WO2017078413A1 - 빔포밍 통신 시스템에서 기준 신호의 송수신 방법 및 장치 - Google Patents

빔포밍 통신 시스템에서 기준 신호의 송수신 방법 및 장치 Download PDF

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    • H04W88/00—Devices specially adapted for wireless communication networks, e.g. terminals, base stations or access point devices
    • H04W88/08—Access point devices

Definitions

  • the present disclosure relates to a method and apparatus for transmitting and receiving a reference signal for supporting efficient beam search in an ultra-high frequency (mmWave) analog beamforming communication system.
  • mmWave ultra-high frequency
  • a 5G communication system or a pre-5G communication system is referred to as a Beyond 4G network communication system or a post LTE system.
  • 5G communication systems are being considered for implementation in the ultra-high frequency (mmWave) band (e.g., 60 gigabyte (60 GHz) band).
  • mmWave ultra-high frequency
  • FD-MIMO massive array multiple input and output
  • FD-MIMO full dimensional MIMO
  • 5G communication systems have advanced small cells, advanced small cells, cloud radio access network (cloud RAN), ultra-dense network (ultra-dense network) Device to device communication (D2D), wireless backhaul, moving network, cooperative communication, coordinated multi-points, and interference cancellation
  • cloud RAN cloud radio access network
  • ultra-dense network ultra-dense network
  • D2D Device to device communication
  • wireless backhaul moving network
  • cooperative communication coordinated multi-points
  • interference cancellation interference cancellation
  • ACM advanced coding modulation
  • SWM hybrid FSK and QAM modulation
  • SWSC sliding window superposition coding
  • FBMC filter bank multi carrier
  • SAP NOMA Non-orthogonal multiple access
  • SCMA sparse code multiple access
  • the mmWave frequency band can utilize broadband frequencies on the order of several GHz to support the rapid increase in mobile traffic.
  • Standard specifications to support mmWave band include IEEE 802.11ad (wireless gigabit alliance (WiGiG)) standard in 60Ghz frequency band, and various frequency candidates such as 15Ghz, 28GHz, 38GHz, 44GHz, 70GHz for next generation mobile 5G communication standard. Samsung, Nokia, Ericsson, Docomo, Intel, Qualcomm and other companies are actively researching and developing.
  • WiGiG wireless gigabit alliance
  • the mmWave frequency band has a larger path attenuation than the existing frequency band, but due to the short wavelength characteristics of the radio waves, a large number of array antennas are mounted in a given physical space to apply beamforming (BF) technology, thereby achieving high antenna gain and A link budget required for wireless communication can be secured.
  • BF beamforming
  • a base station also referred to as a BS or a Node B
  • a mobile station MS
  • a base station also referred to as a BS or a Node B
  • MS mobile station
  • a method of providing a mobile service using the mmWave frequency band has been discussed.
  • a handover technique of a multi-cell environment is essential, and it is also very important to provide a method for the terminal to obtain independent channel information for each base station in order to select a serving base station.
  • the present disclosure provides a method and apparatus for transmitting and receiving a reference signal in a communication system.
  • the present disclosure provides a method and apparatus for performing efficient beam searching in an analog beamforming wireless communication system in the mmWave frequency band.
  • the present disclosure provides a method and apparatus for efficiently transmitting and receiving a reference signal that can be used for beam searching in a beamforming communication system.
  • the present disclosure provides a method and apparatus for efficiently obtaining beam-specific channel information of a plurality of base stations in an analog beamforming communication system.
  • the present disclosure provides a method and apparatus for efficiently and possibly performing channel measurement for multiple cells.
  • the present disclosure provides a method and apparatus for maintaining orthogonality between base station signals in multi-cell transmission in analog beamforming communication in the mmWave frequency band.
  • a method of transmitting a reference signal in a beamforming communication system comprising: generating a reference signal sequence for a reference signal that can be used for beam searching, and using the reference signal sequence for transmission of the reference signal Mapping to modulation symbols corresponding to resource elements having a predetermined same subcarrier spacing among resource elements, generating an orthogonal frequency division multiplex (OFDM) symbol signal including the modulation symbols, and
  • the OFDM symbol signal is configured such that the same sequence pattern is repeated a predetermined number of times in the time domain, and transmitting the OFDM symbol signal using at least one predetermined transmission beam among transmission beams that can be used by a base station. do.
  • a method of receiving a reference signal in a beamforming communication system comprising: receiving an OFDM symbol signal including a reference signal sequentially using a plurality of reception beams for each predetermined subsymbol interval, and among the OFDM symbol signals Performing fast fourier transform (FFT) operations on the signals of the subsymbol intervals, wherein the OFDM symbol signal is configured such that the same sequence pattern is repeated a predetermined number of times in a period of a predetermined subsymbol interval in the time domain, Generating channel information corresponding to the plurality of reception beams by using the signals obtained through the FFT operations, and selecting a preferred reception beam among the reception beams by using the channel information.
  • FFT fast fourier transform
  • An apparatus in a base station for transmitting a reference signal in a beamforming communication system comprising: generating a reference signal sequence for a reference signal that can be used for beam searching, and using the reference signal sequence for transmission of the reference signal
  • a baseband transmitter that maps to modulation symbols corresponding to resource elements having a predetermined same subcarrier spacing among the resource elements and generates an OFDM symbol signal comprising the modulation symbols, wherein the OFDM symbol signal is time
  • RF radio frequency
  • An apparatus in a terminal for receiving a reference signal in a beamforming communication system comprising: an RF receiving unit for receiving an OFDM symbol signal including a reference signal sequentially using a plurality of receiving beams for each predetermined subsymbol interval,
  • the OFDM symbol signal is configured such that the same sequence pattern is repeated a predetermined number of times in a period of a predetermined subsymbol interval in the time domain, and performs fast fourier transform (FFT) operations on the signals of the subsymbol intervals among the OFDM symbol signals, respectively.
  • FFT fast fourier transform
  • a baseband receiver for generating channel information corresponding to the plurality of reception beams by using the signals obtained through the FFT operations, and selecting a preferred reception beam among the reception beams using the channel information.
  • FIG. 2 illustrates a resource structure of a CSI-RS for extracting downlink channel information in an LTE cellular system.
  • FIG 3 illustrates a communication system in a multi-cell environment using analog beamforming technology in the mmWave frequency band according to one embodiment of the disclosure.
  • FIG. 4 illustrates a configuration of a normal OFDM symbol that can be applied to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG 5 illustrates a configuration of an OFDM symbol for carrying a reference signal according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 6 illustrates an example of resource mapping of a reference signal according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 illustrates a structure of a transmitter of a base station transmitting a reference signal according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 8 illustrates a receiver structure of a terminal for receiving a reference signal according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating an operation of a base station transmitting a reference signal according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating an operation of a terminal receiving a reference signal according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 11 illustrates CPs that can be secured in a signal of a repeated pattern according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 12 illustrates an OFDM symbol including a reference signal in comparison with a general OFDM symbol in the frequency domain according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 13 is a diagram for describing a method of receiving beam transition in an OFDM symbol signal including a reference signal according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 14 illustrates a method of increasing the number of beam measurements using a portion of a CP section according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 15 illustrates an example of a special subframe that can be used for beam searching according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 16 illustrates a resource block structure in a special subframe that may be used for beam searching according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG 17 illustrates a structure of a resource block including a control channel in a subframe that can be used for beam searching according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 18 illustrates a beam sweep in a special subframe that may be used for beam searching according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 19 illustrates a transmission beam transmission scenario of a base station using an adaptive beam search period according to an embodiment of the present disclosure.
  • 20 is a diagram illustrating an adaptive beam search period of a terminal according to an embodiment of the present disclosure.
  • 21 is a timing diagram for beam measurement of a terminal according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 22 illustrates a multicell environment of an analog beamforming system according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 23 illustrates a transmission beam sweep of a base station in a multicell environment according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 24 illustrates a reception beam sweep of a terminal in a multicell environment according to an embodiment of the present disclosure.
  • 25 is a diagram for describing an operation of using a reference signal for beam searching for base station synchronization according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 26 illustrates a measurement of a frequency offset using repeated signals according to an embodiment of the present disclosure.
  • each block of the flowchart illustrations and combinations of flowchart illustrations may be performed by computer program instructions. Since these computer program instructions may be mounted on a processor of a general purpose computer, special purpose computer, or other programmable data processing equipment, those instructions executed through the processor of the computer or other programmable data processing equipment may be described in flow chart block (s). It creates a means to perform the functions. These computer program instructions may be stored in a computer usable or computer readable memory that can be directed to a computer or other programmable data processing equipment to implement functionality in a particular manner, and thus the computer usable or computer readable memory. It is also possible for the instructions stored in to produce an article of manufacture containing instruction means for performing the functions described in the flowchart block (s).
  • Computer program instructions may also be mounted on a computer or other programmable data processing equipment, such that a series of operating steps may be performed on the computer or other programmable data processing equipment to create a computer-implemented process to create a computer or other programmable data. Instructions for performing the processing equipment may also provide steps for performing the functions described in the flowchart block (s).
  • each block may represent a portion of a module, segment, or code that includes one or more executable instructions for executing a specified logical function (s).
  • logical function e.g., a module, segment, or code that includes one or more executable instructions for executing a specified logical function (s).
  • the functions noted in the blocks may occur out of order.
  • the two blocks shown in succession may in fact be executed substantially concurrently, or the blocks may sometimes be executed in the reverse order, depending on the corresponding function.
  • the term ' ⁇ part' used in the present embodiment refers to software or a hardware component such as a field-programmable gate array (FPGA) or an application specific integrated circuit (ASIC). Perform them.
  • ' ⁇ ' is not meant to be limited to software or hardware.
  • ' ⁇ Portion' may be configured to be in an addressable storage medium or may be configured to play one or more processors.
  • ' ⁇ ' means components such as software components, object-oriented software components, class components, and task components, and processes, functions, properties, procedures, and the like. Subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuits, data, databases, data structures, tables, arrays, and variables.
  • the functionality provided within the components and the 'parts' may be combined into a smaller number of components and the 'parts' or further separated into additional components and the 'parts'.
  • the components and ' ⁇ ' may be implemented to play one or more CPUs in the device or secure multimedia card.
  • an orthogonal frequency division multiplex (OFDM) based wireless communication system will be the main target, but the main subjects of the present disclosure are to provide other communication systems having a similar technical background and The service is also applicable within the scope not significantly departing from the scope disclosed herein, which will be possible in the judgment of a person skilled in the art.
  • OFDM orthogonal frequency division multiplex
  • the frequency band 102 used in the existing communication system is typically in the range of 700 Mhz to 6 GHz, the peak rate (Peak Rate) is limited to 1 Gbps, whereas the mmWave frequency band 104 Includes frequency groups such as 15 GHz, 28 GHz, 38 GHz, 44 GHz and 70 GHz, and can support peak rates of 50 Gbps.
  • FIG. 2 illustrates a resource structure of a CSI-RS for extracting downlink channel information in an LTE cellular system.
  • one resource block (RB) 200 includes a plurality of subcarriers, eg, 12 subcarriers, in the frequency domain and a plurality of symbols, eg, in the time domain. It may consist of 14 symbols and includes a plurality of resource elements (REs) identified by subcarriers and symbols.
  • One RB 200 may include a physical downlink control channel (PDCCH) 202, a physical downlink shared channel (PDSCH) 204, and a demodulation reference signal in each RE.
  • reference signal (DMRS) 206, cell-specific reference signal (CRS) 208, or channel state information reference signal (CSI-RS) 210. have.
  • the LTE specification allocates CRS or CSI-RS, which is used to measure the state of a channel on specific REs of all RBs. Since LTE communication assumes fixed antenna transmission, the UE can obtain channel information from the CRS and the CSI-RS.
  • REs for CRS and CSI-RS are allocated as far as possible from each other within the RB 200 of a given structure, and the remaining REs are allocated for the use of PDCCH and PDSCH for transmission of control information and data. do. Therefore, transmission of the PDCCH / PDSCH and the transmission of the CRS / CSI-RS may be simultaneously performed during one symbol.
  • a base station and a terminal can form multiple (analog) beams having different beam directions by using array antenna (s), and the possible beam pairs of transmit and receive beams Channel conditions are measured to select the optimal beam (combination).
  • the UE performs channel measurement on the CRS / CSI-RS only for the same beam direction as the PDCCH / PDSCH transmission. Can be done. This is because the analog beamforming method can transmit a signal only in one beam direction during the same time interval. Accordingly, there is a need for channel measurement for transmission / reception beam combinations, i.e., allocation of a reference signal that can be used for beam search.
  • transmission of a reference signal that can be used for beam searching is separated from each other in the time domain and transmission of a PDCCH / PDSCH signal for control information and data transmission, thereby enabling independent beam operation in a base station and a terminal. Do it.
  • the terminal when transmitting a reference signal in a fixed RB structure, the terminal must receive a full OFDM symbol to obtain a channel state for one beam combination.
  • the terminal in order to complete the beam search in a short time in a fast moving situation, allocating OFDM symbols by the required number of beam combinations causes very large system overhead.
  • Embodiments described below provide techniques for optimizing the beam search procedure while reducing system overhead.
  • the mmWave frequency band uses a wider frequency than the existing frequency band, the mmWave frequency band has a relatively short sample interval, thereby shortening the absolute time of a cyclic prefix (CP) interval in an OFDM symbol.
  • CP cyclic prefix
  • the orthogonality between the signals is broken, thus making it difficult for the terminal to process the signals normally.
  • the relative influence of the same base station global positioning system (GPS) error and propagation delay difference is much larger than that of the existing frequency band.
  • GPS global positioning system
  • embodiments described below provide a technique for efficiently and stably performing beam searching on the mmWave frequency band using analog beamforming.
  • FIG 3 illustrates a communication system in a multi-cell environment using analog beamforming technology in the mmWave frequency band according to one embodiment of the disclosure.
  • each base station 302, 304, 306 having its own transmit beams (E) to cover its cell divided into three sectors.
  • Signals may be transmitted via 312,314,316.
  • the terminal 310 may receive signals transmitted through the transmission beams 312, 314, and 316 from the three base stations 302, 304, and 306 through its reception beams 320.
  • Both the base stations 302, 304, 306 and the terminal 310 may use analog beamforming, and for smooth communication, the terminal 310 may be optimal among the combinations of transmit beams of its neighboring base stations 302, 304, 306 and its received beams. Explore the beam combination.
  • each base station 302, 304, 306 transmits reference signals that can be used for downlink channel measurement through all its transmission beams 312, 314, 316, and the terminal 310 uses the reference signals.
  • the optimal reception beam is selected, and the channel information corresponding to the selected reception beam is fed back to the base station 302, 304, 306.
  • the channel information may include, for example, a beam ID (BID), channel quality information (CQI), a rank indicator (RI), and a precoding matrix indicator (PMI). It may include at least one.
  • a reference signal that may be used for beam searching may be referred to as a beam reference signal (BRS) or a beam refinement reference signal (BR-RS).
  • BRS beam reference signal
  • BR-RS beam refinement reference signal
  • the time domain signal 404 of the OFDM symbol 402 occupies a time length of 13.3us and includes 2048 samples.
  • the frequency domain signal 406 of the OFDM symbol 402 occupies a frequency band of 150 MHz and includes 2048 subcarriers. The spacing of each subcarrier is 75 kHz.
  • the terminal needs to receive all the samples of the time domain signal 404, so that it can switch to the frequency domain signal 406 to obtain channel information.
  • the illustrated symbol structure can only be used to obtain channel information for one beam direction.
  • the reference signal may be configured such that the same patterns are repeated a predetermined number R during one symbol period in the time domain, so that the reference signal can be used for efficient beam search.
  • FIG 5 illustrates a configuration of an OFDM symbol for carrying a reference signal according to an embodiment of the present disclosure.
  • the samples constituting the time domain signal 504 of the OFDM symbol 502 including the reference signal are divided into R sample groups 504a, 504b, 504c, 504d, and each sample group is Subsymbols 506a, 506b, 506c, and 506d are configured.
  • the four sample groups 504a, 504b, 504c, 504d have the same sequence pattern consisting of 3us, 512 samples, so that the same sequence pattern is repeated four times in the time domain.
  • the CP 504e of the OFDM symbol 502 is in front of the four sample groups 504a, 504b, 504c, 504d.
  • OFDM symbol 502 may be generated by repeating the same sequence R times in the time domain.
  • the OFDM symbol 502 may be generated by arranging the reference signal sequence in the frequency domain at intervals of R subcarriers and then performing an N-point FFT.
  • N 2048.
  • the frequency domain signal 506 of the OFDM symbol 502 consists of four sub-symbols 506a, 506b, 506c and 506d, each composed of 512 subcarriers with a subcarrier spacing of 300 kHz.
  • the OFDM symbol signal including the reference signal generated through the FFT is transmitted through transmission beams of the base station through CP addition.
  • the OFDM symbol signal may be transmitted through all transmission beams or at least one transmission beam of the base station.
  • modulation symbols to which a reference signal sequence is mapped in the frequency domain may be defined as in Equation 1 below.
  • the reference signal sequence may be defined as in Equation 2 below.
  • the base station may transmit a frequency domain signal including the reference signal sequence with four times the transmit power of the frequency domain signal in the general OFDM symbol.
