WO2018021591A1 - Otfs 전송 방식을 이용하는 무선통신 시스템에서 otfs 기저 할당 방법 - Google Patents

Otfs 전송 방식을 이용하는 무선통신 시스템에서 otfs 기저 할당 방법 Download PDF

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WO2018021591A1
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이호재
이상림
노광석
김동규
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엘지전자 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to wireless communication, and more particularly, to an OTFS basis allocation method and apparatus therefor in a wireless communication system using the OTFS transmission scheme.
  • the 3GPP LTE 3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution (LTE) system is designed as a frame structure with a 1ms transmission time interval (TTI), and the data request delay time is 10ms for video applications.
  • TTI transmission time interval
  • future 5G technologies will require lower latency data transmissions with the emergence of new applications such as real-time control and tactile internet, and 5G data demand latency will be lowered to 1ms. It is expected.
  • future 5G technology requires more terminal connectivity in one base station, and 5G required connectivity is expected to increase up to 1,000,000 / km 2.
  • An object of the present invention is to provide a method for a terminal to receive OTFS base allocation information in a wireless communication system using an OTFS transmission method.
  • Another object of the present invention is to provide a terminal for receiving OTFS base allocation information in a wireless communication system using the OTFS transmission scheme.
  • a method for receiving a OTFS base allocation information from a base station includes information on an OTFS base size (N) from a base station.
  • Receiving control information comprising; And receiving data on OTFS bases of a predetermined size indexed according to a predefined rule in an N ⁇ N OTFS transformation matrix in the time and frequency domain corresponding to the OTFS base size.
  • OTFS bases of size N are represented by an N ⁇ N OTFS transformation matrix, where a row index represents a cyclic frequency shift index and a column in the N ⁇ N OTFS transformation matrix.
  • the index represents a cyclic time shift index, and indexing according to the predefined rule causes the OTFS bases of the predetermined size to be cyclic frequency shifted and cyclic time shifted in the N ⁇ N OTFS transformation matrix. It may be indexed in order to maximize.
  • the control information may further include information on OTFS index values of the OTFS bases of the predetermined size, and may receive data on OTFS bases indexed by the OTFS index value.
  • the control information may further include information about the number of layers allocated to the terminal or information about a start number among the allocated layers. In the N ⁇ N OTFS transformation matrix, the product between two different OTFS basis may have a characteristic of 0.
  • the control information may be received through a physical downlink control channel.
  • a terminal for receiving OTFS base allocation information in a wireless communication system using an Orthogonal Time, Frequency and Space (OTFS) transmission scheme the receiver; And a processor, wherein the processor controls the receiver to receive control information from the base station, the control information comprising information about an OTFS basis size (N), the receiver being on a time and frequency domain corresponding to the OTFS basis size; Control to receive data on OTFS bases of a predetermined size indexed according to a predefined rule in an N ⁇ N OTFS transformation matrix of OTFS bases, wherein the OTFS bases of the OTFS basis size (N) are In the OTFS transformation matrix of N ⁇ N, a row index represents a cyclic frequency shift index and a column index represents a cyclic time shift index.
  • OTFS Orthogonal Time, Frequency and Space
  • Indexing causes the OTFS bases of the predetermined size to be cyclic frequency shifted and intersected in the N ⁇ N OTFS transformation matrix. It may be indexed in order to maximize the time shift rigs.
  • the control information further includes information about OTFS index values of the OTFS bases of the predetermined size, and the processor may control the receiver to receive data on OTFS bases indexed by the OTFS index value.
  • the control information may further include information about the number of layers allocated to the terminal or information about a start number among the allocated layers. In the N ⁇ N OTFS transformation matrix, the product between two different OTFS basis is zero.
  • the control information may be received through a physical downlink control channel.
  • communication performance may be improved by mitigating ISI according to the OTFS transmission scheme.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a base station 105 and a terminal 110 in a wireless communication system 100.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an association between IMT 2020 core performance requirements for 5G and 5G performance requirements for each service scenario.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an OTFS transmission mechanism according to the OTFS-2D access method by way of example.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating the spectral efficiency of OTFS.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a method of performing an OTFS transform in an OTFS transmitter.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of transmission on a time axis of an OTFS transformed matrix.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of 2D channel estimation with pilot on an OTFS transformed time-frequency domain.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a 5G self-contained frame (or subframe) structure by way of example.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of allocating a resource block (RB) for using an OTFS transmission scheme in a data region.
  • RB resource block
  • 10 is a diagram illustrating an example of allocating pilot and data in an OTFS RB.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of numbering of a basis.
  • 12 is a diagram illustrating an example of informing a pilot position and a guard zone region for each layer in case of 2 layer transmission.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an example for illustrating an order concept of indexing an OTFS basis.
  • FIG. 14 is a schematic diagram of a generalization scheme for OTFS base indexing.
  • 17 is an exemplary diagram for illustrating a concept of indexing order of an OTFS basis having a rectangular matrix.
  • FIG. 18 illustrates an example of base allocation of multiple users according to an OTFS base allocation scheme.
  • 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
  • the technique proposed by the present invention shares time and frequency resources with a time division duplex (TDD) for bidirectional transmission and reception by dividing time resources into downlink transmission time and uplink transmission time as well as the frequency division duplex. Obviously, it can operate in full duplex that transmits in both directions.
  • TDD time division duplex
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a base station 105 and a terminal 110 in a wireless communication system 100.
  • the wireless communication system 100 may include one or more base stations and / or one or more base stations. It may include a terminal.
  • the base station 105 includes a transmit (Tx) data processor 115, a symbol modulator 120, a transmitter 125, a transmit / receive antenna 130, a processor 180, a memory 185, and a receiver ( 190, a symbol demodulator 195, and a receive data processor 197.
  • the terminal 110 transmits (Tx) the data processor 165, the symbol modulator 170, the transmitter 175, the transmit / receive antenna 135, the processor 155, the memory 160, the receiver 140, and the symbol. It may include a demodulator 155 and a receive data processor 150.
  • the base station 105 and the terminal 110 are provided with a plurality of transmit and receive antennas. Accordingly, the base station 105 and the terminal 110 according to the present invention support a multiple input multiple output (MIMO) system. In addition, the base station 105 according to the present invention may support both a single user-MIMO (SU-MIMO) and a multi-user-MIMO (MU-MIMO) scheme.
  • MIMO multiple input multiple output
  • SU-MIMO single user-MIMO
  • MU-MIMO multi-user-MIMO
  • the transmit data processor 115 receives the traffic data, formats the received traffic data, codes it, interleaves and modulates (or symbol maps) the coded traffic data, and modulates the symbols ("data"). Symbols ").
  • the symbol modulator 120 receives and processes these data symbols and pilot symbols to provide a stream of symbols.
  • the symbol modulator 120 multiplexes the data and pilot symbols and sends it to the transmitter 125.
  • each transmission symbol may be a data symbol, a pilot symbol, or a signal value of zero.
  • pilot symbols may be sent continuously.
  • the pilot symbols may be frequency division multiplexed (FDM), orthogonal frequency division multiplexed (OFDM), time division multiplexed (TDM), or code division multiplexed (CDM) symbols.
  • Transmitter 125 receives the stream of symbols and converts it into one or more analog signals, and further adjusts (eg, amplifies, filters, and frequency upconverts) the analog signals to provide a wireless channel. Generates a downlink signal suitable for transmission via the transmission antenna 130, the transmission antenna 130 transmits the generated downlink signal to the terminal.
