WO2017086554A1 - 무선통신 시스템에서 tdd 프레임을 이용하여 통신을 수행하는 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

무선통신 시스템에서 tdd 프레임을 이용하여 통신을 수행하는 방법 및 이를 위한 장치 Download PDF

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WO2017086554A1
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이호재
이상림
노광석
김동규
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엘지전자 주식회사
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    • H04W72/0446—Resources in time domain, e.g. slots or frames

Definitions

  • the present invention relates to wireless communication, and more particularly, to a method and apparatus for performing communication using a TDD frame in a wireless communication system.
  • the 3GPP LTE 3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution (LTE) system is designed as a frame structure with a 1ms transmission time interval (TTI), and the data request delay time is 10ms for video applications.
  • TTI transmission time interval
  • future 5G technologies will require lower latency data transmissions with the emergence of new applications such as real-time control and tactile internet, and 5G data demand latency will be lowered to 1ms. It is expected.
  • 5G aims to provide about 10 times less data delay than before.
  • 5G communication system requires a new frame structure, but it has not been proposed yet.
  • An object of the present invention is to provide a method for a terminal to perform communication using a TDD frame in a wireless communication system.
  • Another object of the present invention is to provide a terminal for performing communication using a TDD frame in a wireless communication system.
  • a method in which a user equipment performs communication using a TDD frame in a wireless communication system includes receiving a synchronization signal (Synchronization Signal, SS) in one symbol of a first subframe of the TDD frame step; And transmitting uplink control information through an uplink control zone including at least one last symbol in the first subframe.
  • the method may further include receiving downlink control information in at least one start symbol except for the one symbol in the first subframe.
  • the preceding symbol of the uplink control zone may be configured as a guard period.
  • the method may further include receiving system information (SI) in a first symbol of each of the at least one subframe subsequent to the first subframe.
  • the first subframe may be an earlier subframe in the time domain in the TDD frame.
  • the SS may be received in the first symbol of the first subframe on the time domain.
  • the SS when the downlink control information is received in the first symbol of the first subframe, the SS may be received in the second symbol of the first subframe.
  • the method may further include receiving an SS.
  • the method includes performing channel estimation based on the received SS; Performing channel equalization based on the channel estimate; And blindly detecting a sequence applied to the RS of the symbol on which the SI is transmitted.
  • the second subframe may be a continuous subframe following the first subframe in the time domain. At least one subframe subsequent to the first subframe may include four consecutive subframes.
  • a terminal for performing communication using a TDD frame in a wireless communication system the receiver; transmitter; And a processor, wherein the processor is configured to control the receiver to receive a synchronization signal (SS) in one symbol of a first subframe of the TDD frame, wherein the processor is further configured to cause the transmitter to receive the first subframe.
  • the processor controls the receiver to receive downlink control information in at least one start symbol except for the one symbol in the first subframe.
  • the processor controls the receiver to receive system information (SI) in the first symbol of each of the at least one subframe following the first subframe.
  • SI system information
  • the processor may control the receiver to receive the SS in the first symbol of the first subframe on the time domain.
  • the downlink synchronization and SI transmission scheme according to the TDD new frame structure proposed in the present invention has an advantage of minimizing system throughput loss without compromising the DL / UL flexibility of the self-contained frame structure.
  • the frame structure according to the proposal provided by the present invention can achieve 5G service requirement Low latency, that is, OTA (w / initiation) ⁇ 1ms, and at the same time can support the asymmetry of DL / UL traffic as efficiently as possible. Provide DL / UL flexibility.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a base station 105 and a terminal 110 in a wireless communication system 100.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining correlation with IMT 2020 core performance requirements for 5G and 5G performance requirements for each service scenario.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an LTE / LTE-A frame structure.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of an FDD / TDD frame structure in an LTE / LTE-A system.
  • FIG. 5 is a diagram exemplarily illustrating a self-contained subframe structure.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a HARQ procedure when an uplink resource allocation of a data zone is directly received.
  • FIG. 7 illustrates a HARQ procedure when a UL resource of a data zone is not directly received.
  • FIG. 8 is a diagram showing a new frame structure according to the proposal 1-1 of the present invention.
  • 9 is an exemplary diagram for describing a case where a downlink transmission time and an uplink transmission time overlap.
  • FIG. 10 is a diagram for one example of inconsistency between DL and UL data symbol boundaries in a data zone at a base station.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an RF structure of a base transceiver station.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a frame structure time-frequency resource in a TDD carrier.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an example of time-frequency resources of a frame structure in an FDD carrier.
  • FIG. 14 is a diagram conceptually illustrating an allocation area of SS / SI of a TDD new frame structure proposed in the present invention.
  • 15 is a diagram illustrating a synchronization procedure and SS decoding procedure proposed in the present invention.
  • FIG. 16 is a diagram exemplarily illustrating SS and SI allocation in a TDD new frame structure proposed in the present invention.
  • FIG. 16 is a diagram exemplarily illustrating SS and SI allocation in a TDD new frame structure proposed in the present invention.
  • 17 is a diagram illustrating an example of a system in which two SSs and one SI are transmitted in one frame in the TDD new frame structure proposed by the present invention.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating a method of transmitting SS and SS when an RS for a control zone should be located in a first symbol in a system in which two SSs and one SI are transmitted in one frame of a TDD new frame structure proposed by the present invention. An example is shown.
  • a terminal collectively refers to a mobile or fixed user terminal device such as a user equipment (UE), a mobile station (MS), an advanced mobile station (AMS), and the like.
  • the base station collectively refers to any node of the network side that communicates with the terminal such as a Node B, an eNode B, a Base Station, and an Access Point (AP).
  • UE user equipment
  • MS mobile station
  • AMS advanced mobile station
  • AP Access Point
  • a user equipment may receive information from a base station through downlink, and the terminal may also transmit information through uplink.
  • the information transmitted or received by the terminal includes data and various control information, and various physical channels exist according to the type and purpose of the information transmitted or received by the terminal.
  • CDMA code division multiple access
  • FDMA frequency division multiple access
  • TDMA time division multiple access
  • OFDMA orthogonal frequency division multiple access
  • SC-FDMA single carrier frequency division multiple access
  • CDMA may be implemented with a radio technology such as Universal Terrestrial Radio Access (UTRA) or CDMA2000.
  • TDMA may be implemented with wireless technologies such as Global System for Mobile communications (GSM) / General Packet Radio Service (GPRS) / Enhanced Data Rates for GSM Evolution (EDGE).
  • GSM Global System for Mobile communications
  • GPRS General Packet Radio Service
  • EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution
  • OFDMA may be implemented in a wireless technology such as IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802-20, Evolved UTRA (E-UTRA).
  • UTRA is part of the Universal Mobile Telecommunications System (UMTS).
  • 3rd Generation Partnership Project (3GPP) long term evolution (LTE) employs OFDMA in downlink and SC-FDMA in uplink as part of Evolved UMTS (E-UMTS) using E-UTRA.
  • LTE-A Advanced is an evolution of 3GPP LTE.
  • the transmission from the base station to the terminal is referred to as downlink transmission and the transmission from the terminal to the base station are collectively referred to as uplink transmission.
  • a method of dividing the radio resources between the downlink transmission and the uplink transmission is defined as a duplex, and when a frequency band is divided into a downlink transmission band and an uplink transmission band and bi-directionally transmitted and received, a frequency division duplex (Frequency Division Duplex) FDD).
  • FDD Frequency Division Duplex
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a base station 105 and a terminal 110 in a wireless communication system 100.
  • the wireless communication system 100 may include one or more base stations and / or one or more base stations. It may include a terminal.
  • the base station 105 includes a transmit (Tx) data processor 115, a symbol modulator 120, a transmitter 125, a transmit / receive antenna 130, a processor 180, a memory 185, and a receiver ( 190, a symbol demodulator 195, and a receive data processor 197.
  • the terminal 110 transmits (Tx) the data processor 165, the symbol modulator 170, the transmitter 175, the transmit / receive antenna 135, the processor 155, the memory 160, the receiver 140, and the symbol. It may include a demodulator 155 and a receive data processor 150.
  • the base station 105 and the terminal 110 are provided with a plurality of transmit and receive antennas. Accordingly, the base station 105 and the terminal 110 according to the present invention support a multiple input multiple output (MIMO) system. In addition, the base station 105 according to the present invention may support both a single user-MIMO (SU-MIMO) and a multi-user-MIMO (MU-MIMO) scheme.
  • MIMO multiple input multiple output
  • SU-MIMO single user-MIMO
  • MU-MIMO multi-user-MIMO
  • the transmit data processor 115 receives the traffic data, formats the received traffic data, codes it, interleaves and modulates (or symbol maps) the coded traffic data, and modulates the symbols ("data"). Symbols ").
  • the symbol modulator 120 receives and processes these data symbols and pilot symbols to provide a stream of symbols.
  • the symbol modulator 120 multiplexes the data and pilot symbols and sends it to the transmitter 125.
  • each transmission symbol may be a data symbol, a pilot symbol, or a signal value of zero.
  • pilot symbols may be sent continuously.
  • the pilot symbols may be frequency division multiplexed (FDM), orthogonal frequency division multiplexed (OFDM), time division multiplexed (TDM), or code division multiplexed (CDM) symbols.
  • Transmitter 125 receives the stream of symbols and converts it into one or more analog signals, and further adjusts (eg, amplifies, filters, and frequency upconverts) the analog signals to provide a wireless channel. Generates a downlink signal suitable for transmission via the transmission antenna 130, the transmission antenna 130 transmits the generated downlink signal to the terminal.
  • the receiving antenna 135 receives the downlink signal from the base station and provides the received signal to the receiver 140.
  • Receiver 140 adjusts the received signal (eg, filtering, amplifying, and frequency downconverting), and digitizes the adjusted signal to obtain samples.
  • the symbol demodulator 145 demodulates the received pilot symbols and provides them to the processor 155 for channel estimation.
  • the symbol demodulator 145 also receives a frequency response estimate for the downlink from the processor 155 and performs data demodulation on the received data symbols to obtain a data symbol estimate (which is an estimate of the transmitted data symbols). Obtain and provide data symbol estimates to a receive (Rx) data processor 150. Receive data processor 150 demodulates (ie, symbol de-maps), deinterleaves, and decodes the data symbol estimates to recover the transmitted traffic data.
  • the processing by symbol demodulator 145 and receiving data processor 150 is complementary to the processing by symbol modulator 120 and transmitting data processor 115 at base station 105, respectively.
  • the terminal 110 is on the uplink, and the transmit data processor 165 processes the traffic data to provide data symbols.
  • the symbol modulator 170 may receive and multiplex data symbols, perform modulation, and provide a stream of symbols to the transmitter 175.
  • the transmitter 175 receives and processes a stream of symbols to generate an uplink signal.
  • the transmit antenna 135 transmits the generated uplink signal to the base station 105.
  • the transmitter and the receiver in the terminal and the base station may be configured as one radio frequency (RF) unit.
  • RF radio frequency
  • an uplink signal is received from the terminal 110 through the reception antenna 130, and the receiver 190 processes the received uplink signal to obtain samples.
  • the symbol demodulator 195 then processes these samples to provide received pilot symbols and data symbol estimates for the uplink.
  • the received data processor 197 processes the data symbol estimates to recover the traffic data transmitted from the terminal 110.
  • Processors 155 and 180 of the terminal 110 and the base station 105 respectively instruct (eg, control, coordinate, manage, etc.) operations at the terminal 110 and the base station 105, respectively.
  • Respective processors 155 and 180 may be connected to memory units 160 and 185 that store program codes and data.
  • the memory 160, 185 is coupled to the processor 180 to store the operating system, applications, and general files.
  • the processors 155 and 180 may also be referred to as controllers, microcontrollers, microprocessors, microcomputers, or the like.
  • the processors 155 and 180 may be implemented by hardware or firmware, software, or a combination thereof.
  • ASICs application specific integrated circuits
  • DSPs digital signal processors
  • DSPDs digital signal processing devices
  • PLDs programmable logic devices
  • FPGAs Field programmable gate arrays
  • the firmware or software may be configured to include a module, a procedure, or a function for performing the functions or operations of the present invention, and to perform the present invention.
  • the firmware or software configured to be may be provided in the processors 155 and 180 or stored in the memory 160 and 185 to be driven by the processors 155 and 180.
  • the layers of the air interface protocol between the terminal and the base station between the wireless communication system (network) are based on the lower three layers of the open system interconnection (OSI) model, which is well known in the communication system. ), And the third layer L3.
  • the physical layer belongs to the first layer and provides an information transmission service through a physical channel.
  • a Radio Resource Control (RRC) layer belongs to the third layer and provides control radio resources between the UE and the network.
  • the terminal and the base station may exchange RRC messages through the wireless communication network and the RRC layer.
  • the processor 155 of the terminal and the processor 180 of the base station process the signals and data, except for the function of receiving or transmitting the signal and the storage function of the terminal 110 and the base station 105, respectively.
  • the following description does not specifically refer to the processors 155 and 180.
  • the processors 155 and 180 it may be said that a series of operations such as data processing is performed rather than a function of receiving or transmitting a signal.
  • the present invention proposes a new and various frame structure for the fifth generation (5G) communication system.
  • Next-generation 5G systems can be categorized into Enhanced Mobile BroadBand (eMBB) / Ultra-reliable Machine-Type Communications (uMTC) / Massive Machine-Type Communications (mMTC).
  • eMBB is a next generation mobile communication scenario with characteristics such as High Spectrum Efficiency, High User Experienced Data Rate, High Peak Data Rate, and
  • uMTC is a next generation mobile communication scenario with characteristics such as Ultra Reliable, Ultra Low Latency, Ultra High Availability, etc.
  • mMTC are next generation mobile communication scenarios having low cost, low energy, short packet, and mass connectivity (eg IoT).
  • FIG. 2 is a diagram for explaining correlation with IMT 2020 core performance requirements for 5G and 5G performance requirements for each service scenario.
  • FIG 2 illustrates the correlation between the core performance requirements presented in IMT 2020 for 5G and the 5G performance requirements for each service scenario.
  • uMTC Service has very limited Over The Air (OTA) Latency Requirement, and requires high mobility and high reliability (OTA Latency: ⁇ 1ms, Mobility:> 500km / h, BLER: ⁇ 10 -6 ).
  • OTA Latency ⁇ 1ms, Mobility:> 500km / h, BLER: ⁇ 10 -6 ).
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an LTE / LTE-A frame structure.