  • the terminal receives the reference signal transmitted from the base station while transitioning the reception beams of the terminal during one symbol period (that is, 13.3us) allocated for BRS / BRRS, and N / R-FFT for the received signal Is repeated R times to obtain frequency response signals for the four sub-symbols 506a, 506b, 506c, and 506d.
  • a signal corresponding to one OFDM symbol received by the UE for 13.3us is composed of 2048 samples, and the UE may perform 512-point FFT four times for every 512 samples.
  • the UE receives a signal using the first reception beam during a first 3.3us period (hereinafter referred to as a subsymbol interval) after CP within a symbol interval allocated for BRS / BRRS, and during a second 3.3us interval.
  • a signal is received using the second receive beam, a signal is received using the third receive beam during the third 3.3us period, and a signal is received using the fourth receive beam during the last 3.3us period.
  • a 512-point FFT is performed on the received signal of the first subsymbol interval, and channel information about the first received beam is output.
  • a 512-point FFT is performed on the received signal of the second subsymbol interval, so that channel information on the second received beam is output, and a 512-point FFT is performed on the received signal of the third subsymbol interval, thereby performing a third reception.
  • the channel information for the beam is output, and a 512-point FFT is performed on the received signal of the last subsymbol interval, so that the channel information for the fourth received beam is output.
  • Each channel information is used to evaluate channel quality for a corresponding reception beam.
  • the terminal receives as many OFDM symbols as necessary, e.g., as necessary to evaluate all the received beams of the terminal, evaluates channel qualities of the received beams of the terminal, and for communication with the current serving base station based on the channel qualities.
  • Preferred receive beam (s) may be selected.
  • four processes of the 512-FFT for receiving a reference signal may be performed by using a 2048-point FFT circuit used for receiving another signal (for example, a control signal or a data signal). . That is, the terminal may repeatedly drive a sub-block corresponding to 512-point of the 2048-point FFT circuits four times when receiving the OFDM symbol including the reference signal. In this way, the UE can obtain four sub-symbols separated in the time domain and individual channel information for one OFDM symbol period, that is, 13.3us.
  • FIG. 6 illustrates an example of resource mapping of a reference signal according to an embodiment of the present disclosure.
  • the resource elements 602 used for reference signal transmission in each OFDM symbol on each antenna port are shown.
  • a reference signal sequence that can be used for beam refinement includes all OFDM symbols, or at least one, in a downlink subframe indicated by downlink control information (DCI). Or in at least two OFDM symbols.
  • the reference signal sequence constituting the reference signal is defined according to the slot number in the radio frame and the OFDM symbol number in the slot.
  • the reference signal sequence may be mapped to a modulation symbol corresponding to every R th resource element 602. Accordingly, the reference signal has a signal pattern repeated at intervals of R subcarriers in the frequency domain.
  • the subframe, slot and / or symbol including the reference signal may be notified to the terminal through control information of the base station as an embodiment.
  • the base station may provide information indicating a specific period in which a reference signal may be transmitted, for example, a subframe, a slot, and / or a symbol, at least one of radio resource control (RRC), PDCCH, and system information block (SIB). It can be transmitted to the terminal through the means.
  • RRC radio resource control
  • PDCCH Physical Downlink Control
  • SIB system information block
  • FIG. 7 illustrates a structure of a transmitter of a base station transmitting a reference signal according to an embodiment of the present disclosure.
  • the baseband transmitter 702 includes a sequence generator 404, a resource mapper 706, an inverse fast fourier transform (IFFT) 708, and a CP adder 710, and an RF transmission unit. 712 is connected.
  • IFFT inverse fast fourier transform
  • the sequence generator 404 generates a reference signal sequence according to the slot number in the radio frame and the OFDM symbol number in the slot.
  • IFFT 708 performs an IFFT on the signal containing the modulation symbols input by resource mapper 706, and CP adder 710 adds a CP to the output of IFFT 708 to generate an OFDM symbol signal.
  • Create The OFDM symbol signal may be input to the RF transmission unit 712 via a digital to analog converter (not shown).
  • the RF transmission unit 712 includes at least one transmit array antenna and transmits an input signal through all transmit beams of the base station or at least one predetermined transmit beam.
  • FIG. 8 illustrates a receiver structure of a terminal for receiving a reference signal according to an embodiment of the present disclosure.
  • the RF receiving unit 802 includes at least one receiving array antenna and includes a predetermined subsymbol interval (eg, an OFDM symbol interval within a downlink subframe designated to include a reference signal for beam alignment). For example, a signal from a base station is received while replacing a reception beam every 512 sample intervals. The received signal is passed to a baseband receiver 804 via an analog to digital converter (not shown).
  • a predetermined subsymbol interval eg, an OFDM symbol interval within a downlink subframe designated to include a reference signal for beam alignment
  • Baseband receiver 804 includes CP canceller 806, FFT 808, and channel estimator 810.
  • the CP remover 806 removes the CP section from the received signal and inputs it to the FFT 808.
  • the FFT 808 may receive a signal from the CP remover 806 through designated 512 input points among a total of 2048 input points.
  • the FFT 808 performs four FFT operations on four subsymbol intervals of one OFDM symbol signal, respectively, to receive reference signals for different receive beams.
  • the channel estimator 810 performs channel estimation on a received signal corresponding to each FFT operation to generate channel information for each received beam.
  • the channel information can be input to a controller (or control processor) (not shown) and used to evaluate the receive beams and to select the preferred receive beam.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating an operation of a base station transmitting a reference signal according to an embodiment of the present disclosure.
  • the base station in step 905, the base station generates a reference signal sequence according to a base station cell ID (or a value given by higher layer signaling transmitted by the base station), a slot number in a radio frame, and an OFDM symbol number in a slot.
  • the CP is added to the signal generated by the IFFT to generate an OFDM symbol signal.
  • the base station transmits the OFDM symbol signal through all transmission beams of the base station or at least one predetermined transmission beam.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating an operation of a terminal receiving a reference signal according to an embodiment of the present disclosure.
  • a UE receives a signal from a base station while replacing a reception beam for each predetermined subsymbol interval (eg, 512 sample intervals) during an OFDM symbol interval within a downlink subframe designated for beam alignment. do.
  • the UE removes the CP section from the received signal and performs four FFT operations on signals of four subsymbol sections among the CP-removed signals in step 1015.
  • the UE performs channel estimation on a received signal obtained through four FFTs, thereby generating channel information on each received beam. The channel information may be used for evaluation of the reception beams and for selection of the preferred reception beam.
  • FIG. 11 illustrates CPs that can be secured in a signal of a repeated pattern according to an embodiment of the present disclosure.
  • the base station repeatedly transmits the same patterns 1104a, 1104b, 1104c, and 1104d four times in four subsymbol intervals within the time domain signal 1104 of the OFDM symbol 1102.
  • CP 1104e is transmitted in the first section of OFDM symbol 1102.
  • Reference numerals 1106 and 1108 denote reference signals received by the terminal in the time domain and the frequency domain.
  • the UE performs FFT on 512 samples (that is, subsymbols) randomly selected among the 2048 samples of the OFDM symbol 1102 (that is, FFT # 1 1108a), FFT # 2 1108b, FFT # 3 ( 1108c)), the signals 1106a, 1106b, and 1106c, which are present in front of each subsymbol, play the role of CP to completely prevent the occurrence of inter-symbol interference (ISI) due to channel delay taps. have.
  • the terminal may compensate the phase difference for the symbols of each subsymbol by performing phase correction on the signals obtained through the respective FFTs 1108a, 1108b, and 1108c.
  • the UE can perform simple channel equalization for 512-point signals as in the conventional OFDM receiver, so the advantages of the OFDM system are maintained.
  • the UE since the UE does not need to secure an additional CP interval each time each subsymbol of the reference signal is received, a very efficient configuration is possible in the standard.
  • the terminal may arbitrarily select the FFT window to be used to switch to the frequency domain signal 1108 according to its situation on the time domain signal 1106.
  • the original repetitive pattern signal has a cyclic shift effect in the time domain, which results in a linear phase shift effect in the frequency domain. Since the UE can know how much the cyclic shift signal selected by the UE according to the position of the FFT window is cyclically shifted in the time domain, the UE can calculate a linear phase shift on the frequency domain.
  • the original channel information can be obtained by compensating for the linear phase shift.
  • FIG. 12 illustrates an OFDM symbol including a reference signal in comparison with a general OFDM symbol in the frequency domain according to an embodiment of the present disclosure.
  • one subcarrier in a general OFDM symbol 1202 that does not include a reference signal, one subcarrier has a 75 kHz bandwidth (that is, a subcarrier spacing) 1202a, but in an OFDM symbol 1204 that includes a reference signal.
  • One subcarrier will have a 300 kHz bandwidth 1204a.
  • one subcarrier of the OFDM symbol 1204 including the reference signal corresponds to four subcarriers of the general OFDM symbol 1202, and thus, for one subcarrier in the OFDM symbol 1204 including the reference signal.
  • the obtained channel information may be regarded as a representative value obtained by averaging channel information for four subcarriers of the same frequency position.
  • FIG. 13 is a diagram for describing a method of receiving beam transition in an OFDM symbol signal including a reference signal according to an embodiment of the present disclosure.
  • the base station repeatedly transmits the same patterns 1304a, 1304b, 1304c, and 1304d four times in four subsymbol intervals in the time domain signal 1304 of the OFDM symbol 1302.
  • the CP 1304e is transmitted in the first section of the OFDM symbol 1302.
  • the base station may transmit repeated patterns 1304a, 1304b, 1304c, 1304d using the same transmit beam.
  • Reference numerals 1306 and 1308 denote reference signals received by the terminal in the time domain and the frequency domain.
  • the UE After the CP period corresponding to the CP 1304e of the OFDM symbol 1302, the UE receives the first 512 samples 1308a from the MS reception beam # 1 1310a after the period 1312a corresponding to the multi-cell propagation difference. Receive using After receive beam transition 1312b, the second 512 samples 1308b are received using MS receive beam # 2 1310b, and after receive beam transition 1312c, the third 512 samples 1308c. Is received using MS receive beam # 3 1310c. Each 512 samples 1308a, 1308b, and 1308c undergo a 512-point FFT.
  • the base station fixes and transmits a transmission beam, and the terminal sweeps and receives the reception beams, thereby performing beam searching.
  • the terminal changes physical settings such as beam weights and gains of the RF unit during receive beam transitions 1312b and 1312c, and therefore during receive beam transitions 1312b and 1312c due to noise caused by such physical setting changes. May not be used for the FFT.
  • the length of time required for the reception beam transitions 1312b and 1312c is obtained according to the receiver chip characteristics of the terminal.
  • the UE since the UE can position the FFT window at any position of the OFDM symbol interval including the reference signal, the UE waits for the beam transition time required for the reception beam transition and positions the FFT window with the next 512 samples.
  • a terminal configured to operate as in the embodiment of FIG. 13 may measure channel information on three reception beams. As another embodiment, when the beam transition time is negligibly small, the terminal may perform four measurements.
  • the base station instead of changing the transmission beams of the base station, more beam measurement is possible within the same time by changing the reception beams of the terminal.
  • the base station performs the beam sweep while switching the transmission beams, the base station performs the beam switching for a sufficient time corresponding to the channel propagation delay and delay spread so that no interference between the transmission beams occurs in addition to the beam transition time. You must wait each time.
  • the terminal does not have to consider the influence of interference due to the difference in channel propagation delay and delay spread for each transmission beam, and the beam transition generated when the reception beams are switched
  • the beam search may be performed while waiting for a time. In general, because the beam transition time is much shorter in comparison to the channel propagation delay and delay spread, it is possible to measure more beams within the same time by changing the received beams.
  • FIG. 14 illustrates a method of increasing the number of beam measurements using a portion of a CP section according to an embodiment of the present disclosure.
  • the base station repeatedly transmits the same patterns 1404a, 1404b, 1404c, and 1404d four times in four subsymbol intervals in the time domain signal 1404 of the OFDM symbol 1402.
  • the CP 1404e is transmitted in the first section of the OFDM symbol 1402.
  • the base station may transmit repeated patterns 1404a, 1404b, 1404c, 1404d using the same transmit beam.
  • Reference numerals 1406 and 1408 denote reference signals received by the terminal in the time domain and the frequency domain.
  • the terminal receives the first 512 samples 1408a from thereafter using the MS receive beam # 1 1410a by a period 1412a corresponding to the channel delay spread of the OFDM symbol 1402.
  • the second 512 samples 1408b are received using MS receive beam # 2 1410b
  • the third 512 samples 1408c are MS receive beam # 3 is received using 1410c
  • the fourth 512 samples 1408d after receive beam transition 1412d are received using MS receive beam # 4 1410d.
  • Each 512 samples 1408a, 1408b, 1408c, and 1408d go through a 512-point FFT.
  • the channel delay spread can be predicted through channel measurements. According to the illustrated embodiment, if the predicted channel delay spread for the current channel is sufficiently short, i.e., if the predicted channel delay spread is less than a predetermined reference value, the terminal utilizes some of the latter samples of the CP interval 1404e. By inputting to the FFT, it is possible to compensate for the samples wasted due to the beam transition and perform a search for a total of four beams. As an example, if the three beam transition times are shorter than the remaining time after subtracting the predicted channel delay spread in the CP interval, the UE may determine samples from the start of the OFDM symbol interval by the channel delay spread (CP). (Including some samples of the interval) can be determined to perform a total of four beam measurements.
  • CP channel delay spread
  • FIG. 15 illustrates an example of a special subframe that can be used for beam searching according to an embodiment of the present disclosure.
  • the reference signals are repeatedly arranged in a special subframe in a structure without a CP section in order to maximize beam search efficiency.
  • one frame 1502 has a length of 2 ms and may include 10 subframes.
  • One subframe 1504 has a length of 200us and may consist of two slots.
  • One slot 1506 has a length of 100 us and may include 30 sub-symbols without a CP section.
  • One sub-symbol 1508 has a length of 3.33us and may include 512 samples.
  • Each sample 1510 has a length of 6.5 ns.
  • 512 samples are repeated without a CP interval.
  • the maximum number of beam searches may be allowed in one subframe period. Since the special subframe 1504 does not have a structure of 12 subcarriers and 14 symbols including a CP like other subframes, the special subframe 1504 is not uniform with other subframes, and thus the special subframe ( It is impossible to transmit control information such as a physical downlink control channel (PDCCH) or a physical uplink control channel (PUCCH) through 1504.
  • PDCH physical downlink control channel
  • PUCCH physical uplink control channel
  • FIG. 16 illustrates a resource block structure in a special subframe that may be used for beam searching according to an embodiment of the present disclosure.
  • a special subframe 1600 designated to include a reference signal that can be used for beam searching includes three subcarriers 1610 in the frequency domain and 60 subsymbols without CP in the time domain. Ones 1615.
  • a sequence pattern 1620 of a reference signal composed of 512 samples is repeatedly transmitted 60 times.
  • the base station may fix the transmission beam during the special subframe 1600, and the terminal may receive the reference signal through the N beams while performing the receive beam sweep 1605 during the special subframe 1600 have.
  • the base station transitions and applies a predetermined number of transmit beams during the special subframe 1600.
  • the base station may change the transmission beam every 3 to 30 sub-symbols.
  • the UE may receive the reference signal through the N beams while performing the reception beam sweep during the special subframe 1600. In this case, since some timing margin is required in the time domain in a section in which the transmission beam is changed, some overhead may occur whenever the base station changes the transmission beam.
  • FIG 17 illustrates a structure of a resource block including a control channel in a subframe that can be used for beam searching according to an embodiment of the present disclosure.
  • the subframe 1700 includes 14 OFDM symbols including a CP in order to maintain an existing structure.
  • the PDCCH 1720 and the DL DMRS 1722 may be transmitted during the first two symbols in the subframe 1700.
  • a reference signal composed of four sub-symbols is repeatedly transmitted ten times in each symbol period as shown in FIG. 5, and a total of 40 reference signals are transmitted.
  • the last symbol after one symbol used as the guard interval (GI) 1726 may be used to transmit the PUCCH 1728 and the UL DMRS 1730.
  • GI guard interval
  • the base station may fix the transmission beam or perform a transmission beam sweep during the period 1715 where the reference signal of the subframe 1700 is transmitted.
  • the UE may receive the reference signal through the N beams while performing the reception beam sweep 1705 during the period 1715 in which the reference signal of the subframe 1700 is transmitted.
  • the subframe 1700 may have an overall structure similar to a general subframe having a 14-symbol structure including a CP, and may have four repeating patterns in a useful symbol section 1715 therein.
  • the illustrated subframe structure can be used to carry a reference signal even when transmission of PDCCH or PUCCH is required.
  • the number and / or location of symbols that may be allocated to the period 1715 in which the reference signal is transmitted may be predetermined or may be configured by higher layer signaling from the base station.
  • FIG. 18 illustrates a beam sweep in a special subframe that may be used for beam searching according to an embodiment of the present disclosure.
  • a base station uses up to 16 transmit beams 1815
  • a terminal uses up to 32 receive beams 1825, and one special sub for a reference signal within one frame 1810.
  • Frame 1820 is designated.
  • the terminal may search for all the reception beams 1825.