  • the receiving antenna 135 receives the downlink signal from the base station and provides the received signal to the receiver 140.
  • Receiver 140 adjusts the received signal (eg, filtering, amplifying, and frequency downconverting), and digitizes the adjusted signal to obtain samples.
  • the symbol demodulator 145 demodulates the received pilot symbols and provides them to the processor 155 for channel estimation.
  • the symbol demodulator 145 also receives a frequency response estimate for the downlink from the processor 155 and performs data demodulation on the received data symbols to obtain a data symbol estimate (which is an estimate of the transmitted data symbols). Obtain and provide data symbol estimates to a receive (Rx) data processor 150. Receive data processor 150 demodulates (ie, symbol de-maps), deinterleaves, and decodes the data symbol estimates to recover the transmitted traffic data.
  • the processing by symbol demodulator 145 and receiving data processor 150 is complementary to the processing by symbol modulator 120 and transmitting data processor 115 at base station 105, respectively.
  • the terminal 110 is on the uplink, and the transmit data processor 165 processes the traffic data to provide data symbols.
  • the symbol modulator 170 may receive and multiplex data symbols, perform modulation, and provide a stream of symbols to the transmitter 175.
  • the transmitter 175 receives and processes a stream of symbols to generate an uplink signal.
  • the transmit antenna 135 transmits the generated uplink signal to the base station 105.
  • the transmitter and the receiver in the terminal and the base station may be configured as one radio frequency (RF) unit.
  • RF radio frequency
  • an uplink signal is received from the terminal 110 through the reception antenna 130, and the receiver 190 processes the received uplink signal to obtain samples.
  • the symbol demodulator 195 then processes these samples to provide received pilot symbols and data symbol estimates for the uplink.
  • the received data processor 197 processes the data symbol estimates to recover the traffic data transmitted from the terminal 110.
  • Processors 155 and 180 of the terminal 110 and the base station 105 respectively instruct (eg, control, coordinate, manage, etc.) operations at the terminal 110 and the base station 105, respectively.
  • Respective processors 155 and 180 may be connected to memory units 160 and 185 that store program codes and data.
  • the memory 160, 185 is coupled to the processor 180 to store the operating system, applications, and general files.
  • the processors 155 and 180 may also be referred to as controllers, microcontrollers, microprocessors, microcomputers, or the like.
  • the processors 155 and 180 may be implemented by hardware or firmware, software, or a combination thereof.
  • ASICs application specific integrated circuits
  • DSPs digital signal processors
  • DSPDs digital signal processing devices
  • PLDs programmable logic devices
  • FPGAs Field programmable gate arrays
  • the firmware or software may be configured to include a module, a procedure, or a function for performing the functions or operations of the present invention, and to perform the present invention.
  • the firmware or software configured to be may be provided in the processors 155 and 180 or stored in the memory 160 and 185 to be driven by the processors 155 and 180.
  • the layers of the air interface protocol between the terminal and the base station between the wireless communication system (network) are based on the lower three layers of the open system interconnection (OSI) model, which is well known in the communication system. ), And the third layer L3.
  • the physical layer belongs to the first layer and provides an information transmission service through a physical channel.
  • a Radio Resource Control (RRC) layer belongs to the third layer and provides control radio resources between the UE and the network.
  • the terminal and the base station may exchange RRC messages through the wireless communication network and the RRC layer.
  • the processor 155 of the terminal and the processor 180 of the base station process the signals and data, except for the function of receiving or transmitting the signal and the storage function of the terminal 110 and the base station 105, respectively.
  • the following description does not specifically refer to the processors 155 and 180.
  • the processors 155 and 180 it may be said that a series of operations such as data processing is performed rather than a function of receiving or transmitting a signal.
  • 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
  • uMTC is a next generation mobile communication scenario with characteristics such as Ultra Reliable, Ultra Low Latency, Ultra High Availability, etc.
  • mMTC is a next generation mobile communication scenario having low cost, low energy, short packet, and mass connectivity (eg, IoT).
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an association between IMT 2020 core performance requirements for 5G and 5G performance requirements for each service scenario.
  • OTA Latency Requirement ⁇ 1ms
  • Mobility Mobility:> 500km / h
  • BLER ⁇ 10-6
  • 5G communication systems require a transmission technology that is robust to high Doppler effects due to high speed and increased center frequency.
  • the Orthogonal Time, Frequency and Space (OTFS) transmission technique which is recently attracting attention, has been introduced as a technique that shows better performance than the conventional OFDM communication system under high Doppler conditions. This technique is based on the 2D channel model. In the case of the existing 1D channel model, the channel in the time domain changes due to the Doppler effect. This means that the channel changes randomly in mathematical modeling. Thus, there is a need for a reference signal for measuring the channel state at every changing time.
  • 2D channel modeling analyzes channels simultaneously in terms of time and frequency domain.
  • the channel change due to the Doppler effect can be included in the channel modeling and can be regarded as a deterministic channel rather than a random one.
  • OTFS a new transmission scheme
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an OTFS transmission mechanism according to the OTFS-2D access method by way of example.
  • the OTFS transmission scheme is an example of a transmission scheme based on a 2D (Delay, Doppler) channel model.
  • OTFS will be described below with an example.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating the spectral efficiency of OTFS.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a method of performing an OTFS transform in an OTFS transmitter.
  • Each data, d (i, j), is multiplied and transformed by B (i, j), which is an orthonormal basis having a size of N ⁇ N. Thereafter, as shown in FIG. 6, columns of the transformed matrix sum matrix are mapped and transmitted in each time domain.
  • the OTFS orthonormal basis may be abbreviated as OTFS basis or basis, and the meaning is the same.
  • the OTFS basis can be expressed in a matrix form as an N ⁇ N OTFS transform matrix, and N can be expressed in a square form of 2.
  • the row index of the OTFS transformation matrix is a cyclic frequency shift index
  • the column index is a cyclic time shift index.
  • the OTFS basis has an orthonormal or near-orthonormal relationship with 2-dimension, and has a cyclic time shift and cyclic It has a frequency shift relationship.
  • ISI Inter-symbol interference
  • the OTFS basis has a product of 0 between different basis pairs, and each base has a unit size matrix and has a cyclic shift characteristic in the time / frequency domain.
  • the basis is called time / frequency cyclic shift orthonormal matrix.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of transmission on a time axis of an OTFS transformed matrix.
  • each of the modulated symbols (eg, QAM symbols) is transmitted on an OTFS basis.
  • the receiver demodulates in the reverse process based on the transmitted OTFS basis. In order to demodulate, it is necessary to determine how much delay and Doppler have affected each path of a signal transmitted through 2D channel estimation.
  • This process is solved through the property of cyclically time shifted or frequency shifted waveforms of OTFS basis.
  • the sender sends a pilot symbol using one basis and finds out how much delay and Doppler are affected by the receiver.
  • the method of determining the effects of delay and doppler on the receiving side is to estimate the channel by leaving the bases corresponding to the maximum delay and maximum Doppler values empty from the base used as the pilot symbol. can do.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of 2D channel estimation with pilot on an OTFS transformed time-frequency domain.
  • the time-frequency domain shown in the upper part of FIG. 7 it can be seen that the pilot symbol is loaded on the base 306 and emptied in the surrounding symbol for channel estimation.
  • the time shown in the lower part of FIG. Looking at the frequency domain it can be seen that there are two channel paths after experiencing the 2D channel.
