transmit / receive antenna 135, the processor 155, the memory 160, the receiver 140, and the symbol. It may include a demodulator 155 and a receive data processor 150.
  • the base station 105 and the terminal 110 are provided with a plurality of transmit and receive antennas. Accordingly, the base station 105 and the terminal 110 according to the present invention support a multiple input multiple output (MIMO) system. In addition, the base station 105 according to the present invention may support both a single user-MIMO (SU-MIMO) and a multi-user-MIMO (MU-MIMO) scheme.
  • MIMO multiple input multiple output
  • SU-MIMO single user-MIMO
  • MU-MIMO multi-user-MIMO
  • the transmit data processor 115 receives the traffic data, formats the received traffic data, codes it, interleaves and modulates (or symbol maps) the coded traffic data, and modulates the symbols ("data"). Symbols ").
  • the symbol modulator 120 receives and processes these data symbols and pilot symbols to provide a stream of symbols.
  • the symbol modulator 120 multiplexes the data and pilot symbols and sends it to the transmitter 125.
  • each transmission symbol may be a data symbol, a pilot symbol, or a signal value of zero.
  • pilot symbols may be sent continuously.
  • the pilot symbols may be frequency division multiplexed (FDM), orthogonal frequency division multiplexed (OFDM), time division multiplexed (TDM), or code division multiplexed (CDM) symbols.
  • Transmitter 125 receives the stream of symbols and converts it into one or more analog signals, and further adjusts (eg, amplifies, filters, and frequency upconverts) the analog signals to provide a wireless channel. Generates a downlink signal suitable for transmission via the transmission antenna 130, the transmission antenna 130 transmits the generated downlink signal to the terminal.
  • the receiving antenna 135 receives the downlink signal from the base station and provides the received signal to the receiver 140.
  • Receiver 140 adjusts the received signal (eg, filtering, amplifying, and frequency downconverting), and digitizes the adjusted signal to obtain samples.
  • the symbol demodulator 145 demodulates the received pilot symbols and provides them to the processor 155 for channel estimation.
  • the symbol demodulator 145 also receives a frequency response estimate for the downlink from the processor 155 and performs data demodulation on the received data symbols to obtain a data symbol estimate (which is an estimate of the transmitted data symbols). Obtain and provide data symbol estimates to a receive (Rx) data processor 150. Receive data processor 150 demodulates (ie, symbol de-maps), deinterleaves, and decodes the data symbol estimates to recover the transmitted traffic data.
  • the processing by symbol demodulator 145 and receiving data processor 150 is complementary to the processing by symbol modulator 120 and transmitting data processor 115 at base station 105, respectively.
  • the terminal 110 is on the uplink, and the transmit data processor 165 processes the traffic data to provide data symbols.
  • the symbol modulator 170 may receive and multiplex data symbols, perform modulation, and provide a stream of symbols to the transmitter 175.
  • the transmitter 175 receives and processes a stream of symbols to generate an uplink signal.
  • the transmit antenna 135 transmits the generated uplink signal to the base station 105.
  • the transmitter and the receiver in the terminal and the base station may be configured as one radio frequency (RF) unit.
  • RF radio frequency
  • an uplink signal is received from the terminal 110 through the reception antenna 130, and the receiver 190 processes the received uplink signal to obtain samples.
  • the symbol demodulator 195 then processes these samples to provide received pilot symbols and data symbol estimates for the uplink.
  • the received data processor 197 processes the data symbol estimates to recover the traffic data transmitted from the terminal 110.
  • Processors 155 and 180 of the terminal 110 and the base station 105 respectively instruct (eg, control, coordinate, manage, etc.) operations at the terminal 110 and the base station 105, respectively.
  • Respective processors 155 and 180 may be connected to memory units 160 and 185 that store program codes and data.
  • the memory 160, 185 is coupled to the processor 180 to store the operating system, applications, and general files.
  • the processors 155 and 180 may also be referred to as controllers, microcontrollers, microprocessors, microcomputers, or the like.
  • the processors 155 and 180 may be implemented by hardware or firmware, software, or a combination thereof.
  • ASICs application specific integrated circuits
  • DSPs digital signal processors
  • DSPDs digital signal processing devices
  • PLDs programmable logic devices
  • FPGAs Field programmable gate arrays
  • the firmware or software may be configured to include a module, a procedure, or a function for performing the functions or operations of the present invention, and to perform the present invention.
  • the firmware or software configured to be may be provided in the processors 155 and 180 or stored in the memory 160 and 185 to be driven by the processors 155 and 180.
  • the layers of the air interface protocol between the terminal and the base station between the wireless communication system (network) are based on the lower three layers of the open system interconnection (OSI) model, which is well known in the communication system. ), And the third layer L3.
  • the physical layer belongs to the first layer and provides an information transmission service through a physical channel.
  • a Radio Resource Control (RRC) layer belongs to the third layer and provides control radio resources between the UE and the network.
  • the terminal and the base station may exchange RRC messages through the wireless communication network and the RRC layer.
  • the processor 155 of the terminal and the processor 180 of the base station process the signals and data, except for the function of receiving or transmitting the signal and the storage function of the terminal 110 and the base station 105, respectively.
  • the following description does not specifically refer to the processors 155 and 180.
  • the processors 155 and 180 it may be said that a series of operations such as data processing is performed rather than a function of receiving or transmitting a signal.
  • the present invention proposes a method for a non-orthogonal coded multiple access (NCMA) scheme for throughput enhancement and massive connectivity support.
  • NCMA non-orthogonal coded multiple access
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a NOMA based downlink transmission / reception (Tx / Rx) block diagram of a communication device.
  • NOMA non-orthogonal multiple access
  • MUST Multiuser Superposition Transmission
  • the NOMA system is considered as an element technology of the next generation 5G system for the purpose of gaining transmission capacity gain or increasing the number of simultaneous connections compared to the LTE system by transmitting information for multiple terminals by overlapping the same time-frequency resources.
  • next generation 5G system's NOMA series technologies include MUST to distinguish terminals based on power level, Sparse Code Multiple Access (SCMA) using Sparse Complex Codebook-based modulation, and interleave using user-specific interleaver.
  • SCMA Sparse Code Multiple Access
  • IDMA Division Multiple Access
  • the power allocation of each symbol is changed after the modulation of the multi-terminal data in the transmitter of FIG. 2, or the hierarchical modulation is transmitted based on hierarchical modulation, and the multi-terminal data is transmitted.
  • Demodulating data hereinafter referred to as multi-terminal data
  • MOD multi-user detection
  • the transmitting end of FIG. 2 replaces the forward error correction (FEC) encoder and the modulation process with respect to the multi-terminal data by using a previously promised Sparse Complex Codebook modulation scheme, and transmits the multi-terminal data through the MUD at the receiving end.
  • FEC forward error correction
  • the transmitter of FIG. 2 modulates and transmits FEC encoding information on the terminal data through a terminal-specific interleaver, and demodulates the terminal data through the MUD at the receiver.
  • Each system can demodulate multi-terminal data using various MUD methods, for example Maximum Likelihood (ML), Maximum joint A posteriori Probability (MAP), Message Passing Algorithm (MPA), Matched Filtering (MF), Successive Interference Cancellation (SIC), Parallel Interference Cancellation (PIC), Codeword Interference Cancellation (CWIC), and the like.
  • MUD methods for example Maximum Likelihood (ML), Maximum joint A posteriori Probability (MAP), Message Passing Algorithm (MPA), Matched Filtering (MF), Successive Interference Cancellation (SIC), Parallel Interference Cancellation (PIC), Codeword Interference Cancellation (CWIC), and the like.
  • ML Maximum Likelihood
  • MAP Maximum joint A posteriori Probability
  • MPA Message Passing Algorithm
  • MCA Matched Filtering
  • SIC Successive Interference Cancellation
  • PIC Parallel Interference Cancellation
  • CWIC Codeword Interference Cancellation
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a NOMA based uplink transmission / reception block diagram of a communication device.
  • FIG. 3 illustrates a structure of a transceiver for uplink support of a NOMA series system in which information of multiple terminals (hereinafter, referred to as multiple terminal information) is allocated to the same resource and transmitted.
  • Each system may transmit and demodulate the multi-terminal data in the same manner as the description of the downlink structure of FIG.
  • NOMA series systems transmit multiple terminal signals over the same time-frequency resources, they have a higher decoding error rate than LTE systems, but can support higher frequency utilization efficiency or more connectivity.
  • NOMA Non-Orthogonal Multiple Access
  • Equation 1 the signal of the k-th receiver is simply expressed by Equation 1 below.
  • h k denotes a channel from a transmitter to a k-th receiver
  • s k denotes a data symbol to a k-th receiver
  • n k denotes signal noise.
  • K is the number of multiple terminals allocated to the same time-frequency resource.
  • Equation 2 The second term of the third equation of Equation 1 ) Denotes a multi-user interference signal (MUI) by data symbols to other receivers. Therefore, simply expressing the transmission capacity by the received signal is represented by the following equation (2).
  • MUI multi-user interference signal
  • Equation 2 As K increases in the transmission capacity in Equation 2, the number of R k added increases to increase C. However, as K increases, each R k may decrease due to an increase in MUI, resulting in a decrease in total transmission capacity C. According to the MUD technique, even if the data of each terminal can be demodulated while effectively reducing the MUI, the existence of the MUI basically reduces the overall transmission capacity and requires a high complexity MUD. If MUI generation is minimized for data transmission of multiple terminals, higher transmission capacity can be expected. Or, if it is possible to quantitatively control the MUI generation for the data transmission of the multi-terminal, it is possible to plan higher transmission capacity by scheduling for data overlap of the multi-terminal.
  • the present invention proposes a non-orthogonal coded multiple access (NCMA) method for minimizing multi-terminal interference in a next-generation 5G system.
  • NCMA non-orthogonal coded multiple access
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an NCMA based downlink transmission / reception block diagram of a communication device
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an NCMA based uplink transmission / reception block diagram of a communication device.