  • the terminal receives a reference signal through 16 frames in order to obtain channel information for 16 x 32 beam combinations. I need to listen to them. Therefore, the period required for the terminal to search for all the transmission beams is determined to be 16 frames 1805, during which the terminal can complete beam search for all beam combinations.
  • the base station needs to properly design the transmission beam transmission scenario to reduce the beam search time of the terminal.
  • the selection of the transmission beam is made based on the signal-to-noise ratio (SNR) of the received signal, so that the UE simply selects the direction of the transmission beam having the strongest intensity. do. This means that in case of SISO, it is not necessary to distinguish transmission beams for each transmission antenna.
  • the terminal in the case of multiple input multiple output (MIMO), the terminal must measure the channel capacity considering the phase for all transmission beams for each transmission antenna of the base station in order to select the most optimal beam combination. That is, even in the same transmission beam direction, since the channel capacities may be different between the transmission antennas due to the phase difference between the transmission antennas, the terminal must perform a full search for all transmission beams for every transmission antenna.
  • MIMO multiple input multiple output
  • FIG. 19 illustrates a transmission beam transmission scenario of a base station using an adaptive beam search period according to an embodiment of the present disclosure.
  • the base station has four transmit antennas and may use up to 16 transmit beams.
  • the period required for the terminal to search for all the transmission beams of the base station is indicated by 16 frames 1910, here a superframe 1905.
  • the base station divides 16 frames in the superframe 1805 into four frame groups corresponding to the number of transmit antennas of the base station, and sets a transmission beam sequence such that all 16 transmission beams are allocated to each frame group.
  • the transmit antenna # 0 1915 of the base station sequentially performs the reference signal sequence through the transmit beams # 0, # 1, # 2, and # 3 every frame unit. Transmit a signal that includes, and transmit a signal including the reference signal sequence through the transmission beams # 4, # 5, # 6, # 7 sequentially during the next four frames, and sequentially transmitted during the next four frames Transmit a signal containing a reference signal sequence through beams # 8, # 9, # 10, # 11, and sequentially transmit the reference signals through beams # 12, # 13, # 14, # 15 during the last four frames. Transmit a signal containing the sequence.
  • the transmit antenna # 1 1920 of the base station sequentially receives a signal containing a reference signal sequence through transmit beams # 4, # 5, # 6, # 7 on a frame-by-frame basis. Transmits a signal including a reference signal sequence through the transmission beams # 8, # 9, # 10, and # 11 sequentially during the next four frames, and sequentially transmits the transmission beam # 12 during the next four frames. Transmits a signal comprising a reference signal sequence through # 13, # 14, # 15, and includes a reference signal sequence through transmit beams # 0, # 1, # 2, and # 3 sequentially during the last four frames Transmit a signal.
  • the transmit antennas # 1, # 2 (1925, 1930) of the base station transmit signals via different transmit beams than the other transmit antennas 1915, 1920.
  • the terminal receives a signal from the base station while changing the reception beams 1940 of the terminal.
  • the terminal may adaptively set the beam search period of the terminal according to the transmission beam sequence of the base station and search for beam combinations for all transmission beams by receiving a signal from the base station for 16 frames;
  • the terminal when the terminal is moving at high speed, stable MIMO transmission is difficult due to a large channel change over time, and thus only SISO transmission is generally considered. In this case, since there is a high possibility that the optimal beam combination is changed quickly, the terminal needs to perform beam searching at the fastest possible period.
  • the terminal since only the SISO transmission, since only the signal strength of the received signal is important, the terminal does not necessarily need to receive beams transmitted from the same transmission antenna, and even if channel information is measured for beams transmitted from adjacent transmission antennas. The same measurement results as in the case of the same transmitting antenna can be obtained.
  • the UE may perform beam searching without distinguishing transmission antennas in one frame group as shown in (1) of FIG. 19. Since one frame group includes all transmission beams, the UE can perform a full search in the case of SISO. As a result, while reducing the beam search period to 1/4, it is possible to enable stable communication during the movement. In the present disclosure, this operation is defined as a fast search mode.
  • MIMO transmission when the terminal is moving at a slow speed, MIMO transmission may be considered.
  • MIMO transmission it is important for the terminal to measure the channel capacity including the phase information as well as the signal strength of each beam. Therefore, the UE should obtain antenna diversity in consideration of transmission beams in the same beam direction transmitted from all transmission antennas to maximize the possibility of MIMO transmission. Therefore, in the case of MIMO transmission, as shown in (2) of FIG. 19, the terminal receives a signal for all transmission beams of all transmission antennas and performs beam searching. In this disclosure, this operation is defined as a full search mode.
  • 20 is a diagram illustrating an adaptive beam search period of a terminal according to an embodiment of the present disclosure.
  • the UE # 0 2015 when the UE # 0 2015 performs SISO transmission while moving at high speed, it determines that the terminal # 0 2015 operates in a fast search mode. UE # 0 (2015) then transmits all transmit beams from transmit antennas # 0, # 1, # 2, # 3 (2010, 2015, 2020, 2025) of base station 2005 for 8 ms corresponding to four frames. Signals transmitted through the reception beam 2015a of the terminal # 0 2015 are received, and channel information about all transmission / reception beam combinations is measured based on the received signals.
  • the UE # 1 2020 and the UE # 2 2025 When the UE # 1 2020 and the UE # 2 2025 perform the MISO transmission while moving at a low speed, the UE # 1 2020 and the UE # 2 2025 determine to operate in the full discovery mode. Then, the terminal # 1 2020 and the terminal # 2 2025 are the transmit antennas # 0, # 1, # 2, # 3 of the base station 2005 for 32 ms corresponding to 16 frames (2010, 2015, 2020, Receives signals transmitted through all transmission beams from 2025 using the reception beams 2020a and 2025a of the terminal # 1 2020 and the terminal # 2 2025, and all the transmission / reception beam combinations based on the received signals Measure channel information for.
  • the method of transmitting the base station and the terminal in different beam directions as much as possible may additionally reduce the dynamic range of the terminal receiver. This is because when the transmitting antennas transmit signals in the same beam direction, the strong signals are combined with each other, resulting in a large deviation in signal strengths. In other words, the strong and weak signals are often combined, resulting in less variation in signal strengths.
  • 21 is a timing diagram for beam measurement of a terminal according to an embodiment of the present disclosure. In the illustrated example, a case in which 60 repeated patterns exist on a special subframe designated to include a reference signal will be described.
  • a special subframe 2105 designated to include a reference signal is composed of 60 sub-symbols, and the base station uses a fixed transmission beam 2110 for 60 sub-symbols.
  • the terminal does not perform beam measurement during the first t 0 time 2120 of the special subframe 2105.
  • the t 0 time 2120 is a predetermined guard interval (GI) used to overcome the time difference between base station signals caused by the difference in GPS synchronization and propagation delay between the base stations.
  • GI guard interval
  • the t 0 time 2120 may be calculated as the sum of the difference between the GPS offset of the base station and the cell propagation delay difference.
  • the next t 1 time 2125 is a beam measurement symbol interval in which the UE performs FFT on the received signal to perform beam measurement on the frequency domain.
  • the t 1 time 2125 may have a length of 512 samples, which is one quarter of 2048 samples of an OFDM symbol, depending on the allocation and placement of a reference signal sequence.
  • the next t 2 time 2130 is a beam transition time at which the UE performs a reception beam transition, and is a portion which cannot be used in actual reception.
  • t 2 time 2130 may be calculated as the sum of the beam transition time and the timing margin determined according to the characteristics of the RF unit of the terminal. Thereafter, the UE continuously repeats the t 1 and t 2 sections 2125 and 2130 to continuously perform beam measurement.
  • the last t 3 time 2135 is a predetermined guard period used to prevent interference problems that occur when a signal of an adjacent base station is first received.
  • t 3 time 2135 may be calculated as the sum of the base station's GPS offset and the handover threshold offset.
  • Table 1 illustrates parameters required for performing beam measurement in a terminal according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 22 illustrates a multicell environment of an analog beamforming system according to an embodiment of the present disclosure.
  • each base station 2202, 2204, 2206 signals through its transmit beams 2212, 2214, 2216 to cover its cell divided into three sectors. Can be sent.
  • the terminal 2210 may receive signals transmitted through the transmission beams 2212, 2214 and 2216 from three base stations 2202, 2204 and 2206. As shown, when the base station 2202, 2204, and 2206 are affected by the plurality of base stations 2202, 2204 and 2206, the terminal 2210 needs to perform beam searching by dividing signals of the base stations 2202, 2204 and 2206.
  • FIG. 23 illustrates a transmission beam sweep of a base station in a multicell environment according to an embodiment of the present disclosure.
  • the serving cell 2305 is sector # 0 of base station # 0 to be measured by the terminal
  • the neighbor cell 2315 is sector # 1 of base station # 1
  • the neighbor cell 2325 is base station # 2.
  • Sector # 2 Each cell 2305, 2315, 2325 may transmit a reference signal while switching transmission beams every sub-symbol during each special subframe 2310, 2320, 2330.
  • Propagation delay differences 2315a and 2325a exist between signals of the cells 2305, 2315 and 2325, and thus, reference signals transmitted from the cells 2305, 2315 and 2325 arrive at the terminal 2340 with a time difference. do.
  • the terminal 2340 fixes the reception beam 2345 and receives the reference signals, channel information for each beam combination measured by the terminal 2340 may have an error.
  • FIG. 24 illustrates a reception beam sweep of a terminal in a multicell environment according to an embodiment of the present disclosure.
  • the serving cell 2405 is the sector # 0 of the base station # 0 to be measured by the terminal
  • the neighbor cell 2415 is the sector # 1 of the base station # 1
  • the neighbor cell 2425 is the base station # 2.
  • Sector # 2 Each cell 2405, 2415, 2425 may transmit a reference signal through a fixed transmission beam during its special subframe 2410, 2420, 2430.
  • Propagation delay differences 2415a and 2425a exist between signals of the cells 2405, 2415 and 2425, so that reference signals transmitted from the cells 2405, 2415 and 2425 arrive at the terminal 2440 with a time difference. do.
  • the terminal 2440 does not perform beam measurement during the first t 0 time 2440a of the special subframe 2410, and converts the reception beams 2445 into sub-symbol units after the t 0 time 2440a.
  • the terminal 2440 obtains channel information about the fixed transmission beams of the cells 2405, 2415, and 2425 and beam combinations of the reception beams of the terminal 2440. can do.
  • the t 0 time 2440a may be determined to be at least greater than a sum of a timing margin corresponding to a difference in arrival time between a pre-measured channel delay spread and adjacent base stations.
  • the timing margin may be obtained by the terminal measuring a time difference of arrival for signals from neighboring base stations.
  • the beam measurement is quickly performed while waiting for the minimum beam transition time in the terminal as in the single cell environment. You can do it.
  • the base stations transmit in frequency division multiplex (FDM) using different frequency bands so that the base station signals do not overlap each other on the frequency domain
  • the base stations may use a reference signal composed of orthogonal codes such as a ZCoff (Zadoff-Chu) sequence or a gold sequence.
  • 25 is a diagram for describing an operation of using a reference signal for beam searching for base station synchronization according to an embodiment of the present disclosure.
  • the base station repeats the same patterns 2504a, 2504b, 2504c, and 2504d four times in four subsymbol intervals in the time domain signal 2504 of the OFDM symbol 2502 designated to include the reference signal.
  • CP 2504e is transmitted in the first section of OFDM symbol 2502.
  • Reference numerals 2506 and 2508 denote reference signals received by the terminal in the time domain and the frequency domain. If necessary, the terminal may synchronize with the base station by using the reference signal for beam search, that is, BRS / BRRS.
  • the terminal When the terminal receives a signal using the fixed reception beam 2510 (in the best possible reception beam direction) without changing the reception beam during the period of the OFDM symbol 2502, the signal of the same pattern transmitted by the base station Up to four times in a row.
  • the terminal may measure a carrier frequency offset (CFO) or a sampling frequency offset (SFO) due to an oscillator (OSC) deviation between the base station and the terminal using the phase difference between the acquired signals. That is, the CFO can be estimated from the phase difference of all frequency bands, and the SFO can be estimated by the phase slope of the frequency band.
  • CFO carrier frequency offset
  • SFO sampling frequency offset
  • OSC oscillator
  • FIG. 26 illustrates a measurement of a frequency offset using repeated signals according to an embodiment of the present disclosure.
  • the terminal calculates a phase difference 2615 between a signal 2605 obtained by the first FFT and a signal 2610 obtained by the second FFT, and based on the phase difference 2615, the CFO and SFO can be calculated.
  • the terminal may determine whether to perform beam searching or synchronization using the reference signal.
  • the base station has provided a reference signal for beam searching to the terminal.
  • the same method may be applied to the case where the terminal provides the reference signal to the base station.
  • the above-described embodiments provide a method for generating a reference signal and an efficient beam operating method for enabling efficient beam searching in an analog beamforming system. According to the embodiments described above, when the base station has multiple antennas, it is possible to adaptively operate the beam search section in the terminal, and use the terminal to synchronize with the base station by receiving the reference signal using a fixed reception beam. Can be utilized as
  • a computer readable recording medium is any data storage device capable of storing data that can be read by a computer system.
  • Examples of computer readable media include read only memory (ROM), random access memory (RAM), and compact disk-read only memory.
  • ROM read only memory
  • RAM random access memory
  • CD-ROMs compact disk-read only memory
  • memory CD-ROMs, magnetic tapes, floppy disks, optical data storage devices, and carrier waves (such as data transmission over the Internet) It may include.
  • Computer readable recording media can also be distributed over network coupled computer systems so that computer readable code is stored and executed in a distributed fashion.
  • functional programs, code, and code segments for achieving various embodiments of the present disclosure may be readily interpreted by those skilled in the art to which the present disclosure applies.
  • Such software may be, for example, volatile or nonvolatile storage devices such as storage devices such as ROM, whether erasable or rewritable, or memories such as, for example, RAM, memory chips, devices or integrated circuits, or For example, it may be stored in a storage medium that is optically or magnetically readable, such as a compact disk (CD), a DVD, a magnetic disk, or a magnetic tape, and may be read by a machine (eg, a computer).
  • a machine eg, a computer
  • a method according to various embodiments of the present disclosure may be implemented by a computer or a portable terminal including a control unit and a memory, the memory for storing a program or programs including instructions for implementing the embodiments of the present disclosure. It will be appreciated that this is an example of a suitable machine-readable storage medium.
  • the present disclosure includes a program comprising code for implementing the apparatus or method described in the claims herein and a storage medium readable by a machine (such as a computer) storing such a program.
  • a program may be transferred electronically through any medium, such as a communication signal transmitted over a wired or wireless connection, and the present disclosure suitably includes equivalents thereof.
  • an apparatus may receive and store a program from a program providing apparatus connected by wire or wirelessly.
  • the program providing apparatus may include a program including instructions for causing the program processing apparatus to perform a preset content protection method, a memory for storing information necessary for the content protection method, and the like, and for performing wired or wireless communication with the graphic processing apparatus. It may include a communication unit and a control unit for automatically transmitting the program or the corresponding program to the transmission and reception device request.

Abstract

본 개시는 LTE와 같은 4G 통신 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 5G 또는 pre-5G 통신 시스템에 관련된 것이다. 빔포밍 통신 시스템에서 기준 신호의 송수신 방법 및 장치를 개시한다. 상기 방법은, 빔 탐색을 위해 사용될 수 있는 기준 신호를 위한 기준 신호 시퀀스를 생성하는 과정과, 상기 기준 신호 시퀀스를, 상기 기준 신호의 전송을 위해 사용될 수 있는 자원 엘리먼트들 중 미리 정해지는 동일 서브캐리어 간격을 가지는 자원 엘리먼트들에 대응하는 변조 심볼들에 매핑하는 과정과, 상기 변조 심볼들을 포함하는 OFDM 심볼 신호를 생성하는 과정과, 상기 OFDM 심볼 신호를 기지국에 의해 사용될 수 있는 송신 빔들 중 미리 정해지는 적어도 하나의 송신 빔을 사용하여 전송하는 과정을 포함한다.

Description

빔포밍 통신 시스템에서 기준 신호의 송수신 방법 및 장치
본 개시는 초고주파(mmWave) 아날로그 빔포밍 통신 시스템에서 효율적인 빔 탐색을 지원하기 위한 기준 신호의 송수신 방법 및 장치에 대한 것이다.
4G (4th-Generation) 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G (5th-Generation) 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템은 4G 네트워크 이후 (beyond 4G network) 통신 시스템 또는 LTE 시스템 이후 (post LTE)의 시스템이라 불리고 있다.
높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파 (mmWave) 대역 (예를 들어, 60기가 (60GHz) 대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서 전파의 경로 손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍 (beamforming), 거대 배열 다중 입출력 (massive MIMO), 전차원 다중입출력 (full dimensional MIMO: FD-MIMO), 어레이 안테나 (array antenna), 아날로그 빔형성 (analog beam-forming), 및 대규모 안테나 (large scale antenna) 기술들이 논의되고 있다.