  • FIG. 3 shows a basic concept of a frame structure of LTE / LTE-A.
  • One frame is composed of 10 ms and 10 1 ms subframes.
  • One subframe consists of two 0.5 ms slots, and one slot consists of seven Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) symbols.
  • One resource block (RB) is defined by 12 subcarriers spaced at 15 kHz and 7 OFDM symbols.
  • the base station transmits a Primary Synchronization Signal (PSS) for Synchronization, a Secondary Synchronization Signal (SSS), and a Physical Broadcast Channel (PBCH) for system information at the Center Frequency 6RB.
  • PSS Primary Synchronization Signal
  • SSS Secondary Synchronization Signal
  • PBCH Physical Broadcast Channel
  • the frame structure, the signal, and the channel positions may be different according to a normal / extended CP (cyclic prefix), a time division duplex (TDD), and a frequency division duplex (FDD
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of an FDD / TDD frame structure in an LTE / LTE-A system.
  • downlink and uplink frequency bands are divided, and in the case of the TDD frame structure, the downlink region and the uplink region are divided in subframe units in the same band.
  • a special subframe region exists between the downlink region and the uplink region, and the special subframe is used for guard period (GP) or some data transmission to solve the interference problem between downlink and uplink. .
  • FIG. 5 is a diagram exemplarily illustrating a self-contained subframe structure.
  • 5 shows a self-contained subframe structure for satisfying the low latency requirement among the 5G performance requirements.
  • resource sections for downlink and uplink eg, downlink control channel and uplink control channel
  • there is an interference problem between downlink and uplink There is a resource section for data transmission and GP for solving the problem.
  • the downlink resource interval indicated by DL may be a resource interval for a downlink control channel
  • the uplink resource interval indicated by UL may be a resource interval for an uplink control channel.
  • the downlink resource interval indicated by DL may be a resource interval for a downlink control channel
  • the uplink resource interval indicated by UL may be a resource interval for an uplink control channel.
  • next generation 5G systems V2X targeting Ultra-Low Latency Service, Emergency Service, Machine Control and eMBB service targeting data rate are being considered. Therefore, a design supporting low latency (OTA ⁇ 1ms) and high degree of freedom of DL / UL data is required. In addition, it is necessary to design a common structure based frame structure that does not require redesign in a TDD or FDD operation scheme as one frame structure.
  • the present invention proposes a new frame structure and a control zone configuration method to provide low latency and freedom of DL / UL data configuration of a next generation 5G system.
  • zone refers to a resource and may be used in the same meaning as terms such as 'zone' or 'channel'.
  • Proposal 1 New Frame Structure (Adaptive / Self-contained Frame structure) for 5G systems
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a HARQ procedure when an uplink resource allocation of a data zone is directly received.
  • the data zone is always guaranteed to be an uplink data zone or a downlink data zone (or downlink data region) as follows. That is, the HARQ procedure is possible in five subframes from UL buffer arrival to final ACK / NACK.
  • Subframe # 6 shows an example of receiving HARQ ACK in 5 subframes, and the procedure is as follows.
  • Subframe # 1 When data to be transmitted to the uplink is generated and the buffer arrival event is triggered, the UE transmits a Scheduling Request (SR) using the UL Control Zone.
  • Subframe # 2 is a time for uplink scheduling.
  • Subframe # 3 is a downlink control zone, and the terminal receives UL grant and prepares data for transmission.
  • the UE transmits uplink data through the data zone.
  • Subframe # 5 is the time that the base station performs Rx processing after receiving data.
  • subframe # 6 the UE receives an ACK through a downlink control channel.
  • FIG. 7 illustrates a HARQ procedure when a UL resource of a data zone is not directly received.
  • the present invention proposes a new frame structure that satisfies low latency and downlink / uplink data flexibility based on one carrier.
  • FIG. 8 is a diagram showing a new frame structure according to the proposal 1-1 of the present invention.
  • one subframe in one carrier is largely a downlink control zone (or downlink control channel), a GP, a data zone (data area or data channel), and an uplink control zone (or uplink control). Zone).
  • the frame structure as shown in FIG. 8 is a frame structure assuming that the base station operates in Full Duplex Radio (FDR). Meanwhile, the frame structure shown in FIG. 8 may be a frame structure allocated by a base station for one terminal. For example, if the frame structure of FIG. 8 is a frame structure allocated by a base station for one terminal, the terminal includes DL, UL, and DL data zones for each band in the frequency domain direction in the first subframe shown in FIG. 8. Was assigned.
  • the terminal may receive downlink data from the base station in the band indicated by FIG. DL and transmit uplink data to the base station in the band indicated by UL.
  • the frame structure shown in FIG. 8 may represent the frame structure allocated by the base station for one terminal assuming that the terminal can also operate in FDR.
  • a DL / UL data zone allocated for each band in one subframe may be configured differently for each subframe.
  • DL, UL, and UL data zones may be allocated for each band in the frequency domain direction.
  • the downlink control zone is located at the beginning (or beginning) of a subframe on the time domain, followed by the data zone (DL, zone indicated by UL), and finally the uplink control zone.
  • the data zone may be used without limitation as downlink data or uplink data for each band in the frequency domain.
  • the position of the GP is located between the downlink control zone and the data zone when the data belonging to the band is uplink (UL).
  • the data is located between the data zone and the uplink control zone.
  • the base station may have more efficiency in terms of utilizing DL / UL data resources than the existing self-contained TDD frame structure. Accordingly, the frame structure shown in FIG. 8 is a frame structure capable of eliminating inefficiency due to asymmetry of DL / UL traffic and at the same time achieving low latency.
  • 9 is an exemplary diagram for describing a case where a downlink transmission time and an uplink transmission time overlap.
  • the downlink (DL) data and the uplink (UL) data can be transmitted at the same time. It also supports simultaneous transmission.
  • the advantage of the frame structure of Figure 9 is that the gain is greater when there is a lot of traffic.
  • N symbols may be configured.
  • N symbols may be configured in the case of a DL control zone and an UL control zone.
  • GP it consists of an integer multiple of a symbol.
  • the length of the GP may be configured by an integer multiple of unit symbols allocated to the data zone.
  • the GP length is designed by Round Trip Time (RTT) and RF switching time (from DL to UL / from UL to DL). Therefore, as an example, it may be determined as a method of minimizing overhead while considering RTT and RF switching time overhead, such as a self-contained frame structure.
  • RTT Round Trip Time
  • RF switching time overhead such as a self-contained frame structure.
  • the base station operates in a full duplex manner in which uplink / downlink data transmission and reception are simultaneously performed in the data zone, and the terminal transmits or It works by half duplex method that receives only. Therefore, the base station should receive uplink data while transmitting downlink data.
  • the GP is configured according to the existing scheme, it is obvious that the interference between the symbol boundaries occurs as shown in FIG. 10.
  • FIG. 10 is a diagram for one example of inconsistency between DL and UL data symbol boundaries in a data zone at a base station.
  • the data sent to the downlink (DL) is received in the in-band. Therefore, if the degree of mismatch falls within the CP length, uplink (UL) data can be received without interference in an ideal channel through orthogonality of OFDM. However, as shown in FIG. This makes the symbol boundary of downlink data (DL data) inconsistent. Therefore, this interference can be solved by setting the GP length of the data zone to the symbol length as shown in FIG.
  • the length of the GP of the data zone is set so that the following expression 1 is always satisfied so as to be an integer multiple of the unit symbol length constituting the data zone.
  • T_cp is the length of CP
  • T_u is the length of the data portion in the symbol. That is, the length of the GP becomes an integer multiple of the unit symbol length constituting the data zone.
  • the downlink control zone (DL control zone) and the uplink control zone (UL control zone) may be composed of N symbols without being limited to one symbol.
  • a base station requires a transceiver for simultaneously transmitting and receiving downlink and uplink in a downlink zone.
  • the structure may be configured as follows.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an RF structure of a base transceiver station.
  • the signal attenuated by the circulator is used to reduce the leakage power of the signal transmitted from the base station to the receiver.
  • analog SIC devices can further suppress magnetic interference signals.
  • the frame structure proposed in the proposal 1 can be said to be a structure that achieves the feature of guaranteeing the transmission opportunity of the DL / UL traffic of the FDD in the existing system and the efficient use of resources according to the asymmetry of the DL / UL traffic of the TDD at the same time. .
  • One subframe in a TDD carrier consists of a downlink control zone, a GP, a data zone, and an uplink control zone.
  • the downlink control zone is located at the beginning of the subframe, followed by the data zone and finally the uplink control zone.
  • the data zone is used as one of downlink (DL) or uplink (UL) data in one subframe.
  • the position of the GP is located between the downlink control zone and the data zone when the data belonging to the band is UL.
  • the data is downlink data
  • the data is located between the data zone and the uplink control zone.
  • the downlink control zone and the uplink control zone may consist of 1 to N symbols. In the case of a GP, it consists of an integer multiple of a symbol.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a frame structure time-frequency resource in a TDD carrier.
  • the data zone of every subframe is allocated to an uplink (UL) data zone or a downlink (DL) data zone. Therefore, although DL / UL flexibility is inferior to the frame structure of proposal 1, since there is still a downlink control zone and an uplink control zone in one subframe, OTA (w / initiation) ⁇ 1ms can be achieved by the scheduler. Provides the foundation. In addition, since the data zone can also be utilized as a downlink data zone or an uplink data zone by the scheduler, more DL / UL flexibility than the existing LTE TDD is obvious.
  • the length of the GP is set as a multiple of the symbol length. This makes it possible to use the same Numerology (subcarrier spacing, CP length, symbol length, number of symbols in one TTI) used in TDD in the FDD frame structure. That is, it is a design method for providing maximum commonality in TDD and FDD frame structures. As a result, many common parts can be maintained in the baseband operation.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an example of time-frequency resources of a frame structure in an FDD carrier.
  • one subframe in an FDD carrier is largely composed of a control zone and a data zone.
  • the control zone is located at the beginning of the subframe, followed by the data zone.
  • an uplink control zone is located at the beginning of a subframe, followed by a data zone.
  • FIG. 13 illustrates a frame structure in which a GP is used as data in a conventional TDD frame structure and a control zone is positioned at the beginning of a subframe.
  • the commonality is maximized by designing while maintaining the common part with the existing TDD frame structure as much as possible.
  • the frame structure according to the proposal provided by the present invention can achieve 5G service requirement Low latency, that is, OTA (w / initiation) ⁇ 1ms, and at the same time, maximize the asymmetry of DL / UL traffic. Provides DL / UL flexibility that can be supported.
  • the self-contained frame structure (Self-contained subframe structure and the new frame structure for 5G TDD system performs a TDD operation in an unconfigured configuration, so that for downlink synchronization or system information in the data zone If a specific area is designated, there is a restriction that the downlink operation should be performed in the entire frequency band If the area for the definition is designated in a downlink control zone (or a downlink control channel), control is caused by an increase in the area of the control zone. This leads to an increase in overhead and a decrease in throughput of the system, and thus requires a downlink synchronization operation of a self-contained frame structure and a frame structure design for transmitting system information for a next generation 5G system.
  • the system does not harm the DL / UL Flexibility of the self-contained frame structure.
  • For maintaining the throughput presents an appropriate downlink synchronization method and system information transmission method.
  • a DL synchronization scheme and system suitable for maintaining system throughput without compromising the DL / UL flexibility of a self-contained frame structure (Self-contained subframe structure and New frame structure for 5G TDD system [4])
  • a self-contained frame structure Self-contained subframe structure and New frame structure for 5G TDD system [4]
  • the present invention can be equally applied to an adaptive / self-contained frame structure and a new frame structure for 5G FDD system.
  • Proposal 3 Non-Hierarchical DL Synchronization and System Information Transmission
  • the downlink synchronization scheme and system information transmission scheme of the self-contained frame structure considered in the next generation 5G system have three additional design principles as follows.
  • a system for acquiring a synchronization signal for synchronizing downlink (Synchronization Signal, SS, hereinafter SS) and Cell Specific system information A structure for transmitting information (System Information, SI, hereinafter abbreviated as SI) to a downlink control zone is proposed.
  • SI System Information
  • FIG. 12 the TDD new frame structure proposed in FIG. 12 will be described as an example among the self-contained frame structures.
  • the present invention is not limited to the TDD new frame structure but is equally applicable to the FDD new frame structure and the self-contained frame structure.
  • FIG. 14 is a diagram conceptually illustrating an allocation area of SS / SI of a TDD new frame structure proposed in the present invention.
  • FIG. 14 shows an example of an arrangement concept of SS and SI of a TDD new frame structure.
  • the first n eg, n may be specified as 1 or more, preferably n may be specified as 1
  • symbols of the TDD frame of each TDD new frame structure are set to the downlink control zone
  • the last m symbols (m may be specified as 1 or more, preferably m may be specified as 1) are set to an uplink control zone.
  • Proposed TDD Since the new frame structure performs TDD operation in an unconfigured configuration, when a specific region for SS or SI is designated in the data zone, there is a constraint that downlink operation must be performed in the entire frequency band.
  • the downlink control zone is assigned only to the downlink zone, and the uplink control zone is assigned only to the uplink control zone, so that the SS or SI can be transmitted without harming the flexibility of the data zone.
  • the time axis expansion of the downlink control zone occurs according to the size of the SS and the SI, and the system throughput is reduced due to the reduction of the area of the data zone. Can be. Therefore, if the area for SS and SI is limited to the first symbol of the downlink control zone, throughput loss due to the reduction of the area of the data zone can be minimized.
  • SS and SI are transmitted to N carriers corresponding to a center frequency corresponding to a minimum bandwidth determined in a 5G system.
  • the base station may transmit the SS in one frame in the first symbol corresponding to the downlink control zone of subframe 0.
  • subframe 0 is the lowest index subframe in one frame and is the most advanced subframe in one frame in the time domain.
  • the SS is not limited to being configured in the earliest subframe in one frame but may be configured in the first symbol of another subframe.
  • the SI is transmitted as the first symbol corresponding to a downlink control zone from subframe 1 to subframe 4 in a single symbol.
  • the order and range of transmission subframes of the SS or SI may vary according to the system environment.
  • FIG. 14 illustrates that SI is continuously transmitted in four subframes, an SI may be transmitted in at least one or more subframes within one TDD frame, and when SI is transmitted in a plurality of subframes. As in the case of FIG. 14, it may be transmitted in a plurality of consecutive subframes, or may be transmitted in a plurality of subframes discontinuously.