  • NCMA non-orthogonal code multiple access scheme
  • 4 and 5 illustrate a downlink of an NCMA system for overlapping transmission using UE-specific Non-orthogonal Code Cover (NCC) when allocating multi-terminal information to the same time-frequency resource.
  • NCC Non-orthogonal Code Cover
  • the structure of an uplink transceiver is a transmitter / receiver (or a transmitter / receiver) allocates a UE-specific NCC to each UE using a predefined non-orthogonal codebook.
  • the codeword referred to in the present invention refers to a complex element vector selected (or assigned) by each terminal in order to perform non-orthogonal multiple access.
  • Codebook means a set of codewords used by each terminal to perform non-orthogonal multiple access.
  • the codebook mentioned above may exist in plural numbers.
  • UE-specific NCC UE specific NCC
  • the NCC or terminal-specific NCC
  • the non-orthogonal codebook is expressed as Equation 3 below.
  • c (j) is a codeword for the j-th terminal, and the codeword set for all K terminals becomes the codebook C.
  • c (j) to transmit data of the j-th terminal is defined as NCC.
  • the codebook may be represented by a vector length N of codewords and a number K of codewords.
  • N means spreading factor
  • K means superposition factor.
  • one codeword is used in one terminal for convenience of description, but a plurality of codewords are used by one terminal or one codeword is not excluded.
  • one or more codewords assigned to one terminal may hop a codeword by using another codeword in the same codebook or using another codeword in another codebook according to time or frequency of use. have.
  • UE-specific NCC (UE Specific NCC) allocation may be allocated in connection with the UE ID (UE ID) in the RRC Connection Process, Downlink Control Information (DCI) included in the downlink control channel (for example, PDCCH) It can also be assigned via format.
  • DCI Downlink Control Information
  • the UE may randomly select a non-orthogonal codeword or select a connection with a UE identifier.
  • the UE-specific NCC is not a method assigned by the base station, but is directly selected by the terminal, and thus there may be a collision of NCCs between multiple terminals.
  • the reception base station reduces the success rate of classification of a plurality of terminal information by MUD.
  • the UE-specific NCC may be defined by Grassmannian line packing, and the chordal distance formed by any two vectors in the same subspace is always the same. In other words, It can be obtained mathematically or algorithmically as a codebook that satisfies.
  • the UE-specific NCC has a property as shown in Equation 4 below.
  • Equation 4 Is the conjugate codeword of c (k) .
  • Equation 4 The properties of Equation 4 are as follows (1), (2), (3).
  • chordal distance between one codeword and another codeword in the same codebook is the same.
  • the transmitting end / receiving party (or the transmitting side / receiving side) promises a codebook having the above characteristics in advance and configures the terminal-specific NCC
  • the chordal distance by any two codewords It has a lower bound of. Therefore, the MUI for the multi-terminal data overlapping transmission is determined to be minimized by the lower bound.
  • the chordal distances for the two arbitrary codewords are always the same, statistical prediction of the MUI is possible according to the number of terminals.
  • the decoding error rate of the receiver is predictable based on the MUI value, so that the MCS level can be controlled based on the amount of interference for multi-terminal overlapping transmission.
  • K codewords are transmitted in the (N ⁇ 1) dimension
  • the receiver decodes its own codeword
  • 1 is decoded from its own codeword
  • ⁇ N from other K-1 codewords.
  • the amount of statistical interference of K (K-1) remains. This number depends on the degree of optimization of the codebook design.
  • the number of overlapping terminals (K) or the number of used resources (N) is determined according to the required SINR or target QoS of the communication system. You can change it to control the MUI value.
  • Non-orthogonal codebook in the form of 3GPP TS 36.211 is shown in the following Table 1 and Table 2, it can be used as a UE-specific NCC (UE specific NCC).
  • FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating a frequency axis of data transmission by a terminal-specific NCC.
  • FIG. 6 illustrates a concept of transmitting a k-th terminal data on a frequency axis through a terminal-specific NCC at a transmitting end (or transmitting side).
  • the codeword corresponding to the k-th terminal is multiplied by the data for the k-th terminal and transmitted.
  • one data symbol s k corresponds to a codeword vector c (k) having a (N ⁇ 1) dimension.
  • N elements of the codeword correspond to N subcarriers.
  • NCMA 7 is a diagram illustrating a basic transmission and reception structure diagram of the NCMA system.
  • the 7 is a basic transmission and reception structure diagram of an NCMA system using a UE-specific NCC.
  • the data symbol for each terminal at the transmitting end is converted into a terminal-specific NCC corresponding to each terminal and overlapped.
  • the overlapped N-length frequency axis signal is converted into a time axis signal through N-IFFT to perform OFDM transmission, and the receiver is reconstructed into a frequency axis signal through N-FFT.
  • the recovered frequency axis signal decodes each terminal data symbol with a conjugate codeword of a terminal-specific NCC corresponding to each terminal.
  • the decoded s k may include an MUI according to the number of overlapping terminals, and accurate s k decoding is possible through a MUD method.
  • the length of the frequency axis signal converted according to the terminal-specific NCC previously defined may be shorter than N.
  • N the length of the frequency axis signal converted according to the terminal-specific NCC previously defined
  • Equation 5 a detection equation for data decoding at the k-th terminal receiving end is expressed as Equation 5 below.
  • H k denotes an (N ⁇ N) channel matrix from a k th transmitter to a receiver and includes frequency axis channel coefficients in a diagonal matrix.
  • c (k) is a (N ⁇ 1) terminal-specific NCC vector from the k th transmitter to the receiver, s k is a data symbol from the k th receiver, and n is a (N ⁇ 1) signal noise vector.
  • K is the number of multiple terminals allocated to the same time-frequency resource.
  • Equation 5 only desired codewords signals and noise remain through channel compensation, and are detected as in Equation 6 through a conjugate codeword of a terminal-specific NCC of a receiver.
  • Equation 6 the second item of the last row represents the MUI, and can be removed or reduced through the MUD method.
  • Equation 7 the detection equation for data decoding at the receiving end of the base station is expressed by Equation 7 below.
  • Equation 8 The second term of the third equation of Equation 7 represents a multi-terminal interference signal MUI by data symbols to other receivers.
  • the detection equation of the receiving end for data decoding of the k-th terminal is expressed by Equation 8 below.
  • Equation 9 the second item of the last row represents the MUI, and can be removed or reduced through the MUD method.
  • the change in the frequency axis channel of the MUI results in a change in MUD by the UE-specific NCC.
  • the number of transmitting and receiving antennas has been described as a single piece, but it is obvious that the same method may be applied to an environment using multiple antennas.
  • FIG 8 is a diagram illustrating a signal flow diagram of the downlink NCMA system
  • Figure 9 is a diagram illustrating a signal flow diagram of the uplink NCMA system.
  • the UE may share information of predefined non-orthogonal coodbooks with the base station eNB.
  • a method of having pre-defined non-orthogonal codebook information may vary.
  • a method having pre-defined non-orthogonal codebook information is described as follows. 1) When a codebook of (N ⁇ K) dimension defined by Grassmannian line packing is called G (N, K), for each N, K, It stores the defined codebooks. 2) A basis vector of the (N ⁇ 1) -dimensional codeword constituting G (N, K) is held.
  • Index information on non-orthogonal codebooks or basis vectors defined by the above method may be defined as a codebook index.
  • a UE-specific NCC to be used by each UE may be allocated through a specific scheduling scheme (eg, fairness scheduling) of the base station.
  • the base station includes control information (for example, in the PDCCH) of the codebook index corresponding to the allocated terminal-specific NCC, the codeword index in the codebook, information on the MCS level (for example, the MCS index), and the like to the terminal. Can be sent to.
  • the base station may select the NCC information (codebook index, codeword index) for each terminal according to the scheduling scheme and may inform the terminal.
  • the base station may transmit a downlink data channel (eg, a physical downlink shared channel (PDSCH)) to the terminal based on the assigned codebook index and codeword index and / or selected MCS level according to a scheduling scheme.
  • the terminal may receive the downlink data channel (eg, PDSCH) according to the scheduling of the control information.
  • a downlink data channel eg, a physical downlink shared channel (PDSCH)
  • PDSCH physical downlink shared channel
  • the terminal demodulates data by performing a MUD method based on the codebook index and the codeword index received from the base station and detects its own data among the data of multiple terminals.
  • G (N, K) the codebook method defined in advance
  • G (N, K) corresponds to that stored for each N, K.
  • the stored codebook is used as it is.
  • the predefined codebook scheme corresponds to having a basis vector (Basis Vector) of the (N ⁇ 1) -dimensional codeword constituting the G (N, K)
  • the base station and the terminal is stored base Based on the vector, G (N, K) can be generated and used.
  • the number of codewords allocated to each terminal may be one or two or more. That is, in the case of a terminal requiring a high data rate, it is obvious that two or more symbols are simultaneously transmitted through two or more codewords, so that two or more symbols can be demodulated at the receiving end.
  • a terminal may transmit a scheduling request (SR) signal to a base station to request transmission of uplink information.
  • SR scheduling request
  • the base station may allocate an uplink scheduling grant to the terminal through a specific scheduling scheme (for example, a fair scheduling scheme).
  • the base station may include the codebook index, the codeword index, and / or MCS level information (eg, MCS index) determined based on the scheduling scheme in the uplink scheduling grant and transmit the same to the terminal.
  • the UE may perform resource mapping for uplink signal transmission based on the received UE-specific NCC information (codebook index and codeword index) and / or MCS level information.
  • the UE may transmit an uplink data channel (eg, a PUSCH (Physical Uplink Shared CHannel)) according to the resource mapping.
  • the base station can demodulate the data and detect the PUSCH of the terminal by performing the MUD method based on the codebook index and the codeword index assigned to the terminal.
  • N and K which determine the dimension of the codebook, can be changed according to the system environment.