또한 시스템의 네트워크 개선을 위해, 5G 통신 시스템에서는 진화된 소형 셀, 개선된 소형 셀 (advanced small cell), 클라우드 무선 액세스 네트워크 (cloud radio access network: cloud RAN), 초고밀도 네트워크 (ultra-dense network), 기기 간 통신 (device to device communication: D2D), 무선 백홀 (wireless backhaul), 이동 네트워크 (moving network), 협력 통신 (cooperative communication), CoMP (coordinated multi-points), 및 수신 간섭제거 (interference cancellation) 등의 기술 개발이 이루어지고 있다.
이 밖에도, 5G 시스템에서는 진보된 코딩 변조 (advanced coding modulation: ACM) 방식인 FQAM (hybrid FSK and QAM modulation) 및 SWSC (sliding window superposition coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC (filter bank multi carrier), NOMA (non-orthogonal multiple access), 및 SCMA (sparse code multiple access) 등이 개발되고 있다.
mmWave 주파수 대역은 급격한 모바일 트래픽의 증가를 지원하기 위하여 수 GHz 수준의 광대역 주파수를 활용할 수 있다. mmWave 대역을 지원하기 위한 표준 스펙으로는, 60Ghz 주파수 대역의 IEEE 802.11ad (wireless gigabit alliance: WiGiG) 표준이 있으며, 차세대 모바일 5G 통신 표준을 위하여 15Ghz, 28GHz, 38GHz, 44GHz, 70GHz 등의 다양한 주파수 후보군에 대하여 삼성, 노키아, 에릭슨, 도코모, 인텔, 퀄컴 등의 회사에서 활발히 연구 개발을 진행하고 있다.
mmWave 주파수 대역은 기존 주파수 대역에 비하여 큰 경로 감쇄를 가지지만, 전파의 단파장 특성으로 인해, 주어진 물리 공간 내에 다수의 어레이 안테나들을 실장하여 빔포밍(beamforming: BF) 기술을 적용함으로써, 높은 안테나 이득과 무선 통신에 필요한 링크 버짓(link budget)을 확보할 수 있다.
빔포밍 통신 시스템에서는 기지국(base station: BS or Node B라고도 칭함)과 단말(mobile station: MS)이 서로간에 최적 빔들(best beams)을 적응화 하여야 안정적인 통신이 가능하다. 또한 단말의 이동 상황에서 최적 빔이 바뀌는 경우, 상기 최적 빔의 변화를 빠르게 추적하여야 한다. 따라서 빔포밍 통신에서 기지국과 단말 사이에 빠르고 정확하게 최적 빔을 찾을 수 있는 기술을 제공하는 것은 매우 중요하다.
또한 최근 들어 mmWave 주파수 대역을 이용하여 모바일 서비스를 제공하려는 방안이 논의 되고 있다. 이 경우 사용자에게 끊김 없는 연속적인 서비스를 제공하려면, 다중 셀 환경의 핸드오버 기술이 필수적이며, 단말이 서빙 기지국을 선택하기 위하여 기지국 별로 독립된 채널 정보를 얻는 방안을 제공하는 것 역시 매우 중요하다.
따라서 다수의 아날로그 빔을 운용하는 기지국 및 단말 시스템에서 효율적으로 셀들 및 빔들에 대한 채널 정보를 얻기 위한 기술을 필요로 하게 되었다.
본 개시는 통신 시스템에서 기준 신호를 송신하고 수신하는 방법 및 장치를 제공한다.
본 개시는 mmWave 주파수 대역의 아날로그 빔포밍 무선 통신 시스템에서 효율적인 빔 탐색을 수행하기 위한 방법 및 장치를 제공한다.
본 개시는 빔포밍 통신 시스템에서 빔 탐색에 사용될 수 있는 기준 신호를 효율적으로 송신하고 수신하기 위한 방법 및 장치를 제공한다.
본 개시는 아날로그 빔포밍 통신 시스템에서 다수 기지국들의 빔별 채널 정보를 효율적으로 획득하는 방법 및 장치를 제공한다.
본 개시는 다중 셀들에 대한 채널 측정을 효율적으로 가능하게 수행하기 위한 방법 및 장치를 제공한다.
본 개시는 mmWave 주파수 대역의 아날로그 빔포밍 통신에서 다중 셀 전송 시에 기지국 신호들간 직교성을 유지하기 위한 방법 및 장치를 제공한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 방법은; 빔포밍 통신 시스템에서 기준 신호를 송신하는 방법에 있어서, 빔 탐색을 위해 사용될 수 있는 기준 신호를 위한 기준 신호 시퀀스를 생성하는 과정과, 상기 기준 신호 시퀀스를, 상기 기준 신호의 전송을 위해 사용될 수 있는 자원 엘리먼트들 중 미리 정해지는 동일 서브캐리어 간격을 가지는 자원 엘리먼트들에 대응하는 변조 심볼들에 매핑하는 과정과, 상기 변조 심볼들을 포함하는 OFDM(orthogonal frequency division multiplex) 심볼 신호를 생성하는 과정과, 여기서 상기 OFDM 심볼 신호는 시간 도메인에서 동일한 시퀀스 패턴이 소정 횟수만큼 반복되도록 구성되고, 상기 OFDM 심볼 신호를 기지국에 의해 사용될 수 있는 송신 빔들 중 미리 정해지는 적어도 하나의 송신 빔을 사용하여 전송하는 과정을 포함한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 방법은; 빔포밍 통신 시스템에서 기준 신호를 수신하는 방법에 있어서, 기준 신호를 포함하는 OFDM 심볼 신호를, 미리 지정된 서브심볼 구간들마다 복수의 수신 빔들을 순차적으로 사용하여 수신하는 과정과, 상기 OFDM 심볼 신호 중 상기 서브심볼 구간들의 신호들에 대해 각각 FFT(fast fourier transform) 동작들을 수행하는 과정과, 여기서 상기 OFDM 심볼 신호는 시간 도메인에서 동일한 시퀀스 패턴이 소정 서브심볼 구간의 주기로 소정 횟수만큼 반복되도록 구성되고, 상기 FFT 동작들을 통해 획득한 신호들을 이용하여 상기 복수의 수신 빔들에 대응하는 채널 정보를 생성하는 과정과, 상기 채널 정보를 이용하여 상기 수신 빔들 중 선호 수신 빔을 선택하는 과정을 포함한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 장치는; 빔포밍 통신 시스템에서 기준 신호를 송신하는 기지국 내의 장치에 있어서, 빔 탐색을 위해 사용될 수 있는 기준 신호를 위한 기준 신호 시퀀스를 생성하고, 상기 기준 신호 시퀀스를, 상기 기준 신호의 전송을 위해 사용될 수 있는 자원 엘리먼트들 중 미리 정해지는 동일 서브캐리어 간격을 가지는 자원 엘리먼트들에 대응하는 변조 심볼들에 매핑하며, 상기 변조 심볼들을 포함하는 OFDM 심볼 신호를 생성하는 기저대역 송신기와, 여기서 상기 OFDM 심볼 신호는 시간 도메인에서 동일한 시퀀스 패턴이 소정 횟수만큼 반복되도록 구성되고, 상기 OFDM 심볼 신호를 기지국에 의해 사용될 수 있는 송신 빔들 중 미리 정해지는 적어도 하나의 송신 빔을 사용하여 전송하는 RF(radio frequency) 송신 유닛을 포함한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 장치는; 빔포밍 통신 시스템에서 기준 신호를 수신하는 단말 내의 장치에 있어서, 기준 신호를 포함하는 OFDM 심볼 신호를, 미리 지정된 서브심볼 구간들마다 복수의 수신 빔들을 순차적으로 사용하여 수신하는 RF 수신 유닛과, 여기서 상기 OFDM 심볼 신호는 시간 도메인에서 동일한 시퀀스 패턴이 소정 서브심볼 구간의 주기로 소정 횟수만큼 반복되도록 구성되고, 상기 OFDM 심볼 신호 중 상기 서브심볼 구간들의 신호들에 대해 각각 FFT(fast fourier transform) 동작들을 수행하고, 상기 FFT 동작들을 통해 획득한 신호들을 이용하여 상기 복수의 수신 빔들에 대응하는 채널 정보를 생성하고, 상기 채널 정보를 이용하여 상기 수신 빔들 중 선호 수신 빔을 선택하는 기저대역 수신기를 포함한다.
본 개시의 특정한 바람직한 실시예들의 상기에서 설명한 바와 같은 또한 다른 측면들과, 특징들 및 이득들은 첨부 도면들과 함께 처리되는 하기의 설명으로부터 보다 명백하게 될 것이다.
도 1은 mmWave 주파수 대역을 기존 주파수 대역과 비교하여 도시한 것이다.
도 2는 LTE 셀룰러 시스템에서 하향링크 채널 정보를 추출하는 CSI-RS의 자원 구조를 도시한 것이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 mmWave 주파수 대역에서 아날로그 빔포밍 기술을 사용하는 다중 셀 환경의 통신 시스템을 예시한 것이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 적용될 수 있는 일반적인(Normal) OFDM 심볼의 구성을 도시한 것이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 기준 신호를 운반하기 위한 OFDM 심볼의 구성을 도시한 것이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 기준 신호의 자원 매핑의 일 예를 설명하기 위한 것이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 기준 신호를 송신하는 기지국의 송신기 구조를 도시한 것이다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따라 기준 신호를 수신하는 단말의 수신기 구조를 도시한 것이다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 기준 신호를 송신하는 기지국의 동작 도시한 흐름도이다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따라 기준 신호를 수신하는 단말의 동작을 도시한 흐름도이다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따라 반복된 패턴의 신호에서 확보 가능한 CP를 도시한 것이다.
도 12는 본 개시의 일 실시예에 따라 기준 신호를 포함하는 OFDM 심볼을, 일반 OFDM 심볼과 주파수 도메인에서 비교하여 도시한 것이다.
도 13은 본 개시의 일 실시예에 따라 기준 신호를 포함하는 OFDM 심볼 신호에서 수신 빔 전환(receive beam transition) 방안을 설명하기 위한 것이다.
도 14는 본 개시의 일 실시예에 따라 CP 구간의 일부를 사용하여 빔 측정 개수를 증가시키는 방안을 설명하기 위한 것이다.
도 15는 본 개시의 일 실시예에 따라 빔 탐색을 위해 사용될 수 있는 특수 서브프레임(special subframe)의 일 예를 도시한 것이다.
도 16은 본 개시의 일 실시예에 따라 빔 탐색을 위해 사용될 수 있는 특수 서브프레임에서의 자원 블록 구조를 도시한 것이다.
도 17은 본 개시의 일 실시예에 따라 빔 탐색을 위해 사용될 수 있는 서브프레임에서 제어 채널을 포함하는 자원 블록의 구조를 도시한 것이다.
도 18은 본 개시의 일 실시예에 따라 빔 탐색을 위해 사용될 수 있는 특수 서브프레임에서의 빔 스윕을 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 본 개시의 일 실시예에 따라 적응적 빔 탐색 주기를 사용하는 기지국의 송신 빔 전송 시나리오를 설명하기 위한 도면이다.
도 20은 본 개시의 일 실시예에 따라 단말의 적응적 빔 탐색 주기를 설명하기 위한 도면이다.
도 21은 본 개시의 일 실시예에 따른 단말의 빔 측정을 위한 타이밍 도(timing diagram)를 도시한 것이다.
도 22는 본 개시의 일 실시예에 따른 아날로그 빔포밍 시스템의 멀티셀 환경을 예시한 것이다.
도 23은 본 개시의 일 실시예에 따른 멀티셀 환경에서 기지국의 송신 빔 스윕을 설명하기 위한 도면이다.
도 24는 본 개시의 일 실시예에 따른 멀티셀 환경에서 단말의 수신 빔 스윕을 설명하기 위한 도면이다.
도 25는 본 개시의 일 실시예에 따라 빔 탐색을 위한 기준 신호를 기지국 동기화를 위해 사용하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 26은 본 개시의 일 실시예에 따라 반복된 신호들을 이용한 주파수 옵셋의 측정을 설명하기 위한 도면이다.
상기 도면들을 통해, 유사 참조 번호들은 동일한 혹은 유사한 엘리먼트들과, 특징들 및 구조들을 도시하기 위해 사용된다는 것에 유의해야만 한다.
이하, 본 개시의 다양한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
실시예들을 설명함에 있어서 본 개시가 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 개시와 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 개시의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.
본 개시의 실시예들에 대한 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 개시의 청구하고자 하는 바는 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 개시의 설명이 완전하도록 하고, 본 개시의 실시예들이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 개시의 청구하고자 하는 바는 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이때, 처리 흐름도 도면들의 각 블록과 흐름도 도면들의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록은 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실행 예들에서는 블록들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
이 때, 본 실시 예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-Programmable Gate Array) 또는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.
본 개시의 실시예들을 구체적으로 설명함에 있어서, OFDM(orthogonal frequency division multiplex) 기반의 무선통신 시스템을 주된 대상으로 할 것이지만, 본 명세서에서 청구하고자 하는 주요한 요지는 유사한 기술적 배경을 가지는 여타의 통신 시스템 및 서비스에도 본 명세서에 개시된 범위를 크게 벗어나지 아니하는 범위에서 적용 가능하며, 이는 당해 기술분야에서 숙련된 기술적 지식을 가진 자의 판단으로 가능할 것이다.
도 1은 mmWave 주파수 대역을 기존 주파수 대역과 비교하여 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 기존 통신 시스템에서 사용되는 주파수 대역(102)는 통상 700 Mhz 내지 6 GHz 의 범위 내에 있으며, 피크 전송 속도(Peak Rate)는 1 Gbps로 한정된다 반면, mmWave 주파수 대역(104)는 15Ghz, 28GHz, 38GHz, 44GHz, 70GHz와 같은 주파수 군을 포함하며, 50 Gbps의 피크 전송 속도를 지원할 수 있다.
도 2는 LTE 셀룰러 시스템에서 하향링크 채널 정보를 추출하는 CSI-RS의 자원 구조를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 하나의 자원 블록(resource block: RB)(200)은 주파수 도메인에서 복수의 서브캐리어들, 예를 들어 12개의 서브캐리어들과, 시간 도메인에서 복수의 심볼들, 예를 들어 14개의 심볼들로 구성될 수 있으며, 서브캐리어와 심볼로 식별되는 복수의 자원 엘리먼트들(resource elements: REs)을 포함한다. 하나의 RB(200)는 각 RE 내에서 물리 하향링크 제어 채널(physical downlink control channel: PDCCH)(202), 물리 하향링크 공유 채널(physical downlink shared channel: PDSCH)(204), 복조 기준 신호(demodulation reference signal: DMRS)(206), 셀별 기준 신호(cell-specific reference signal: CRS)(208), 혹은 채널 상태 정보 기준 신호(channel state information reference signal: CSI-RS)(210)를 운반하는데 사용될 수 있다.
LTE 규격은 모든 RB들의 특정 RE들 상에 채널의 상태를 측정하기 위하여 사용되는 CRS 혹은 CSI-RS를 할당한다. LTE 통신은 고정된 방식의 안테나 전송을 가정하므로 단말은 CRS 및 CSI-RS로부터 채널에 대한 정보를 얻을 수 있다.
또한 LTE 규격에서는 주어진 구조의 RB(200) 내에서 CRS 및 CSI-RS를 위한 RE들을 가능한 서로 간에 멀리 퍼트려서 할당하고, 나머지 RE들은 제어 정보 및 데이터의 전송을 위한 PDCCH 및 PDSCH를 위한 용도로 할당한다. 따라서 하나의 심볼 동안에 PDCCH/PDSCH의 전송과 CRS/CSI-RS의 전송이 동시에 이루어질 수 있다.
아날로그 빔포밍 통신에서 기지국과 단말은 어레이 안테나(들)을 사용함으로써 서로 다른 빔 방향들을 가지는 다수의 (아날로그) 빔들을 형성할 수 있으며, 송신 빔들과 수신 빔들의 가능한 빔 조합들(beam pairs)에 대해서 채널 상태를 측정하여 최적의 빔 (조합)을 선택한다. 그런데 PDCCH/PDSCH 전송과 CRS/CSI-RS 전송이 같은 시간 구간(예를 들어 심볼) 상에 존재하는 경우, 단말은 PDCCH/PDSCH 전송과 동일한 빔 방향에 대해서만 CRS/CSI-RS에 대한 채널 측정을 수행할 수 있다. 이는 아날로그 빔포밍 방식이 동일 시간 구간 동안 하나의 빔 방향으로만 신호를 전송할 수 있기 때문이다. 따라서 송수신 빔 조합들에 대한 채널 측정, 즉 빔 탐색(beam search)을 위해 사용될 수 있는 기준 신호의 할당이 필요하다.
후술되는 실시예들에서는 빔 탐색을 위해 사용될 수 있는 기준 신호의 전송을, 제어 정보 및 데이터 전송을 위한 PDCCH/PDSCH 신호의 전송과 시간 도메인에서 서로 분리하여, 기지국 및 단말에서 독립적인 빔 운영이 가능하도록 한다.