  • FIG. 14 illustrates that SI is continuously transmitted in four subframes, an SI may be transmitted in at least one or more subframes within one TDD frame, and when SI is transmitted in a plurality of subframes. As in the case of FIG. 14, it may be transmitted in a plurality of consecutive subframes, or may be transmitted in a plurality of subframes discontinuously.
  • FIG. 14 illustrates that SI is continuously transmitted in four
  • SI is transmitted from subframe 1, which is a subframe continuous to the subframe in which the SS is transmitted, this is only an example, and subsequent SS that is not continuous to the subframe in which the SS is transmitted is illustrated. SI may be transmitted in a subframe.
  • the SS is used for frame synchronization, and is composed of C sequences for cell search, and the UE performs index detection of the transmitted sequence through blind detection for the C sequences. Can be obtained.
  • C represents a cell index, and in general, up to three cells can be distinguished from a viewpoint of sectorization, and can be set differently according to a system environment.
  • the UE performs synchronization based on auto-correlation or cross-correlation when blind detection is performed on a sequence. In addition, after sequence detection, the UE may perform channel estimation based on a known sequence.
  • SI may be transmitted by being divided into first symbols of a plurality of subframes, and each single SI symbol includes L reference signals (RSs).
  • the L RSs are composed of L 'sequences with low cross-correlation, and blind detection based on auto / cross-correlation results in L' physical cell group IDs. Identifier).
  • L and L ' may vary according to a system environment, and if L is larger than L', it may be configured as an orthogonal sequence, and if L is smaller than L ', it may be configured as a non-orthogonal sequence.
  • coherent detection may be performed through channel estimation information of the SS, or non-coherent detection may be independently performed on an SI symbol. Can be.
  • 15 is a diagram illustrating a synchronization procedure and SS decoding procedure proposed in the present invention.
  • FIG. 15 illustrates an example of downlink synchronization and SI decoding procedure of a TDD new frame structure.
  • the UE blindly detects the SS through the first symbol of subframe 0 to obtain frame synchronization, and obtains a cell index (one in C) within a physical cell ID group.
  • the UE performs channel estimation based on the cell index obtained from the detected SS, performs channel equalization such as a channel in the case of the coherent detection method, and then applies the RS to the RS of the SI (1) corresponding to the first symbol of the subframe 1. Detect the applied sequence. This can distinguish L 'sequences.
  • the UE performs channel estimation on the RS of the SI 1 and channel equalization for the SI 2 to perform blind detection on the sequence applied to the RS of the SI 2.
  • channel estimation and channel equalization are performed for the total number of SIs.
  • the blind sequence is detected without the channel equalization. If the change in the time axis channel is large, the performance of non-coherent detection may be better.
  • RS may be allocated to the entire frequency domain.
  • a symbol on which SI is transmitted may be different from a symbol on which RS for SI is transmitted.
  • the UE may perform the CP (Cyclic Prefix) Duration and TDD / FDD.
  • CP Cyclic Prefix
  • TDD new frame structure FDD
  • the new frame structure acquires downlink synchronization without knowing CP Duration and TDD / FDD because the downlink control zone starts at the first symbol of each subframe.
  • the advantage is that it is possible to decode the SI.
  • the method of distinguishing a physical cell ID (PCID) through a sequence used for an RS in an SI symbol may vary according to a hierarchical sequence set.
  • the sequence set may be all identical, all different, or may be configured as a subset in the plurality of subframes, and as the number of sequence sets through RS increases, the number of physical cell IDs increases, but detection complexity increases and detection Accuracy is reduced. On the other hand, as the number of sequence sets through RS decreases, the number of physical cell IDs decreases. However, detection complexity decreases and detection accuracy increases.
  • the above schemes may be predefined. When the UE distinguishes a physical cell ID through the above-described scheme and performs channel estimation, the UE may decode the SI and may check whether the SI information is successfully decoded through a Cyclic Redundancy Check (CRC).
  • CRC Cyclic Redundancy Check
  • SI decoding may not be possible without knowing the CP duration.
  • decoding may be performed through blind detection for CP Duration.
  • the above-described SI may be transmitted by being divided into a plurality of subframes and may include necessary information necessary for initial access of the terminal.
  • the essential information required for the initial access of the terminal may vary depending on the system environment, and in general, system bandwidth, system frame number, downlink control zone configuration information, TDD / FDD Index, CP Duration, CRC, etc. may be included.
  • the DL control zone configuration information may include length information or arrangement information about control information in the downlink control zone. For example, it may include index information for indicating a location or size of a region (for example, a location or size of a PHICH) for Physical Hybrid-ARQ Indicator information (eg, a location or size of a PHICH) in a downlink control zone.
  • the UE can detect the TDD / FDD Index and the CP Duration through hierarchical synchronization, but the information cannot be detected through the non-hierarchical SS proposed in the present invention. Therefore, it is necessary to allocate and transmit a resource for the information to the SI, which is a base station, and the base station has 1-bit information indicating whether the corresponding frame is a TDD frame or an FDD frame in the SI, and when there are two types of CP in CP-OFDM 1-bit information for indicating the duration can be included and transmitted.
  • the filter index when there are two types of filters. Additional information may be transmitted in a one-bit is further included in the SI. Has been described an example of one bit may increase the number of bits depending on the type of the manner defined in advance.
  • bit information for indicating the CP duration may be excluded.
  • FIG. 16 is a diagram exemplarily illustrating SS and SI allocation in a TDD new frame structure proposed in the present invention.
  • FIG. 16 is a diagram exemplarily illustrating SS and SI allocation in a TDD new frame structure proposed in the present invention.
  • FIG. 16 illustrates a case where there are a plurality of SSs of a TDD new frame structure.
  • the initial synchronization time (Requirement of Initial Synchronization Time) may be different for each service scenario.
  • the transmission of a plurality of periodic SSs in a single frame causes a problem that the starting point of the frame is not recognized. Therefore, SSs in a single frame are continuously arranged from the first subframe.
  • the base station may repeatedly transmit the SS by applying the same sequence, and the SI is transmitted by separating one bundle information from SI (1) to SI (4).
  • the UE may perform frame synchronization based on the first SS (that is, SS in subframe 0 in FIG. 15).
  • the repetition frequency of the SS is illustrated twice, and the number of separate transmissions of the SI is four times, but the repetition frequency of the SS and the number of separate transmissions of the SI may be set differently according to a 5G system scenario.
  • SS or SI may be transmitted only through a downlink control zone, and may be transmitted in N carriers corresponding to a center frequency and the first symbol of each subframe.
  • the system bandwidth cannot be checked, it can be transmitted from the SS in the N carrier corresponding to the center frequency.
  • SS and SI may be present in the second symbol. Even in this case, SS and SI must be located at the first symbol within control symbols except RS, and each subframe needs to be transmitted as one symbol at the same position.
  • the SS and the SI are transmitted only in the first symbol of each downlink control zone of the TDD new frame structure.
  • the SS and the SI are split and transmitted in the first symbol of each DL control zone of the plurality of subframes.
  • the SS is composed of C sequences, and performs blind channel estimation based on autocorrelation / correlation and performs channel estimation based on the frame synchronization function, the C cell search function, and the detected sequence.
  • the UE performs blind detection on the sequence of the SS, performs channel estimation on the detected sequence of the received SS in a least square manner, and performs channel equalization on the REs to which the RS of the SI existing in the adjacent subframe is mapped.
  • the physical cell group ID may be detected through blind detection of the RS of the SI.
  • channel estimation via SS may be performed for coherent detection for RS of neighbor SI.
  • the SI in a single subframe includes L RSs, and the RS is composed of L 'sequences having low cross-correlation.
  • L ′ physical cell group IDs are distinguished.
  • the terminal may perform channel estimation based on the physical cell group ID.
  • the terminal detects the sequence through blind detection of the RS of the SI, performs channel estimation on the detected sequence of the RS of the receiving SI in a least square manner, and the RS of the SI of the SI present in the adjacent subframe is mapped. Perform Channel Equalization on.
  • the terminal may detect the physical cell group ID through blind detection for the RS of the SI.
  • channel estimation through the RS of the SI of the UE may be performed for coherent detection of the RS of another SI.
  • An orthogonal sequence can be used if the number L of RSs in each SI symbol and the number L 'of sequences are the same, and a non-orthogonal sequence set having low cross-correlation can be used if L ⁇ L'.
  • channel equalization may be performed based on channel estimation information of a previous subframe, and a sequence of RS may be detected by a coherent detection method.
  • RS values of each SI symbol are determined by a sequence set.
  • the sequence set may be all the same, all different, or consist of subsets in multiple subframes.
  • SI transmits essential information for initial access of UE, and includes essential information such as system bandwidth, system frame number, downlink control zone configuration information, TDD / FDD Index, CP Duration (for CP) -OFDM), Filter Index (for Filtered OFDM) and the like, and if the SI includes a CRC, the UE encodes the CRC and checks success in decoding.
  • the SIs divided into a plurality of pieces may be decoded in one bundle, and the decoding success may be confirmed through the CRC.
  • the SS in a single frame may be repeatedly transmitted continuously from the first subframe according to the frequency of the SS. From the next subframe in which the last SS is transmitted, the SI may be divided and transmitted according to the information amount of the SI.
  • the terminal may perform frame synchronization based on the first SS and may perform SI decoding based on the frame synchronization.
  • 17 is a diagram illustrating an example of a system in which two SSs and one SI are transmitted in one frame in the TDD new frame structure proposed by the present invention.
  • FIG. 17 exemplarily shows two SS transmissions and one SI transmission in one frame in an SS and SI transmission scheme.
  • an SI in an existing LTE / LTE-A system is transmitted through a PBCH, and the PBCH configures 288 REs using 72 subcarriers and 4 symbols including RS.
  • 288 REs may be configured and transmitted using the same 72 subcarriers and 4 symbols.
  • the SI may be divided and transmitted four times in the first symbol of the downlink control zone over four subframes, for example, and SI information through four symbols may be configured as one SI.
  • SI information through four symbols is just an example, and SI information may be configured in at least one symbol.
  • the SS is repeatedly transmitted to the first symbol in the downlink control zone through subframe 0 and subframe 1 of each frame, and the SI is divided and downlinked through subframe 2, subframe 3, subframe 4, and subframe 5. It can be sent in the first symbol in the link control zone.
  • the subframe consists of 0.2ms
  • the SS is repeatedly transmitted twice every 2ms. Assuming that SS is accumulated 10 times on the worst case receiver side, synchronization is possible within 10 ms.
  • the transmission frequency of the SS and the SI illustrated in FIG. 17 may vary depending on the system environment. For example, if the synchronization requirements of the system are relaxed and the frequency is cut in half, then frames 0, 2, 4,... SS and SI are transmitted in the same manner and frames 1, 3, 5,... Only downlink control information may be transmitted. In this case, assuming that the subframe consists of 0.2ms, the SS is repeatedly transmitted every 4ms. In the worst case, the receiver can synchronize within 20ms, assuming that SS is completed when 10 SSs are accumulated.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating a method of transmitting SS and SS when an RS for a control zone should be located in a first symbol in a system in which two SSs and one SI are transmitted in one frame of a TDD new frame structure proposed by the present invention. An example is shown.
  • FIG. 18 illustrates a case in which an RS for a control zone should be located in a first symbol in a system in which two SSs and one SI are transmitted in one frame.
  • the SS and the SI may be transmitted in the first symbol in the downlink control zone except the control RS. Therefore, although it may be transmitted in the second symbol of each subframe, the positions of the SS and SI are always the same in the subframe, and may be transmitted in one symbol.
  • the downlink synchronization and SI transmission scheme according to the TDD new frame structure proposed by the present invention has an advantage of minimizing system throughput loss without compromising the DL / UL flexibility of the self-contained frame structure. have.
  • each component or feature is to be considered optional unless stated otherwise.
  • Each component or feature may be embodied in a form that is not combined with other components or features. It is also possible to combine some of the components and / or features to form an embodiment of the invention.
  • the order of the operations described in the embodiments of the present invention may be changed. Some components or features of one embodiment may be included in another embodiment or may be replaced with corresponding components or features of another embodiment. It is obvious that the claims may be combined to form an embodiment by combining claims that do not have an explicit citation relationship in the claims or as new claims by post-application correction.
  • a method in which a terminal performs communication using a TDD frame is applicable to various industrial wireless communication systems such as 3GPP LTE / LTE-A and 5G systems.

Abstract

무선통신 시스템에서 단말이 TDD 프레임을 이용하여 통신을 수행하는 방법은, 상기 TDD 프레임의 제 1 서브프레임의 한 심볼에서 동기화 신호(Synchronization Signal, SS)를 수신하는 단계; 및 상기 제 1 서브프레임 내 적어도 하나의 마지막 심볼을 포함하는 상향링크 제어 존을 통해 상향링크 제어 정보를 전송하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

무선통신 시스템에서 TDD 프레임을 이용하여 통신을 수행하는 방법 및 이를 위한 장치
본 발명은 무선통신에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 무선통신 시스템에서 TDD 프레임을 이용하여 통신을 수행하는 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.
3GPP LTE (3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution) 시스템은 1ms TTI (transmission time interval)를 가지는 프레임 구조로 디자인 되었으며, 비디오(video) 어플리케이션을 위해 데이터 요구 지연 시간은 10ms이었다. 그러나, 미래의 5G 기술은 실시간 제어(real-time control) 및 촉감 인터넷(tactile internet)과 같은 새로운 어플리케이션의 등장으로 더욱 낮은 지연의 데이터 전송을 요구하고 있으며, 5G 데이터 요구 지연은 1ms까지 낮춰질 것으로 예상된다.