  • the codebook of G (N, N) is used, and the codebook G (N, N) is an Orthonormal codebook.
  • the chordal distance between each codeword is defined as described in the above-described NCMA scheme, and may be defined as MUI.
  • the base station enables resource management based on the fairness scheduling (Fairness Scheduling) based on the MUI value, and may determine the MCS level through a demodulation error rate based on the MUI value.
  • the base station may perform fair scheduling based on the determined MCS level.
  • MTC Machine Type Communication
  • D2D Device-to-Device
  • V2X Vehicle-to-Everything
  • each component or feature is to 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. It is also possible to combine some of the components and / or features to form an embodiment of the 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. It is obvious that the claims may be combined to form an embodiment by combining claims that do not have an explicit citation relationship in the claims or as new claims by post-application correction.
  • the method and apparatus for transmitting and receiving signals based on the non-orthogonal multiple access scheme can be applied industrially in various wireless communication systems such as 3GPP LTE-A and 5G systems.

Landscapes

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Abstract

무선통신 시스템에서 단말이 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 신호를 수신하는 방법은, 기지국으로부터 비직교 다중 접속을 위한 사전에 정의된 코드북들 중에서 상기 단말을 위해 선택된 코드북에 대한 정보 및 상기 선택된 코드북에서 선택된 코드워드에 대한 정보를 포함하는 제어 정보를 수신하는 단계; 상기 기지국으로부터 상기 제어 정보의 스케줄링에 따른 상기 단말을 위한 데이터를 수신하는 단계; 상기 선택된 코드북에 대한 정보 및 상기 선택된 코드워드에 대한 정보에 기초하여 다중 사용자 검출(Multi-User Detection, MUD) 방식을 수행하여 상기 단말을 위한 데이터를 검출하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

비직교 다중 접속 방식에 기초하여 신호를 송수신하기 위한 방법 및 이를 위한 장치
본 발명은 무선통신에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 신호를 송수신하기 위한 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.
3GPP LTE (3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution) 시스템은 1ms TTI (transmission time interval)를 가지는 프레임 구조로 디자인 되었으며, 비디오(video) 어플리케이션을 위해 데이터 요구 지연 시간은 10ms이었다. 그러나, 미래의 5G 기술은 실시간 제어(real-time control) 및 촉감 인터넷(tactile internet)과 같은 새로운 어플리케이션의 등장으로 더욱 낮은 지연의 데이터 전송을 요구하고 있으며, 5G 데이터 요구 지연은 1ms까지 낮춰질 것으로 예상된다. 또한, 미래의 5G 기술은 하나의 기지국에 더욱 많은 단말 연결성이 요구되고 있으며, 5G 요구 연결성은 최대 1,000,000/km2까지 증가될 것으로 예상된다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는 무선통신 시스템에서 단말이 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 신호를 수신하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 무선통신 시스템에서 기지국이 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 신호를 전송하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 무선통신 시스템에서 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 신호를 수신하기 위한 단말을 제공하는 데 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 무선통신 시스템에서 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 신호를 전송하는 기지국을 제공하는 데 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 무선통신 시스템에서 단말이 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 신호를 전송하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 무선통신 시스템에서 기지국이 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 신호를 수신하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 무선통신 시스템에서 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 신호를 전송하는 단말을 제공하는 데 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 무선통신 시스템에서 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 신호를 수신하는 기지국을 제공하는 데 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 상기 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 무선통신 시스템에서 단말이 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 신호를 수신하는 방법은, 기지국으로부터 비직교 다중 접속을 위한 사전에 정의된 코드북들 중에서 상기 단말을 위해 선택된 코드북에 대한 정보 및 상기 선택된 코드북에서 선택된 코드워드에 대한 정보를 포함하는 제어 정보를 수신하는 단계; 상기 기지국으로부터 상기 제어 정보의 스케줄링에 따른 상기 단말을 위한 데이터를 수신하는 단계; 상기 선택된 코드북에 대한 정보 및 상기 선택된 코드워드에 대한 정보에 기초하여 다중 사용자 검출(Multi-User Detection, MUD) 방식을 수행하여 상기 단말을 위한 데이터를 검출하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 단말을 위해 선택된 코드북에 대한 정보 및 상기 선택된 코드북에서 선택된 코드워드에 대한 정보는 스케줄링 방식에 기초하여 선택된 것일 수 있다. 상기 선택된 코드북에 대한 정보는 선택된 코드북 인덱스를 포함하고, 상기 선택된 코드워드에 대한 정보는 선택된 코드워드 인덱스를 포함할 수 있다. 상기 선택된 코드북 인덱스 및 상기 선택된 코드워드 인덱스는 단말-특정하게 선택될 수 있다. 상기 선택된 코드북은 코드워드 간의 코들 거리(Chordal Distance)가
Figure PCTKR2016008107-appb-I000001
이상이 되도록 구성되고, 여기서, N은 코드워드의 벡터 길이를 나타내고, K는 코드워드의 개수를 나타낼 수 있다.
상기의 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 무선통신 시스템에서 기지국이 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 신호를 전송하는 방법은, 비직교 다중 접속을 위한 사전에 정의된 코드북들 중에서 상기 단말을 위한 선택된 코드북 및 상기 선택된 코드북에서 상기 단말을 위한 코드워드를 선택하는 단계; 상기 선택된 코드북에 대한 정보 및 상기 선택된 코드워드에 대한 정보를 포함하는 제어 정보를 상기 단말로 전송하는 단계; 및 상기 제어 정보의 스케줄링에 따른 상기 단말을 위한 데이터를 상기 단말로 전송하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 선택된 코드북 및 상기 선택된 코드워드는 스케줄링 방식에 기초하여 선택된 것일 수 있다. 상기 선택된 코드북 및 상기 선택된 코드워드는 단말-특정하게 선택될 수 있다.
상기의 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 무선통신 시스템에서 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 신호를 수신하기 위한 단말은, 기지국으로부터 비직교 다중 접속을 위한 사전에 정의된 코드북들 중에서 상기 단말을 위해 선택된 코드북에 대한 정보 및 상기 선택된 코드북에서 선택된 코드워드에 대한 정보를 포함하는 제어 정보를 수신하도록 구성되고, 상기 기지국으로부터 상기 제어 정보의 스케줄링에 따른 상기 단말을 위한 데이터를 수신하도록 구성된 수신기; 및 상기 선택된 코드북에 대한 정보 및 상기 선택된 코드워드에 대한 정보에 기초하여 다중 사용자 검출(Multi-User Detection, MUD) 방식을 수행하여 상기 단말을 위한 데이터를 검출하도록 구성되는 프로세서를 포함할 수 있다.
상기의 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 무선통신 시스템에서 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 신호를 전송하는 기지국은, 비직교 다중 접속을 위한 사전에 정의된 코드북들 중에서 상기 단말을 위한 선택된 코드북 및 상기 선택된 코드북에서 상기 단말을 위한 코드워드를 선택하도록 구성된 프로세서; 및 상기 선택된 코드북에 대한 정보 및 상기 선택된 코드워드에 대한 정보를 포함하는 제어 정보를 상기 단말로 전송하도록 구성되고, 상기 제어 정보의 스케줄링에 따른 상기 단말을 위한 데이터를 상기 단말로 전송하도록 구성되는 송신기를 포함할 수 있다.
상기의 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 무선통신 시스템에서 단말이 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 신호를 전송하는 방법은, 기지국으로부터 비직교 다중 접속을 위한 사전에 정의된 코드북들 중에서 상기 단말을 위해 선택된 코드북에 대한 정보 및 상기 선택된 코드북에서 선택된 코드워드에 대한 정보를 포함하는 제어 정보를 수신하는 단계; 상기 선택된 코드북에 대한 정보 및 상기 선택된 코드워드에 대한 정보에 기초하여 전송할 상향링크 신호에 대해 자원 맵핑을 수행하는 단계; 및 상기 자원 맵핑에 따라 해당 자원에 맵핑된 상기 상향링크 신호를 상기 기지국으로 전송하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 선택된 코드북 인덱스 및 상기 선택된 코드워드 인덱스는 단말-특정하게 선택될 수 있다.
상기의 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 무선통신 시스템에서 기지국이 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 신호를 수신하는 방법은, 비직교 다중 접속을 위한 사전에 정의된 코드북들 중에서 상기 단말을 위한 코드북 및 상기 선택된 코드북에서 상기 단말을 위한 코드워드를 선택하는 단계; 상기 선택된 코드북에 대한 정보 및 상기 선택된 코드워드에 대한 정보를 포함하는 제어 정보를 상기 단말로 전송하는 단계; 상기 제어 정보의 스케줄링에 따른 상기 단말의 상향링크 신호를 상기 단말로부터 수신하는 단계; 및 상기 선택된 코드북 및 상기 선택된 코드워드에 기초하여 다중 사용자 검출(Multi-User Detection, MUD) 방식을 수행하여 상기 단말로부터 전송된 상기 상향링크 신호를 검출하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 선택된 코드북에 대한 정보는 상기 선택된 코드북의 인덱스를 포함하며, 상기 선택된 코드워드에 대한 정보는 상기 선택된 코드워드의 인덱스를 포함하고, 상기 선택된 코드북의 인덱스 및 상기 선택된 코드워드의 인덱스는 단말-특정하게 선택될 수 있다. 상기 선택된 코드북 및 상기 선택된 코드워드는 스케줄링 방식에 기초하여 선택된 것일 수 있다.
상기의 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 무선통신 시스템에서 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 신호를 전송하는 단말은, 기지국으로부터 비직교 다중 접속을 위한 사전에 정의된 코드북들 중에서 상기 단말을 위해 선택된 코드북에 대한 정보 및 상기 선택된 코드북에서 선택된 코드워드에 대한 정보를 포함하는 제어 정보를 수신하도록 구성된 수신기; 상기 선택된 코드북에 대한 정보 및 상기 선택된 코드워드에 대한 정보에 기초하여 전송할 상향링크 신호에 대해 자원 맵핑을 수행하도록 구성된 프로세서; 및 상기 자원 맵핑에 따라 해당 자원에 맵핑된 상기 상향링크 신호를 상기 기지국으로 전송하도록 구성된 송신기를 포함할 수 있다.