한편, 고정된 RB 구조 내에서 기준 신호를 전송할 때, 단말은 하나의 빔 조합에 대한 채널 상태를 얻기 위해서 전체(full) OFDM 심볼을 수신하여야 한다. 그런데 단말이 고속 이동하는 상황에서 빔 탐색을 짧은 시간 내에 완료하기 위해서는, 필요한 빔 조합들의 개수만큼 OFDM 심볼들을 할당하는 것은 매우 큰 시스템 오버헤드를 야기한다. 후술되는 실시예들에서는 시스템 오버헤드를 감소시키면서 빔 탐색 절차를 최적화하는 기술을 제공한다.
mmWave 주파수 대역은 기존 주파수 대역과 비교하여 광대역 주파수를 사용하기 때문에 상대적으로 짧은 샘플 구간을 가지며, 이로 인하여 OFDM 심볼 내 순환 프리픽스(cyclic prefix: CP) 구간의 절대 시간이 짧아지게 되었다. 다중 셀 환경에서 CP 구간을 벗어나는 신호가 단말로 수신될 경우, 신호들 간의 직교성이 깨지게 되며 따라서 단말에서 정상적으로 신호들을 처리하기 어려워진다. 이로 인해 동일한 수준의 기지국 GPS(global positioning system) 오차 및 전파 지연(propagation delay) 차이에 대한 상대적인 영향이 기존 주파수 대역에 비해서 매우 커지게 되었다. 후술되는 실시예들에서는 다중 셀 환경에서 기지국간 기준 신호들의 직교성을 유지할 수 있는 기술을 제공한다.
아날로그 빔포밍 상황에서 빔 탐색을 주어진 시간 내에 정확하게 수행하지 못하는 경우 통신을 위한 충분한 링크 버짓이 확보되지 못하여, 기지국과 단말의 통신이 끊어지는 심각한 문제가 발생할 수 있다. 따라서 후술되는 실시예들에서는 아날로그 빔포밍을 이용하는 mmWave 주파수 대역 상에서 빔 탐색이 효율적이고 안정적으로 수행될 수 있도록 하는 기술을 제공한다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 mmWave 주파수 대역에서 아날로그 빔포밍 기술을 사용하는 다중 셀 환경의 통신 시스템을 예시한 것이다.
도 3을 참조하면, 3개의 인접한 기지국들(enhanced Node Bs: eNodeBs)(302,304,306)이 예시되었으며, 각 기지국(302,304,306)은 3개의 섹터들로 구분되는 자신의 셀을 커버하기 위해 자신의 송신 빔들(312,314,316)을 통해 신호들을 송신할 수 있다. 단말(310)은 3개의 기지국들(302,304,306)로부터의 송신 빔들(312,314,316)을 통해 송출되는 신호들을, 자신의 수신 빔들(320)을 통해 수신할 수 있다.
기지국들(302,304,306)과 단말(310)은 모두 아날로그 빔포밍을 사용할 수 있으며, 원활한 통신을 위해서 단말(310)은 주변의 모든 기지국들(302,304,306)의 송신 빔들과 자신의 수신 빔들의 조합들 중에서 최적의 빔 조합을 탐색한다. 상기한 탐색을 지원하기 위하여 각 기지국(302,304,306)은 자신의 모든 송신 빔들(312,314,316)을 통하여, 하향링크 채널 측정을 위해 사용될 수 있는 기준 신호들을 송신하고, 단말(310)은 상기 기준 신호들을 이용하여 최적의 수신 빔을 선택하고, 상기 선택된 수신 빔에 해당하는 채널 정보를 해당 기지국(302,304,306)으로 피드백한다. 여기서 상기 채널 정보는, 일 예로서 빔 식별자(beam ID: BID), 채널 품질 정보(channel quality information: CQI), 랭크 지시자(rank indicator: RI), 프리코딩 행렬 지시자(precoding matrix indicator: PMI) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에서 빔 탐색을 위해 사용될 수 있는 기준 신호는, 빔 기준 신호(beam reference signal: BRS) 혹은 빔 정렬 기준 신호(beam refinement reference signal: BR-RS)라고 칭할 수 있다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 적용될 수 있는 일반적인(Normal) OFDM 심볼의 구성을 도시한 것이다. 여기에서는 본 개시의 다양한 실시예들을 설명하기 위하여, 서브캐리어 간격(subcarrier spacing)을 75kHz (15kHz x 5)으로 정의하고, OFDM 심볼 구간(symbol duration)을 13.3us(micro second)으로 정의하는 아날로그 빔포밍 통신 시스템을 가정한다.
도 4를 참조하면, OFDM 심볼(402)의 시간 도메인 신호(404)는 13.3us의 시간 길이를 점유하며, 2048 샘플들을 포함한다. 상기 OFDM 심볼(402)의 주파수 도메인 신호(406)는 150 MHz의 주파수 대역을 점유하며, 2048 서브캐리어들을 포함한다. 각 서브캐리어의 간격은 75kHz이다.
단말은 시간 도메인 신호(404)의 모든 샘플들을 수신하여야만, 주파수 도메인 신호(406)로 전환하여 채널 정보를 얻을 수 있다. 따라서 도시한 심볼 구조는 하나의 빔 방향에 대한 채널 정보를 얻는 데에만 사용될 수 있다.
후술되는 실시예들에서 기준 신호는 효율적인 빔 탐색을 위하여 사용될 수 있도록, 시간 도메인 상에서 하나의 심볼 구간 동안 동일한 패턴들이 소정 횟수(R) 만큼 반복되도록 구성될 수 있다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 기준 신호를 운반하기 위한 OFDM 심볼의 구성을 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 기준 신호를 포함하는 OFDM 심볼(502)의 시간 도메인 신호(504)를 구성하는 샘플들은 R 개의 샘플 그룹들(504a,504b,504c,504d)로 나뉘어지고, 각 샘플 그룹은 서브심볼(506a,506b,506c,506d)을 구성한다. 여기서는 R=4인 예를 도시하였다. 4개의 샘플 그룹들(504a,504b,504c,504d)은 3us, 512 샘플들로 구성되는 동일한 시퀀스 패턴을 가지며, 따라서 동일한 시퀀스 패턴이 시간 도메인 상에서 4번 반복된다. 4개의 샘플 그룹들(504a,504b,504c,504d)의 앞에는 OFDM 심볼(502)의 CP(504e)가 존재한다.
일 실시예로서, OFDM 심볼(502)은 동일한 시퀀스를 시간 도메인에서 R번 만큼 반복함으로써 생성될 수 있다.
일 실시예로서, OFDM 심볼(502)는 주파수 도메인에서 기준 신호 시퀀스를 R 서브캐리어들 만큼의 간격을 두고 배치한 후 N-포인트 FFT를 수행함으로써 생성될 수 있다. 도시된 예에서 N=2048이다. OFDM 심볼(502)의 주파수 도메인 신호(506)은 300kHz의 서브캐리어 간격을 가지는 512 서브캐리어들로 각각 구성된 4개의 서브 심볼들(506a,506b,506c,506d)로 구성된다. FFT를 통해 생성된 기준 신호를 포함하는 OFDM 심볼 신호는 CP 추가를 거쳐 기지국의 송신 빔들을 통해 전송된다. 일 예로 상기 OFDM 심볼 신호는 기지국의 모든 송신 빔들, 혹은 적어도 하나의 송신 빔들을 통해 송출될 수 있다.
R=4번의 반복이 적용되는 경우, 본 개시의 일 실시예에서 주파수 도메인에서 기준 신호 시퀀스가 매핑되는 변조 심볼들은 하기의 <수학식 1>과 같이 정의될 수 있다.
Figure PCTKR2016012546-appb-M000001
본 개시의 일 실시예에 따르면, 상기 기준 신호 시퀀스는 하기의 <수학식 2>와 같이 정의 될 수 있다.
Figure PCTKR2016012546-appb-M000002
여기서 k와 l은 각각 주파수 도메인과 시간 도메인의 인덱스들을 의미하며, p와 ns는 각각 안테나 포트 번호와 슬롯 번호를 의미하며,
Figure PCTKR2016012546-appb-I000001
와
Figure PCTKR2016012546-appb-I000002
는 셀 ID 및 하향링크 자원 블록(resource blocks: RBs)의 개수를 의미하며,
Figure PCTKR2016012546-appb-I000003
는 m번째 기준 신호 시퀀스이고,
Figure PCTKR2016012546-appb-I000004
는 k번째 서브캐리어에 실리는 변조 심볼을 의미한다. 일 실시예로서 기지국은 기준 신호 시퀀스를 포함하는 주파수 도메인 신호를, 일반 OFDM 심볼 내의 주파수 도메인 신호보다 4배의 전송 전력을 가지고 전송할 수 있다.
단말은 기지국으로부터 송신된 기준 신호를, BRS/BRRS를 위해 할당된 하나의 심볼 구간(즉 13.3us) 동안 단말의 수신 빔들을 교체(transition)하면서 수신하고, 수신된 신호에 대해 N/R-FFT를 R번 반복하여 수행함으로써, 4개의 서브 심볼들(506a,506b,506c,506d)에 대한 주파수 응답 신호들을 얻는다. 도시된 예에서 단말이 13.3us 동안 수신한 하나의 OFDM 심볼에 대응하는 신호는 2048 샘플들로 구성되며, 단말은 매 512 샘플들에 대해 512-포인트 FFT를 4회 수행할 수 있다.
구체적으로 단말은 BRS/BRRS를 위해 할당된 심볼 구간 내에서 CP 이후의 첫번째 3.3us의 구간(이하 서브심볼 구간이라 칭함) 동안 제1 수신 빔을 사용하여 신호를 수신하고, 두번째 3.3us의 구간 동안 제2 수신 빔을 사용하여 신호를 수신하며, 세번째 3.3us의 구간 동안 제3 수신 빔을 사용하여 신호를 수신하며, 마지막 3.3us의 구간 동안 제4 수신 빔을 사용하여 신호를 수신한다. 이후 첫번째 서브심볼 구간의 수신 신호에 대해 512-포인트 FFT가 수행되어, 제1 수신 빔에 대한 채널 정보가 출력된다. 다음으로 두번째 서브심볼 구간의 수신 신호에 대해 512-포인트 FFT가 수행되어, 제2 수신 빔에 대한 채널 정보가 출력되며, 세번째 서브심볼 구간의 수신 신호에 대해 512-포인트 FFT가 수행되어 제3 수신 빔에 대한 채널 정보가 출력되며, 마지막 서브심볼 구간의 수신 신호에 대해 512-포인트 FFT가 수행되어, 제4 수신 빔에 대한 채널 정보가 출력된다. 상기 각 채널 정보는, 해당 수신 빔에 대한 채널 품질을 평가하는데 사용된다.
단말은 필요한 만큼, 예를 들어 단말의 모든 수신 빔들을 평가하는데 필요한 만큼의 OFDM 심볼들을 수신하여, 단말의 수신 빔들의 채널 품질들을 평가하고, 상기 채널 품질들을 기반으로 현재 서빙 기지국과의 통신을 위한 선호(preferred) 수신 빔(들)을 선택할 수 있다.
단말의 하드웨어 구현 시 기준 신호의 수신을 위한 512-FFT의 4번의 처리는, 다른 신호(예를 들어 제어 신호 혹은 데이터 신호)의 수신을 위해 사용되는 2048-포인트 FFT 회로를 활용하여 수행될 수 있다. 즉 단말은 상기 기준 신호를 포함하는 OFDM 심볼의 수신시, 상기 2048-포인트 FFT 회로 중 512-포인트에 해당하는 서브-블록을 4번 반복하여 구동할 수 있다. 이와 같이, 단말은 하나의 OFDM 심볼 구간, 즉 13.3us 동안 시간 도메인 상에서 분리된 4개의 서브 심볼들과 그에 대한 개별적인 채널 정보를 얻을 수가 있게 된다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 기준 신호의 자원 매핑의 일 예를 설명하기 위한 것이다. 여기에서는 각 안테나 포트 상의 각 OFDM 심볼에서 기준 신호 전송을 위해 사용되는 자원 엘리먼트들(602)를 도시하였다.
도 6을 참조하면, 빔 정렬(beam refinement)을 위해 사용될 수 있는 기준 신호 시퀀스는 관련 하향링크 제어 정보(downlink control information: DCI)에 의해 지시된 하향링크 서브프레임 내의 모든 OFDM 심볼들, 혹은 적어도 하나, 혹은 적어도 두 개의 OFDM 심볼들 내에서 전송된다. 기준 신호를 구성하는 기준 신호 시퀀스는 라디오 프레임 내의 슬롯 번호와, 슬롯 내의 OFDM 심볼 번호에 따라 정의된다. 기준 신호 시퀀스는 매 R번째 자원 엘리먼트(602)에 대응하는 변조 심볼에 매핑될 수 있다. 이에 따라 기준 신호는 주파수 도메인에서 R 서브캐리어 간격을 두고 반복되는 신호 패턴을 가지게 된다.
상기 기준 신호를 포함하는 서브프레임, 슬롯 및/또는 심볼은 일 실시예로서 기지국의 제어 정보를 통해 단말에게 통지될 수 있다. 일 실시예로서 기지국은 기준 신호를 전송할 수 있는 특정한 구간, 일 예로서 서브프레임, 슬롯 및/또는 심볼을 지시하는 정보를, RRC(radio resource control), PDCCH, SIB(system information block) 중 적어도 하나의 수단을 통해 단말에게 송신할 수 있다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 기준 신호를 송신하는 기지국의 송신기 구조를 도시한 것이다.
도 7을 참조하면, 기저대역 송신기(702)는 시퀀스 생성기(404)와 자원 매핑기(706)와 IFFT(inverse fast fourier transform)(708)와 CP 추가기(710)를 포함하며, RF 송신 유닛(712)로 연결된다.
시퀀스 생성기(404)는 라디오 프레임 내의 슬롯 번호와, 슬롯 내의 OFDM 심볼 번호에 따라 기준 신호 시퀀스를 생성한다. 자원 매핑기(706)는 미리 정의되는 반복 횟수, 예를 들어 R=4에 따라, 상기 기준 신호 시퀀스를 4 서브캐리어 간격을 가지는 자원 엘리먼트들에 대응하는 변조 심볼들에 매핑할 수 있다. IFFT(708)는 자원 매핑기(706)에 의해 입력된 변조 심볼들을 포함하는 신호에 대해 IFFT를 수행하며, CP 추가기(710)는 IFFT(708)의 출력에 CP를 추가하여 OFDM 심볼 신호를 생성한다. 상기 OFDM 심볼 신호는 디지털 아날로그 변환기(도시하지 않음)를 거쳐 RF 송신 유닛(712)로 입력될 수 있다. RF 송신 유닛(712)은 적어도 하나의 송신 어레이 안테나를 포함하며, 입력 신호를 기지국의 모든 송신 빔들, 혹은 미리 지정되는 적어도 하나의 송신 빔들을 통해 송출한다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따라 기준 신호를 수신하는 단말의 수신기 구조를 도시한 것이다.
도 8을 참조하면, RF 수신 유닛(802)은 적어도 하나의 수신 어레이 안테나를 포함하며, 빔 정렬을 위한 기준 신호를 포함하도록 지정된 하향링크 서브프레임 내의 OFDM 심볼 구간 동안, 미리 지정된 서브심볼 구간(예를 들어 512 샘플 구간)마다 수신 빔을 교체하면서 기지국으로부터의 신호를 수신한다. 수신 신호는 아날로그 디지털 변환기(도시하지 않음)을 거쳐 기저대역 수신기(804)로 전달된다.
기저대역 수신기(804)는 CP 제거기(806)와 FFT(808)와 채널 추정기(810)를 포함한다.
CP 제거기(806)는 수신 신호로부터 CP 구간을 제거하고 FFT(808)로 입력한다. FFT(808)는 전체 2048개의 입력 포인트들 중, 지정된 512개의 입력 포인트들을 통해 CP 제거기(806)로부터의 신호를 입력받을 수 있다. FFT(808)는 하나의 OFDM 심볼 신호의 4개의 서브심볼 구간들에 대해 4번의 FFT 동작을 각각 수행하여, 서로 다른 수신 빔들에 대한 기준 신호들을 수신한다. 채널 추정기(810)는 각 FFT 동작에 대응하는 수신 신호에 대한 채널 추정을 수행하여, 각 수신 빔에 대한 채널 정보를 생성한다. 상기 채널 정보는 제어기(혹은 제어 프로세서)(도시하지 않음)로 입력되어, 수신 빔들에 대한 평가 및 선호 수신 빔의 선택에 사용될 수 있다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 기준 신호를 송신하는 기지국의 동작 도시한 흐름도이다.
도 9를 참조하면, 과정 905에서 기지국은 기지국 셀 ID (혹은 기지국에서 전송하는 상위 계층 시그널링에 의해 주어진 값)와, 라디오 프레임 내의 슬롯 번호와, 슬롯 내의 OFDM 심볼 번호에 따라 기준 신호 시퀀스를 생성하며, 과정 910에서 미리 정의되는 반복 횟수, 예를 들어 R=4에 따라, 상기 기준 신호 시퀀스를 4 서브캐리어 간격을 두고 자원 엘리먼트들에 매핑하고, 과정 915에서 상기 매핑된 기준 신호 시퀀스들에 대해 IFFT를 수행하고, 과정 920에서 IFFT를 통해 생성한 신호에 CP를 추가하여 OFDM 심볼 신호를 생성한다. 과정 925에서 기지국은 상기 OFDM 심볼 신호를 기지국의 모든 송신 빔들, 혹은 미리 지정되는 적어도 하나의 송신 빔들을 통해 송출한다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따라 기준 신호를 수신하는 단말의 동작을 도시한 흐름도이다.