그러나, 종래 1ms TTI를 가지는 프레임 구조로는 1ms 데이터 요구 지연을 만족시킬 수 없는 문제가 있다. 5G는 종래 대비 약 10배 감소된 데이터 지연 제공을 목표로 하고 있다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해 5G 통신 시스템에서는 새로운 프레임 구조가 필요하나 아직까지 제시된 적이 없었다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는 무선통신 시스템에서 단말이 TDD 프레임을 이용하여 통신을 수행하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 무선통신 시스템에서 TDD 프레임을 이용하여 통신을 수행하기 위한 단말을 제공하는 데 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 상기 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 무선통신 시스템에서 단말이 TDD 프레임을 이용하여 통신을 수행하는 방법은, 상기 TDD 프레임의 제 1 서브프레임의 한 심볼에서 동기화 신호(Synchronization Signal, SS)를 수신하는 단계; 및 상기 제 1 서브프레임 내 적어도 하나의 마지막 심볼을 포함하는 상향링크 제어 존을 통해 상향링크 제어 정보를 전송하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은, 상기 제 1 서브프레임에서 상기 한 심볼을 제외한 적어도 하나의 시작 심볼에서 하향링크 제어 정보를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 상향링크 제어 존의 앞 심볼은 가드 구간(guard period)로 구성될 수 있다. 상기 방법은, 상기 제 1 서브프레임에 후속하는 적어도 하나의 서브프레임 각각의 첫 번째 심볼에서 시스템 정보(System Information, SI)를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 제 1 서브프레임은 상기 TDD 프레임에서 시간 도메인 상에서 가장 앞선 서브프레임일 수 있다. 상기 SS는 시간 도메인 상에서 상기 제 1 서브프레임의 첫 번째 심볼에서 수신될 수 있다. 상기 방법은, 상기 제 1 서브프레임의 첫 번째 심볼에서 하향링크 제어 정보를 수신한 경우에는 상기 SS는 상기 제 1 서브프레임의 두 번째 심볼에서 수신될 수 있다.제 2 서브프레임의 한 심볼에서 상기 SS를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 방법은, 상기 수신한 SS에 기초하여 채널 추정을 수행하는 단계; 상기 채널 추정에 기초하여 채널 등화(channel equalization)를 수행하는 단계; 및 상기 SI가 전송된 심볼의 RS에 적용된 시퀀스를 블라인드 검출하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 제 2 서브프레임은 시간 도메인 상에서 상기 제 1 서브프레임 뒤에오는 연속적인 서브프레임일 수 있다. 상기 제 1 서브프레임에 후속하는 적어도 하나의 서브프레임은 4개의 연속적인 서브프레임들을 포함할 수 있다.
상기의 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 무선통신 시스템에서 TDD 프레임을 이용하여 통신을 수행하는 단말은, 수신기; 송신기; 및 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는, 상기 수신기가 상기 TDD 프레임의 제 1 서브프레임의 한 심볼에서 동기화 신호(Synchronization Signal, SS)를 수신하도록 제어하며, 상기 프로세서는, 상기 송신기가 상기 제 1 서브프레임 내 적어도 하나의 마지막 심볼을 포함하는 상향링크 제어 존을 통해 상향링크 제어 정보를 전송하도록 제어한다. 상기 프로세서는, 상기 수신기가 상기 제 1 서브프레임에서 상기 한 심볼을 제외한 적어도 하나의 시작 심볼에서 하향링크 제어 정보를 수신하도록 제어한다. 상기 프로세서는, 상기 수신기가 상기 제 1 서브프레임에 후속하는 적어도 하나의 서브프레임 각각의 첫 번째 심볼에서 시스템 정보(System Information, SI)를 수신하도록 제어한다. 상기 프로세서는, 상기 수신기가 상기 SS를 시간 도메인 상에서 상기 제 1 서브프레임의 첫 번째 심볼에서 수신하도록 제어할 수 있다.
본 발명에서 제안하는 TDD 새로운 프레임 구조에 따른 하향링크 동기화 및 SI 전송 방식은 Self-contained 방식 프레임 구조의 DL/UL Flexibility를 해치지 않으면서 시스템 쓰루풋 손실을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에서 제공하는 제안에 따른 프레임 구조는 5G 서비스 요구사항인 Low latency 즉 OTA (w/ initiation) < 1ms를 달성할 수 있고, 동시에 DL/UL 트래픽의 비대칭성을 최대한 효율적으로 지원할 수 있는 DL/UL flexibility를 제공한다.
본 발명에서 얻은 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 무선통신 시스템(100)에서의 기지국(105) 및 단말(110)의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 5G를 위한 IMT 2020 핵심 성능 요구사항 및 서비스 시나리오 별 5G 성능 요구사항과의 연관성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 LTE/LTE-A 프레임 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 LTE/LTE-A 시스템에서의 FDD/TDD 프레임 구조의 예를 도시한 도면이다.
도 5는 Self-contained Subframe 구조를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 데이터 존의 상향링크 자원 할당을 바로 받은 경우의 HARQ 프로시저를 도시한 도면이다.
도 7은 데이터 존의 상향링크 자원을 바로 받지 못한 경우의 HARQ 프로시저를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제안 1-1에 따른 새로운 프레임 구조를 도시한 도면이다.
도 9는 하향링크 전송 시점과 상향링크 전송 시점이 중복되었을 경우를 설명하기 위한 예시도이다.
도 10은 기지국에서 데이터 존에서의 DL과 UL 데이터 심볼 경계가 불일치하는 예제를 도시한 도면이다.
도 11은 기지국의 송수신 장치의 RF 구조를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 12는 TDD 캐리어에서의 프레임 구조 시간-주파수 자원의 일 예를 도시한 도면이다.
도 13은 FDD 캐리어에서 프레임 구조의 시간-주파수 자원의 일 예를 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명에서 제안하는 TDD 새로운 프레임 구조의 SS/SI의 할당 영역을 개념적으로 예시한 도면이다.
도 15는 본 발명에서 제안하는 SS의 동기화 및 SI의 디코딩 절차를 예시한 도면이다.
도 16은 본 발명에서 제안하는 TDD 새로운 프레임 구조에서의 SS 및 SI의 할당을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 17은 본 발명에서 제안하는 TDD 새로운 프레임 구조에서의 하나의 프레임에 2개의 SS와 1개의 SI가 전송되는 시스템의 일 예를 도시한 도면이다.
도 18은 본 발명에서 제안하는 TDD 새로운 프레임 구조의 하나의 프레임에서 2개의 SS와 1개의 SI가 전송되는 시스템에서 제어 존을 위한 RS가 첫 심볼에 위치해야만 하는 경우의 SS, SS 전송 방법의 일 예를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다. 예를 들어, 이하의 상세한 설명은 이동통신 시스템이 3GPP LTE, LTE-A 시스템인 경우를 가정하여 구체적으로 설명하나, 3GPP LTE, LTE-A의 특유한 사항을 제외하고는 다른 임의의 이동통신 시스템에도 적용 가능하다.
몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다. 또한, 본 명세서 전체에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.
아울러, 이하의 설명에 있어서 단말은 UE(User Equipment), MS(Mobile Station), AMS(Advanced Mobile Station) 등 이동 또는 고정형의 사용자단 기기를 통칭하는 것을 가정한다. 또한, 기지국은 Node B, eNode B, Base Station, AP(Access Point) 등 단말과 통신하는 네트워크 단의 임의의 노드를 통칭하는 것을 가정한다. 본 명세서에서는 IEEE 802.16 시스템에 근거하여 설명하지만, 본 발명의 내용들은 각종 다른 통신 시스템에도 적용가능하다.
이동 통신 시스템에서 단말(User Equipment)은 기지국으로부터 하향링크(Downlink)를 통해 정보를 수신할 수 있으며, 단말은 또한 상향링크(Uplink)를 통해 정보를 전송할 수 있다. 단말이 전송 또는 수신하는 정보로는 데이터 및 다양한 제어 정보가 있으며, 단말이 전송 또는 수신하는 정보의 종류 용도에 따라 다양한 물리 채널이 존재한다.
이하의 기술은 CDMA(code division multiple access), FDMA(frequency division multiple access), TDMA(time division multiple access), OFDMA(orthogonal frequency division multiple access), SC-FDMA(single carrier frequency division multiple access) 등과 같은 다양한 무선 접속 시스템에 사용될 수 있다. CDMA는 UTRA(Universal Terrestrial Radio Access)나 CDMA2000과 같은 무선 기술(radio technology)로 구현될 수 있다. TDMA는 GSM(Global System for Mobile communications)/GPRS(General Packet Radio Service)/EDGE(Enhanced 데이터 Rates for GSM Evolution)와 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. OFDMA는 IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802-20, E-UTRA(Evolved UTRA) 등과 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. UTRA는 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)의 일부이다. 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(long term evolution)는 E-UTRA를 사용하는 E-UMTS(Evolved UMTS)의 일부로서 하향링크에서 OFDMA를 채용하고 상향링크에서 SC-FDMA를 채용한다. LTE-A(Advanced)는 3GPP LTE의 진화된 버전이다.
또한, 이하의 설명에서 사용되는 특정(特定) 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 이러한 특정 용어의 사용은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다.
기지국과 단말 간의 무선 전송에 대하여 기지국에서 단말로의 전송을 하향 링크 전송, 단말로부터 기지국으로의 전송을 상향링크 전송으로 통칭하여 표현한다. 이러한 하향링크 전송과 상향링크 전송 간의 무선 자원을 구분하는 방식을 듀플렉스(duplex)라고 정의하며 주파수 밴드를 하향링크 전송 밴드와 상향링크 전송 밴드로 구분하여 양방향 송수신하는 경우 주파수 분할 듀플렉스(Frequency Division Duplex, FDD)라고 표현한다.
도 1은 무선통신 시스템(100)에서의 기지국(105) 및 단말(110)의 구성을 도시한 블록도이다.
무선 통신 시스템(100)을 간략화하여 나타내기 위해 하나의 기지국(105)과 하나의 단말(110)(D2D 단말을 포함)을 도시하였지만, 무선 통신 시스템(100)은 하나 이상의 기지국 및/또는 하나 이상의 단말을 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 기지국(105)은 송신(Tx) 데이터 프로세서(115), 심볼 변조기(120), 송신기(125), 송수신 안테나(130), 프로세서(180), 메모리(185), 수신기(190), 심볼 복조기(195), 수신 데이터 프로세서(197)를 포함할 수 있다. 그리고, 단말(110)은 송신(Tx) 데이터 프로세서(165), 심볼 변조기(170), 송신기(175), 송수신 안테나(135), 프로세서(155), 메모리(160), 수신기(140), 심볼 복조기(155), 수신 데이터 프로세서(150)를 포함할 수 있다. 송수신 안테나(130, 135)가 각각 기지국(105) 및 단말(110)에서 하나로 도시되어 있지만, 기지국(105) 및 단말(110)은 복수 개의 송수신 안테나를 구비하고 있다. 따라서, 본 발명에 따른 기지국(105) 및 단말(110)은 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 시스템을 지원한다. 또한, 본 발명에 따른 기지국(105)은 SU-MIMO(Single User-MIMO) MU-MIMO(Multi User-MIMO) 방식 모두를 지원할 수 있다.
하향링크 상에서, 송신 데이터 프로세서(115)는 트래픽 데이터를 수신하고, 수신한 트래픽 데이터를 포맷하여, 코딩하고, 코딩된 트래픽 데이터를 인터리빙하고 변조하여(또는 심볼 매핑하여), 변조 심볼들("데이터 심볼들")을 제공한다. 심볼 변조기(120)는 이 데이터 심볼들과 파일럿 심볼들을 수신 및 처리하여, 심볼들의 스트림을 제공한다.
심볼 변조기(120)는, 데이터 및 파일럿 심볼들을 다중화하여 이를 송신기 (125)로 전송한다. 이때, 각각의 송신 심볼은 데이터 심볼, 파일럿 심볼, 또는 제로의 신호 값일 수도 있다. 각각의 심볼 주기에서, 파일럿 심볼들이 연속적으로 송신될 수도 있다. 파일럿 심볼들은 주파수 분할 다중화(FDM), 직교 주파수 분할 다중화(OFDM), 시분할 다중화(TDM), 또는 코드 분할 다중화(CDM) 심볼일 수 있다.
송신기(125)는 심볼들의 스트림을 수신하여 이를 하나 이상의 아날로그 신호들로 변환하고, 또한, 이 아날로그 신호들을 추가적으로 조절하여(예를 들어, 증폭, 필터링, 및 주파수 업 컨버팅(upconverting) 하여, 무선 채널을 통한 송신에 적합한 하향링크 신호를 발생시킨다. 그러면, 송신 안테나(130)는 발생된 하향링크 신호를 단말로 전송한다.
단말(110)의 구성에서, 수신 안테나(135)는 기지국으로부터의 하향링크 신호를 수신하여 수신된 신호를 수신기(140)로 제공한다. 수신기(140)는 수신된 신호를 조정하고(예를 들어, 필터링, 증폭, 및 주파수 다운컨버팅(downconverting)), 조정된 신호를 디지털화하여 샘플들을 획득한다. 심볼 복조기(145)는 수신된 파일럿 심볼들을 복조하여 채널 추정을 위해 이를 프로세서(155)로 제공한다.
또한, 심볼 복조기(145)는 프로세서(155)로부터 하향링크에 대한 주파수 응답 추정치를 수신하고, 수신된 데이터 심볼들에 대해 데이터 복조를 수행하여, (송신된 데이터 심볼들의 추정치들인) 데이터 심볼 추정치를 획득하고, 데이터 심볼 추정치들을 수신(Rx) 데이터 프로세서(150)로 제공한다. 수신 데이터 프로세서(150)는 데이터 심볼 추정치들을 복조(즉, 심볼 디-매핑(demapping))하고, 디인터리빙(deinterleaving)하고, 디코딩하여, 전송된 트래픽 데이터를 복구한다.
심볼 복조기(145) 및 수신 데이터 프로세서(150)에 의한 처리는 각각 기지국(105)에서의 심볼 변조기(120) 및 송신 데이터 프로세서(115)에 의한 처리에 대해 상보적이다.
단말(110)은 상향링크 상에서, 송신 데이터 프로세서(165)는 트래픽 데이터를 처리하여, 데이터 심볼들을 제공한다. 심볼 변조기(170)는 데이터 심볼들을 수신하여 다중화하고, 변조를 수행하여, 심볼들의 스트림을 송신기(175)로 제공할 수 있다. 송신기(175)는 심볼들의 스트림을 수신 및 처리하여, 상향링크 신호를 발생시킨다. 그리고 송신 안테나(135)는 발생된 상향링크 신호를 기지국(105)으로 전송한다. 단말 및 기지국에서의 송신기 및 수신기는 하나의 RF(Radio Frequency) 유닛으로 구성될 수도 있다.
기지국(105)에서, 단말(110)로부터 상향링크 신호가 수신 안테나(130)를 통해 수신되고, 수신기(190)는 수신한 상향링크 신호를 처리되어 샘플들을 획득한다. 이어서, 심볼 복조기(195)는 이 샘플들을 처리하여, 상향링크에 대해 수신된 파일럿 심볼들 및 데이터 심볼 추정치를 제공한다. 수신 데이터 프로세서(197)는 데이터 심볼 추정치를 처리하여, 단말(110)로부터 전송된 트래픽 데이터를 복구한다.