상기의 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 무선통신 시스템에서 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 신호를 수신하는 기지국은, 비직교 다중 접속을 위한 사전에 정의된 코드북들 중에서 상기 단말을 위한 코드북 및 상기 선택된 코드북에서 상기 단말을 위한 코드워드를 선택하도록 구성된 프로세서; 상기 선택된 코드북에 대한 정보 및 상기 선택된 코드워드에 대한 정보를 포함하는 제어 정보를 상기 단말로 전송하도록 구성된 송신기; 및 상기 제어 정보의 스케줄링에 따른 상기 단말의 상향링크 신호를 상기 단말로부터 수신하도록 구성된 수신기를 포함하되, 상기 프로세서는, 상기 선택된 코드북 및 상기 선택된 코드워드에 기초하여 다중 사용자 검출(Multi-User Detection, MUD) 방식을 수행하여 상기 단말로부터 전송된 상기 상향링크 신호를 검출하도록 구성될 수 있다.
본 발명에서 제안한 비직교 부호 다중 접속 방식 (Non-orthogonal Coded Multiple Access, NCMA)에 관한 기법을 사용하여 쓰루풋을 강화하고 Massive Connectivity를 지원함으로써 통신 성능을 현저히 향상시킬 수 있다.
본 발명에서 얻은 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 무선통신 시스템(100)에서의 기지국(105) 및 단말(110)의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 통신 장치의 NOMA 기반 하향링크 전송/수신(Tx/Rx) 블록도를 예시한 도면이다.
도 3은 통신 장치의 NOMA 기반 상향링크 전송/수신 블록도를 예시한 도면이다.
도 4는 통신 장치의 NCMA 기반 하향링크 전송/수신 블록도를 예시적으로 도시한 도면이고, 도 5는 통신 장치의 NCMA 기반의 상향링크 전송/수신 블록도를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 6은 단말-특정 NCC에 의한 데이터 전송의 주파수 축 개념도를 나타낸 도면이다.
도 7은 NCMA 시스템의 기본 송수신 구조도를 예시한 도면이다.
도 8은 하향링크 NCMA 시스템의 신호 흐름도를 예시한 도면이고, 도 9는 상향링크 NCMA 시스템의 신호 흐름도를 예시한 도면이다.
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. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다. 예를 들어, 이하의 상세한 설명은 이동통신 시스템이 3GPP LTE, LTE-A 시스템인 경우를 가정하여 구체적으로 설명하나, 3GPP LTE, LTE-A의 특유한 사항을 제외하고는 다른 임의의 이동통신 시스템에도 적용 가능하다.
몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다. 또한, 본 명세서 전체에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.
아울러, 이하의 설명에 있어서 단말은 UE(User Equipment), MS(Mobile Station), AMS(Advanced Mobile Station) 등 이동 또는 고정형의 단말단 기기를 통칭하는 것을 가정한다. 또한, 기지국은 Node B, eNode B, Base Station, AP(Access Point) 등 단말과 통신하는 네트워크 단의 임의의 노드를 통칭하는 것을 가정한다. 본 명세서에서는 IEEE 802.16 시스템에 근거하여 설명하지만, 본 발명의 내용들은 각종 다른 통신 시스템에도 적용가능하다.
이동 통신 시스템에서 단말(User Equipment)은 기지국으로부터 하향링크(Downlink)를 통해 정보를 수신할 수 있으며, 단말은 또한 상향링크(Uplink)를 통해 정보를 전송할 수 있다. 단말이 전송 또는 수신하는 정보로는 데이터 및 다양한 제어 정보가 있으며, 단말이 전송 또는 수신하는 정보의 종류 용도에 따라 다양한 물리 채널이 존재한다.
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), 5G 통신 시스템 등과 같은 다양한 무선 접속 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 데이터 Rates for GSM Evolution)와 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. OFDMA는 IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802-20, E-UTRA(Evolved UTRA) 등과 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. UTRA는 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)의 일부이다. 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(long term evolution)는 E-UTRA를 사용하는 E-UMTS(Evolved UMTS)의 일부로서 하향링크에서 OFDMA를 채용하고 상향링크에서 SC-FDMA를 채용한다. LTE-A(Advanced)는 3GPP LTE의 진화된 버전이다.
또한, 이하의 설명에서 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.
기지국과 단말 간의 무선 전송에 대하여 기지국에서 단말로의 전송을 하향 링크 전송, 단말로부터 기지국으로의 전송을 상향링크 전송으로 통칭하여 표현한다. 이러한 하향링크 전송과 상향링크 전송 간의 무선 자원을 구분하는 방식을 듀플렉스(duplex)라고 정의하며 주파수 밴드를 하향링크 전송 밴드와 상향링크 전송 밴드로 구분하여 양방향 송수신하는 경우 주파수 분할 듀플렉스(Frequency Division Duplex, FDD)라고 표현한다. 본 발명에서 제안하는 기술은 상기 주파수 분할 듀플렉스 뿐만 아니라, 시간 자원을 하향링크 전송 시간과 상향링크 전송 시간으로 구분하여 양방향 송수신하는 시간 분할 듀플렉스 (Time Division Duplex, TDD)와 시간 및 주파수 자원을 공유하여 양방향 송수신하는 양방향 듀플렉스 (Full Duplex) 에서도 동작 가능함은 자명하다.
도 1은 무선통신 시스템(100)에서의 기지국(105) 및 단말(110)의 구성을 도시한 블록도이다.
무선 통신 시스템(100)을 간략화하여 나타내기 위해 하나의 기지국(105)과 하나의 단말(110)(D2D 단말을 포함)을 도시하였지만, 무선 통신 시스템(100)은 하나 이상의 기지국 및/또는 하나 이상의 단말을 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 기지국(105)은 송신(Tx) 데이터 프로세서(115), 심볼 변조기(120), 송신기(125), 송수신 안테나(130), 프로세서(180), 메모리(185), 수신기(190), 심볼 복조기(195), 수신 데이터 프로세서(197)를 포함할 수 있다. 그리고, 단말(110)은 송신(Tx) 데이터 프로세서(165), 심볼 변조기(170), 송신기(175), 송수신 안테나(135), 프로세서(155), 메모리(160), 수신기(140), 심볼 복조기(155), 수신 데이터 프로세서(150)를 포함할 수 있다. 송수신 안테나(130, 135)가 각각 기지국(105) 및 단말(110)에서 하나로 도시되어 있지만, 기지국(105) 및 단말(110)은 복수 개의 송수신 안테나를 구비하고 있다. 따라서, 본 발명에 따른 기지국(105) 및 단말(110)은 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 시스템을 지원한다. 또한, 본 발명에 따른 기지국(105)은 SU-MIMO(Single User-MIMO) MU-MIMO(Multi User-MIMO) 방식 모두를 지원할 수 있다.
하향링크 상에서, 송신 데이터 프로세서(115)는 트래픽 데이터를 수신하고, 수신한 트래픽 데이터를 포맷하여, 코딩하고, 코딩된 트래픽 데이터를 인터리빙하고 변조하여(또는 심볼 매핑하여), 변조 심볼들("데이터 심볼들")을 제공한다. 심볼 변조기(120)는 이 데이터 심볼들과 파일럿 심볼들을 수신 및 처리하여, 심볼들의 스트림을 제공한다.
심볼 변조기(120)는, 데이터 및 파일럿 심볼들을 다중화하여 이를 송신기 (125)로 전송한다. 이때, 각각의 송신 심볼은 데이터 심볼, 파일럿 심볼, 또는 제로의 신호 값일 수도 있다. 각각의 심볼 주기에서, 파일럿 심볼들이 연속적으로 송신될 수도 있다. 파일럿 심볼들은 주파수 분할 다중화(FDM), 직교 주파수 분할 다중화(OFDM), 시분할 다중화(TDM), 또는 코드 분할 다중화(CDM) 심볼일 수 있다.
송신기(125)는 심볼들의 스트림을 수신하여 이를 하나 이상의 아날로그 신호들로 변환하고, 또한, 이 아날로그 신호들을 추가적으로 조절하여(예를 들어, 증폭, 필터링, 및 주파수 업 컨버팅(upconverting) 하여, 무선 채널을 통한 송신에 적합한 하향링크 신호를 발생시킨다. 그러면, 송신 안테나(130)는 발생된 하향링크 신호를 단말로 전송한다.
단말(110)의 구성에서, 수신 안테나(135)는 기지국으로부터의 하향링크 신호를 수신하여 수신된 신호를 수신기(140)로 제공한다. 수신기(140)는 수신된 신호를 조정하고(예를 들어, 필터링, 증폭, 및 주파수 다운컨버팅(downconverting)), 조정된 신호를 디지털화하여 샘플들을 획득한다. 심볼 복조기(145)는 수신된 파일럿 심볼들을 복조하여 채널 추정을 위해 이를 프로세서(155)로 제공한다.
또한, 심볼 복조기(145)는 프로세서(155)로부터 하향링크에 대한 주파수 응답 추정치를 수신하고, 수신된 데이터 심볼들에 대해 데이터 복조를 수행하여, (송신된 데이터 심볼들의 추정치들인) 데이터 심볼 추정치를 획득하고, 데이터 심볼 추정치들을 수신(Rx) 데이터 프로세서(150)로 제공한다. 수신 데이터 프로세서(150)는 데이터 심볼 추정치들을 복조(즉, 심볼 디-매핑(demapping))하고, 디인터리빙(deinterleaving)하고, 디코딩하여, 전송된 트래픽 데이터를 복구한다.
심볼 복조기(145) 및 수신 데이터 프로세서(150)에 의한 처리는 각각 기지국(105)에서의 심볼 변조기(120) 및 송신 데이터 프로세서(115)에 의한 처리에 대해 상보적이다.