도 10을 참조하면, 과정 1005에서 단말은 빔 정렬을 위해 지정된 하향링크 서브프레임 내의 OFDM 심볼 구간 동안 미리 지정된 서브심볼 구간(예를 들어 512 샘플 구간)마다 수신 빔을 교체하면서 기지국으로부터의 신호를 수신한다. 과정 1010에서 단말은 상기 수신 신호로부터 CP 구간을 제거하고, 과정 1015에서 상기 CP 제거된 신호 중 4개의 서브심볼 구간들의 신호들에 대해 4번의 FFT 동작을 각각 수행한다. 과정 1020에서 단말은 4번의 FFT들을 통해 얻어진 수신 신호에 대한 채널 추정을 수행하여, 각 수신 빔에 대한 채널 정보를 생성한다. 상기 채널 정보는 수신 빔들에 대한 평가 및 선호 수신 빔의 선택에 사용될 수 있다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따라 반복된 패턴의 신호에서 확보 가능한 CP를 도시한 것이다.
도 11을 참조하면, 기지국은 OFDM 심볼(1102)의 시간 도메인 신호(1104) 내의 4개의 서브심볼 구간들에서 각각 동일한 패턴들(1104a,1104b,1104c,1104d)을 4번 반복하여 전송한다. OFDM 심볼(1102)의 처음 구간에서는 CP(1104e)가 전송된다. 참조번호 1106과 1108은 단말에서 수신한 기준 신호를 시간 도메인과 주파수 도메인에서 나타낸 것이다.
상기 OFDM 심볼(1102)의 2048 샘플들 중에서 단말이 임의로 선택된 512 샘플들(즉 서브심볼)에 대해 FFT를 수행하더라도(즉, FFT#1(1108a), FFT#2(1108b), FFT#3(1108c)), 각 서브심볼의 바로 앞에 존재하는 신호(1106a,1106b,1106c)가 CP의 역할을 수행하여 채널 지연 탭(channel delay tap)에 의한 ISI (Inter-Symbol Interference) 발생이 완벽히 막아질 수 있다. 단말은 각 FFT(1108a, 1108b, 1108c)를 통해 얻어진 신호에 대해 위상 보정을 수행함으로써, 각 서브심볼의 심볼들에 대한 위상 차이를 보상할 수 있다.
따라서 단말은 기존 OFDM 수신기와 동일하게 512-포인트 신호에 대해서도 간단한 채널 등화(channel equalization)이 가능하여 OFDM 시스템이 가지는 장점이 그대로 유지된다. 또한 기준 신호의 각 서브심볼을 수신할 때마다 단말이 매번 추가적인 CP 구간을 확보하지 않아도 되므로 규격적으로 매우 효율적인 구성이 가능하게 된다.
이에 따라 단말은 자신의 상황에 따라서 주파수 도메인 신호(1108)로 전환하는데 사용될 FFT 윈도우를 시간 도메인 신호(1106) 상에서 임의로 선택할 수 있다. 단말이 결정한 FFT 윈도우의 위치에 따라서 원래의 반복 패턴 신호는, 시간 도메인에서 순환 시프트(cyclic shift)된 효과를 가지게 되며, 이는 결국 주파수 도메인에서 선형 위상 시프트(linear phase shift) 효과로 나타나게 된다. 단말은 상기 FFT 윈도우의 위치에 따라 자신이 선택한 반복 패턴 신호가 시간 도메인에서 얼마만큼 순환 시프트(cyclic shift) 되었는지 알 수 있기 때문에, 주파수 도메인 상의 선형 위상 시프트(linear phase shift)를 계산할 수 있고, 상기 선형 위상 시프트를 보상하여 원래의 채널 정보를 얻을 수 있다.
도 12는 본 개시의 일 실시예에 따라 기준 신호를 포함하는 OFDM 심볼을, 일반 OFDM 심볼과 주파수 도메인에서 비교하여 도시한 것이다.
도 12를 참조하면, 기준 신호를 포함하지 않는 일반 OFDM 심볼(1202)에서는 하나의 서브캐리어가 75kHz 대역폭(즉 서브캐리어 간격)(1202a)을 가지게 되나, 기준 신호를 포함하는 OFDM 심볼(1204)에서는 하나의 서브캐리어가 300kHz 대역폭(1204a)을 가지게 된다. 결국 기준 신호를 포함하는 OFDM 심볼(1204)의 하나의 서브캐리어가 일반 OFDM 심볼(1202)의 4개의 서브캐리어에 해당하며, 따라서 기준 신호를 포함하는 OFDM 심볼(1204)에서는 하나의 서브캐리어에 대해 얻은 채널 정보는, 동일 주파수 위치의 4개의 서브캐리어들에 대한 채널 정보를 평균하여 얻은 대표 값으로 간주될 수 있다.
이상과 같이 본 개시의 실시예들에서는 동일한 시간 구간 내에서 주파수 영역의 정밀도를 낮추는 대신, 시간 도메인에서 동일 패턴을 반복함으로써, 단말에게 빔 탐색의 기회를 여러 번 제공할 수 있다.
도 13은 본 개시의 일 실시예에 따라 기준 신호를 포함하는 OFDM 심볼 신호에서 수신 빔 전환(receive beam transition) 방안을 설명하기 위한 것이다.
도 13을 참조하면, 기지국은 OFDM 심볼(1302)의 시간 도메인 신호(1304) 내의 4개의 서브심볼 구간들에서 각각 동일한 패턴들(1304a,1304b,1304c,1304d)을 4번 반복하여 전송한다. OFDM 심볼(1302)의 처음 구간에서는 CP(1304e)가 전송된다. 기지국은 반복된 패턴들(1304a,1304b,1304c,1304d)을 동일한 송신 빔을 사용하여 전송할 수 있다. 참조번호 1306과 1308은 단말에서 수신한 기준 신호를 시간 도메인과 주파수 도메인에서 나타낸 것이다.
단말은 OFDM 심볼(1302)의 CP(1304e)에 해당하는 CP 구간 이후, 다중 셀 전파 차이에 해당하는 구간(1312a) 만큼 이후로부터 처음 512 샘플들(1308a)을 MS 수신 빔 #1(1310a)을 사용하여 수신한다. 수신 빔 천이(receive beam transition)(1312b) 이후, 두번째 512 샘플들(1308b)은 MS 수신 빔 #2(1310b)를 사용하여 수신되고, 수신 빔 천이(1312c) 이후, 세번째 512 샘플들(1308c)은 MS 수신 빔 #3(1310c)을 사용하여 수신한다. 각 512 샘플들(1308a,1308b,1308c)은 512-포인트 FFT를 거치게 된다.
이상과 같이 반복된 패턴의 신호 구간에서 기지국은 송신 빔을 고정하여 전송하고, 단말은 수신 빔들을 스윕(sweep)하여 수신함으로써, 빔 탐색이 이루어진다. 단말은 수신 빔 천이(1312b,1312c) 동안 RF 유닛의 빔 가중치 및 게인들과 같은 물리적인 설정을 변경하며, 따라서 이러한 물리적인 설정 변경으로 인해 발생하는 잡음으로 인하여 수신 빔 천이(1312b,1312c) 동안의 신호를 FFT에 사용하지 않을 수 있다. 여기서 상기 수신 빔 천이(1312b,1312c)를 위해 소요되는 시간의 길이는 단말의 수신기 칩 특성에 따라 획득된다.
앞에서 설명한 바와 단말은 기준 신호를 포함하는 OFDM 심볼 구간 중 임의의 위치로 FFT 윈도우를 위치시킬 수 있으므로, 단말은 수신 빔 천이에 필요한 빔 천이 시간 만큼 기다리고 다음 512 샘플로 FFT 윈도우를 위치시킨다. 도 13의 실시예와 같이 동작하도록 구성되는 단말은 3개의 수신 빔들에 대한 채널 정보의 측정이 가능하다. 다른 실시예로서 빔 천이 시간이 무시할만한 수준으로 작은 경우, 단말은 4번의 측정을 수행하는 것이 가능하다.
이상과 같이 본 개시의 실시예들에서는 기지국의 송신 빔들을 변경하는 대신, 단말의 수신 빔들을 변경함으로써 동일 시간 내에서 보다 많은 빔 측정이 가능하다. 기지국이 송신 빔들을 전환하면서 빔 스윕을 수행하는 경우, 기지국은 빔 천이 시간 이외에 추가적으로 송신 빔들 간 간섭이 생기지 않도록 채널 전파 지연 및 지연 스프레드(delay spread)에 해당하는 수준의 충분한 시간만큼을 빔 전환시 마다 매번 기다려야 한다. 반면, 기지국의 송신 빔들을 고정하고 단말의 수신 빔들을 전환하게 되면, 단말은 송신 빔 별 채널 전파 지연 및 지연 스프레드의 차이에 의한 간섭의 영향을 고려할 필요 없이, 수신 빔들의 전환 시 발생하는 빔 천이 시간 만큼씩 기다리면서 빔 탐색을 수행할 수 있다. 일반적으로 빔 천이 시간은 채널 전파 지연 및 지연 스프레드와 비교하여 훨씬 짧기 때문에, 수신 빔들을 바꿈으로써 동일 시간 내에 더 많은 빔들을 측정할 수 있다.
도 14는 본 개시의 일 실시예에 따라 CP 구간의 일부를 사용하여 빔 측정 개수를 증가시키는 방안을 설명하기 위한 것이다.
도 14를 참조하면, 기지국은 OFDM 심볼(1402)의 시간 도메인 신호(1404) 내의 4개의 서브심볼 구간들에서 동일한 패턴들(1404a,1404b,1404c,1404d)을 4번 반복하여 전송한다. OFDM 심볼(1402)의 처음 구간에서는 CP(1404e)가 전송된다. 기지국은 반복된 패턴들(1404a,1404b,1404c,1404d)을 동일한 송신 빔을 사용하여 전송할 수 있다. 참조번호 1406과 1408은 단말에서 수신한 기준 신호를 시간 도메인과 주파수 도메인에서 나타낸 것이다.
단말은 OFDM 심볼(1402)의 채널 지연 스프레드에 해당하는 구간(1412a) 만큼 이후로부터 처음 512 샘플들(1408a)을 MS 수신 빔 #1(1410a)을 사용하여 수신한다. 수신 빔 천이(1412b) 이후, 두번째 512 샘플들(1408b)은 MS 수신 빔 #2(1410b)를 사용하여 수신되고, 수신 빔 천이(1412c) 이후, 세번째 512 샘플들(1408c)은 MS 수신 빔 #3(1410c)을 사용하여 수신되고, 수신 빔 천이(1412d) 이후 네번째 512 샘플들(1408d)은 MS 수신 빔 #4(1410d)를 사용하여 수신된다. 각 512 샘플들(1408a,1408b,1408c,1408d)은 512-포인트 FFT를 거치게 된다.
상기 채널 지연 스프레드는 채널 측정을 통해 예측될 수 있다. 도시된 실시예에 따르면, 단말은 현재 채널에 대해 예측된 채널 지연 스프레드가 충분히 짧다면, 즉 상기 예측된 채널 지연 스프레드가 미리 정해지는 기준값 미만이라면, CP 구간(1404e)의 뒷부분 샘플들을 일부 활용하여 FFT로 입력함으로써, 빔 천이로 인해 낭비되는 샘플들을 보상하고, 총 4개의 빔들에 대한 탐색을 수행할 수 있다. 일 실시예로서, 단말은 3번의 빔 천이 시간이, CP 구간에서, 예측된 채널 지연 스프레드를 뺀 나머지 시간보다 더 짧다면, OFDM 심볼 구간의 시작으로부터 상기 채널 지연 스프레드 만큼 이후로부터의 샘플들(CP 구간의 일부 샘플들을 포함하는)을 활용하여 총 4번의 빔 측정을 수행하도록 결정할 수 있다.
도 15는 본 개시의 일 실시예에 따라 빔 탐색을 위해 사용될 수 있는 특수 서브프레임(special subframe)의 일 예를 도시한 것이다. 여기에서 특수 서브프레임 내에는 빔 탐색 효율을 최대화하기 위하여 CP 구간을 가지지 않은 구조로 기준 신호가 반복하여 나열되어 있다.
도 15를 참조하면, 하나의 프레임(1502)은 2ms의 길이를 가지며, 10개의 서브프레임들을 포함할 수 있다. 하나의 서브프레임(1504)은 200us의 길이를 가지며 2개의 슬롯들로 구성될 수 있다. 하나의 슬롯(1506)은 100us의 길이를 가지며, CP 구간 없이 30개의 서브 심볼들을 포함할 수 있다. 하나의 서브 심볼(1508)은 3.33us의 길이를 가지며, 512개의 샘플들을 포함할 수 있다. 각 샘플(1510)의 길이는 6.5ns가 된다. 빔 탐색을 위해 사용될 수 있는 기준 신호를 포함하도록 지정된 특수 서브프레임을 구성하는 60개의 서브 심볼들 내에서, 512 샘플들이 CP 구간 없이 반복된다.
도시한 특수 서브프레임(1504)는 CP의 오버헤드를 가지지 않기 때문에 하나의 서브프레임 구간 내에서 최대 개수의 빔 탐색을 허용할 수 있다. 상기한 특수 서브프레임(1504)은, 다른 서브프레임들처럼 12 서브캐리어들과, CP를 포함하는 14 심볼의 구조를 가지고 있지 않기 때문에, 다른 서브프레임과의 통일성이 없으며, 따라서 상기 특수 서브프레임(1504)를 통해 PDCCH (Physical Downlink Control Channel)나 PUCCH (Physical Uplink Control Channel) 같은 제어 정보를 전송하는 것이 불가능하다.
도 16은 본 개시의 일 실시예에 따라 빔 탐색을 위해 사용될 수 있는 특수 서브프레임에서의 자원 블록 구조를 도시한 것이다.
도 16을 참조하면, 빔 탐색을 위해 사용될 수 있는 기준 신호를 포함하도록 지정된 특수 서브프레임(1600)은 주파수 도메인에서 3개의 서브캐리어들(1610)을 포함하며, 시간 도메인에서 CP 없이 60개의 서브 심볼들(1615)을 포함한다. 특수 서브프레임(1600) 내에서 512 샘플들로 구성된 기준 신호의 시퀀스 패턴(1620)이 60번 반복되어 전송된다.
일 실시예로서, 기지국은 특수 서브프레임(1600) 동안 송신 빔을 고정하고, 단말은 특수 서브프레임(1600) 동안 수신 빔 스윕(1605)을 수행하면서, N개의 빔들을 통해 기준 신호를 수신할 수 있다.
일 실시예로서, 기지국은 특수 서브프레임(1600) 동안 소정 개수의 송신 빔들을 천이하면서 적용한다. 일 예로 기지국은 3 내지 30 개의 서브 심볼들마다 송신 빔을 변경할 수 있다. 마찬가지로 단말은 특수 서브프레임(1600) 동안 수신 빔 스윕을 수행하면서, N개의 빔들을 통해 기준 신호를 수신할 수 있다. 이때 송신 빔이 바뀌는 구간에서는 시간 도메인 상에서 약간의 타이밍 마진(timing margin)이 필요하므로, 기지국이 송신 빔을 변경할 때마다 약간의 오버헤드가 발생할 수 있다.
도 17은 본 개시의 일 실시예에 따라 빔 탐색을 위해 사용될 수 있는 서브프레임에서 제어 채널을 포함하는 자원 블록의 구조를 도시한 것이다.
도 17을 참조하면, 서브프레임(1700)은 기존 구조를 그대로 유지하기 위하여, CP를 포함한 14개 OFDM 심볼로 구성된다. 서브프레임(1700) 내의 처음 2 심볼들 동안에는 PDCCH(1720)과 DL DMRS(1722)가 전송될 수 있다. 다음 10개의 심볼 (1715) 동안에는 예를 들어 도 5와 같이 4개의 서브 심볼로 구성된 기준 신호가 매 심볼 구간 마다 10번 반복되어 전송되며, 총 40개의 기준 신호가 전송된다. 가드 구간(guide interval: GI)(1726)으로 사용되는 1 심볼 이후의 마지막 심볼은 PUCCH(1728)와 UL DMRS(1730)을 전송하는데 사용될 수 있다. 이러한 서브프레임 구조는 상황에 따라서 기준 신호들의 개수를 줄이고 늘리는 등의 가변이 가능하다.
도 16과 유사하게, 기지국은 서브프레임(1700)의 기준 신호가 전송되는 구간(1715) 동안 송신 빔을 고정하거나, 송신 빔 스윕을 수행할 수 있다. 단말은 서브프레임(1700)의 기준 신호가 전송되는 구간(1715) 동안 수신 빔 스윕(1705)을 수행하면서, N개의 빔들을 통해 기준 신호를 수신할 수 있다. 이와 같이, 서브프레임(1700)은 CP를 포함하는 14 심볼 구조의 일반 서브프레임과 유사한 전체 구조를 가지며, 내부의 유용 심볼(useful symbol) 구간(1715) 내에 4개의 반복 패턴을 가질 수 있다. 도시한 서브프레임 구조는 PDCCH나 PUCCH의 전송이 필요한 경우에도 기준 신호를 운반하는데 사용될 수 있다. 기준 신호가 전송되는 구간(1715)으로 할당될 수 있는 심볼들의 개수 및/또는 위치는 미리 정해지거나, 혹은 기지국으로부터의 상위 계층 시그널링에 의해 설정(configure)될 수 있다.