  • the first path 316 represents a channel with no Doppler effect and one sample delay
  • the second path 318 represents a channel with only two samples delay and two Doppler transitions at the same time. (Sample here means the smallest unit that can detect delay or Doppler at the receiving side of a system using OTFS).
  • the present invention proposes a signaling scheme required between a terminal and a base station in an OTFS transmission scheme.
  • the description is based on the 5G self-contained frame (or subframe) structure.
  • the method is not limited to the 5G self-contained frame (or subframe) structure.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a 5G self-contained frame (or subframe) structure by way of example.
  • FIG. 8 illustrates a self-contained subframe or frame structure proposed to satisfy low latency requirements among 5G performance requirements.
  • the self-contained subframe (or frame) structure based on TDD (Time Division Duplex)
  • TDD Time Division Duplex
  • subframes are configured in the order of resource intervals for downlink-uplink-data, and a GP exists between resource intervals.
  • subframes are configured in the order of resource sections for downlink-data-uplink, and the GP exists only before the uplink.
  • the base station informs the information on the resource set of the terminal as well as the location of the pilot symbol, the guard zone and the base set using the data through the control channel.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of allocating a resource block (RB) for using an OTFS transmission scheme in a data region.
  • RB resource block
  • UE 1 detects control information allocated to itself in a downlink control region (or a downlink control channel region) and learns an area allocated to terminal 1 among the data regions.
  • 10 is a diagram illustrating an example of allocating pilot and data in an OTFS RB.
  • FIG. 10 shows how pilots and data in an actual OTFS translation domain are mapped to an OTFS RB region.
  • the pilot is assigned to B 0,0 , where both the time shift and the frequency shift are zero, and the bases B 1 with the maximum delay D_max and the maximum Doppler Nu_max for the channel estimation are B 1. , 0 , B 0,1 , B 1,1 ,..., B 4,4 ).
  • the base station needs to inform UE 1 (UE1) through the following four pieces of information through a downlink control channel (for example, PDCCH or ePDCCH).
  • a downlink control channel for example, PDCCH or ePDCCH.
  • the above-mentioned four pieces of information may be transmitted in a new Downlink Control Information (DCI) format on the PDCCH or the ePDCCH.
  • DCI Downlink Control Information
  • the position information of the guard zone for channel estimation (e.g., B 1,0, B 0,1, B 1,1, ..., B 4,4)
  • UE 1 detects data based on the four pieces of information as follows. First, UE 1 performs 2D channel estimation based on pilot position and guard zone position information. That is, B 0, multiplied by the received signal at a resource from 0 B 4, by up to 4 can determine the respective delay and Doppler shift (shift) for each channel coefficient. Based on this channel coefficient, we can know how much each data is transformed by delay and Doppler transition, and we can distinguish the original signal through the entire receive equalizer. UE 1 may demodulate the received signal only by knowing information about the power difference between the data and the pilot signal.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of numbering of a basis.
  • the base station may inform the terminal of the pilot position, the guard zone for channel estimation, and the base set information to which data is allocated through a downlink control channel through a predetermined method.
  • FIG. 9 shows an example of informing the above information through numbering.
  • the pilot position is 1, the guard zone is 31, and information about ⁇ 5 to 9, 14 to 18, 23 to 27, 32 to 81 ⁇ can be reported.
  • the pilot position is (0,0)
  • the guard zone is (4,4)
  • the data zone is each vertex (5,0), (0,5), (9 , 9), (5,9), (9,5), (5,5).
  • the base station may be cell-specifically not set to UE-specific, the base station may inform the UE by system information or higher layer signaling (eg, RRC signaling).
  • system information e.g, RRC signaling
  • the base station may transmit information on the pilot position and guard zone region for each layer to the terminal through a downlink control channel.
  • 12 is a diagram illustrating an example of informing a pilot position and a guard zone region for each layer in case of 2 layer transmission.
  • OTFS-based pilot and guard zone allocation in 2 layer transmission shows an example of OTFS-based pilot and guard zone allocation in 2 layer transmission. That is, the base station informs the terminal of the location and guard zone allocation area of each pilot for each layer.
  • layer # 1 may be equally applied to UE 1 and UE # 2 as information for UE 2. However, one user may only inform one guard zone size.
  • the base station may inform the terminal of control information (eg, UL grant) through a downlink control channel in uplink transmission.
  • control information eg, UL grant
  • D_max and Nu_max values for guard zone setting are fed back through the control channel.
  • the terminal may measure the downlink delay and the Doppler value through channel estimation and feed back the maximum values to the base station. Based on the feedback information, the base station may schedule the terminal and use the terminal when establishing the guard zone.
  • the feedback information may be transmitted through, for example, a physical uplink control channel (PUCCH) or higher layer signaling (RRC signaling).
  • PUCCH physical uplink control channel
  • RRC signaling higher layer signaling
  • the base station may transmit the guard zone region to be used by the terminal as a physical channel or a higher layer signal such as a PDCCH after measuring the maximum delay and Doppler through a signal such as a sounding reference signal (SRS).
  • SRS sounding reference signal
  • the signaling scheme required between the terminal and the base station enables the transmission of the OTFS more efficiently.
  • each data d (i, j) is not when it is sent to the base OTFS B (i, j), all of the N 2 gae B (i, j) overlap.
  • B (i, j) has a normal orthogonal or near-orthonormal relationship and a cyclic time shift and cyclic frequency shift relationship between the bases, delay spread and Doppler generated according to the channel environment as shown in FIG.
  • the interpolation effect causes inter-symbol interference (ISI). Therefore, when a total of N 2 total bases are not all used, an optimal base allocation method based on the relationship between the bases is needed.
  • ISI inter-symbol interference
  • the present invention proposes an optimal base allocation method and an exchange method based on the relationship between OTFS bases when all OTFS bases are not used in the OTFS transmission scheme.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an example for illustrating an order concept of indexing an OTFS basis.
  • Method 1 and Method 2 have the same degree of cyclic shift.
  • Each method will have no difference in performance from an operational point of view and can be selected and used in a fixed fashion depending on the operating characteristics.
  • Method 1 (Alternative 1) is described as an example, and it is apparent that the above-mentioned two indexing methods (Method 1 and Method 2) are equally applied.
  • the number represented for each OTFS basis in FIG. 13 is the index for the OTFS basis.
  • a row index of a matrix means a cyclic frequency shift index
  • a column index means a cyclic time shift index.
  • the row and column indexes of the matrix can be explained by changing time and frequency.
  • Indexing can be defined in order of the cyclic time / frequency shift with the farthest coordinates of the matrix, and can be generalized as shown in Table 1 below.
  • FIG. 14 is a schematic diagram of a generalization scheme for OTFS base indexing.
  • the upper basis Basis is formed by changing a row index and a column index of a matrix according to the formula of Table 1 based on the basis Basis 1.
  • Equation 1 in Table 1 represents a form of shifting the pattern for the OTFS base indexing order mentioned in FIG. 13 into a row (row, column) on a matrix.
  • the matrix coordinates of index 1 are (1, 1), and the matrix coordinates (1, 1) of index 1 are shown in FIG. (2, 2) plus the matrix coordinates of N / 2, N / 2) becomes the coordinate of index 2, and the matrix coordinates (1, 1) of index 1 of (0, N / 2) shown in FIG. (1, 2) plus matrix coordinates becomes the coordinate at index 3, and the matrix coordinates (1, 1) at index 1 plus the matrix coordinates at (N / 2, 0) shown in FIG. Becomes the coordinate at index 4.
  • FIG. 15 illustrates the Shift method of the OTFS base pattern described in FIG. 14.