단말(110)은 상향링크 상에서, 송신 데이터 프로세서(165)는 트래픽 데이터를 처리하여, 데이터 심볼들을 제공한다. 심볼 변조기(170)는 데이터 심볼들을 수신하여 다중화하고, 변조를 수행하여, 심볼들의 스트림을 송신기(175)로 제공할 수 있다. 송신기(175)는 심볼들의 스트림을 수신 및 처리하여, 상향링크 신호를 발생시킨다. 그리고 송신 안테나(135)는 발생된 상향링크 신호를 기지국(105)으로 전송한다. 단말 및 기지국에서의 송신기 및 수신기는 하나의 RF(Radio Frequency) 유닛으로 구성될 수도 있다.
기지국(105)에서, 단말(110)로부터 상향링크 신호가 수신 안테나(130)를 통해 수신되고, 수신기(190)는 수신한 상향링크 신호를 처리되어 샘플들을 획득한다. 이어서, 심볼 복조기(195)는 이 샘플들을 처리하여, 상향링크에 대해 수신된 파일럿 심볼들 및 데이터 심볼 추정치를 제공한다. 수신 데이터 프로세서(197)는 데이터 심볼 추정치를 처리하여, 단말(110)로부터 전송된 트래픽 데이터를 복구한다.
단말(110) 및 기지국(105) 각각의 프로세서(155, 180)는 각각 단말(110) 및 기지국(105)에서의 동작을 지시(예를 들어, 제어, 조정, 관리 등)한다. 각각의 프로세서들(155, 180)은 프로그램 코드들 및 데이터를 저장하는 메모리 유닛(160, 185)들과 연결될 수 있다. 메모리(160, 185)는 프로세서(180)에 연결되어 오퍼레이팅 시스템, 어플리케이션, 및 일반 파일(general files)들을 저장한다.
프로세서(155, 180)는 컨트롤러(controller), 마이크로 컨트롤러(microcontroller), 마이크로 프로세서(microprocessor), 마이크로 컴퓨터(microcomputer) 등으로도 호칭될 수 있다. 한편, 프로세서(155, 180)는 하드웨어(hardware) 또는 펌웨어(firmware), 소프트웨어, 또는 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어를 이용하여 본 발명의 실시예를 구현하는 경우에는, 본 발명을 수행하도록 구성된 ASICs(application specific integrated circuits) 또는 DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays) 등이 프로세서(155, 180)에 구비될 수 있다.
한편, 펌웨어나 소프트웨어를 이용하여 본 발명의 실시예들을 구현하는 경우에는 본 발명의 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차 또는 함수 등을 포함하도록 펌웨어나 소프트웨어가 구성될 수 있으며, 본 발명을 수행할 수 있도록 구성된 펌웨어 또는 소프트웨어는 프로세서(155, 180) 내에 구비되거나 메모리(160, 185)에 저장되어 프로세서(155, 180)에 의해 구동될 수 있다.
단말과 기지국이 무선 통신 시스템(네트워크) 사이의 무선 인터페이스 프로토콜의 레이어들은 통신 시스템에서 잘 알려진 OSI(open system interconnection) 모델의 하위 3개 레이어를 기초로 제 1 레이어(L1), 제 2 레이어(L2), 및 제 3 레이어(L3)로 분류될 수 있다. 물리 레이어는 상기 제 1 레이어에 속하며, 물리 채널을 통해 정보 전송 서비스를 제공한다. RRC(Radio Resource Control) 레이어는 상기 제 3 레이어에 속하며 UE와 네트워크 사이의 제어 무선 자원들을 제공한다. 단말, 기지국은 무선 통신 네트워크와 RRC 레이어를 통해 RRC 메시지들을 교환할 수 있다.
본 명세서에서 단말의 프로세서(155)와 기지국의 프로세서(180)는 각각 단말(110) 및 기지국(105)이 신호를 수신하거나 송신하는 기능 및 저장 기능 등을 제외하고, 신호 및 데이터를 처리하는 동작을 수행하지만, 설명의 편의를 위하여 이하에서 특별히 프로세서(155, 180)를 언급하지 않는다. 특별히 프로세서(155, 180)의 언급이 없더라도 신호를 수신하거나 송신하는 기능이 아닌 데이터 처리 등의 일련의 동작들을 수행한다고 할 수 있다.
본 발명에서는 쓰루풋 강화 및 Massive connectivity 지원을 위한 비직교 부호 다중 접속(Non-orthogonal Coded Multiple Access, NCMA) 방식에 관한 방법을 제안한다.
도 2는 통신 장치의 NOMA 기반 하향링크 전송/수신(Tx/Rx) 블록도를 예시한 도면이다.
다중 단말(혹은 다중 사용자) 정보를 동일 자원에 할당하여 전송하는 비직교 다중 접속 방식 (Non-orthogonal Multiple Aceess, NOMA)에 있어서, 도 2와 같이 하향링크 지원을 위한 송수신단 구조는 일반적이다. NOMA 시스템은 3GPP 표준화 작업에서는 Multiuser Superposition Transmission (MUST)로 불리우기도 한다. NOMA 시스템은 동일 시간-주파수 자원에 다수의 단말을 위한 정보를 중첩하여 전송함으로써, LTE 시스템 대비 전송 용량 이득을 얻거나 동시 접속 수를 증대하는 것을 목적으로 차세대 5G 시스템의 요소 기술로써 고려되고 있다. 차세대 5G 시스템의 NOMA 계열 기술로는 Power Level을 기반으로 단말을 구분하는 MUST와, Sparse Complex Codebook 기반 변조를 활용하는 Sparse Code Multiple Access (SCMA), 단말-특정 인터리버(User-specific Interleaver)를 이용하는 interleave Division Multiple Access (IDMA) 등이 있다.
MUST 시스템의 경우, 도 2의 송신단에서 다중 단말 데이터의 변조 이후에 각 심볼의 파워 할당을 다르게 하거나, 계층적 변조(Hierarchical Modulation)를 기반으로 다중 단말 데이터를 계층적 변조하여 전송하고, 수신단에서 다중 단말(혹은 다중 사용자) 검출(Multiuser Detection, MUD)를 통해 다중 단말의 데이터(이하 다중 단말 데이터라 칭함)를 복조 한다.
SCMA 시스템의 경우, 도 2의 송신단에서, 다중 단말 데이터에 대한 Forward Error Correction (FEC) Encoder와 변조 과정을 미리 약속된 Sparse Complex Codebook 변조 방식으로 대체하여 전송하고, 수신단에서 MUD를 통해 다중 단말 데이터를 복조한다.
IDMA 시스템의 경우, 도 2의 송신단에서 다중 단말 데이터에 대해 FEC Encoding 정보를 단말-특정 인터리버를 통해 변조하여 전송하고, 수신단에서 MUD를 통해 다중 단말 데이터를 복조한다.
상기 각 시스템은 다양한 MUD 방식으로 다중 단말 데이터를 복조 할 수 있으며, 예를 들어 Maximum Likelihood (ML), Maximum joint A posteriori Probability (MAP), Message Passing Algorithm (MPA), Matched Filtering (MF), Successive Interference Cancellation (SIC), Parallel Interference Cancellation (PIC), Codeword Interference Cancellation (CWIC) 등이 있다. 각 복조 방식에 따라 또는 반복 복조 시도 수에 따라, 복조 복잡도와 처리시간 지연에 차이가 있을 수 있다.
도 3은 통신 장치의 NOMA 기반 상향링크 전송/수신 블록도를 예시한 도면이다.
도 3은 다중 단말의 정보(이하 다중 단말 정보로 칭함)를 동일 자원에 할당하여 전송하는 NOMA 계열 시스템의 상향링크 지원을 위한 송수신단 구조를 도시하고 있다. 상기 각 시스템은 도 2의 하향링크 구조에 대한 설명과 같은 방식으로 다중 단말 데이터를 전송하고 수신단에서 복조 할 수 있다. NOMA 계열 시스템들은 동일 시간-주파수 자원에 다수 단말 신호를 중첩 전송하기 때문에, LTE 시스템과 비교하여 더 높은 복호 오류율을 가지지만, 더 높은 주파수 이용 효율이나 더 많은 Connectivity 를 지원할 수 있다. 비직교 다중 접속 방식(NOMA)은 시스템 환경에 따라, 부호율 제어를 통해 복호 오류율을 유지하면서, 더 높은 주파수 이용효율이나 더 많은 Connectivity 를 달성하는 것이 가능하다.
상기 NOMA 계열 시스템들은 동일 자원에 다수 단말의 데이터를 할당하기 때문에, 단일 단말 데이터를 할당하는 것과 비교하여 다중 단말의 데이터에 대한 간섭이 필연적으로 발생한다. 도 2의 NOMA 계열 시스템에서 k번째 수신단의 신호를 간단히 표현하면 다음 수학식 1과 같다.
Figure PCTKR2016008107-appb-M000001
여기서, hk는 송신단에서 k번째 수신단으로의 채널을 의미하고 sk는 k번째 수신단으로의 데이터 심볼, nk는 신호 잡음을 의미한다. K는 동일 시간-주파수 자원에 할당된 다중 단말의 수 이다.
상기 수학식 1의 3번째 식의 2번째 항(
Figure PCTKR2016008107-appb-I000002
)은 다른 수신단으로의 데이터 심볼에 의한 다중 단말 간섭 신호 (Multiuser Interference, MUI)를 나타낸다. 따라서, 상기 수신 신호에 의한 전송 용량을 간단히 표현하면 다음 수학식 2와 같다.