단말(110) 및 기지국(105) 각각의 프로세서(155, 180)는 각각 단말(110) 및 기지국(105)에서의 동작을 지시(예를 들어, 제어, 조정, 관리 등)한다. 각각의 프로세서들(155, 180)은 프로그램 코드들 및 데이터를 저장하는 메모리 유닛(160, 185)들과 연결될 수 있다. 메모리(160, 185)는 프로세서(180)에 연결되어 오퍼레이팅 시스템, 어플리케이션, 및 일반 파일(general files)들을 저장한다.
프로세서(155, 180)는 컨트롤러(controller), 마이크로 컨트롤러(microcontroller), 마이크로 프로세서(microprocessor), 마이크로 컴퓨터(microcomputer) 등으로도 호칭될 수 있다. 한편, 프로세서(155, 180)는 하드웨어(hardware) 또는 펌웨어(firmware), 소프트웨어, 또는 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어를 이용하여 본 발명의 실시예를 구현하는 경우에는, 본 발명을 수행하도록 구성된 ASICs(application specific integrated circuits) 또는 DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays) 등이 프로세서(155, 180)에 구비될 수 있다.
한편, 펌웨어나 소프트웨어를 이용하여 본 발명의 실시예들을 구현하는 경우에는 본 발명의 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차 또는 함수 등을 포함하도록 펌웨어나 소프트웨어가 구성될 수 있으며, 본 발명을 수행할 수 있도록 구성된 펌웨어 또는 소프트웨어는 프로세서(155, 180) 내에 구비되거나 메모리(160, 185)에 저장되어 프로세서(155, 180)에 의해 구동될 수 있다.
단말과 기지국이 무선 통신 시스템(네트워크) 사이의 무선 인터페이스 프로토콜의 레이어들은 통신 시스템에서 잘 알려진 OSI(open system interconnection) 모델의 하위 3개 레이어를 기초로 제 1 레이어(L1), 제 2 레이어(L2), 및 제 3 레이어(L3)로 분류될 수 있다. 물리 레이어는 상기 제 1 레이어에 속하며, 물리 채널을 통해 정보 전송 서비스를 제공한다. RRC(Radio Resource Control) 레이어는 상기 제 3 레이어에 속하며 UE와 네트워크 사이의 제어 무선 자원들을 제공한다. 단말, 기지국은 무선 통신 네트워크와 RRC 레이어를 통해 RRC 메시지들을 교환할 수 있다.
본 명세서에서 단말의 프로세서(155)와 기지국의 프로세서(180)는 각각 단말(110) 및 기지국(105)이 신호를 수신하거나 송신하는 기능 및 저장 기능 등을 제외하고, 신호 및 데이터를 처리하는 동작을 수행하지만, 설명의 편의를 위하여 이하에서 특별히 프로세서(155, 180)를 언급하지 않는다. 특별히 프로세서(155, 180)의 언급이 없더라도 신호를 수신하거나 송신하는 기능이 아닌 데이터 처리 등의 일련의 동작들을 수행한다고 할 수 있다.
본 발명에서는 5세대(5G) 통신 시스템을 위한 새롭고 다양한 프레임 구조를 제안한다. 차세대 5G 시스템에서는 Enhanced Mobile BroadBand (eMBB)/Ultra-reliable Machine-Type Communications (uMTC)/Massive Machine-Type Communications (mMTC) 등으로 시나리오를 구분할 수 있다. eMBB는 High Spectrum Efficiency, High User Experienced Data Rate, High Peak Data Rate 등의 특성을 갖는 차세대 이동통신 시나리오이고, uMTC는 Ultra Reliable, Ultra Low Latency, Ultra High Availability 등의 특성을 갖는 차세대 이동통신 시나리오이며 (예를 들어, V2X, Emergency Service, Remote Control), mMTC는 Low Cost, Low Energy, Short Packet, Massive Connectivity 특성을 갖는 차세대 이동통신 시나리오이다(예를 들어, IoT).
도 2는 5G를 위한 IMT 2020 핵심 성능 요구사항 및 서비스 시나리오 별 5G 성능 요구사항과의 연관성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 5G를 위한 IMT 2020에서 제시한 핵심 성능 요구사항과 서비스 시나리오 별 5G 성능 요구사항과의 연관성을 도시하고 있다.
특히, uMTC Service는 Over The Air (OTA) Latency Requirement가 매우 제한적이고, 높은 Mobility와 높은 Reliability를 요구한다 (OTA Latency: < 1ms, Mobility: > 500km/h, BLER: < 10-6).
도 3은 LTE/LTE-A 프레임 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 LTE/LTE-A의 프레임 구조의 기본적인 개념을 나타낸다. 하나의 프레임은 10ms으로, 10개의 1ms 서브프레임(subframe)으로 이루어진다. 하나의 서브프레임은 2개의 0.5ms 슬롯(slot)으로 이루어지며, 하나의 슬롯은 7개의 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼로 이루어 진다. 15 kHz 간격의 부반송파 12개와 7개의 OFDM 심볼로 하나의 자원 블록(Resource Block, RB)가 정의된다. 기지국은 중심 주파수(Center Frequency) 6RB에서 동기화(Synchronization)를 위한 Primary Synchronization Signal (PSS), Secondary Synchronization Signal (SSS)와 시스템 정보를 위한 Physical Broadcast Channel (PBCH)를 전송한다. 여기서, Normal/Extended CP(Cyclic Prefix), TDD(Time Division Duplex)/FDD(Frequency Division Duplex)에 따라 상기 프레임 구조 및 신호, 채널의 위치에 차이가 있을 수 있다.
도 4는 LTE/LTE-A 시스템에서의 FDD/TDD 프레임 구조의 예를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, FDD 프레임 구조의 경우, 하향링크와 상향링크의 주파수 대역이 구분되어 있으며, TDD 프레임 구조의 경우 동일 밴드 내에서 서브프레임 단위로 하향링크 영역과 상향링크 영역이 구분된다. TDD 프레임 구조의 경우, 하향링크 영역과 상향링크 영역 사이에서 Special Subframe 영역이 존재하며, Special Subframe은 하향링크/상향링크 간 간섭 문제를 해결하기 위한 Guard Period (GP) 또는 일부 데이터 전송을 위해 사용된다.
도 5는 Self-contained Subframe 구조를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 5G 성능요구 사항 중, 저지연 요구조건을 만족 시키기 위한 Self-contained Subframe 구조를 나타낸다. TDD 기반의 Self-contained Subframe 구조는 하나의 서브프레임 내에 하향링크와 상향링크를 위한 자원구간(예를 들어, 하향링크 제어 채널 및 상향링크 제어 채널)이 존재하며, 하향링크/상향링크 간 간섭 문제를 해결하기 위한 GP와 데이터 전송을 위한 자원구간이 존재한다.
도 5의 (a)는 Self-contained Subframe 구조의 일 예로서, 하향링크-상향링크-데이터를 위한 자원 구간의 순서로 서브프레임이 구성되며, 자원 구간 사이에 GP가 존재한다. 도 5의 (a)에서 DL로 표시된 하향링크 자원 구간은 하향링크 제어 채널을 위한 자원 구간일 수 있으며, UL로 표시된 상향링크 자원 구간은 상향링크 제어 채널을 위한 자원 구간일 수 있다.
도 5의 (b)는 Self-contained Subframe 구조의 다른 일 예로서, 하향링크-데이터-상향링크를 위한 자원구간 순서로 서브프레임이 구성되며, 상향링크 자원 구간 앞에만 GP가 존재한다. 도 5의 (b)에서도 마찬가지로 DL로 표시된 하향링크 자원 구간은 하향링크 제어 채널을 위한 자원 구간일 수 있으며, UL로 표시된 상향링크 자원 구간은 상향링크 제어 채널을 위한 자원 구간일 수 있다.
차세대 5G 시스템에서는 Ultra-Low Latency Service를 타겟으로 하는 V2X, Emergency Service, Machine Control과 데이터 속도를 타겟으로 하는 eMBB 서비스 등이 고려되고 있다. 따라서, 프레임 구조부터 Low latency(OTA < 1ms)와 DL/UL 데이터의 높은 자유도를 지원하는 설계가 필요하다. 또한, 하나의 프레임 구조로 TDD 혹은 FDD 동작 방식에서 재설계가 필요 없는 공통성(commonality) 기반의 프레임 구조 설계가 필요하다.
본 발명에서는 차세대 5G 시스템의 저지연 및 DL/UL 데이터 구성의 자유도를 제공하기 위해, 새로운 프레임 구조와 제어 존(Control Zone) 구성 방식을 제시한다. 본 명세서에서 존(zone)이라는 용어는 자원을 일컫는 말로서 '영역' 혹은 '채널' 등의 용어와 같은 의미로 사용될 수 있다.
제안 1: New Frame Structure (Adaptive/Self-contained Frame structure) for 5G systems
현재 LTE/LTE-A TDD 프레임 구조에서는 OTA < 1ms 요구사항을 만족하기 어렵다. 또한, DL/UL 데이터 양의 비대칭성(DL Traffic > UL Traffic)을 효율적으로 지원하기 위해서 TDD 방식에서 다양한 TDD DL/UL Configuration을 제공하고 있지만, 이로 인해서 TDD DL/UL Configuration에 따라 Hybrid Automatic Repeat Request (HARQ) ACK/NACK 시간에 대한 복잡한 절차를 야기한다. 이런 문제점을 해결하기 위해, 도 5에서 도시한 것처럼 self-contained 프레임 구조들은 한 서브 프레임에 하향링크 제어 존(혹은 하향링크 제어 채널, 하향링크 제어 영역)과 상향링크 제어 존을 동시에 구성함으로써 매 서브프레임마다 ACK/NACK을 전송할 수 있는 기회를 프레임 구조에서 제공한다.
도 6은 데이터 존의 상향링크 자원 할당을 바로 받은 경우의 HARQ 프로시저를 도시한 도면이다.
도 5의 (b)의 서브프레임 구조를 기반으로 데이터 존(Data Zone)을 상향링크 데이터 존 또는 하향링크 데이터 존(혹은 하향링크 데이터 영역)으로 항상 보장하는 경우는 아래와 같이 OTA(w/ initiation) 즉 상향링크 버퍼 도착(UL buffer arrival)부터 최종 ACK/NACK을 받을 때까지 5개 서브프레임 안에 HARQ 절차가 가능하다.
도 6은 5 서브프레임 안에 HARQ ACK까지 받은 예제를 보여주며, 그 절차는 다음과 같다. 서브 프레임 #1: 상향링크로 보낼 데이터가 발생하여 buffer arrival event가 트리거링되면 단말은 상향링크 제어 존(UL Control Zone)을 이용하여 Scheduling Request (SR)을 전송한다. 서브 프레임 #2는 상향링크 스케줄링을 위한 시간이다. 서브 프레임 #3은 하향링크 제어 존으로 단말은 UL Grant를 수신하고 전송할 데이터를 준비한다. 서브 프레임 #4에서 단말은 상향링크 데이터를 데이터 존을 통해 전송한다. 서브 프레임 #5는 기지국이 데이터 수신 후 Rx 프로세싱하는 시간이다. 서브 프레임 #6에서 하향링크 제어 채널을 통해 단말이 ACK를 수신한다.
상기 과정을 살펴보면 Buffer arrival event 발생 시점부터 ACK을 수신한 시점까지 5개 서브프레임 안에 일어난 것을 알 수 있다. 따라서, TTI를 0.2ms로 설정한다면 OTA(w/ initiation) < 1ms를 만족한다. 그러나, 한 서브프레임 안에서 데이터 존은 상향링크 데이터 존 또는 하향링크 데이터 존으로 한정되기 때문에 하향링크(또는 상향링크) 트래픽이 많이 발생하는 경우는 다음 도 7에서와 같이 하향링크(또는 상향링크) 트래픽을 보내지 못하는 경우가 발생할 것은 자명하다.
도 7은 데이터 존의 상향링크 자원을 바로 받지 못한 경우의 HARQ 프로시저를 도시한 도면이다.
도 7에서 도시한 바와 같이, 좌측에서 4번째 서브프레임에서 다른 단말들을 위한 하향링크 트래픽으로 인해 상향링크 데이터에 대한 스케쥴링을 받지 못한 경우에는 1 서브프레임의 지연이 발생하게 되고 OTA(w/ initiation) < 1ms를 만족시키지 못하게 된다. 더욱이 하향링크 트래픽이 더 많이 전송되어야 하는 경우에는 지연이 더 늘어나게 될 것이다. 따라서, 데이터 존에서의 하향링크/상향링크 트래픽의 자유도를 최대한 보장해 주는 것이 하향링크/상향링크 트래픽 양의 비대칭성 뿐만 아니라 low latency를 달성하기 위해서도 필요하다.
본 발명에서는 하나의 캐리어(carrier)를 기준으로 저지연(Low latency)와 하향링크/상향링크 데이터 유연성(Data flexibility)를 만족시키는 새로운 프레임 구조를 제시한다.
제안 1-1
도 8은 본 발명의 제안 1-1에 따른 새로운 프레임 구조를 도시한 도면이다.
도 8에 도시한 바와 같이, 한 캐리어에서 한 서브프레임은 크게 하향링크 제어 존(혹은 하향링크 제어 채널), GP, 데이터 존(데이터 영역 혹은 데이터 채널) 그리고, 상향링크 제어 존(혹은 상향링크 제어 존)으로 구성된다. 도 8과 같은 프레임 구조는 기지국이 Full Duplex Radio (FDR) 방식으로 동작함을 가정한 프레임 구조이다. 한편, 상기 도 8에 도시한 프레임 구조는 기지국이 한 단말을 위해 할당한 프레임 구조일 수도 있다. 예를 들어, 도 8의 프레임 구조가 기지국이 한 단말을 위해 할당한 프레임 구조일 경우, 해당 단말은 도 8에 도시된 첫 번째 서브프레임에서 주파수 도메인 방향으로 밴드 별로 각각 DL, UL, DL 데이터 존을 할당받았다. 이 경우, 해당 단말은 도 DL로 표시된 밴드에서는 기지국으로부터 하향링크 데이터를 수신하고 UL로 표시된 밴드에서는 기지국으로 상향링크 데이터를 전송할 수 있다. 이와 같이, 도 8에 도시한 프레임 구조는 단말도 FDR로 동작 가능함을 가정하여 기지국이 한 단말을 위해 할당한 프레임 구조를 나타낼 수 있다.