  • N 4
  • Basis (1) is (1,1) and Basis (2) is on The index of is mapped.
  • Basis (2) is shifted by (N / 4, N / 4) on The index of is mapped.
  • Basis (2) is (0, N / 4) shifted so that the indices of [9] to [12] are shifted by (N / 4,0) and the indices of [13] to [16] Is mapped.
  • N 8
  • Basis (1) is equal to (1,1) and Basis (2) is on The indexes of are mapped.
  • Basis (2) is shifted by (N / 4, N / 4) on The index of is mapped.
  • Basis (2) is (0, N / 4) shifted so that the indices of [9] to [12] are shifted by (N / 4,0) and the indices of [13] to [16] Is mapped.
  • Basis (4) is defined through [1] to [16] defined above, and [17] to [64] may be defined and extended to Basis (8) in the same manner.
  • Basis (1) is (1,1) and Basis (2) is on The index of is mapped. Then Basis (2) is shifted by (N / 4, N / 4) on The index of is mapped. In the same way, Basis (2) is (0, N / 4) shifted so that the indices of [9] to [12] are shifted by (N / 4,0) and the indices of [13] to [16] Is mapped.
  • Basis 4 is defined through [1]-[16] defined above, and [17]-[64] are defined and extended to Basis 8 in the same manner. In the same manner [65]-[256] can be defined and extended to Basis 16.
  • Example 4 is proposed for the case where the OTFS basis has a square matrix.
  • the OTFS basis may not be square matrix.
  • the following features (1), (2) and (3) in the case where OTFS is a rectangular matrix are as follows.
  • the OTFS basis can be expressed in a matrix form as an N ⁇ M OTFS transform matrix, where N is not M.
  • the row index N of the matrix represents a cyclic frequency shift index
  • the column index M of the matrix represents a cyclic time shift index.
  • OTFS bases have an Orthonormal or Near-orthonormal relationship for 2-dimensions, and a cyclic time shift and cyclic frequency shift relationship.
  • ISI occurs due to the impairment or near-orthonormal degree of the OTFS used between the overlapped transmitted symbols.
  • the OTFS basis has a rectangular matrix, it is difficult to index the OTFS basis in one generalized form.
  • 17 is an exemplary diagram for illustrating a concept of indexing order of an OTFS basis having a rectangular matrix.
  • FIG. 17 illustrates a concept of an order of indexing a base of an OTFS having a rectangular matrix.
  • indexing for the rectangular matrix needs to promise one of the optimal indexing order combinations in advance for each rectangular matrix at the base station and the terminal.
  • due to signaling overhead issues, various rectangular matrix combinations may not be applicable to a communication system.
  • the base station may transmit the information (N, S, L) to the terminal in a downlink physical control channel (for example, PDCCH).
  • a downlink physical control channel for example, PDCCH
  • the base station may be previously allocated from the base station through a downlink physical control channel (eg, PDCCH) or the uplink physical control channel (eg, PUCCH) may be transmitted to the base station.
  • the information (N, S, L) may be delivered through higher layer signaling in downlink or uplink.
  • N base size information
  • S start number S and the number of allocated layers L among the assigned layers are multiple in one base.
  • a user of is supported, it may be delivered as terminal-specific (or user-specific) information.
  • Example 6 OTFS Example of base assignment of multiple users by base assignment method
  • FIG. 18 illustrates an example of base allocation of multiple users according to an OTFS base allocation scheme.
  • the base size N is 8 as common control information of multiple terminals (or multiple users).
  • the base station signals the OTFS base index value allocated to each terminal, so that each terminal can receive data on the corresponding OTFS bases based on the OTFS base index value assigned to the base station.
  • communication performance may be improved by mitigating ISI according to the OTFS transmission scheme.
  • 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.

Abstract

OTFS 전송 방식을 이용하는 무선통신 시스템에서 단말이 OTFS 기저 할당 정보를 수신하는 방법은 기지국으로부터 OTFS 기저 크기(N)에 대한 정보를 포함하는 제어 정보를 수신하는 단계; 및 상기 OTFS 기저 크기에 대응하는 시간 및 주파수 도메인 상에서의 N×N의 OTFS 변환 행렬에서 사전에 정의된 규칙에 따라 인덱싱된 소정 크기의 OTFS 기저들 상에서 데이터를 수신하는 단계를 포함하되, 상기 OTFS 기저 크기(N)의 OTFS 기저들은 N×N의 OTFS 변환 행렬로 표현되며, 상기 N×N의 OTFS 변환 행렬에서 행(row) 인덱스는 사이클릭 주파수 시프트(cyclic frequency shift) 인덱스를 나타내고 열(column) 인덱스는 사이클릭 시간 시프트(cyclic time shift) 인덱스를 나타내며, 상기 사전에 정의된 규칙에 따른 인덱싱은 상기 소정 크기의 OTFS 기저들을 상기 N×N의 OTFS 변환 행렬에서 사이클릭 주파수 시프트 및 사이클릭 시간 시프트를 최대화하는 순서로 인덱싱한 것이다.

Description

OTFS 전송 방식을 이용하는 무선통신 시스템에서 OTFS 기저 할당 방법
본 발명은 무선통신에 관한 것으로, 보다 상세하게는, OTFS 전송 방식을 이용하는 무선통신 시스템에서 OTFS 기저 할당 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.
3GPP LTE (3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution) 시스템은 1ms TTI (transmission time interval)를 가지는 프레임 구조로 디자인 되었으며, 비디오(video) 어플리케이션을 위해 데이터 요구 지연 시간은 10ms이었다. 그러나, 미래의 5G 기술은 실시간 제어(real-time control) 및 촉감 인터넷(tactile internet)과 같은 새로운 어플리케이션의 등장으로 더욱 낮은 지연의 데이터 전송을 요구하고 있으며, 5G 데이터 요구 지연은 1ms까지 낮춰질 것으로 예상된다. 또한, 미래의 5G 기술은 하나의 기지국에 더욱 많은 단말 연결성이 요구되고 있으며, 5G 요구 연결성은 최대 1,000,000/km2까지 증가될 것으로 예상된다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는 OTFS 전송 방식을 이용하는 무선통신 시스템에서 단말이 OTFS 기저 할당 정보를 수신하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 OTFS 전송 방식을 이용하는 무선통신 시스템에서 OTFS 기저 할당 정보를 수신하는 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, OTFS (Orthogonal Time, Frequency and Space) 전송 방식을 이용하는 무선통신 시스템에서 단말이 OTFS 기저 할당 정보를 수신하는 방법은, 기지국으로부터 OTFS 기저 크기(N)에 대한 정보를 포함하는 제어 정보를 수신하는 단계; 및 상기 OTFS 기저 크기에 대응하는 시간 및 주파수 도메인 상에서의 N×N의 OTFS 변환 행렬에서 사전에 정의된 규칙에 따라 인덱싱된 소정 크기의 OTFS 기저들 상에서 데이터를 수신하는 단계를 포함하되, 상기 OTFS 기저 크기(N)의 OTFS 기저들은 N×N의 OTFS 변환 행렬로 표현되며, 상기 N×N의 OTFS 변환 행렬에서 행(row) 인덱스는 사이클릭 주파수 시프트(cyclic frequency shift) 인덱스를 나타내고 열(column) 인덱스는 사이클릭 시간 시프트(cyclic time shift) 인덱스를 나타내며, 상기 사전에 정의된 규칙에 따른 인덱싱은 상기 소정 크기의 OTFS 기저들을 상기 N×N의 OTFS 변환 행렬에서 사이클릭 주파수 시프트 및 사이클릭 시간 시프트를 최대화하는 순서로 인덱싱한 것일 수 있다. 상기 제어 정보는 상기 소정 크기의 OTFS 기저들의 OTFS 인덱스 값에 대한 정보를 더 포함하며, 상기 OTFS 인덱스 값으로 인덱싱된 OTFS 기저들 상에서 데이터를 수신할 수 있다. 상기 제어 정보는 상기 단말에 할당된 레이어 수에 대한 정보 또는 할당된 레이어들 중 시작 넘버에 대한 정보를 더 포함할 수 있다. 상기 N×N의 OTFS 변환 행렬에서 2개의 서로 다른 OTFS 기저들 간의 곱이 0인 특성을 가질 수 있다. 상기 제어 정보는 물리 하향링크 제어 채널을 통해 수신될 수 있다.