도 18은 본 개시의 일 실시예에 따라 빔 탐색을 위해 사용될 수 있는 특수 서브프레임에서의 빔 스윕을 설명하기 위한 도면이다.
도 18을 참조하면, 기지국은 최대 16개의 송신 빔들(1815)을 사용하고, 단말은 최대 32개의 수신 빔들(1825)을 사용하며, 하나의 프레임(1810) 내에서 기준 신호를 위한 하나의 특수 서브프레임(1820)이 지정된다. 특수 서브프레임(1820) 동안 단말은 모든 수신 빔들(1825)을 탐색할 수 있다. 기지국의 모든 송신 빔들(1815)과의 빔 조합들(beam pairs)을 전체 탐색(full search)하기 위해서, 단말은 16 x 32 개의 빔 조합들에 대한 채널 정보를 얻기 위해서 16개의 프레임들을 통해 기준 신호들을 수신할 필요가 있다. 따라서 단말이 모든 송신 빔들을 탐색하기 위해 필요한 주기는 16 프레임(1805)으로 정해지게 되며, 상기 주기 동안 단말은 모든 빔 조합들에 대해서 빔 탐색을 완료할 수 있다.
그런데 단말이 고속으로 이동하거나 사용자가 단말을 회전시키는 경우에는 빔 탐색에 보다 긴 시간이 소요되어, 상기 주기 동안에 충분한 빔 탐색이 이루어지지 않을 수 있다. 따라서 기지국이 다수의 송신 안테나들을 가지고 있을 때, 기지국은 단말의 빔 탐색 시간을 줄이기 위하여 송신 빔 전송 시나리오를 적절히 설계할 필요가 있다.
통상적으로 기지국의 다중 안테나들 사이의 거리는 기지국과 단말 사이의 거리와 비교하면 상대적으로 매우 가깝기 때문에, 인접한 서로 다른 안테나들이 동일한 송신 빔 방향을 향해 전송한 신호들은 단말에게 거의 동일한 신호 세기로 수신된다. 만약 SISO (single input single output)의 경우, 송신 빔의 선택은 수신 신호의 SNR (signal-to-noise ratio)에 기반하여 이루어지게 되므로, 단말은 단순히 가장 센 세기를 가지는 송신 빔의 방향을 선택하면 된다. 이는 SISO의 경우 송신 안테나 별로 송신 빔을 구별할 필요가 없다는 것을 의미한다.
반면 MIMO (multiple input multiple output) 의 경우, 단말은 가장 최적의 빔 조합을 선택하기 위하여, 기지국의 송신 안테나들 별로 모든 송신 빔들에 대해서 위상까지 고려한 채널 용량을 측정하여야 한다. 즉, 같은 송신 빔 방향이라고 하더라도 송신 안테나들 간의 위상 차에 의해 송신 안테나들 간에 채널 용량들이 차이를 가질 수 있기 때문에, 단말은 모든 송신 안테나 별로 모든 송신 빔들을 전체 탐색(full search)하여야 한다.
도 19는 본 개시의 일 실시예에 따라 적응적 빔 탐색 주기를 사용하는 기지국의 송신 빔 전송 시나리오를 설명하기 위한 도면이다.
도 19를 참조하면, 기지국은 4개의 송신 안테나를 가지고 있으며, 최대 16개의 송신 빔들을 사용할 수 있다. 단말이 기지국의 모든 송신 빔들을 탐색하는데 필요한 주기는 16 프레임(1910)으로, 여기에서는 슈퍼프레임(1905)으로 나타내었다. 기지국은 슈퍼프레임(1805) 내의 16 프레임들을 기지국의 송신 안테나 개수에 대응하는 4개의 프레임 그룹들로 나누고, 각 프레임 그룹 내에 16개의 모든 송신 빔들이 할당되도록 송신 빔 시퀀스를 설정한다.
구체적으로, 슈퍼프레임(1905)의 처음 4개의 프레임들 동안 기지국의 송신 안테나#0(1915)은 매 프레임 단위로 순차적으로 송신 빔#0, #1, #2, #3을 통해 기준 신호 시퀀스를 포함하는 신호를 전송하며, 다음 4개의 프레임들 동안 순차적으로 송신 빔#4, #5, #6, #7을 통해 기준 신호 시퀀스를 포함하는 신호를 전송하며, 다음 4개의 프레임들 동안 순차적으로 송신 빔#8, #9, #10, #11을 통해 기준 신호 시퀀스를 포함하는 신호를 전송하며, 마지막 4개의 프레임들 동안 순차적으로 송신 빔#12, #13, #14, #15를 통해 기준 신호 시퀀스를 포함하는 신호를 전송한다.
슈퍼프레임(1905)의 처음 4개의 프레임들 동안 기지국의 송신 안테나#1(1920)은 매 프레임 단위로 순차적으로 송신 빔#4, #5, #6, #7을 통해 기준 신호 시퀀스를 포함하는 신호를 전송하며, 다음 4개의 프레임들 동안 순차적으로 송신 빔#8, #9, #10, #11을 통해 기준 신호 시퀀스를 포함하는 신호를 전송하며, 다음 4개의 프레임들 동안 순차적으로 송신 빔#12, #13, #14, #15를 통해 기준 신호 시퀀스를 포함하는 신호를 전송하며, 마지막 4개의 프레임들 동안 순차적으로 송신 빔#0, #1, #2, #3을 통해 기준 신호 시퀀스를 포함하는 신호를 전송한다.
마찬가지로, 슈퍼프레임(1905)의 각 프레임 동안 기지국의 송신 안테나#1,#2(1925,1930)은 다른 송신 안테나들(1915,1920)과는 다른 송신 빔을 통해 신호를 전송한다.
각 프레임 내에서 기준 신호의 전송을 위해 지정된 서브프레임(1935) 동안 단말은 단말의 수신 빔들(1940)을 변경하면서 기지국으로부터의 신호를 수신한다. 단말은 기지국의 송신 빔 시퀀스에 따라 단말의 빔 탐색 주기를 적응적으로 설정하고, 16 프레임들 동안 기지국으로부터의 신호를 수신함으로써 모든 송신 빔들에 대한 빔 조합들을 탐색할 수 있다;.
일 실시예로서, 단말이 고속 이동중인 경우 시간에 따른 채널의 변화가 크기 때문에 안정적인 MIMO 전송이 어렵고 따라서 일반적으로 SISO 전송만을 고려하게 된다. 이 경우 최적의 빔 조합이 빠르게 바뀔 가능성이 높기 때문에, 단말은 최대한 빠른 주기로 빔 탐색을 수행할 필요가 있다. SISO 전송 만을 고려하는 경우 수신 신호의 신호 세기 만이 중요하기 때문에, 단말은 반드시 동일한 송신 안테나에서 전송된 빔들을 수신할 필요가 없으며, 인접한 서로 다른 송신 안테나들에서 전송한 빔들에 대해서 채널 정보를 측정하더라도 동일한 송신 안테나인 경우와 동일한 측정 결과를 얻을 수 있다.
따라서 SISO 전송인 경우, 단말은 도 19의 (1)과 같이 하나의 프레임 그룹 내에서 송신 안테나들의 구분 없이 빔 탐색을 수행할 수 있다. 하나의 프레임 그룹은 모든 송신 빔들을 포함하기 때문에 SISO의 경우 단말은 전체 탐색(full search)이 가능하다. 결과적으로 빔 탐색 주기를 1/4로 감소시키면서, 이동 시에 안정적인 통신이 가능할 수 있다. 본 개시에서는 이러한 동작을 고속 탐색 모드(fast search mode)로 정의한다.
일 실시예로서, 단말이 저속 이동 중인 경우 MIMO 전송을 고려할 수 있다. MIMO 전송의 경우, 단말은 각 빔의 신호 세기 뿐만 아니라 위상 정보를 포함하는 채널 용량을 측정하는 것이 중요하다. 따라서 단말은 모든 송신 안테나들에서 송출되는 동일 빔 방향의 송신 빔들을 고려해서 안테나 다이버시티를 얻어야 MIMO 전송 가능성을 최대화 할 수 있다. 따라서 MIMO 전송인 경우, 단말은 도 19의 (2)와 같이, 모든 송신 안테나들의 모든 송신 빔들에 대한 신호를 수신하여 빔 탐색을 수행한다. 본 개시에서는 이러한 동작을 전체 탐색 모드(full search mode)로 정의한다.
도 20은 본 개시의 일 실시예에 따라 단말의 적응적 빔 탐색 주기를 설명하기 위한 도면이다.
도 20을 참조하면, 단말#0(2015)은 고속으로 이동하면서 SISO 전송을 수행하는 경우, 고속 탐색 모드로 동작할 것으로 결정한다. 그러면 단말#0(2015)은 4개의 프레임들에 해당하는 8ms 동안 기지국(2005)의 송신 안테나들#0, #1, #2, #3 (2010,2015,2020,2025)로부터 모든 송신 빔들을 통해 송출되는 신호들을 단말#0(2015)의 수신 빔(2015a)를 사용하여 수신하고, 수신된 신호들을 기반으로 모든 송수신 빔 조합들에 대한 채널 정보를 측정한다.
단말#1(2020) 및 단말#2(2025)은 저속으로 이동하면서 MISO 전송을 수행하는 경우, 전체 탐색 모드로 동작할 것으로 결정한다. 그러면 단말#1(2020) 및 단말#2(2025)은 16개의 프레임들에 해당하는 32ms 동안 기지국(2005)의 송신 안테나들#0, #1, #2, #3 (2010,2015,2020,2025)로부터 모든 송신 빔들을 통해 송출되는 신호들을 단말#1(2020) 및 단말#2(2025)의 수신 빔들(2020a, 2025a)를 사용하여 수신하고, 수신된 신호들을 기반으로 모든 송수신 빔 조합들에 대한 채널 정보를 측정한다.
이와 같이 기지국과 단말이 최대한 서로 다른 빔 방향들로 전송하는 방법은 부가적으로 단말 수신기의 다이나믹 레인지(dynamic range)를 감소시키는 영향을 얻을 수 있다. 이는 송신 안테나들이 같은 빔 방향으로 신호들을 송출하게 되면 강한 신호들끼리 서로 합쳐져서 전체적으로 신호 세기들의 편차가 커지지만, 앞서 설명한 실시예와 같이 인접한 송신 안테나들 간에 빔 방향들을 최대한 멀리 띄워서 신호들을 송출하게 되면, 강한 신호와 약한 신호가 합쳐져서 들어오는 경우가 많아 결과적으로 신호 세기들의 편차가 적어지기 때문이다.
도 21은 본 개시의 일 실시예에 따른 단말의 빔 측정을 위한 타이밍 도(timing diagram)를 도시한 것이다. 도시된 예에서 기준 신호를 포함하도록 지정된 특수 서브프레임 상에서 60개의 반복된 패턴들이 존재하는 경우를 설명한다.
도 21을 참조하면, 기준 신호를 포함하도록 지정된 특수 서브프레임(2105)은 60개의 서브 심볼들로 구성되며, 기지국은 60개의 서브 심볼들 동안 고정된 송신 빔(2110)을 사용한다.
단말은 특수 서브프레임(2105)의 처음 t0 시간(2120) 동안 빔 측정을 수행하지 않는다. 상기 t0 시간(2120)은 기지국들간의 GPS 동기 차이 및 전파 지연(propagation delay) 차이에 의하여 발생하는 기지국 신호들간 시간 차이를 극복하기 위해서 사용하는 미리 정해지는 가드 구간(GI)이다. 일 실시예로서 상기 t0 시간(2120)은 기지국의 GPS 옵셋과 셀 전파 지연 차이의 합으로서 계산될 수 있다.
다음 t1 시간(2125)은 단말이 수신 신호에 대해 FFT를 수행하여 주파수 도메인 상에서 빔 측정을 수행하는 빔 측정 심볼 구간이다. 상기 t1 시간(2125)은 기준 신호 시퀀스의 할당 및 배치에 따라, 일 예로서 OFDM 심볼의 2048 샘플들의 1/4인 512 샘플들의 길이를 가질 수 있다. 다음 t2 시간(2130)은 단말이 수신 빔 천이를 수행하는 빔 천이 시간으로 실제 수신에서 사용할 수 없는 부분이다. 일 실시예로서 t2 시간(2130)은 단말의 RF 유닛의 특성에 따라 정해지는 빔 천이 시간과 타이밍 마진의 합으로서 계산될 수 있다. 이후에는 단말은 t1 및 t2 구간(2125,2130)을 계속 반복하여 빔 측정을 연속하여 수행한다.
마지막 t3 시간(2135)은 인접한 기지국의 신호가 먼저 수신되는 경우에 발생하는 간섭 문제를 막기 위하여 사용하는 미리 정해지는 가드 구간이다. 일 실시예로서 t3 시간(2135)은 기지국의 GPS 옵셋과 핸드오버 임계값 옵셋의 합으로서 계산될 수 있다.
하기의 <표 1>은 본 개시의 일 실시예에 따라 단말에서 빔 측정의 수행시 필요한 파라미터들을 예시한 것이다.
Parameters Description
t0 Pre-GI (BS GPS offset + Cell propagation delay difference)
t1 BM symbol period
t2 MS RF beam transition time + timing margin
t3 Post-GI (BS GPS offset + Handover threshold offset)
도 22는 본 개시의 일 실시예에 따른 아날로그 빔포밍 시스템의 멀티셀 환경을 예시한 것이다.
도 22를 참조하면, 예시된 멀티셀 환경에서 각 기지국(2202,2204,2206)은 3개의 섹터들로 구분되는 자신의 셀을 커버하기 위해 자신의 송신 빔들(2212,2214,2216)을 통해 신호들을 송신할 수 있다. 단말(2210)은 3개의 기지국들(2202,2204,2206)로부터의 송신 빔들(2212,2214,2216)을 통해 송출되는 신호들을 수신할 수 있다. 도시한 바와 같이 복수의 기지국들(2202,2204,2206)들로부터 영향받는 경우, 단말(2210)은 기지국들(2202,2204,2206)의 신호들을 구분하여 빔 탐색을 수행할 필요가 있다.
각 기지국이 송신 빔을 스윕할 때, 2번 연속으로 같은 송신 빔들을 사용하지 않으면, 단말이 측정하는 기지국이 하나의 송신 빔을 사용하는 동안 다른 기지국에서 송신 빔 전환이 발생하게 되어, 기지국의 신호들간 직교성(orthogonality)이 깨지게 된다. 따라서 이로 인하여 빔 측정의 효율이 절반으로 감소할 수 있다.
도 23은 본 개시의 일 실시예에 따른 멀티셀 환경에서 기지국의 송신 빔 스윕을 설명하기 위한 도면이다.
도 23을 참조하면, 서빙 셀(2305)은 단말이 측정하고자 하는 기지국#0의 섹터#0이고, 인접 셀(2315)은 기지국#1의 섹터#1이며, 인접 셀(2325)는 기지국#2의 섹터#2이다. 각 셀(2305,2315,2325)은 각자의 특수 서브프레임(2310,2320,2330) 동안 송신 빔들을 매 서브 심볼마다 전환하면서 기준 신호를 송출할 수 있다. 셀들(2305,2315,2325)의 신호들 간에 전파 지연 차이(2315a,2325a)가 존재하며, 이에 따라 셀들(2305,2315,2325)로부터 송출되는 기준 신호들은 시간 차이를 가지고 단말(2340)에 도달된다. 단말(2340)이 수신 빔(2345)을 고정하고 상기 기준 신호들을 수신하더라도, 단말(2340)이 측정하는 각 빔 조합에 대한 채널 정보는 오류를 가지게 될 수 있다.
도 24는 본 개시의 일 실시예에 따른 멀티셀 환경에서 단말의 수신 빔 스윕을 설명하기 위한 도면이다.
도 24을 참조하면, 서빙 셀(2405)은 단말이 측정하고자 하는 기지국#0의 섹터#0이고, 인접 셀(2415)은 기지국#1의 섹터#1이며, 인접 셀(2425)는 기지국#2의 섹터#2이다. 각 셀(2405,2415,2425)은 각자의 특수 서브프레임(2410,2420,2430) 동안 고정된 하나의 송신 빔을 통해 기준 신호를 송출할 수 있다. 셀들(2405,2415,2425)의 신호들 간에 전파 지연 차이(2415a,2425a)가 존재하며, 이에 따라 셀들(2405,2415,2425)로부터 송출되는 기준 신호들은 시간 차이를 가지고 단말(2440)에 도달된다. 단말(2440)은 특수 서브프레임(2410)의 처음 t0 시간(2440a) 동안 빔 측정을 수행하지 않으며, t0 시간(2440a) 이후로부터 수신 빔들(2445)을 서브 심볼 단위로 전환하면서 상기 기준 신호들을 수신한다. 상기 기준 신호들에 대한 채널 측정을 기반으로, 단말(2440)은 각 셀(2405,2415,2425)의 고정된 송신 빔과, 단말(2440)의 수신 빔들의 빔 조합들에 대한 채널 정보를 획득할 수 있다. 상기 t0 시간(2440a)은 미리 측정된 채널 지연 스프레드와 인접한 기지국들 간의 도달 시간 차이에 대응하는 타이밍 마진의 합보다 적어도 크도록 정해질 수 있다. 상기 타이밍 마진은 단말이 주변 기지국들로부터의 신호들에 대한 도달 시간 차이를 측정함으로써 획득될 수 있다.