도 8에서 한 서브프레임 내에서 밴드 별로 할당된 DL/UL 데이터 존은 서브프레임 별로 다르게 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 8에서 두 번째 서브프레임에서는 주파수 도메인 방향으로 밴드 별로 각각 DL, UL, UL 데이터 존이 할당될 수 있다.
도 8에 도시한 바와 같이, 하향링크 제어 존은 시간 도메인 상에서 서브프레임의 처음(혹은 시작)에 위치하고, 그 다음으로 데이터 존(DL, UL로 표시된 존)이 위치하고 마지막으로 상향링크 제어 존이 위치하게 된다. 여기서, 데이터 존은 주파수 영역에서 밴드 별로 하향링크 데이터 혹은 상향링크 데이터로 제약 없이 사용될 수 있다. 그리고, GP의 위치는 해당 밴드에 속하는 데이터가 상향링크(UL)일 경우는 하향링크 제어 존과 데이터 존 사이에 위치하게 된다. 반대로, 데이터가 하향링크일 경우는 데이터 존과 상향링크 제어 존 사이에 위치하게 된다.
상기 도 8에서 도시한 바와 같이 매 서브프레임의 데이터 존에서 UL/DL의 전송 기회가 동시에 존재한다. 따라서, 기존의 데이터 존이 DL 혹은 UL로 한정되어 생기는 추가 지연을 막을 수 있고 한 서브프레임의 길이를 0.2ms 이하로 설정하면 OTA(w/ initiation) < 1ms를 달성할 수 있다.
더불어, 데이터 존의 DL/UL flexibility를 통해 기지국은 기존 self-contained TDD 프레임 구조에 비해 DL/UL 데이터 자원을 활용하는 측면에서 더 많은 효율성을 가질 수 있다. 따라서, 도 8에 도시한 프레임 구조는 DL/UL 트래픽의 비대칭성에 따른 비효율성을 없애고 동시에 low latency를 달성할 수 있는 프레임 구조이다.
제안 1-1의 실시예
저지연(Low latency)를 달성하는 동시에 하향링크 데이터 전송 시점과 상향링크 데이터 전송 시점이 겹쳤을 경우의 동작 방법에 대한 예제
도 9는 하향링크 전송 시점과 상향링크 전송 시점이 중복되었을 경우를 설명하기 위한 예시도이다.
도 9에서 보듯이, 하향링크(DL)과 상향링크(UL)의 buffer arrival event가 각각 발생했을 때 기존 프레임 구조의 경우에서는 두 개중의 하나가 지연될 수 밖에 없다. 그러나, 도 9에 예시한 것은 2개의 트래픽(DL 트래픽/UL 트래픽)이 중복되었을 때를 가정한 도면이고, 만약 더 많은 트래픽이 동시에 발생하였을 때는 더 많은 지연을 발생하게 된다.
반면에 제안한 도 9의 프레임 구조에서는 한 서브프레임 내에 하향링크 데이터 존과 상향링크 데이터 존이 할당되어 있기 때문에 동시에 하향링크(DL) 데이터와 상향링크(UL) 데이터가 전송이 가능하며 기존의 최소 지연을 유지하면서 동시 전송 또한 지원한다. 도 9의 프레임 구조의 장점은 트래픽이 발생이 많을 경우에 그 이득은 더 커진다는 것이다.
제안 1-2
하향링크 제어 존(DL Control Zone)과 상향링크 제이 존(UL Control Zone)의 경우는 1~N개의 심볼들로 구성될 수 있다. GP의 경우는 심볼의 정수배로 구성된다. 보다 상세히는, GP의 길이는 데이터 존에 할당된 단위 심볼의 정수배로 구성될 수 있다.
일반적으로 GP의 길이는 Round Trip Time (RTT)와 RF switching time (from DL to UL/ from UL to DL)에 의해서 설계된다. 따라서, 일 예로서 self-contained 프레임 구조와 같이 RTT와 RF switching time 오버헤드를 고려하면서 오버헤드를 최소화하는 방법으로 결정될 수 있다.
그러나, 상기 제안한 도 8의 프레임 구조가 기지국이 복수의 단말들을 위해 할당한 프레임 구조라고 하면, 기지국은 데이터 존에서 상향링크/하향링크 데이터 송수신을 동시에 하는 full duplex 방식으로 동작하고, 단말은 송신 혹은 수신만 하는 Half duplex 방식으로 동작한다. 따라서, 기지국의 경우 하향링크 데이터를 송신하는 동시에 상향링크 데이터를 수신하여야 한다. 해당 경우, 기존 방식에 따라 GP를 설정했을 경우 다음 도 10과 같이 심볼 경계의 불일치가 발생하여 간섭이 발생하게 되는 것이 자명하다.
도 10은 기지국에서 데이터 존에서의 DL과 UL 데이터 심볼 경계가 불일치하는 예제를 도시한 도면이다.
기지국의 경우는 하향링크(DL)로 보낸 데이터가 In-band 안으로 수신이 된다. 따라서, 그 불일치 정도가 CP 길이 안으로 들어온다면 OFDM의 직교성을 통해 이상적인 채널에서는 간섭 없이 상향링크(UL) 데이터를 수신할 수 있다, 그러나, 도 10에서 보듯이 GP가 상향링크 데이터(UL Data)와 하향링크 데이터(DL Data)의 심볼 경계를 불일치 시키게 만든다. 따라서, 도 8에 도시한 것과 같이 데이터 존의 GP 길이를 심볼 길이로 설정함으로써 이 간섭을 해결할 수 있다.
따라서, 데이터 존의 GP의 길이는 데이터 존을 구성하는 단위 심볼 길이의 정수배가 되도록 아래의 수학식 1을 항상 만족하도록 설정한다.
[수학식 1]
데이터 존 길이 ÷ 데이터 존에서의 심볼의 개수 = 한 심볼의 길이 = T_cp + T_u = GP 길이 ÷ k
여기서, k는 자연수이며, T_cp는 CP의 길이이고, T_u는 심볼에서 데이터 부분의 길이이다. 즉, GP의 길이는 데이터 존을 구성하는 단위 심볼 길이의 정수배가 된다.
또한, 하향링크 제어 존(DL Control Zone)과 상향링크 제어 존(UL Control Zone)의 경우는 한 개의 심볼로 국한하지 않고 N개의 심볼로 구성될 수 있다.
상기 도 10에서 프레임 구조는 기지국이 하향링크 존에서 하향링크와 상향링크 즉 송수신을 동시에 하는 송수신기가 필요하다. 그 구조는 아래와 같이 구성될 수 있다.
도 11은 기지국의 송수신 장치의 RF 구조를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 11은 한 캐리어에서 송수신을 동시에 하기 위한 장치들의 구성을 보여준다. 첫 째로, 기지국이 송신한 신호가 수신단으로 들어오는 누출(leakage) 파워를 줄이기 위해 circulator를 이용하여 신호를 감쇄시킨다. 추가적으로, 아날로그 자기간섭제거(Analog SIC) 장치를 통해서 추가적으로 자기 간섭 신호를 억제할 수 있다.
상기 제안 1에서 제시한 프레임 구조는 기존 시스템에서 FDD의 DL/UL 트래픽의 전송 기회를 항상 보장하는 특징과 TDD의 DL/UL 트래픽의 비대칭성에 따른 자원의 효율적 사용을 동시에 달성하는 구조라고 할 수 있다.
이어서, 기지국과 단말이 TDD 혹은 FDD 모드에서 동작하는 프레임 구조를 제안한다.
제안 2-1
TDD 캐리어에서 한 서브프레임은 크게 하향링크 제어 존, GP, 데이터 존 그리고, 상향링크 제어 존으로 구성된다. 하향링크 제어 존은 서브 프레임의 처음에 위치하고, 그 다음으로 데이터 존이 위치하고 마지막으로 상향링크 제어 존이 위치하게 된다. 여기서, 한 서브프레임 안에서 데이터 존은 하향링크(DL) 혹은 상향링크(UL) 데이터 중 하나로 사용된다. 그리고, GP 의 위치는 해당 밴드에 속하는 데이터가 UL일 경우는 하향링크 제어 존과 데이터 존 사이에 위치하게 된다. 반대로, 데이터가 하향링크 데이터일 경우는 데이터 존과 상향링크 제어 존 사이에 위치하게 된다. 하향링크 제어 존과 상향링크 제어 존의 경우는 1~N개의 심볼들로 구성될 수 있다. GP의 경우는 심볼의 정수배로 구성된다.
도 12는 TDD 캐리어에서의 프레임 구조 시간-주파수 자원의 일 예를 도시한 도면이다.
도 12에 도시한 바와 같이, 매 서브프레임의 데이터 존은 상향링크(UL) 데이터 존 혹은 하향링크(DL) 데이터 존으로 할당된다. 따라서, 제안 1의 프레임 구조에 비해 DL/UL flexibility는 떨어지지만, 여전히 한 서브프레임 안에 하향링크 제어 존과 상향링크 제어 존이 있기 때문에, OTA (w/ initiation) < 1ms는 스케쥴러에 의해서 달성될 수 있는 기반을 제공한다. 또한, 데이터 존 역시 스케쥴러에 의해서 하향링크 데이터 존 혹은 상향링크 데이터 존으로 활용가능하기 때문에 기존 LTE TDD 보다 더 많은 DL/UL flexibility함은 자명하다.
또한, GP의 길이는 심볼 길이의 배수로 설정한다. 이는 FDD 프레임 구조에서도 TDD에서 사용된 Numerology (Subcarrier spacing, CP길이, 심볼 길이, 한 TTI의 심볼 개수)를 동일하게 사용할 수 있도록 해준다. 즉 TDD와 FDD 프레임 구조에서 공통성(commonality)을 최대한 제공하기 위한 설계 방법이다. 그 결과, 베이스밴드 동작(Baseband operation)에서 많은 공통 부분을 유지할 수 있다.
예를 들어, 만약 GP를 한 심볼로 유지하지 않고 반 심볼 길이로 설계를 하면, TTI를 동일하게 가져가면 들어가는 심볼 개수 혹은 CP의 길이가 TDD와 FDD가 달라지게 되고 이는 구현 장치 관점에서 통일성을 해쳐 각각 구현을 해야 하는 일이 발생한다. 그에 반해, GP를 한 심볼 길이의 배수로 유지하면 CP, 심볼 길이 등 공통으로 사용할 수 있는 구현 부분이 많아지게 하는 효과가 있다.
제안 2-2
도 13은 FDD 캐리어에서 프레임 구조의 시간-주파수 자원의 일 예를 도시한 도면이다.
도 13에서, FDD 캐리어에서 한 서브프레임은 크게 제어 존(Control Zone), 데이터 존(Data Zone)으로 구성된다. 하향링크(DL)의 경우 제어 존은 서브 프레임의 처음에 위치하고, 그 다음으로 데이터 존이 위치한다. 상향링크(UL)의 경우, 서브 프레임의 처음에 상향링크 제어 존이 위치하고, 그 다음으로 데이터 존이 위치한다.
상기 도 13은 기존의 TDD 프레임 구조에서 GP를 데이터로 활용하고 제어 존을 서브프레임의 처음 부분으로 위치 시킨 프레임 구조를 나타낸다. 상술한 것처럼 기존의 TDD 프레임 구조와의 공통 부분을 최대한 유지시키면서 설계를 하여 공통성(commonality)를 최대화 한 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에서 제공하는 제안에 따른 프레임 구조는 5G 서비스 요구사항인 Low latency 즉 OTA (w/ initiation) < 1ms를 달성할 수 있고, 동시에 DL/UL 트래픽의 비대칭성을 최대한 효율적으로 지원할 수 있는 DL/UL flexibility를 제공한다.
기존 LTE/LTE-A의 경우 도 3에서와 같이, PSS, SSS, PBCH를 통해 하향링크 동기화(DL Synchronization)와 필수 시스템 정보의 전송을 수행할 수 있었다. 반면, 차세대 5G 시스템에서는 고려되는 Self-contained 서브프레임 구조와 Adaptive/self-contained 프레임 구조와 및 TDD 새로운 프레임 구조(new frame structure) 모두 하향링크 동기화 또는 시스템 정보를 방송(Broadcast) 하기 위한 정의가 없다. 특히, Self-contained 방식의 프레임 구조(Self-contained 서브프레임 구조와 5G TDD 시스템을 위한 새로운 프레임 구조는 고정되지 않은 Configuration에서 TDD 동작을 수행하므로, 데이터 존 내에서 하향링크 동기화 또는 시스테 정보를 위한 특정 영역을 지정할 경우 전체 주파수 대역에서 하향링크 동작을 수행해야 하는 제약이 발생한다. 하향링크 제어 존(혹은 하향링크 제어 채널)에서 상기 정의를 위한 영역을 지정할 경우, 제어 존의 영역 증가로 인한 제어 오버헤드 증가가 유발되고, 시스템의 쓰루풋(Throughput) 감소를 초래한다. 따라서, 차세대 5G 시스템을 위한 Self-contained 방식 프레임 구조의 하향링크 동기화 동작과 시스템 정보를 전송하는 프레임 구조 설계가 필요하다. 본 발명에서는 Self-contained 방식의 프레임 구조의 DL/UL Flexibility를 해치지 않으면서, 시스템 쓰루풋을 유지하는데 적합한 하향링크 동기화 기법과 시스템 정보 전송 방식을 제시한다.
본 발명에서는 Self-contained 방식의 프레임 구조(Self-contained 서브프레임 구조와 New frame structure for 5G TDD system [4])의 DL/UL Flexibility를 해치지 않으면서, 시스템 Throughput을 유지하는데 적합한 DL Synchronization 기법과 System Information 전송 방식을 제시하고자 한다. 또한, 본 발명은 Adaptive/self-contained frame structure, New frame structure for 5G FDD system 에도 동일하게 적용할 수 있다.
제안 3: 비계층적 하향링크 동기화 및 시스템 정보 전송(Non-Hierarchical DL Synchronization and System Information Transmission)
LTE 시스템의 경우 하향링크 동기화와 시스템 정보 전송을 위한 설계의 조건은 다음 3가지와 같다.
① Minimize cell search time in presence of inter-cell interference and frequency offset
② Minimize UE complexity
③ Minimize Signaling Overhead
반면에, 차세대 5G 시스템에서 고려되는 Self-contained 방식 프레임 구조의 하향링크 동기화 기법 및 시스템 정보 전송 방식은, 상기 설계 조건에 다음과 같은 3가지의 추가적인 설계 원칙을 가진다.
④ Self-contained 방식의 프레임 구조에 적용 가능한 하향링크 동기화 및 시스템 정보의 방송을 정의한다.