Figure PCTKR2016008107-appb-M000002
상기 수학식 2에서의 전송 용량에서 K가 증가할수록 더해지는 Rk의 개수가 증가하여 C의 증대를 기대할 수 있다. 하지만, K가 증가할수록 MUI의 증가로 인해, 각 Rk가 감소하여 전체 전송 용량 C의 감소를 초래할 수 있다. MUD 기법에 따라, MUI를 효과적으로 감소시키면서 각 단말의 데이터를 복조 할 수 있다 하더라도, 근본적으로 MUI의 존재는 전체 전송 용량을 경감시키고, 높은 복잡도의 MUD를 요구하게 된다. 만약 다중 단말의 데이터 전송에 대한 MUI 발생을 최소화하면, 더 높은 전송 용량을 기대할 수 있다. 또는, 다중 단말의 데이터 전송에 대한 MUI 발생을 정량적으로 제어할 수 있으면, 다중 단말의 데이터 중첩에 대한 스케줄링으로 더 높은 전송 용량을 계획할 수 있다. 따라서, 다중 단말의 데이터 중첩 전송에 의한 MUI를 제어할 수 있는 다중 단말 접속 기술 개발이 필요하다. 동일 시간-주파수 자원에 대한 다중 단말의 데이터 중첩 전송시 발생하는 MUI를 제어할 수 있는 다중 단말 접속 기술 개발이 필요하다.
따라서, 본 발명에서는 차세대 5G 시스템의 다중 단말 간섭을 최소화하는 비직교 부호 다중 접속 방식(Non-orthogonal Coded Multiple Access, NCMA)을 제시한다.
도 4는 통신 장치의 NCMA 기반 하향링크 전송/수신 블록도를 예시적으로 도시한 도면이고, 도 5는 통신 장치의 NCMA 기반의 상향링크 전송/수신 블록도를 예시적으로 도시한 도면이다.
동일 시간-주파수 자원에 다중 단말의 데이터를 중첩 전송할 때 다중 단말 간섭을 최소화하는 비직교 부호 다중 접속 방식(NCMA)를 제안한다. 도 4와 도 5는 다중 단말 정보를 동일 시간-주파수 자원에 할당할 때, 단말-특정 비직교 코드 커버(UE Specific Non-orthogonal Code Cover(NCC)를 사용하여 중첩 전송하는 NCMA 시스템의 하향링크와 상향링크 송수신단 구조이다. 송신단/수신단(혹은 송신측/수신측)은 사전에 정의된 비직교 코드북을 이용하여 각 단말에게 단말-특정 NCC를 할당한다.
본 발명에서 언급하는 코드워드는 비직교 다중 접속을 수행하기 위해, 각 단말이 선택하는(또는 할당받은) 복소 엘리먼트 벡터(complex element vector)를 의미한다. 코드북은 비직교 다중 접속을 수행하기 위해 각 단말이 사용하는 코드워드들의 세트를 의미한다. 상기에서 언급한 코드북은 복수 개로 존재할 수 있다. 단말-특정 NCC(UE specific NCC)는 각 단말이 선택하는(또는 할당받은) 코드북의 복소 엘리먼트 벡터(complex element vector)를 전송하려는 심볼에 사용하는 것을 의미한다. 따라서, NCC(혹은 단말-특정 NCC)는 코드북 인덱스와 코드워드 인덱스로 표현할 수 있다. 비직교 코드북을 표현하면 다음 수학식 3과 같다.
Figure PCTKR2016008107-appb-M000003
상기 수학식 3에서 c(j)는 j 번째 단말을 위한 코드워드로서, 전체 K명의 단말에 대한 코드워드 세트는 코드북 C가 된다. j 번째 단말의 데이터를 전송하기 위해 c(j)를 사용하는 것을 NCC라고 정의한다. 또한 상기 코드북은 코드워드의 벡터 길이 N과 코드워드의 개수 K로 표현될 수 있다. 여기서, N은 확산 계수(spreading factor)를 의미하고, K는 중첩 계수(superposition factor)를 의미한다. 상기에서 설명의 편의를 위해 하나의 코드워드를 하나의 단말에서 사용하는 것을 예시하나, 다수개의 코드워드를 하나의 단말이 사용하거나, 하나의 코드워드를 다수의 단말에서 사용하는 것을 배제하지 않는다. 또한, 하나의 단말에 할당된 하나 또는 다수개의 코드워드는 시간에 따라 또는 사용 빈도에 따라 같은 코드북 내의 다른 코드워드의 사용 또는 다른 코드북 내의 다른 코드워드의 사용으로 코드워드를 호핑(Hopping) 할 수도 있다.
단말-특정 NCC(UE Specific NCC)의 할당은 RRC Connection Process에서 단말 식별자(UE ID)와 연결하여 할당될 수도 있고, 하향링크 제어 채널(예를 들어, PDCCH)에 포함된 DCI(Downlink Control Information) 포맷을 통해서 할당할 수도 있다.
경쟁 기반 다중 접속(Contention based MA)에 사용되는 상향링크 환경의 경우, 단말은 비직교 코드워드를 랜덤 선택할 수도 있고 또는 단말 식별자와 연결하여 선택할 수도 있다. 이 때, 단말-특정 NCC는 기지국이 할당하는 방식이 아니라, 단말이 직접 선택하며 이로 인해 다수 단말간 NCC의 충돌이 있을 수 있다. 수신단인 기지국에서는 NCC의 충돌이 있을 경우 MUD로 다수 단말 정보의 구분 성공률이 감소한다.
단말-특정 NCC는 Grassmannian line packing에 의해 정의될 수 있으며, 동일 부분공간(Subspace) 내에서 임의의 두 벡터가 형성하는 코들 거리(Chordal Distance)는 항상 같다. 즉,
Figure PCTKR2016008107-appb-I000003
를 만족하는 코드북으로서 수학적 또는 알고리즘적으로 구할 수 있다. 단말-특정 NCC는 다음 수학식 4와 같은 성질을 가진다.
Figure PCTKR2016008107-appb-M000004
여기서,
Figure PCTKR2016008107-appb-I000004
는 c(k)의 conjugate 코드워드이다. 상기 수학식 4의 성질은 아래 (1), (2), (3)과 같다.
(1) 송수신단에서 동일한 코드워드의 곱은 1이다.
(2) 동일 코드북 내에서 자신의 코드워드와 다른 코드워드 사이의 Chordal Distance는 같다.
(3) N≤K 이면, 자신의 코드워드와 다른 코드워드는 직교한다.
상기 특성을 가지는 코드북을 송신단/수신단(혹은 송신측/수신측)이 사전에 약속하여 단말-특정 NCC를 구성하면, 임의의 두 코드워드에 의한 Chordal Distance
Figure PCTKR2016008107-appb-I000005
의 Lower Bound를 가진다. 따라서, 다중 단말 데이터 중첩 전송에 대한 MUI는 상기 Lower Bound에 의해 최소화되어 결정된다. 또한, 상기 임의의 두 코드워드에 대한 Chordal Distance는 항상 같으므로, 단말 수에 의해 MUI의 통계적 예측이 가능하다. 단말 수가 결정되면, MUI 값에 의해 수신단의 복호 오류율이 예측 가능하므로 다중 단말 중첩 전송에 대한 간섭량을 기반으로 MCS 레벨의 제어가 가능하다. 예를 들어, (N×1) 차원에서 K개의 코드워드가 전송될 때, 수신단에서 자신의 코드워드로 복호하면, 자신의 코드워드부터 1이 복호되고, 다른 K-1개의 코드워드로부터 δN,K(K-1) 의 통계적 간섭량이 남게 된다. 이 수치는 코드북 설계의 최적화 정도에 따라 차이가 있다. 또한, N과 K 값에 따라 δN,K의 값에 차이가 존재하므로, 통신 시스템의 요구하는 SINR(Required SINR) 또는 타겟 QoS에 따라, 중첩 단말 수(K) 또는 사용 자원 수(N)를 변화시켜 MUI 값을 제어할 수 있다.
비직교 코드북에 대한 실시 예를 3GPP TS 36.211의 형태로 나타내면 다음 표 1 및 표 2와 같으며, 단말-특정 NCC(UE specific NCC)로 사용될 수 있다.
표 1은 Spreading Factor N = 2 인 경우의 코드북을 예시하고 있다.
Figure PCTKR2016008107-appb-T000001
표 2는 Spreading Factor(N = 4)인 경우의 코드북을 예시하고 있다.
Figure PCTKR2016008107-appb-T000002
수학적 또는 알고리즘을 이용하여 상기 표 1 및 표 2 이외에도 다양한 값이 나올 수 있다.
도 6은 단말-특정 NCC에 의한 데이터 전송의 주파수 축 개념도를 나타낸 도면이다.
도 6은 송신단(혹은 송신측)에서 단말-특정 NCC를 통해 주파수 축에서 k번째 단말 데이터를 전송하는 개념을 도시하고 있다. Grassmaniann line packing에 의해 정의된 단말-특정 NCC가 송신단과 수신단 사전에 약속되었을 때, k번째 단말에 해당하는 코드워드에 k번째 단말을 위한 데이터를 곱하여 전송한다. 이 때, 하나의 데이터 심볼 sk가 (N×1) 차원의 코드워드 벡터 c(k)에 대응된다. 그러면 코드워드의 N개 Element는 N개 부반송파에 대응된다.
즉, 도 6에서는 N개의 부반송파로 하나의 데이터 심볼을 전송하므로, 기존 LTE 시스템 대비 동일 시간-주파수 자원 효율이 1/N로 감소한다. 반면, N개 이상의 심볼을 중첩 전송하면, LTE 시스템 대비 시주파수 자원 효율이 증대된다. 예를 들어, N<K 일 때 K개의 심볼을 중첩 전송하면, K/N배 만큼 주파수 자원 효율이 증대된다.
도 7은 NCMA 시스템의 기본 송수신 구조도를 예시한 도면이다.