상기의 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, OTFS (Orthogonal Time, Frequency and Space) 전송 방식을 이용하는 무선통신 시스템에서 OTFS 기저 할당 정보를 수신하는 단말은, 수신기; 및 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는, 상기 수신기가 기지국으로부터 OTFS 기저 크기(N)에 대한 정보를 포함하는 제어 정보를 수신하도록 제어하고, 상기 수신기가 상기 OTFS 기저 크기에 대응하는 시간 및 주파수 도메인 상에서의 N×N의 OTFS 변환 행렬에서 사전에 정의된 규칙에 따라 인덱싱된 소정 크기의 OTFS 기저들 상에서 데이터를 수신하도록 제어하되, 상기 OTFS 기저 크기(N)의 OTFS 기저들은 N×N의 OTFS 변환 행렬로 표현되며, 상기 N×N의 OTFS 변환 행렬에서 행(row) 인덱스는 사이클릭 주파수 시프트(cyclic frequency shift) 인덱스를 나타내고 열(column) 인덱스는 사이클릭 시간 시프트(cyclic time shift) 인덱스를 나타내며, 상기 사전에 정의된 규칙에 따른 인덱싱은 상기 소정 크기의 OTFS 기저들을 상기 N×N의 OTFS 변환 행렬에서 사이클릭 주파수 시프트 및 사이클릭 시간 시프트를 최대화하는 순서로 인덱싱한 것일 수 있다. 상기 제어 정보는 상기 소정 크기의 OTFS 기저들의 OTFS 인덱스 값에 대한 정보를 더 포함하며,상기 프로세서는 상기 수신기가 상기 OTFS 인덱스 값으로 인덱싱된 OTFS 기저들 상에서 데이터를 수신하도록 제어할 수 있다. 상기 제어 정보는 상기 단말에 할당된 레이어 수에 대한 정보 또는 할당된 레이어들 중 시작 넘버에 대한 정보를 더 포함할 수 있다. 상기 N×N의 OTFS 변환 행렬에서 2개의 서로 다른 OTFS 기저들 간의 곱이 0인 특성을 가진다. 상기 제어 정보는 물리 하향링크 제어 채널을 통해 수신될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 OTFS 전송 기법에 따라 ISI를 완화함으로써 통신 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명에서 얻은 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 무선통신 시스템(100)에서의 기지국(105) 및 단말(110)의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 5G를 위한 IMT 2020 핵심 성능 요구사항 및 서비스 시나리오 별 5G 성능 요구사항과의 연관성을 도시한 도면이다.
도 3은 OTFS-2D 접근 방법에 따른 OTFS 전송 메커니즘을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 4는 OTFS의 spectral efficiency를 도시한 도면이다.
도 5는 OTFS 송신 단에서 OTFS transform 하는 방법을 예시한 도면이다.
도 6은 OTFS 변환된 행렬의 시간 축 상의 전송 예를 도시한 도면이다.
도 7은 OTFS 변환된 시간-주파수 도메인 상에서의 파일럿을 통한 2D 채널 추정의 예를 도시한 도면이다.
도 8은 5G Self-contained 프레임(혹은 서브프레임) 구조를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 9는 데이터 영역에 OTFS 전송 기법을 사용하기 위한 RB(Resource Block)를 할당한 예를 도시한 도면이다.
도 10은 OTFS RB에서 파일럿과 데이터를 할당한 일 예를 도시한 도면이다.
도 11은 기저(Basis)의 넘버링 일 예를 도시한 도면이다.
도 12는 2 layer 전송의 경우 레이어 별로 파일럿의 위치와 guard zone의 영역을 각각 알려주는 일 예를 나타낸 도면이다.
도 13은 OTFS 기저를 인덱싱하는 순서 개념을 나타내기 위한 일 예를 도시한 도면이다.
도 14는 OTFS 기저 인덱싱하는 일반화 방식의 도식화한 도면이다.
도 15는 OTFS 기저 인덱싱을 위한 인덱싱 패턴의 Shift 예 (N=4)를 도시한 도면이다.
도 16은 OTFS 기저 인덱싱을 위한 인덱싱 패턴의 Shift 예 (N=8, 16)의 경우를 도시한 도면이다.
도 17은 장방 행렬을 가지는 OTFS 기저의 인덱싱 순서 개념을 설명하기 위한 예시적 도면이다.
도 18은 OTFS 기저 할당 방식에 따른 다수 사용자의 기저 할당의 일 예를 설명하기 위한 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. 본 발명에서 제안하는 기술은 상기 주파수 분할 듀플렉스 뿐만 아니라, 시간 자원을 하향링크 전송 시간과 상향링크 전송 시간으로 구분하여 양방향 송수신하는 시간 분할 듀플렉스 (Time Division Duplex, TDD)와 시간 및 주파수 자원을 공유하여 양방향 송수신하는 양방향 듀플렉스 (Full Duplex) 에서도 동작 가능함은 자명하다.
도 1은 무선통신 시스템(100)에서의 기지국(105) 및 단말(110)의 구성을 도시한 블록도이다.
무선 통신 시스템(100)을 간략화하여 나타내기 위해 하나의 기지국(105)과 하나의 단말(110)(D2D 단말을 포함)을 도시하였지만, 무선 통신 시스템(100)은 하나 이상의 기지국 및/또는 하나 이상의 단말을 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 기지국(105)은 송신(Tx) 데이터 프로세서(115), 심볼 변조기(120), 송신기(125), 송수신 안테나(130), 프로세서(180), 메모리(185), 수신기(190), 심볼 복조기(195), 수신 데이터 프로세서(197)를 포함할 수 있다. 그리고, 단말(110)은 송신(Tx) 데이터 프로세서(165), 심볼 변조기(170), 송신기(175), 송수신 안테나(135), 프로세서(155), 메모리(160), 수신기(140), 심볼 복조기(155), 수신 데이터 프로세서(150)를 포함할 수 있다. 송수신 안테나(130, 135)가 각각 기지국(105) 및 단말(110)에서 하나로 도시되어 있지만, 기지국(105) 및 단말(110)은 복수 개의 송수신 안테나를 구비하고 있다. 따라서, 본 발명에 따른 기지국(105) 및 단말(110)은 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 시스템을 지원한다. 또한, 본 발명에 따른 기지국(105)은 SU-MIMO(Single User-MIMO) MU-MIMO(Multi User-MIMO) 방식 모두를 지원할 수 있다.