⑤ 하향링크 동기화 또는 시스템 정보의 방송을 위한 영역이 데이터 존의 DL/UL Flexibility를 저해하지 않는다. -> (이를 위해 SS는 하향링크 제어 존에 구성되어야 한다).
⑥ 하향링크 동기화 또는 시스템 정보의 방송을 위한 영역이 제어 오버헤드를 증가시키지 않는다. -> (이를 위해 SI를 복수의 서브프레임으로 분산할 필요가 있음).
본 발명에서는 Self-contained 방식의 프레임 구조의 DL/UL Flexibility를 유지하기 위하여, 하향링크 동기화를 위한 동기화 신호(Synchronization Signal, SS, 이하 SS로 약칭할 수 있음)와 Cell Specific 시스템 정보 획득을 위한 시스템 정보(System Information, SI, 이하 SI로 약칭할 수 있음)를 하향링크 제어 존으로 전송하는 구조를 제안한다. 설명의 편의를 위해 Self-contained 방식의 프레임 구조 중에서 도 12에서 제안한 TDD 새로운 프레임 구조를 예로 설명한다. 앞서 언급한 대로 TDD 새로운 프레임 구조에 국한되지 않고 FDD 새로운 프레임 구조, self-contained 방식의 프레임 구조에 동일하게 적용 가능하다.
도 14는 본 발명에서 제안하는 TDD 새로운 프레임 구조의 SS/SI의 할당 영역을 개념적으로 예시한 도면이다.
도 14에서 제안하는 TDD 새로운 프레임 구조의 SS과 SI의 배치 개념의 예시를 나타낸다. 도 14에서와 같이, 각 TDD 새로운 프레임 구조의 TDD 프레임의 첫 n개(예를 들어, n은 1 이상, 바람직하게는 n은 1로 특정될 수 있다) 심볼은 하향링크 제어 존으로 설정되고, 마지막 m개 (m은 1 이상, 바람직하게는 m은 1로 특정될 수도 있다) 심볼은 상향링크 제어 존으로 설정되어 있다. 제안하는 TDD 새로운 프레임 구조는 고정되지 않은 Configuration에서 TDD 동작을 수행하므로, 데이터 존 내에서 SS 또는 SI를 위한 특정 영역을 지정할 경우 전체 주파수 대역에서 하향링크 동작을 수행해야 하는 제약이 발생한다. 데이터 존과 달리 하향링크 제어 존은 오직 하향링크 존으로만 상향링크 제어 존은 오직 상향링크 제어 존으로만 할당되어, 데이터 존의 Flexibility를 해치지 않고 SS 또는 SI를 전송할 수 있다.
그러나, 하향링크 제어 존에서 SS와 SI를 위한 영역을 지정할 경우, SS와 SI의 크기에 따라 하향링크 제어 존의 시간 축 확장이 일어나고, 데이터 존의 영역 감소로 인한 시스템 쓰루풋(Throughput) 감소를 초래할 수 있다. 따라서, SS와 SI를 위한 영역을 하향링크 제어 존의 첫 심볼로 한정하여 구성하면, 데이터 존의 영역 감소로 인한 쓰루풋 손실을 최소화 할 수 있다.
예를 들어, 도 14에서와 같이, 5G 시스템에서 결정된 최소 대역폭(Minimum Bandwidth)에 해당하는 중심 주파수(Center Frequency)에 해당하는 N개 캐리어에 SS와 SI를 전송한다. 이 때, 기지국은 한 프레임에서 SS를 단일 심볼로 서브프레임 0의 하향링크 제어 존에 해당하는 첫 심볼에서 전송할 수 있다. 여기서 서브프레임 0은 한 프레임에서의 가장 낮은 인덱스의 서브프레임으로서 시간 도메인 상 한 프레임에서 가장 앞선 서브프레임이다. 그러나, SS가 한 프레임 내의 가장 앞선 서브프레임에 구성되는 것으로 한정되지 않고 다른 서브프레임의 첫 심볼에 구성될 수도 있다.
도 14를 참조하면, SI는 단일 심볼로 서브프레임 1에서부터 서브프레임 4까지의 하향링크 제어 존에 해당하는 첫 심볼로 전송된다. 여기서 SS 또는 SI의 전송 서브프레임 순서와 범위는 시스템 환경에 따라 다를 수 있다. 또한, 도 14에서는 SI가 4개 서브프레임에서 연속적으로 전송되는 것을 일 예로 도시하였으나, 한 TDD 프레임 내에서 적어도 하나 이상의 서브프레임에서 SI가 전송될 수 있고, 복수의 서브프레임에서 SI가 전송될 경우 도 14의 경우와 같이 연속적인 복수의 서브프레임에서 전송될 수도 있고, 불연속적으로 복수의 서브프레임에서 전송될 수도 있다. 또한, 도 14에서는 SS가 전송되는 서브프레임(subframe 0)에 연속하는 서브프레임인 subframe 1에서 부터 SI가 전송되는 것으로 도시하였으나, 이 것은 일 예일 뿐, SS가 전송된 서브프레임에 연속하지 않는 후속 서브프레임에서 SI가 전송될 수도 있다.
SS는 프레임 동기화(Frame Synchronization)하는데 사용되며, 셀 검색(cell search)를 위한 C개의 시퀀스로 구성되어 있으며, 단말은 C개의 시퀀스에 대한 블라인드 검출(Blind Detection)을 통해, 송신된 시퀀스의 인덱스를 획득할 수 있다. 여기서, C는 셀 인덱스(Cell Index)를 나타내며, 일반적으로 Sectorization 관점에서 3개의 셀까지 구분해 낼 수 있고, 시스템 환경에 따라 다르게 설정할 수 있다. 단말은 시퀀스에 대한 블라인드 검출 수행 시, 자기상관(Auto-correlation) 또는 상호상관(Cross-correlation)을 기반으로 동기화를 수행한다. 추가적으로, 시퀀스 검출 후에는 단말은 알려진 시퀀스(Known Sequence)를 기반으로 채널 추정을 수행할 수 있다.
SI는 복수 개의 서브프레임의 첫 심볼에 나누어 전송될 수 있으며, 각 단일 SI 심볼은 L개의 Reference Signal (RS)을 포함하고 있다. L개의 RS는 낮은 상호상관(Cross-Correlation)을 가지는 L’개의 시퀀스로 구성되어 있으며, 자기 상관/상호상관(Auto/Cross-correlation) 기반의 블라인드 검출을 통해, L’개의 물리 셀 그룹 ID(Identifier)를 구분할 수 있다. 여기서, L과 L’은 시스템 환경에 따라 다를 수 있으며, L이 L’보다 크면 직교 시퀀스로, L이 L’보다 작으면 비직교 시퀀스로 구성할 수 있다. 여기서, L’개의 시퀀스에 대한 블라인드 검출 수행 시, SS의 채널 추정(Channel Estimation) 정보를 통한 코히런트 검출을 수행하거나, SI 심볼을 독립적으로 논-코히런트 검출(Non-coherent Detection)을 수행할 수 있다.
도 15는 본 발명에서 제안하는 SS의 동기화 및 SI의 디코딩 절차를 예시한 도면이다.
도 15에서 제안하는 TDD 새로운 프레임 구조의 하향링크 동기화와 SI 디코딩 절차에 대한 예시를 도식화 한 것이다. 도 14에서 예시된 바와 같이, 단말은 서브프레임 0의 첫 심볼을 통해 SS를 블라인드 검출하여 프레임 동기화를 획득하고, 물리 셀 ID 그룹 안에서 셀 인덱스 (C개중 1개)를 획득한다. 단말은 검출된 SS로부터 획득한 셀 인덱스를 기반으로 채널 추정을 수행하고, 코히런트 검출 방식의 경우 채널 등 Channel Equalization을 수행한 후, 서브프레임 1의 첫 심볼에 해당하는 SI(1)의 RS에 적용된 시퀀스를 검출한다. 이를 통해 L’개의 시퀀스를 구분해 낼 수 있다.
같은 방식으로 단말은 SI(1)의 RS에 대한 채널 추정과 SI(2)를 위한 Channel Equalization을 수행하여 SI(2)의 RS에 적용된 시퀀스를 블라인드 검출을 수행한다. 같은 방식으로 SI의 총 개수만큼 채널 추정과 Channel Equalization을 수행하며, 논-코히런트 검출 방식의 경우에는 Channel Equalization 없이 RS에 적용된 시퀀스를 블라인드 검출한다. 시간 축 채널의 변화가 큰 경우에는, 논-코히런트 검출의 성능이 더 좋을 수 있다.
상기 방법에서 다중경로 페이딩에 의해 형성되는 코히런스 대역(Coherence bandwidth)이 부반송파 간격(Subcarrier spacing) 보다 크면, RS를 주파수 영역 전체에 할당할 수 있다. 이 경우, SI가 전송되는 심볼과 SI를 위한 RS가 전송되는 심볼이 다를 수 있다.
도 15에서 설명하는 기존 LTE/LTE-A 시스템과 달리 단말이 CP(Cyclic Prefix) Duration과 TDD/FDD 여부를 알지 못한 상태로 수행할 수 있다. Adaptive/self-contained 프레임 구조와 TDD 새로운 프레임 구조, FDD 새로운 프레임 구조는 하향링크 제어 존이 각 서브프레임의 첫 심볼에서 시작 하므로, CP Duration과 TDD/FDD 여부를 알지 못한 상태에서도 하향링크 동기화를 획득할 수 있고 SI의 디코딩이 가능하다는 장점이 있다. SI 심볼 내의 RS에 사용된 시퀀스를 통해 물리 셀 ID(PCID)를 구분해 내는 방법은 계층적 시퀀스 세트에 따라 다양할 수 있다. 예를 들어, SS를 통해 구분되는 시퀀스 세트(Sequence Set) C가 3개의 셀 인덱스를 구분하고, SI(1)과 SI(2)를 통해 시퀀스 세트 L’이 12개의 물리 셀 그룹 ID를 구분하고, SI(3)과 SI(4)를 통해 시퀀스 세트 L’이 12개의 물리 셀 그룹 ID를 구분한다고 가정한다. 그러면 단말은 3*12*12=432개의 물리 셀 ID 구분해 낼 수 있다. 만약, 시퀀스 세트가 SI 심볼에 따라 모두 다르면, 단말은 3*12*12*12*12개의 물리 셀 ID를 구분할 수 있고, 시퀀스 세트가 SI 심볼들 모두 같다면, 3*12개의 물리 셀 ID를 구분할 수 있다. 시퀀스 세트는 복수 개의 서브프레임에서 모두 동일하거나, 모두 다르거나, 서브세트(Subset)로 구성될 수 있으며, RS를 통한 시퀀스 세트의 개수가 많을수록 물리 셀 ID의 개수가 증가하나 검출 복잡도가 증가하고 검출 정확도가 감소한다. 반면에 RS를 통한 시퀀스 세트의 개수가 적을수록 물리 셀 ID의 개수가 감소하나 검출 복잡도가 감소하고 검출 정확도가 증가한다는 장점이 있다. 시스템에 따라 상기 방식들은 사전에 정의될 수 있다. 단말은 상술한 방식을 통해 물리 셀 ID를 구분하고, 채널 추정을 수행하면, SI의 디코딩을 수행할 수 있으며, Cyclic Redundancy Check (CRC)를 통해 SI 정보의 디코딩성공 여부를 확인할 수 있다.
상기 방법에서 SI가 전송되는 심볼과 SI를 위한 RS가 전송되는 심볼이 다른 경우, CP Duration을 모른 상태로 SI 디코딩이 불가능 할 수 있다. 이 경우, CP Duration에 대한 블라인드 검출을 통해, 디코딩을 수행할 수 있다.
상술한 SI는 복수 개의 서브프레임에 나누어 전송될 수 있으며, 단말의 초기 접속을 위해 필요한 필수 정보들을 포함할 수 있다. 여기서, 단말의 초기 접속을 위해 필요한 필수 정보들은 시스템 환경에 따라 다를 수 있으며, 일반적으로 시스템 대역폭, 시스템 프레임 번호(System Frame Number), 하향링크 제어 존 구성(DL Control Zone Configuration) 정보, TDD/FDD Index, CP Duration, CRC 등을 포함할 수 있다. 여기서, 하향링크 제어 존 구성(DL Control Zone Configuration) 정보는 하향링크 제어 존 내의 제어 정보에 대한 길이 정보 또는 배치 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하향링크 제어 존 내에서 Physical Hybrid-ARQ Indicator 정보(를 위한 영역의 위치나 크기(예를 들어, PHICH의 위치 혹은 크기)를 알려주기 위한 인덱스 정보 등을 포함할 수 있다. 또한, 기존 LTE/LTE-A 시스템에서 단말은 TDD/FDD Index와 CP Duration을 계층적 동기화(Hierarchical Synchronization)를 통해 검출할 수 있었으나, 본 발명에서 제안하는 비계층적 SS를 통해서는 상기 정보의 검출이 불가능 하다. 따라서 기지국인 SI에 상기 정보를 위한 자원을 할당하여 전송할 필요가 있다. 기지국은 SI에 해당 프레임이 TDD 프레임 인지 FDD 프레임 인지 가리키는 1 비트의 정보, CP-OFDM에서 CP가 두 종류일 경우 CP Duration을 알려주기 위한 1 비트 정보가 포함하여 전송할 수 있다. 또한, new waveform인 filtered OFDM을 사용하는 경우는 Filter의 종류가 두 종류일 경우 Filter Index를 알려주기 위한 1 비트의 추가 정보가 SI에 더 포함되어 전송될 수 있다. 일 예로 1비트를 설명하였으나 사전에 정의된 방식의 종류에 따라 비트 수가 증가될 수 있다.
상기 방법에서 SI가 전송되는 심볼과 SI를 위한 RS가 전송되는 심볼이 다른 경우, CP Duration 에 대한 블라인드 검출을 수행하므로, CP Duration을 알려주기 위한 비트 정보를 제외할 수도 있다.