도 7은 단말-특정 NCC를 사용하는 NCMA 시스템의 기본 송수신 구조도 이다. 송신단에서 각 단말에 대한 데이터 심볼은 각 단말에 해당하는 단말-특정 NCC로 변환되어 중첩된다. 중첩된 N길이의 주파수축 신호는 N-IFFT를 통해 시간축 신호로 변환되어 OFDM 전송을 수행하고, 수신단에서 N-FFT를 통해 주파수축 신호로 복원한다. 복원된 주파수축 신호는 각 단말에 해당하는 단말-특정 NCC의 Conjugate Codeword로 각 단말 데이터 심볼을 복호한다. 복호된 sk는 중첩된 단말 수에 따라 MUI가 포함되어 있을 수 있으며, MUD 방식 등을 통해 정확한 sk 복호가 가능하다. 이 때, 사전에 정의된 단말-특정 NCC에 따라 변환된 주파수축 신호의 길이는 N보다 짧을 수 있다. 예를 들어 N/2 길이의 단말-특정 NCC로 변환된 주파수축 신호 벡터 2개를 직렬 연결하여 N 길이로 형성하면, N-FFT해도 수신단에서 복조가 가능함은 자명하다.
하향링크의 경우, k번째 단말 수신단에서 데이터 복호를 위한 검출 수식을 표현하면 다음 수학식 5와 같다.
Figure PCTKR2016008107-appb-M000005
상기 수학식 5에서, Hk는 k번째 송신단에서 수신단으로의 (N×N) 채널 행렬를 의미하고 대각행렬(diagonal matrix)로 주파수 축 채널 계수들을 포함한다. c(k)는 k번째 송신단에서 수신단에 대한 (N×1) 단말-특정 NCC 벡터이고, sk는 k번째 수신단으로의 데이터 심볼, n는 (N×1) 신호 잡음 벡터를 의미한다. K는 동일 시간-주파수 자원에 할당된 다중 단말의 수 이다. 여기서,
Figure PCTKR2016008107-appb-I000006
는 A 벡터의 j번째 요소(element)와 B 행렬의 j번째 대각 요소(diagonal element)의 나눗셈을 의미한다. A 벡터가 대각 행렬일 경우, 대각 행렬끼리의 요소(element) 나눗셈을 의미한다.
상기 수학식 5에서 채널 보상을 통해 원하는 코드워드들(Desired Codewords) 신호와 잡음만 남게 되며, 수신단의 단말-특정 NCC의 Conjugate Codeword를 통해, 다음 수학식 6과 같이 검출된다.
Figure PCTKR2016008107-appb-M000006
상기 수학식 6에서 마지막 행의 2번째 항목은 MUI를 나타내며, MUD 방식을 통해 제거 또는 감소시킬 수 있다.
상향링크의 경우, 기지국의 수신단에서 데이터 복호를 위한 검출 수식을 표현하면 다음 수학식 7과 같다.
Figure PCTKR2016008107-appb-M000007
상기 수학식 7의 3번째 식의 2번째 항은 다른 수신단으로의 데이터 심볼에 의한 다중 단말 간섭 신호 MUI를 나타낸다. k번째 단말의 데이터 복호를 위한 수신단의 검출 수식을 표현하면 다음 수학식 8과 같다.
Figure PCTKR2016008107-appb-M000008
k번째 단말 데이터를 위한 채널 보상을 통해 원하는 코드워드들 신호와MUI, 잡음만 남게 되며, 수신단의 단말-특정 NCC의 Conjugate Codeword를 통해, 다음 수학식 9와 같이 검출된다.
Figure PCTKR2016008107-appb-M000009
상기 수학식 9에서 마지막 행의 2번째 항목은 MUI를 나타내며, MUD 방식을 통해 제거 또는 감소시킬 수 있다. 이 때, 다중 단말로부터의 채널 환경 차이로 인해,
Figure PCTKR2016008107-appb-I000007
의 주파수 축 채널 변화량이 단말-특정 NCC에 의한 MUD 수행 시 MUI 값의 변화를 가져온다. 상기 설명에서 설명의 편의를 위하여, 송수신 안테나의 개수를 단일 개로 설명하였으나, 다중 안테나를 사용하는 환경에서도 같은 방식으로 적용됨은 자명하다.
앞서 설명한 NCMA 방식에 관련한 내용을 통해 다중 단말 데이터 중첩 전송에 의한 MUI를 제어하면서, 중첩 단말 수에 따라 더 높은 주파수 이용효율이나 더 많은 Connectivity를 달성하는 것이 가능하다.
이하에서는 NCMA 방식을 위해 송신단과 수신단 간의 신호 흐름을 설명한다. NCMA 방식을 수행하기 위해 NCMA를 위한 코드북 정보 교환의 방식과 시그널링이 필요하며, 이에 대하여 이하에서 설명한다.
도 8은 하향링크 NCMA 시스템의 신호 흐름도를 예시한 도면이고, 도 9는 상향링크 NCMA 시스템의 신호 흐름도를 예시한 도면이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 단말(UE)은 기지국(eNB)과 사전에 정의된 비직교 코드북들(predefined non-orthogonal coodbooks)의 정보를 공유하고 있을 수 있다. 이때, 사전에 정의된 비직교 코드북 정보를 가지는 방법은 다양할 수 있다.
예를 들어, 사전에 정의된 비직교 코드북 정보를 가지는 방법은 1) Grassmannian line packing에 의해 정의된 (N×K) 차원의 코드북을 G(N, K)라고 할 때, 각 N, K에 대해서 정의된 코드북들을 저장하고 있다. 2) G(N, K)를 구성하는 (N×1) 차원 코드워드의 기저 벡터(Basis Vector)를 보유하고 있다.
상기 방법으로 정의된 비직교 코드북들 또는 기저 벡터(Basis Vector) 들에 대한 인덱스 정보를 코드북 인덱스로 정의할 수 있다.
도 8에서와 같이 하향링크 전송 요구가 발생하면, 기지국의 특정 스케줄링 방식(예를 들어, 공평 스케줄링(Fairness Scheduling))을 통해 각 단말이 사용할 단말-특정 NCC를 할당할 수 있다. 기지국은 할당한 단말-특정 NCC에 해당하는 코드북 인덱스, 해당 코드북 내의 코드워드 인덱스, MCS 레벨에 대한 정보(예를 들어, MCS 인덱스) 등을 단말에게 제어 정보(예를 들어, PDCCH에 포함시켜)로 전송할 수 있다. 이와 같이, 기지국은 스케줄링 방식에 따라 각 단말을 위한 NCC 정보(코드북 인덱스, 코드워드 인덱스)를 선택할 수 있고 이를 단말에게 알려줄 수 있다. 그리고, 기지국은 스케줄링 방식에 따라 할당된 코드북 인덱스와 코드워드 인덱스 및/또는 선택된 MCS 레벨에 기초하여 단말로 하향링크 데이터 채널(예를 들어, PDSCH(Physical Downlink Shared CHannel))을 전송할 수 있다. 단말은 상기 제어 정보의 스케줄링에 따라 상기 하향링크 데이터 채널(예를 들어, PDSCH)를 수신할 수 있다.
단말은 기지국으로부터 수신한 코드북 인덱스와 코드워드 인덱스에 기초하여 MUD 방식을 수행함으로써 데이터를 복조하고 다중 단말들의 데이터 중에서 자신의 데이터를 검출할 수 있다. 이때, 사전에 정의된 코드북의 방식이 상기 1) Grassmannian line packing에 의해 정의된 (N×K) 차원의 코드북을 G(N, K)라고 할 때, 각 N, K에 대해서 저장하고 있는 것에 해당하는 경우, 저장된 코드북을 그대로 사용한다. 한편, 사전에 정의된 코드북의 방식이 상기 G(N, K)를 구성하는 (N×1) 차원 코드워드의 기저 벡터(Basis Vector)를 보유하고 있는 것에 해당하는 경우, 기지국과 단말은 저장된 기저 벡터를 기준으로 G(N, K)를 생성하여 사용할 수 있다. 이때, 각 단말에게 할당되는 코드워드의 수는 1개일 수도 있고, 2개 이상일 수도 있다. 즉, 높은 데이터 전송률(Data Rate)이 요구되는 단말의 경우에는 2개 이상의 코드워드를 통해 2개 이상의 심볼을 동시에 전송하여, 수신단에서 2개 이상의 심볼을 복조할 수 있음은 자명하다.
또한, 상향링크 NCMA 시스템의 경우 도 9에서와 같이, 단말은 상향링크 정보 전송을 요구 하기 위해 기지국으로 스케줄리 요청(scheduling request, SR) 신호를 전송할 수 있다. 상향링크 정보 전송 요구가 발생하면, 기지국은 특정 스케줄링 방식(예를 들어, 공평 스케줄링 방식)을 통해 상향링크 스케줄링 그랜트를 단말에게 할당할 수 있다. 기지국은 스케줄링 방식에 기초하여 결정된 코드북 인덱스와 코드워드 인덱스 및/또는 MCS 레벨 정보(예를 들어, MCS 인덱스)를 상향링크 스케줄링 그랜트에 포함시켜 단말에 전송해 줄 수 있다.
그러면, 단말은 수신한 단말-특정 NCC 정보(코드북 인덱스와 코드워드 인덱스 ) 및/또는 MCS 레벨 정보에 기초하여 상향링크 신호 전송을 위한 자원 맵핑을 수행할 수 있다. 단말은 상기 자원 맵핑에 따른 상향링크 데이터 채널(예를 들어, PUSCH(Physical Uplink Shared CHannel))을 전송할 수 있다. 기지국은 상기 단말에게 할당한 코드북 인덱스와 코드워드 인덱스에 기초하여 MUD 방식을 수행함으로써 데이터를 복조하고 상기 단말의 PUSCH를 검출해 낼 수 있다.
상기 도 8 및 도 9에서, 코드북의 차원을 결정하는 N과 K는 시스템 환경에 따라 변경이 가능하다. K가 N보다 같거나 작을 경우, G(N, N)의 코드북을 사용하며, 코드북 G(N, N)은 Orthonormal 코드북이다.