이상과 같이 멀티 셀 환경에서 기지국들의 송신 빔을 하나의 서브프레임 내에서 고정하고 단말에서 수신 빔 스윕을 수행함으로써, 단일 셀 환경과 동일하게 단말에서 최소한의 빔 천이 시간 만을 기다리면서 빠르게 빔 측정을 수행할 수가 있다.
기지국의 신호들 간의 직교성을 확보하고 간섭을 최소화하기 위해서, 일 실시예로서 기지국들은 서로간에 주파주 도메인 상에서 기지국 신호들이 겹치지 않도록 서로 다른 주파수 대역들을 사용하여 FDM(frequency division multiplex) 방식으로 전송하거나, 혹은 기지국들이 ZC(Zadoff-Chu)시퀀스나 골드 시퀀스(gold sequence) 등과 같은 직교 코드로 구성된 기준 신호를 사용할 수 있다.
이상의 실시예들은 하향링크에 대하여 설명하였으나, 상향링크 측정을 위한 경우에도 이와 유사한 방법을 사용할 수 있을 것이다.
도 25는 본 개시의 일 실시예에 따라 빔 탐색을 위한 기준 신호를 기지국 동기화를 위해 사용하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 25를 참조하면, 기지국은 기준 신호를 포함하도록 지정된 OFDM 심볼(2502)의 시간 도메인 신호(2504) 내의 4개의 서브심볼 구간들에서 동일한 패턴들(2504a,2504b,2504c,2504d)을 4번 반복하여 전송한다. OFDM 심볼(2502)의 처음 구간에서는 CP(2504e)가 전송된다. 참조번호 2506과 2508은 단말에서 수신한 기준 신호를 시간 도메인과 주파수 도메인에서 나타낸 것이다. 단말은 필요에 따라, 빔 탐색을 위한 상기 기준 신호, 즉 BRS/BRRS를 이용하여 기지국과의 동기를 맞출 수 있다.
상기 OFDM 심볼(2502)의 구간 동안 단말은 수신 빔을 바꾸지 않고 고정된 하나의 수신 빔(2510)을 사용하여(가능한 최적 수신 빔 방향으로) 신호를 수신하게 되면, 기지국에서 전송하는 동일한 패턴의 신호들을 최대 4번 연속해서 획득할 수 있게 된다.
상기 획득한 신호들 간의 위상 차를 이용하여 단말은 기지국과 단말 사이의 OSC (Oscillator) 편차에 의한 CFO (Carrier Frequency Offset) 혹은 SFO (Sampling Frequency Offset) 을 측정할 수 있다. 즉, 전 주파수 대역의 위상 차이로부터 CFO를 추정하고, 주파수 대역의 위상 기울기로 SFO를 추정할 수 있다.
도 26은 본 개시의 일 실시예에 따라 반복된 신호들을 이용한 주파수 옵셋의 측정을 설명하기 위한 도면이다.
도 26을 참조하면, 단말은 첫번째 FFT에 의해 획득한 신호(2605)와 두번째 FFT에 의해 획득한 신호(2610) 간의 위상 차이(2615)를 계산하고, 상기 위상 차이(2615)를 기반으로 CFO 및 SFO를 계산할 수 있다.
단말은 기준 신호를 사용하여 빔 탐색을 수행할 지 혹은 동기화를 수행할지를 결정할 수 있다.
이상의 실시예들에서는 기지국이 단말에게 빔 탐색을 위한 기준 신호를 제공하는 것을 설명하였으나, 반대로 단말이 기지국에 기준 신호를 제공하는 경우에도 동일한 방법을 적용할 수 있을 것이다.
상술한 실시예들은 아날로그 빔포밍 시스템에서 효율적인 빔 탐색을 가능하게 하는 기준 신호의 생성 방안과 효율적인 빔 운영 방안을 제공한다. 상술한 실시예들을 통해 기지국이 다중 안테나를 가지는 경우 단말에서 빔 탐색 구간을 적응적으로 운영하는 것이 가능하며, 상기 기준 신호를 고정된 수신 빔을 사용하여 수신함으로써 단말에서 기지국과의 동기를 맞추는 용도로 활용할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들은 특정 관점에서 컴퓨터 리드 가능 기록 매체(computer readable recording medium)에서 컴퓨터 리드 가능 코드(computer readable code)로서 구현될 수 있다. 컴퓨터 리드 가능 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의해 리드될 수 있는 데이터를 저장할 수 있는 임의의 데이터 저장 디바이스이다. 컴퓨터 리드 가능 기록 매체의 예들은 읽기 전용 메모리(read only memory: ROM: ROM)와, 랜덤-접속 메모리(random access memory: RAM: 'RAM)와, 컴팩트 디스크- 리드 온니 메모리(compact disk-read only memory: CD-ROM)들과, 마그네틱 테이프(magnetic tape)들과, 플로피 디스크(floppy disk)들과, 광 데이터 저장 디바이스들, 및 캐리어 웨이브(carrier wave)들(인터넷을 통한 데이터 송신 등)을 포함할 수 있다. 컴퓨터 리드 가능 기록 매체는 또한 네트워크 연결된 컴퓨터 시스템들을 통해 분산될 수 있고, 따라서 컴퓨터 리드 가능 코드는 분산 방식으로 저장 및 실행된다. 또한, 본 개시의 다양한 실시예들을 성취하기 위한 기능적 프로그램들, 코드, 및 코드 세그먼트(segment)들은 본 개시가 적용되는 분야에서 숙련된 프로그래머들에 의해 쉽게 해석될 수 있다.
또한 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 장치 및 방법은 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 조합의 형태로 실현 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다. 이러한 소프트웨어는 예를 들어, 삭제 가능 또는 재기록 가능 여부와 상관없이, ROM 등의 저장 장치와 같은 휘발성 또는 비휘발성 저장 장치, 또는 예를 들어, RAM, 메모리 칩, 장치 또는 집적 회로와 같은 메모리, 또는 예를 들어 콤팩트 디스크(compact disk: CD), DVD, 자기 디스크 또는 자기 테이프 등과 같은 광학 또는 자기적으로 기록 가능함과 동시에 기계(예를 들어, 컴퓨터)로 읽을 수 있는 저장 매체에 저장될 수 있다. 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 방법은 제어부 및 메모리를 포함하는 컴퓨터 또는 휴대 단말에 의해 구현될 수 있고, 이러한 메모리는 본 개시의 실시예들을 구현하는 명령들을 포함하는 프로그램 또는 프로그램들을 저장하기에 적합한 기계로 읽을 수 있는 저장 매체의 한 예임을 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 개시는 본 명세서의 청구항에 기재된 장치 또는 방법을 구현하기 위한 코드를 포함하는 프로그램 및 이러한 프로그램을 저장하는 기계(컴퓨터 등)로 읽을 수 있는 저장 매체를 포함한다. 또한, 이러한 프로그램은 유선 또는 무선 연결을 통해 전달되는 통신 신호와 같은 임의의 매체를 통해 전자적으로 이송될 수 있고, 본 개시는 이와 균등한 것을 적절하게 포함한다
또한 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 장치는 유선 또는 무선으로 연결되는 프로그램 제공 장치로부터 프로그램을 수신하여 저장할 수 있다. 프로그램 제공 장치는 프로그램 처리 장치가 기 설정된 컨텐츠 보호 방법을 수행하도록 하는 지시들을 포함하는 프로그램, 컨텐츠 보호 방법에 필요한 정보 등을 저장하기 위한 메모리와, 그래픽 처리 장치와의 유선 또는 무선 통신을 수행하기 위한 통신부와, 그래픽 처리 장치의 요청 또는 자동으로 해당 프로그램을 송수신 장치로 전송하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 명세서와 도면에 개시된 본 개시의 실시 예들은 본 개시의 기술 내용을 쉽게 설명하고, 본 개시의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 개시의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 또한 앞서 설명된 본 개시에 따른 실시예들은 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

Claims (17)

  1. 빔포밍 통신 시스템에서 기준 신호를 송신하는 방법에 있어서,
    빔 탐색을 위해 사용될 수 있는 기준 신호를 위한 기준 신호 시퀀스를 생성하는 과정과,
    상기 기준 신호 시퀀스를, 상기 기준 신호의 전송을 위해 사용될 수 있는 자원 엘리먼트들 중 주파수 도메인 상에서 미리 정해지는 동일 서브캐리어 간격을 가지는 자원 엘리먼트들에 대응하는 변조 심볼들에 매핑하는 과정과,
    상기 변조 심볼들을 포함하는 OFDM(orthogonal frequency division multiplex) 심볼 신호를 생성하는 과정과, 여기서 상기 OFDM 심볼 신호는 시간 도메인에서 동일한 시퀀스 패턴이 소정 서브심볼 구간의 주기로 소정 횟수만큼 반복되도록 구성되고,
    상기 OFDM 심볼 신호를 기지국에 의해 사용될 수 있는 송신 빔들 중 미리 정해지는 적어도 하나의 송신 빔을 사용하여 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 송신 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전송하는 과정은,
    상기 OFDM 심볼 신호를 미리 정해지는 빔 탐색 주기 동안 고정된 하나의 송신 빔을 통해 전송하는 것을 특징으로 하는 송신 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 기준 신호 시퀀스는,
    기지국의 셀 ID, 서브프레임 인덱스, 슬롯 번호 중 적어도 하나를 사용하여 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 기준 신호의 전송에 사용되는 자원 위치와 송신 빔의 방향 중 적어도 하나를 나타내는 구성 정보를 제어 정보 혹은 상위 계층 시그널링을 통해 전송하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 송신 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 전송하는 과정은,
    복수의 송신 안테나들을 통해 서로 다른 송신 빔들을 사용하여 상기 OFDM 심볼 신호를 전송하며,
    미리 정해지는 빔 탐색 주기 동안 상기 각 송신 안테나는 모든 송신 빔들을 순차적으로 사용하여 상기 OFDM 심볼 신호를 전송하도록 구성됨을 특징으로 하는 송신 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 전송하는 과정은,
    인접한 다른 기지국들과는 상이한 주파수 대역 혹은 상이한 직교 코드를 사용하여 상기 OFDM 심볼 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 송신 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 기준 신호 시퀀스는 하기의 수학식에 의해 정의되며,
    Figure PCTKR2016012546-appb-I000005
    상기 기준 신호 시퀀스는 하기의 수학식에 따른 변조 심볼에 매핑되는 것을 특징으로 하는 송신 방법.
    Figure PCTKR2016012546-appb-I000006
    여기서 k와 l은 각각 주파수 도메인과 시간 도메인의 인덱스들을 의미하며, p와 ns는 각각 안테나 포트 번호와 슬롯 번호를 의미하며,
    Figure PCTKR2016012546-appb-I000007
    와
    Figure PCTKR2016012546-appb-I000008
    는 셀 ID 및 하향링크 자원 블록(resource blocks: RBs)의 개수를 의미하며,
    Figure PCTKR2016012546-appb-I000009
    는 m번째 기준 신호 시퀀스이고,
    Figure PCTKR2016012546-appb-I000010
    는 k번째 서브캐리어에 실리는 변조 심볼을 의미함.
  8. 빔포밍 통신 시스템에서 기준 신호를 수신하는 방법에 있어서,
    기준 신호를 포함하는 OFDM 심볼 신호를, 미리 지정된 서브심볼 구간들마다 복수의 수신 빔들을 순차적으로 사용하여 수신하는 과정과, 여기서 상기 OFDM 심볼 신호는 시간 도메인에서 동일한 시퀀스 패턴이 소정 서브심볼 구간의 주기로 소정 횟수만큼 반복되도록 구성되고,
    상기 OFDM 심볼 신호 중 상기 서브심볼 구간들의 신호들에 대해 FFT(fast fourier transform) 동작들을 수행하는 과정과,
    상기 FFT 동작들을 통해 획득한 신호들을 이용하여 상기 복수의 수신 빔들에 대응하는 채널 정보를 생성하는 과정과,
    상기 채널 정보를 이용하여 상기 수신 빔들 중 선호 수신 빔을 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 수신 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 OFDM 심볼 신호는 기지국의 고정된 하나의 송신 빔을 사용하여 전송되는 것을 특징으로 하는 수신 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 기준 신호의 전송에 사용되는 자원 위치와 송신 빔의 방향 중 적어도 하나를 나타내는 구성 정보를 제어 정보 혹은 상위 계층 시그널링을 통해 기지국으로부터 수신하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 수신 방법.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 수신하는 과정은,
    상기 OFDM 심볼 신호 중, 시간 도메인 상에서 미리 정해지는 순환 프리픽스(CP) 구간 혹은 적어도 미리 측정된 채널 지연 스프레드에 해당하는 구간 만큼 이후로부터 시작하는 제1 서브심볼 구간의 신호를 제1 수신 빔을 사용하여 수신하는 과정과,
    상기 제1 서브심볼 구간으로부터 적어도 빔 천이 시간 만큼 이후의 제2 서브심볼 구간의 신호를 제2 수신 빔을 사용하여 수신하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 수신 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 FFT 동작들을 수행하는 과정은,
    상기 각 서브심볼 구간의 신호에 포함되는 샘플들에 대하여 FFT를 수행하고, 상기 FFT 동작을 통해 획득한 신호에 대해 위상 보정을 수행하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 수신 방법.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 제1 서브심볼 구간은,
    상기 OFDM 심볼 신호 중, 상기 미리 측정된 채널 지연 스프레드와 인접한 기지국들 간의 도달 시간 차이에 대응하는 타이밍 마진의 합만큼 이후로부터 시작되도록 정해지는 것을 특징으로 하는 수신 방법.
  14. 제 8 항에 있어서,
    기지국은 빔 탐색 주기를 상기 기지국의 송신 안테나들의 개수에 대응하는 복수의 프레임 그룹들로 분할하며, 각 프레임 그룹 내에서 상기 송신 안테나들에 의해 상기 기지국의 모든 송신 빔들을 통해 상기 OFDM 심볼 신호를 전송하며,
    단말이 SISO(single input single output) 모드로 동작하는 경우, 상기 단말이 상기 복수의 프레임 그룹들 중 하나의 프레임 그룹동안 상기 OFDM 심볼 신호를 수신하여 고속 단일 빔 탐색을 수행하는 과정과,
    상기 단말이 MIMO(multiple input multiple output) 모드로 동작하는 경우, 상기 단말이 상기 복수의 프레임 그룹들 동안 상기 OFDM 심볼 신호를 수신하여 상기 복수의 송신 빔들에 대한 전체 빔 탐색을 수행하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수신 방법.
  15. 제 8 항에 있어서, 상기 OFDM 심볼 신호를 고정된 하나의 수신 빔을 사용하여 수신하는 과정과,
    상기 고정된 하나의 수신 빔을 사용하여 수신된 상기 OFDM 심볼 신호를 이용하여 기지국과의 동기화를 수행하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수신 방법.
  16. 빔포밍 통신 시스템에서 기준 신호를 송신하는 기지국 내의 장치에 있어서,
    빔 탐색을 위해 사용될 수 있는 기준 신호를 위한 기준 신호 시퀀스를 생성하고, 상기 기준 신호 시퀀스를, 상기 기준 신호의 전송을 위해 사용될 수 있는 자원 엘리먼트들 중 주파수 도메인 상에서 미리 정해지는 동일 서브캐리어 간격을 가지는 자원 엘리먼트들에 대응하는 변조 심볼들에 매핑하며, 상기 변조 심볼들을 포함하는 OFDM(orthogonal frequency division multiplex) 심볼 신호를 생성하는 기저대역 송신기와, 여기서 상기 OFDM 심볼 신호는 시간 도메인에서 동일한 시퀀스 패턴이 소정 서브심볼 구간의 주기로 소정 횟수만큼 반복되도록 구성되고,
    상기 OFDM 심볼 신호를 기지국에 의해 사용될 수 있는 송신 빔들 중 미리 정해지는 적어도 하나의 송신 빔을 사용하여 전송하는 RF(radio frequency) 송신 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 빔포밍 통신 시스템에서 기준 신호를 수신하는 단말 내의 장치에 있어서,
    기준 신호를 포함하는 OFDM 심볼 신호를, 미리 지정된 서브심볼 구간들마다 복수의 수신 빔들을 순차적으로 사용하여 수신하는 RF 수신 유닛과, 여기서 상기 OFDM 심볼 신호는 시간 도메인에서 동일한 시퀀스 패턴이 소정 서브심볼 구간의 주기로 소정 횟수만큼 반복되도록 구성되고,
    상기 OFDM 심볼 신호 중 상기 서브심볼 구간들의 신호들에 대해 각각 FFT(fast fourier transform) 동작들을 수행하고, 상기 FFT 동작들을 통해 획득한 신호들을 이용하여 상기 복수의 수신 빔들에 대응하는 채널 정보를 생성하고, 상기 채널 정보를 이용하여 상기 수신 빔들 중 선호 수신 빔을 선택하는 기저대역 수신기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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