하향링크 상에서, 송신 데이터 프로세서(115)는 트래픽 데이터를 수신하고, 수신한 트래픽 데이터를 포맷하여, 코딩하고, 코딩된 트래픽 데이터를 인터리빙하고 변조하여(또는 심볼 매핑하여), 변조 심볼들("데이터 심볼들")을 제공한다. 심볼 변조기(120)는 이 데이터 심볼들과 파일럿 심볼들을 수신 및 처리하여, 심볼들의 스트림을 제공한다.
심볼 변조기(120)는, 데이터 및 파일럿 심볼들을 다중화하여 이를 송신기 (125)로 전송한다. 이때, 각각의 송신 심볼은 데이터 심볼, 파일럿 심볼, 또는 제로의 신호 값일 수도 있다. 각각의 심볼 주기에서, 파일럿 심볼들이 연속적으로 송신될 수도 있다. 파일럿 심볼들은 주파수 분할 다중화(FDM), 직교 주파수 분할 다중화(OFDM), 시분할 다중화(TDM), 또는 코드 분할 다중화(CDM) 심볼일 수 있다.
송신기(125)는 심볼들의 스트림을 수신하여 이를 하나 이상의 아날로그 신호들로 변환하고, 또한, 이 아날로그 신호들을 추가적으로 조절하여(예를 들어, 증폭, 필터링, 및 주파수 업 컨버팅(upconverting) 하여, 무선 채널을 통한 송신에 적합한 하향링크 신호를 발생시킨다. 그러면, 송신 안테나(130)는 발생된 하향링크 신호를 단말로 전송한다.
단말(110)의 구성에서, 수신 안테나(135)는 기지국으로부터의 하향링크 신호를 수신하여 수신된 신호를 수신기(140)로 제공한다. 수신기(140)는 수신된 신호를 조정하고(예를 들어, 필터링, 증폭, 및 주파수 다운컨버팅(downconverting)), 조정된 신호를 디지털화하여 샘플들을 획득한다. 심볼 복조기(145)는 수신된 파일럿 심볼들을 복조하여 채널 추정을 위해 이를 프로세서(155)로 제공한다.
또한, 심볼 복조기(145)는 프로세서(155)로부터 하향링크에 대한 주파수 응답 추정치를 수신하고, 수신된 데이터 심볼들에 대해 데이터 복조를 수행하여, (송신된 데이터 심볼들의 추정치들인) 데이터 심볼 추정치를 획득하고, 데이터 심볼 추정치들을 수신(Rx) 데이터 프로세서(150)로 제공한다. 수신 데이터 프로세서(150)는 데이터 심볼 추정치들을 복조(즉, 심볼 디-매핑(demapping))하고, 디인터리빙(deinterleaving)하고, 디코딩하여, 전송된 트래픽 데이터를 복구한다.
심볼 복조기(145) 및 수신 데이터 프로세서(150)에 의한 처리는 각각 기지국(105)에서의 심볼 변조기(120) 및 송신 데이터 프로세서(115)에 의한 처리에 대해 상보적이다.
단말(110)은 상향링크 상에서, 송신 데이터 프로세서(165)는 트래픽 데이터를 처리하여, 데이터 심볼들을 제공한다. 심볼 변조기(170)는 데이터 심볼들을 수신하여 다중화하고, 변조를 수행하여, 심볼들의 스트림을 송신기(175)로 제공할 수 있다. 송신기(175)는 심볼들의 스트림을 수신 및 처리하여, 상향링크 신호를 발생시킨다. 그리고 송신 안테나(135)는 발생된 상향링크 신호를 기지국(105)으로 전송한다. 단말 및 기지국에서의 송신기 및 수신기는 하나의 RF(Radio Frequency) 유닛으로 구성될 수도 있다.
기지국(105)에서, 단말(110)로부터 상향링크 신호가 수신 안테나(130)를 통해 수신되고, 수신기(190)는 수신한 상향링크 신호를 처리되어 샘플들을 획득한다. 이어서, 심볼 복조기(195)는 이 샘플들을 처리하여, 상향링크에 대해 수신된 파일럿 심볼들 및 데이터 심볼 추정치를 제공한다. 수신 데이터 프로세서(197)는 데이터 심볼 추정치를 처리하여, 단말(110)로부터 전송된 트래픽 데이터를 복구한다.
단말(110) 및 기지국(105) 각각의 프로세서(155, 180)는 각각 단말(110) 및 기지국(105)에서의 동작을 지시(예를 들어, 제어, 조정, 관리 등)한다. 각각의 프로세서들(155, 180)은 프로그램 코드들 및 데이터를 저장하는 메모리 유닛(160, 185)들과 연결될 수 있다. 메모리(160, 185)는 프로세서(180)에 연결되어 오퍼레이팅 시스템, 어플리케이션, 및 일반 파일(general files)들을 저장한다.
프로세서(155, 180)는 컨트롤러(controller), 마이크로 컨트롤러(microcontroller), 마이크로 프로세서(microprocessor), 마이크로 컴퓨터(microcomputer) 등으로도 호칭될 수 있다. 한편, 프로세서(155, 180)는 하드웨어(hardware) 또는 펌웨어(firmware), 소프트웨어, 또는 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어를 이용하여 본 발명의 실시예를 구현하는 경우에는, 본 발명을 수행하도록 구성된 ASICs(application specific integrated circuits) 또는 DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays) 등이 프로세서(155, 180)에 구비될 수 있다.
한편, 펌웨어나 소프트웨어를 이용하여 본 발명의 실시예들을 구현하는 경우에는 본 발명의 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차 또는 함수 등을 포함하도록 펌웨어나 소프트웨어가 구성될 수 있으며, 본 발명을 수행할 수 있도록 구성된 펌웨어 또는 소프트웨어는 프로세서(155, 180) 내에 구비되거나 메모리(160, 185)에 저장되어 프로세서(155, 180)에 의해 구동될 수 있다.
단말과 기지국이 무선 통신 시스템(네트워크) 사이의 무선 인터페이스 프로토콜의 레이어들은 통신 시스템에서 잘 알려진 OSI(open system interconnection) 모델의 하위 3개 레이어를 기초로 제 1 레이어(L1), 제 2 레이어(L2), 및 제 3 레이어(L3)로 분류될 수 있다. 물리 레이어는 상기 제 1 레이어에 속하며, 물리 채널을 통해 정보 전송 서비스를 제공한다. RRC(Radio Resource Control) 레이어는 상기 제 3 레이어에 속하며 UE와 네트워크 사이의 제어 무선 자원들을 제공한다. 단말, 기지국은 무선 통신 네트워크와 RRC 레이어를 통해 RRC 메시지들을 교환할 수 있다.
본 명세서에서 단말의 프로세서(155)와 기지국의 프로세서(180)는 각각 단말(110) 및 기지국(105)이 신호를 수신하거나 송신하는 기능 및 저장 기능 등을 제외하고, 신호 및 데이터를 처리하는 동작을 수행하지만, 설명의 편의를 위하여 이하에서 특별히 프로세서(155, 180)를 언급하지 않는다. 특별히 프로세서(155, 180)의 언급이 없더라도 신호를 수신하거나 송신하는 기능이 아닌 데이터 처리 등의 일련의 동작들을 수행한다고 할 수 있다.
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 도시한 도면이다.
도 2는 5G를 위한 IMT 2020에서 제시한 핵심 성능 요구사항과 서비스 시나리오 별 5G 성능 요구사항과의 연관성을 나타낸다. 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).