상기 결정된 G(N, K)에 의해, 각 코드워드간 Chordal Distance는 상술한 NCMA 방식에 설명한 것과 같이 정의되고, MUI로 정의될 수 있다. 기지국은 공평 스케줄링(Fairness Scheduling)에 상기 MUI 값을 기반으로 자원 관리(Resource Management)가 가능하며, MUI 값에 의한 복조 오류율을 통해 MCS 레벨을 결정할 수 있다. 기지국은 결정된 MCS 레벨을 기반으로 공평 스케줄링을 수행할 수 있다.
본 발명에서는 셀룰러 시스템의 하향링크와 상향링크를 기반으로 설명하였으나, Machine Type Communication (MTC), Device-to-Device (D2D), Vehicle-to-Everything (V2X) 등 다중 단말 접속 방식을 사용하는 모든 시스템에 적용이 가능하다.
이상에서 설명된 실시예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들이 소정 형태로 결합된 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려되어야 한다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시예를 구성하는 것도 가능하다. 본 발명의 실시예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다. 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있음은 자명하다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
비직교 다중 접속 방식에 기초하여 신호를 송수신하기 위한 방법 및 이를 위한 장치는 3GPP LTE-A, 5G 시스템 등 다양한 무선통신 시스템에서 산업상으로 적용이 가능하다.

Claims (17)

  1. 무선통신 시스템에서 단말이 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 신호를 수신하는 방법에 있어서,
    기지국으로부터 비직교 다중 접속을 위한 사전에 정의된 코드북들 중에서 상기 단말을 위해 선택된 코드북에 대한 정보 및 상기 선택된 코드북에서 선택된 코드워드에 대한 정보를 포함하는 제어 정보를 수신하는 단계;
    상기 기지국으로부터 상기 제어 정보의 스케줄링에 따른 상기 단말을 위한 데이터를 수신하는 단계;
    상기 선택된 코드북에 대한 정보 및 상기 선택된 코드워드에 대한 정보에 기초하여 다중 사용자 검출(Multi-User Detection, MUD) 방식을 수행하여 상기 단말을 위한 데이터를 검출하는 단계를 포함하는, 비직교 다중 접속 방식에 기초한 신호 수신 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 단말을 위해 선택된 코드북에 대한 정보 및 상기 선택된 코드북에서 선택된 코드워드에 대한 정보는 스케줄링 방식에 기초하여 선택된 것인, 비직교 다중 접속 방식에 기초한 신호 수신 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 선택된 코드북에 대한 정보는 선택된 코드북 인덱스를 포함하고, 상기 선택된 코드워드에 대한 정보는 선택된 코드워드 인덱스를 포함하는, 비직교 다중 접속 방식에 기초한 신호 수신 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 선택된 코드북 인덱스 및 상기 선택된 코드워드 인덱스는 단말-특정하게 선택되는, 비직교 다중 접속 방식에 기초한 신호 수신 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 선택된 코드북은 코드워드 간의 코들 거리(Chordal Distance)가
    Figure PCTKR2016008107-appb-I000008
    이상이 되도록 구성되고,
    여기서, N은 코드워드의 벡터 길이를 나타내고, K는 코드워드의 개수를 나타내는, 비직교 다중 접속 방식에 기초한 신호 수신 방법.
  6. 무선통신 시스템에서 기지국이 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 신호를 전송하는 방법에 있어서,
    비직교 다중 접속을 위한 사전에 정의된 코드북들 중에서 상기 단말을 위한 선택된 코드북 및 상기 선택된 코드북에서 상기 단말을 위한 코드워드를 선택하는 단계;
    상기 선택된 코드북에 대한 정보 및 상기 선택된 코드워드에 대한 정보를 포함하는 제어 정보를 상기 단말로 전송하는 단계; 및
    상기 제어 정보의 스케줄링에 따른 상기 단말을 위한 데이터를 상기 단말로 전송하는 단계를 포함하는, 비직교 다중 접속 방식에 기초한 신호 전송 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 선택된 코드북 및 상기 선택된 코드워드는 스케줄링 방식에 기초하여 선택된 것인, 비직교 다중 접속 방식에 기초한 신호 전송 방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 선택된 코드북 및 상기 선택된 코드워드는 단말-특정하게 선택되는, 비직교 다중 접속 방식에 기초한 신호 전송 방법.
  9. 무선통신 시스템에서 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 신호를 수신하기 위한 단말에 있어서,
    기지국으로부터 비직교 다중 접속을 위한 사전에 정의된 코드북들 중에서 상기 단말을 위해 선택된 코드북에 대한 정보 및 상기 선택된 코드북에서 선택된 코드워드에 대한 정보를 포함하는 제어 정보를 수신하도록 구성되고,
    상기 기지국으로부터 상기 제어 정보의 스케줄링에 따른 상기 단말을 위한 데이터를 수신하도록 구성된 수신기; 및
    상기 선택된 코드북에 대한 정보 및 상기 선택된 코드워드에 대한 정보에 기초하여 다중 사용자 검출(Multi-User Detection, MUD) 방식을 수행하여 상기 단말을 위한 데이터를 검출하도록 구성되는 프로세서를 포함하는, 단말.
  10. 무선통신 시스템에서 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 신호를 전송하는 기지국에 있어서,
    비직교 다중 접속을 위한 사전에 정의된 코드북들 중에서 상기 단말을 위한 선택된 코드북 및 상기 선택된 코드북에서 상기 단말을 위한 코드워드를 선택하도록 구성된 프로세서; 및
    상기 선택된 코드북에 대한 정보 및 상기 선택된 코드워드에 대한 정보를 포함하는 제어 정보를 상기 단말로 전송하도록 구성되고,
    상기 제어 정보의 스케줄링에 따른 상기 단말을 위한 데이터를 상기 단말로 전송하도록 구성되는 송신기를 포함하는, 기지국.
  11. 무선통신 시스템에서 단말이 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 신호를 전송하는 방법에 있어서,
    기지국으로부터 비직교 다중 접속을 위한 사전에 정의된 코드북들 중에서 상기 단말을 위해 선택된 코드북에 대한 정보 및 상기 선택된 코드북에서 선택된 코드워드에 대한 정보를 포함하는 제어 정보를 수신하는 단계;
    상기 선택된 코드북에 대한 정보 및 상기 선택된 코드워드에 대한 정보에 기초하여 전송할 상향링크 신호에 대해 자원 맵핑을 수행하는 단계; 및
    상기 자원 맵핑에 따라 해당 자원에 맵핑된 상기 상향링크 신호를 상기 기지국으로 전송하는 단계를 포함하는, 비직교 다중 접속 방식에 기초한 신호 전송 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 선택된 코드북 인덱스 및 상기 선택된 코드워드 인덱스는 단말-특정하게 선택되는, 비직교 다중 접속 방식에 기초한 신호 전송 방법.
  13. 무선통신 시스템에서 기지국이 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 신호를 수신하는 방법에 있어서,
    비직교 다중 접속을 위한 사전에 정의된 코드북들 중에서 상기 단말을 위한 코드북 및 상기 선택된 코드북에서 상기 단말을 위한 코드워드를 선택하는 단계;
    상기 선택된 코드북에 대한 정보 및 상기 선택된 코드워드에 대한 정보를 포함하는 제어 정보를 상기 단말로 전송하는 단계;
    상기 제어 정보의 스케줄링에 따른 상기 단말의 상향링크 신호를 상기 단말로부터 수신하는 단계; 및
    상기 선택된 코드북 및 상기 선택된 코드워드에 기초하여 다중 사용자 검출(Multi-User Detection, MUD) 방식을 수행하여 상기 단말로부터 전송된 상기 상향링크 신호를 검출하는 단계를 포함하는, 비직교 다중 접속 방식에 기초한 신호 수신 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 선택된 코드북에 대한 정보는 상기 선택된 코드북의 인덱스를 포함하며, 상기 선택된 코드워드에 대한 정보는 상기 선택된 코드워드의 인덱스를 포함하고,
    상기 선택된 코드북의 인덱스 및 상기 선택된 코드워드의 인덱스는 단말-특정하게 선택되는, 비직교 다중 접속 방식에 기초한 신호 수신 방법.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 선택된 코드북 및 상기 선택된 코드워드는 스케줄링 방식에 기초하여 선택된 것인, 비직교 다중 접속 방식에 기초한 신호 수신 방법.
  16. 무선통신 시스템에서 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 신호를 전송하는 단말에 있어서,
    기지국으로부터 비직교 다중 접속을 위한 사전에 정의된 코드북들 중에서 상기 단말을 위해 선택된 코드북에 대한 정보 및 상기 선택된 코드북에서 선택된 코드워드에 대한 정보를 포함하는 제어 정보를 수신하도록 구성된 수신기;
    상기 선택된 코드북에 대한 정보 및 상기 선택된 코드워드에 대한 정보에 기초하여 전송할 상향링크 신호에 대해 자원 맵핑을 수행하도록 구성된 프로세서; 및
    상기 자원 맵핑에 따라 해당 자원에 맵핑된 상기 상향링크 신호를 상기 기지국으로 전송하도록 구성된 송신기를 포함하는, 단말.
  17. 무선통신 시스템에서 비직교 다중 접속 방식에 기초하여 신호를 수신하는 기지국에 있어서,
    비직교 다중 접속을 위한 사전에 정의된 코드북들 중에서 상기 단말을 위한 코드북 및 상기 선택된 코드북에서 상기 단말을 위한 코드워드를 선택하도록 구성된 프로세서;
    상기 선택된 코드북에 대한 정보 및 상기 선택된 코드워드에 대한 정보를 포함하는 제어 정보를 상기 단말로 전송하도록 구성된 송신기; 및
    상기 제어 정보의 스케줄링에 따른 상기 단말의 상향링크 신호를 상기 단말로부터 수신하도록 구성된 수신기를 포함하되,
    상기 프로세서는, 상기 선택된 코드북 및 상기 선택된 코드워드에 기초하여 다중 사용자 검출(Multi-User Detection, MUD) 방식을 수행하여 상기 단말로부터 전송된 상기 상향링크 신호를 검출하도록 구성되는, 기지국.
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