도 16은 본 발명에서 제안하는 TDD 새로운 프레임 구조에서의 SS 및 SI의 할당을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 16에서 제안하는 TDD 새로운 프레임 구조의 SS가 복수 개일 때를 예시한다. 차세대 5G 시스템에서는 서비스 시나리오마다 초기 동기화 시간(Initial Synchronization Time)의 Requirement가 다를 수 있다. 이 경우, 단일 프레임 내에 SS의 빈도를 높여야 동기화를 더 빨리 누적하여 심볼 타이밍을 획득할 수 있다. 그러나, 단일 프레임 내 주기적인 복수 개의 SS의 전송은 프레임의 시작점을 인지하지 못하게 하는 문제가 발생한다. 따라서, 단일 프레임 내 SS는 첫 서브프레임 부터 연속적으로 배치된다. 예를 들어, 단일 프레임 내 SS가 2개 SI가 4개로 나누어져 있는 경우, 서브프레임 0에서부터 서브프레임 5까지, [SS, SS, SI(1), SI(2), SI(3), SI(4)]의 연속된 순서로 전송될 수 있다. 여기서, 기지국은 SS를 같은 시퀀스를 적용하여 반복적으로 전송할 수 있고, SI는 SI(1)에서 SI(4)까지 하나의 묶음 정보가 분리되어 전송된다. 단말은 첫 번째 SS(즉, 도 15에서 subframe 0에서의 SS)를 기준으로 프레임 동기화를 수행할 수 있다. 여기서 도 15에서는 SS의 반복 빈도를 2회, SI의 분리 전송 수는 4회로 예시하였으나, SS의 반복 빈도와 SI의 분리 전송 수는 5G 시스템 시나리오에 따라 다르게 설정될 수 있다.
이상에서 설명한 SS와 SI의 전송 구조를 요약하면 다음과 같다.
(1) SS 또는 SI는 하향링크 제어 존을 통해서만 전송될 수 있으며, 중심 주파수에 해당하는 N carriers, 각 서브프레임의 첫 심볼에 전송될 수 있다.
A. 시스템 대역폭 확인이 불가능 하므로, 중심 주파수에 해당하는 N Carrier에서 SS에서 전송될 수 있다.
B. TDD 새로운 프레임 구조의 첫 심볼은 전 대역에 대해서 하향링크 제어 존으로 사용되므로, 각 서브프레임의 첫 심볼에만 전송될 수 있다.
C. 이 때, 하향링크 제어 존을 위한 RS이 첫 심볼에 존재해야만 하는 경우, SS와 SI가 두 번째 심볼에 존재할 수 있다. 이 경우에도, RS를 제외한 제어 심볼들 내에서 첫 심볼에 SS와 SI가 위치해야 하며, 각 서브프레임 마다 동일한 위치에 하나의 심볼로 전송될 필요가 있다
D. 따라서, SS와 SI는 TDD 새로운 프레임 구조 각 하향링크 제어 존의 첫 심볼에만 전송되며, SI의 크기가 한 심볼을 넘어서는 경우 다수개의 서브프레임의 각 DL 제어 존의 첫 심볼에 분할 전송된다.
(2) SS는 C개의 시퀀스로 구성되며, 자기상관/상호상관 기반의 블라인드 검출을 통해, 프레임 동기화 기능과, C개의 셀 검색 기능, 검출된 시퀀스를 기반으로 채널 추정을 수행하는 기능을 한다.
A. 단말은 SS의 시퀀스에 대한 블라인드 검출을 수행하고, 수신 SS에 대해 검출된 시퀀스를 Least Square 방식으로 채널 추정을 수행하며, 인접 서브프레임에 존재하는 SI의 RS가 맵핑된 RE에 Channel Equalization을 수행하고, SI의 RS에 대한 블라인드 검출을 통해 물리 셀 그룹 ID를 검출할 수 있다.
B. 즉, SS를 통한 채널 추정은 인접 SI의 RS에 대한 코히런트 검출을 위해 수행될 수 있다.
(3) 단일 서브프레임 내의 SI는 L개의 RS를 포함하고 있으며, RS는 낮은 상호상관을 가지는 L’개의 시퀀스로 구성되어 있다. 자기상관/상호상관 기반의 블라인드 검출을 통해, L’개의 물리 셀 그룹 ID를 구분한다. 또한, 단말은 물리 셀 그룹 ID를 기반으로 채널 추정을 수행할 수 있다.
A. 단말이 SI의 RS에 대한 블라인드 검출을 통해 시퀀스 검출하고, 수신 SI의 RS에 대해 검출된 시퀀스를 Least Square 방식으로 채널 추정을 수행하고, 인접 서브프레임에 존재하는 SI의 RS가 맵핑된 RE에 Channel Equalization을 수행한다. 단말은 SI의 RS에 대한 블라인드 검출을 통해 물리 셀 그룹 ID를 검출할 수 있다.
B. 즉, 단말의 SI의 RS를 통한 채널 추정은 인접 다른 SI의 RS에 대한 코히런트 검출을 위해 수행될 수 있다.
(4) 각 SI 심볼 내의 RS의 개수 L과 시퀀스의 개수 L’이 같으면 직교 시퀀스 사용할 수 있고, L < L’이면 상호상관이 낮은 비직교 시퀀스 세트를 사용할 수 있다.
(5) 각 SI 심볼의 RS에 사용된 시퀀스를 검출 하기 위해, 앞 서브프레임의 채널 추정 정보를 기반으로 Channel Equalization을 수행하여, 코히런트 검출 방식으로 RS의 시퀀스를 검출 할 수 있다.
(6) 각 SI 심볼의 RS 값들은 시퀀스 세트에 의해 결정된다. 시퀀스 세트는 다수 개의 서브프레임에서 모두 동일하거나, 모두 다르거나, 서브세트로 구성될 수 있다.
(7) SI는 단말의 초기 접속을 위한 필수 정보를 전달하며, 필수 정보로는 시스템 대역폭, 시스템 프레임 번호(System Frame Number), 하향링크 제어 존 구성 정보, TDD/FDD Index, CP Duration(for CP-OFDM), Filter Index(for Filtered OFDM)등을 포함할 수 있고, SI에 CRC가 포함되어 있으면 단말은 CRC를 인코딩하여 디코딩시 성공 여부를 확인한다.
(8) 복수 개에 나누어진 SI들은 하나의 묶음으로 디코딩이 수행될 수 있으며, CRC를 통해 디코딩 성공 여부를 확인할 수 있다.
(9) 단일 프레임 내 SS는 SS의 빈도수에 따라 첫 번째 서브프레임에서부터 연속적으로 반복 전송될 수 있다. 마지막 SS가 전송된 서브프레임의 다음 서브프레임에서부터 SI의 정보량에 따라 SI가 분할되어 전송될 수 있다. 단말은 첫 번째 SS를 기준으로 프레임 동기화를 수행할 수 있으며, 프레임 동기화를 기반으로 SI 디코딩을 수행할 수 있다.
도 17은 본 발명에서 제안하는 TDD 새로운 프레임 구조에서의 하나의 프레임에 2개의 SS와 1개의 SI가 전송되는 시스템의 일 예를 도시한 도면이다.
도 17은 SS와 SI 전송 방식에서, 하나의 프레임 내에 2개의 SS 전송과 1개의 SI 전송을 예시적으로 나타내고 있다. 예를 들어, 기존 LTE/LTE-A 시스템에서의 SI는 PBCH를 통해 전송되며, PBCH는 RS를 포함하여 72개의 서브캐리어와 4개의 심볼로 288개의 RE를 구성하여 전송한다.
TDD 새로운 프레임 구조에서 같은 정보량을 전송한다면, 동일하게 72개의 서브캐리어와 4개의 심볼로 288개의 RE를 구성하여 전송할 수 있다. 이 때, SI는 예를 들어 4개의 서브프레임에 걸쳐 하향링크 제어 존의 첫번째 심볼에 4번에 걸쳐 분할 전송될 수 있으며, 4개의 심볼을 통한 SI 정보가 하나의 SI로 구성될 수 있다. 4개의 심볼을 통한 SI 정보는 일 예일 뿐이며 적어도 1개 이상의 심볼에 SI 정보가 구성될 수 있다. 따라서, 각 프레임의 서브프레임 0, 서브프레임 1을 통해 하향링크 제어 존 내 첫 심볼에 SS가 반복 전송되고, SI는 분할되어 서브프레임 2, 서브프레임 3, 서브프레임 4, 서브프레임 5를 통해 하향링크 제어 존 내의 첫 심볼에서 전송될 수 있다. 상기 경우, 서브프레임이 0.2ms으로 구성된다고 가정하면, 2ms 마다 2번 SS가 반복 전송된다. 최악의 경우의 수신 측에서 SS가 10번 누적되면 동기화가 완료된다고 가정했을 때, 10ms내에 동기화가 가능하다.
도 17에서 예시한 SS와 SI의 전송 빈도는 시스템 환경에 따라 다를 수 있다. 예를 들어, 시스템의 동기화 요구조건이 완화(Relaxation)되어 빈도 수가 반으로 줄어드는 경우, 프레임 0,2,4,…에 SS와 SI가 같은 방식으로 전송되고 프레임 1,3,5,…에는 하향링크 제어 정보만 전송될 수 있다. 상기 경우, 서브프레임이 0.2ms으로 구성된다고 가정하면, 4ms 마다 2번 SS가 반복 전송된다. 최악의 경우 수신 측에서는 SS가 10번 누적되면 동기화가 완료된다고 가정했을 때, 20ms내에 동기화가 가능하다.
도 18은 본 발명에서 제안하는 TDD 새로운 프레임 구조의 하나의 프레임에서 2개의 SS와 1개의 SI가 전송되는 시스템에서 제어 존을 위한 RS가 첫 심볼에 위치해야만 하는 경우의 SS, SS 전송 방법의 일 예를 도시한 도면이다.
도 18은 하나의 프레임에 2개의 SS와 1개의 SI가 전송되는 시스템에서 제어 존을 위한 RS가 첫 심볼에 위치해야만 하는 경우를 예시한다. 이 경우, SS와 SI는 제어 RS를 제외한 하향링크 제어 존 내의 첫 심볼에서 전송될 수 있다. 따라서, 각 서브프레임의 두 번째 심볼에서 전송될 수 있으나, SS와 SI의 위치는 서브프레임 내에서 항상 같고, 한 심볼에서 전송될 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에서 제안하는 TDD 새로운 프레임 구조에 따른 하향링크 동기화 및 SI 전송 방식은 Self-contained 방식 프레임 구조의 DL/UL Flexibility를 해치지 않으면서 시스템 쓰루풋 손실을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
이상에서 설명된 실시예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들이 소정 형태로 결합된 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려되어야 한다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시예를 구성하는 것도 가능하다. 본 발명의 실시예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다. 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있음은 자명하다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
무선통신 시스템에서 단말이 TDD 프레임을 이용하여 통신을 수행하는 방법은 3GPP LTE/LTE-A, 5G 시스템 등 다양한 무선통신 시스템에서 산업상으로 적용이 가능하다.

Claims (15)

  1. 무선통신 시스템에서 단말이 TDD 프레임을 이용하여 통신을 수행하는 방법에 있어서,
    상기 TDD 프레임의 제 1 서브프레임의 한 심볼에서 동기화 신호(Synchronization Signal, SS)를 수신하는 단계; 및
    상기 제 1 서브프레임 내 적어도 하나의 마지막 심볼을 포함하는 상향링크 제어 존을 통해 상향링크 제어 정보를 전송하는 단계를 포함하는, TDD 프레임을 이용하여 통신을 수행하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 서브프레임에서 상기 한 심볼을 제외한 적어도 하나의 시작 심볼에서 하향링크 제어 정보를 수신하는 단계를 더 포함하는, TDD 프레임을 이용하여 통신을 수행하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 상향링크 제어 존의 앞 심볼은 가드 구간(guard period)로 구성되는, TDD 프레임을 이용하여 통신을 수행하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 서브프레임에 후속하는 적어도 하나의 서브프레임 각각의 첫 번째 심볼에서 시스템 정보(System Information, SI)를 수신하는 단계를 더 포함하는, TDD 프레임을 이용하여 통신을 수행하는 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 서브프레임은 상기 TDD 프레임에서 시간 도메인 상에서 가장 앞선 서브프레임인, TDD 프레임을 이용하여 통신을 수행하는 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 SS는 시간 도메인 상에서 상기 제 1 서브프레임의 첫 번째 심볼에서 수신되는, TDD 프레임을 이용하여 통신을 수행하는 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 서브프레임의 첫 번째 심볼에서 하향링크 제어 정보를 수신한 경우에는 상기 SS는 상기 제 1 서브프레임의 두 번째 심볼에서 수신되는, TDD 프레임을 이용하여 통신을 수행하는 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    제 2 서브프레임의 한 심볼에서 상기 SS를 수신하는 단계를 더 포함하는, TDD 프레임을 이용하여 통신을 수행하는 방법.
  9. 제 4항에 있어서,
    상기 수신한 SS에 기초하여 채널 추정을 수행하는 단계;
    상기 채널 추정에 기초하여 채널 등화(channel equalization)를 수행하는 단계; 및
    상기 SI가 전송된 심볼의 RS에 적용된 시퀀스를 블라인드 검출하는 단계를 더 포함하는, TDD 프레임을 이용하여 통신을 수행하는 방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 제 2 서브프레임은 시간 도메인 상에서 상기 제 1 서브프레임 뒤에오는 연속적인 서브프레임인, TDD 프레임을 이용하여 통신을 수행하는 방법.
  11. 제 4항에 있어서,
    상기 제 1 서브프레임에 후속하는 적어도 하나의 서브프레임은 4개의 연속적인 서브프레임들을 포함하는, TDD 프레임을 이용하여 통신을 수행하는 방법.
  12. 무선통신 시스템에서 TDD 프레임을 이용하여 통신을 수행하는 단말에 있어서,
    수신기;
    송신기; 및
    프로세서를 포함하되,
    상기 프로세서는, 상기 수신기가 상기 TDD 프레임의 제 1 서브프레임의 한 심볼에서 동기화 신호(Synchronization Signal, SS)를 수신하도록 제어하며,
    상기 프로세서는, 상기 송신기가 상기 제 1 서브프레임 내 적어도 하나의 마지막 심볼을 포함하는 상향링크 제어 존을 통해 상향링크 제어 정보를 전송하도록 제어하는, 단말.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 수신기가 상기 제 1 서브프레임에서 상기 한 심볼을 제외한 적어도 하나의 시작 심볼에서 하향링크 제어 정보를 수신하도록 제어하는, 단말.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 수신기가 상기 제 1 서브프레임에 후속하는 적어도 하나의 서브프레임 각각의 첫 번째 심볼에서 시스템 정보(System Information, SI)를 수신하도록 제어하는, 단말.
  15. 제 12항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 수신기가 상기 SS를 시간 도메인 상에서 상기 제 1 서브프레임의 첫 번째 심볼에서 수신하도록 제어하는, 단말.
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