특히, 5G 통신 시스템에서는 빠른 속도와 중심 주파수의 증가로 인한 높은 도플러 효과에 강인한 전송 기술이 필요하다. 최근 주목을 받고 있는 Orthogonal Time, Frequency and Space (OTFS) 전송 기법은 높은 도플러 상황에서 기존 OFDM 통신 시스템에 비해서 좋은 성능을 나타내는 기술로 소개되었다. 본 기법은 2D 채널 모델을 기반으로 한다. 기존 1D 채널 모델의 경우는 도플러 영향으로 인해 시간 영역에서의 채널이 변화한다. 이는 수학적 모델링에서 채널이 랜덤하게 변하는 것을 의미한다. 따라서, 매 변화하는 시간마다 채널 상태를 측정하기 위한 참조 신호를 필요로 하게 된다.
그에 반해, 2D 채널 모델링은 시간 및 주파수 영역 관점에서 동시에 채널을 분석한다. 1D 채널 모델링에 비해, 상대적으로 도플러 효과로 인한 채널의 변화 정도를 채널 모델링에 모두 포함하여 랜덤(random)이 아닌 deterministic 한 채널로 간주할 수 있다.
이 2D 채널 모델링에 기반하여 새로운 전송 기법인 OTFS를 통하여 시간 영역에서의 변화와 주파수 영역에서의 주파수 선택적 특성을 가진 채널에서도 강건하게 전송할 수 있다.
도 3은 OTFS-2D 접근 방법에 따른 OTFS 전송 메커니즘을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 3에 도시한 바와 같이, Delay-Doppler 채널 즉 2D 채널 모델링에 기반하여 전송을 하는 것을 보여준다. OTFS 전송 방식은 2D (Delay, Doppler) 채널 모델을 기반으로 하는 전송 방식의 일 예이며, 본 발명에서는 OTFS를 예를 들어 이하에서 설명한다.
도 4는 OTFS의 spectral efficiency를 도시한 도면이다.
도 4에 도시한 바와 같이, EPA-5 (Doppler 5Hz)와 ETU-300(Doppler 300Hz)가 거의 비슷한 성능을 보여주는 것을 확인할 수 있다. 즉, 지연(delay)와 도플러(Doppler)가 커지더라도 해당 OTFS 전송 기술에서는 성능 열화가 거의 없음 보여준다.
도 5는 OTFS 송신 단에서 OTFS transform 하는 방법을 예시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 총 NxN개의 데이터가 있다고 가정하였다. 각 데이터, d(i,j)는 NxN의 크기를 가지는 정규직교 기저(orthonormal basis)인 B(i,j)에 곱해져서 변환(transform) 된다. 그 이후 도 6에서 보는 바와 같이, 변환된 행렬들 합 행렬의 column들이 각 시간 영역에서 맵핑되어 전송된다. OTFS 정규직교 기저(orthonormal basis)는 OTFS 기저(basis) 혹은 기저 등으로 약칭될 수 있으며 의미는 동일하다.
OTFS 기저는 행렬 형태(Matrix Form)으로 N×N의 OTFS 변환 행렬(Transform matrix)로 표현할 수 있으며, N은 2의 자승 형태로 표현할 수 있다. OTFS 변환 행렬의 row index는 cyclic frequency shift index, column index는 cyclic time shift index를 의미하며, OTFS 기저들은 2-dimension에 대해서 정규직교하거나(Orthonormal) 또는 Near-orthonormal 관계를 가지며, cyclic time shift 및 cyclic frequency shift 관계를 가진다.
채널 환경에 따라 발생하는 지연 확산(delay spread)과 도플러 효과(Doppler effect)에 의해, 중첩 전송된 심볼들 사이에서 사용되는 OTFS 기저의 손상(Impairment) 또는 Near-orthonormal 정도에 의한 심볼간 간섭(ISI)이 발생한다.
OTFS 기저는 서로 다른 기저 페어(basis pair)간의 곱이 0이고, 각 기저는 unit 크기를 가지는 행렬로서 시간/주파수 도메인에 대해서 cyclic shift 특성을 가진다. 상기 기저를 시간/주파수 cyclic shift orthonormal matrix라고 한다.
도 6은 OTFS 변환된 행렬의 시간 축 상의 전송 예를 도시한 도면이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 각 변조된 심볼 (예를 들어, QAM 심볼s) 각각은 OTFS 기저에 실려 전송한다는 것이다. 수신 측에서는 전송된 OTFS 기저를 기반으로 반대의 과정으로 복조를 하게 된다. 여기서, 복조를 위해서는 2D 채널 추정을 통해서 전송된 신호가 각 경로 별로 얼마의 delay와 Doppler 가 영향을 미쳤는지를 확인하는 과정이 필요하다.
상기 과정은 OTFS 기저들의 순환적으로 시간 천이되거나 주파수 천이된 파형들(waveforms)이란 특성을 통해서 해결된다. 즉, 송신 측에서 하나의 기저(basis)를 사용하여 파일럿 심볼을 보내고 수신 측에서 얼마의 delay와 Doppler 영향을 받았는지 알아낸다. 수신 측에서 delay와 doppler의 영향을 알아내는 방법은 파일럿 심볼로 사용된 기저(basis)로부터 최대 지연(maximum delay)와 최대 도플러(maximum Doppler) 값에 해당하는 기저들을 빈 공간으로 남겨둠으로써 채널 추정을 할 수 있다.
도 7은 OTFS 변환된 시간-주파수 도메인 상에서의 파일럿을 통한 2D 채널 추정의 예를 도시한 도면이다.
도 7의 상단에 도시한 시간-주파수 도메인을 살펴보면, 기저(306)에 파일럿 심볼을 실어주고 그 주변의 심볼에는 채널 추정을 위해서 비워준 것을 확인할 수 있다.그리고, 도 7의 하단에 도시한 시간-주파수 도메인을 살펴보면, 2D 채널을 겪은 이후에 2개의 채널 경로(path)가 있는 것을 알 수 있다. 첫 번째 경로(316)는 도플러 영향은 없고 지연이 1 샘플 발생한 채널을 나타내고, 두 번째 경로(318)은 지연이 2 샘플들만 발생하고 동시에 도플러 천이가 2만큼 발생한 채널을 나타낸다. (여기서, 샘플은 OTFS를 사용하는 시스템의 수신 측에서 지연 또는 도플러를 검출할 수 있는 최소 단위를 의미한다). 이 채널 추정을 통해서, 데이터를 보낸 영역에서의 심볼이 겪은 채널을 알 수 있고 이를 바탕으로 등화기(equalizer)를 통해서 보낸 신호들을 검출해 낸다.
앞서 언급한 OTFS를 시스템에 적용하기 위해서는 2D 채널 추정을 위한 OTFS 기저들의 선택이 필수적이다. 본 발명에서는 OTFS 전송 기법에서 단말과 기지국간에 필요한 시그널링 기법을 제안한다.
먼저 하향링크 환경을 고려한다. 설명을 위해서 5G self-contained 프레임 (혹은 서브프레임) 구조를 기반으로 설명한다. 그러나, 해당 방법이 상기 5G self-contained 프레임(혹은 서브프레임) 구조에 한정되는 것은 아니다.
도 8은 5G Self-contained 프레임(혹은 서브프레임) 구조를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 8은 5G 성능요구 사항 중, 저지연 요구조건을 만족시키기 위해 제안되고 있는 Self-contained 서브프레임 혹은 프레임 구조를 나타낸다. TDD (Time Division Duplex) 기반의 Self-contained 서브프레임 (혹은 프레임) 구조는 하나의 서브프레임 내에 하향링크와 상향링크를 위한 자원구간이 존재하며, 하향링크/상향 링크간 간섭 문제를 해결하기 위한 Guard Period (GP)와 데이터 전송을 위한 자원구간이 존재한다.
도 8의 좌측에 도시한 Self-contained 서브프레임 구조는 하향링크-상향링크-데이터를 위한 자원 구간의 순서로 서브프레임이 구성되며, 자원구간 사이에 GP가 존재한다. 도 8의 우측에 도시한 Self-contained 서브프레임 구조는 하향링크-데이터-상향링크를 위한 자원구간 순서로 서브프레임이 구성되며, 상향링크 앞에만 GP가 존재한다.
OTFS 전송 기법에서 단말과 기지국간에 필요한 시그널링 기법
실시예 1
기지국은 제어 채널을 통해 단말의 자원 영역뿐만 아니라 파일럿 심볼의 위치, 가드 존(Guard Zone) 및 데이터를 사용한 기저의 세트에 대한 정보들을 알려준다.
도 9는 데이터 영역에 OTFS 전송 기법을 사용하기 위한 RB(Resource Block)를 할당한 예를 도시한 도면이다.
도 9는 self-contained 프레임 구조에서 데이터 영역에 OTFS 전송 기법을 적용한 일 예를 보여준다. 단말 1(UE 1)은 하향링크 제어 영역(혹은 하향링크 제어 채널 영역)에서 자신에게 할당된 제어 정보를 검출하여 데이터 영역 중에서 단말 1에 할당된 영역을 알게 된다.
도 10은 OTFS RB에서 파일럿과 데이터를 할당한 일 예를 도시한 도면이다.
도 10은 OTFS RB 영역에 실제 OTFS 변환 도메인에서의 파일럿과 데이터가 맵핑된 모습을 도시하고 있다. 도 10의 우측에 도시된 그림에 보듯이, 총 9 x 9 = 81개의 기저들을 기반으로 OTFS 행렬이 만들어 진 것을 예로 든다. 이 중에서 시간 천이와 주파수 천이가 모두 0인 B0,0 에 파일럿을 할당하고, 채널 추정을 위해서 최대 지연(D_max) 와 최대 도플러(Nu_max)로 4 x 4 -1 = 15의 기저들(B1,0, B0,1, B1,1, …, B4,4) 을 비워 놓은 것을 볼 수 있다. 그리고, 데이터 전송을 위해서 나머지 65개의 기저들의 데이터를 전송한 예이다.
기지국은 기존 MCS, RB 등의 기존 정보에 추가하여 아래 4가지 정보를 하향링크 제어 채널(예를 들어, PDCCH 혹은 ePDCCH )등을 통해 단말 1(UE1)에게 알려줄 필요가 있다. 이때, 상기 언급한 4가지 정보는 PDCCH 또는 ePDCCH에서 새로운 DCI(Downlink Control Information) 포맷에 포함되어 전송될 수 있다.
1) 파일럿 신호(혹은 참조 신호)의 위치 (예를 들어, B0,0)
2) 채널 추정을 위한 가드 존의 위치 정보(예를 들어, B1,0, B0,1, B1,1, …, B4,4)
3) 데이터가 할당된 기저 세트에 대한 정보(예를 들어, B5,0, B5,1, B5,2, …, B5,9, ….)
4) 데이터와 파일럿 신호 간의 전력 차이에 대한 정보
단말 1은 상기 4가지 정보들에 기초하여 데이터를 검출하는 절차는 다음과 같다. 먼저, 단말 1은 파일럿 위치와 가드 존 위치 정보에 기초하여 2D 채널 추정을 수행한다. 즉, B0, 0 부터 B4, 4 까지 자신 자원의 수신 신호에 곱함으로써 각 지연과 도플러 천이(shift) 별 채널 계수를 알아낼 수 있다. 이 채널 계수에 기반하여 각 데이터들이 지연과 도플러 천이에 의해 변형된 정도를 알 수 있고 이를 전체 수신 등화기(equalizer) 통해서 원래 신호를 구분해 낼 수 있다. 단말 1은 데이터와 파일럿 신호 간의 전력 차이에 대한 정보를 알아야 수신신호를 복조해 낼 수 있다.
도 11은 기저(Basis)의 넘버링 일 예를 도시한 도면이다.
기지국은 단말에게 하향링크 제어 채널을 통해 파일럿 위치, 채널 추정을 위한 가드 존, 데이터가 할당된 기저 세트 정보는 미리 약속된 방법을 통해서 알려줄 수 있다. 일 예로서 도 9는 넘버링을 통한 상기 정보들을 알려주는 일 예를 나타낸다.
도 11에 도시한 바와 같이, 주파수 도메인부터 먼저 넘버링 하는 예제를 보여준다. 이를 바탕으로 파일럿의 위치는 1, 가드 존은 31, 데이터를 위해서는 {5 ~9, 14~18, 23~27, 32~81}의 정보를 알려줄 수 있다. 다른 방법으로는 비트맵(bitmap)의 형식으로 파일럿 위치는 (0,0), 가드 존은(4,4), 데이터 존은 각 꼭지점인 (5,0),(0,5),(9,9),(5,9),(9,5),(5,5)의 형식으로 알려줄 수 있다. 이 외에도 다양한 방식으로 알려줄 수 있다.
또한, 위 정보 중에 파일럿 위치와 가드 존에 대한 정보의 경우는 단말-특정하지 않게 셀-특정하게 설정하여 시스템 정보 혹은 상위 계층 시그널링(예를 들어, RRC 시그널링)으로 기지국이 단말에게 알려줄 수도 있다.
실시예 2
MIMO 전송의 경우, 각 레이어(layer) 별 파일럿의 위치와 가드 존 영역에 대한 정보를 기지국이 단말에게 하향링크 제어 채널 등을 통해 전송해 줄 수 있다.
도 12는 2 layer 전송의 경우 레이어 별로 파일럿의 위치와 guard zone의 영역을 각각 알려주는 일 예를 나타낸 도면이다.
도 12는 2 layer 전송 시 OTFS 기반 파일럿과 가드 존 할당의 일 예를 도시하고 있다. 즉, 기지국은 레이어 별로 각 파일럿의 위치와 가드 존 할당 영역을 단말에게 알려준다. 다중 사용자를 OTFS 전송을 같이 할 경우에는 레이어(layer) #1을 단말 1(UE1), layer #2를 단말 2(UE2)를 위한 정보로 동일하게 적용할 수 있다. 단, 한 사용자의 경우는 가드 존의 크기는 한 개만 알려줄 수도 있다.
상향링크 전송 시에도 하향링크와 동일한 방식으로 기지국은 단말에게 하향링크 제어 채널을 통해 제어 정보(예를 들어, UL grant)를 알려줄 수 있다.
실시예 3
하향링크의 경우는 가드 존 설정을 위한 D_max와 Nu_max 값을 제어 채널을 통해서 피드백한다.
단말은 하향링크의 지연과 도플러 값을 채널 추정을 통해 측정한 후 최대값들을 기지국에 피드백할 수 있다. 이 값을 피드백된 정보에 기초하여 기지국은 해당 단말을 스케줄링하여 가드 존 설정 시에 사용할 수 있다. 상기 피드백 정보는 예를 들어 물리 상향링크 제어 채널 (PUCCH) 혹은 상위 계층 시그널링(RRC 시그널링)을 통해서 전달될 수 있 수 있다.
상향링크의 경우는 기지국이 SRS(Sounding Reference Signal)와 같은 신호를 통해서 최대 지연과 도플러 측정 후, 단말이 사용할 가드 존 영역을 PDCCH와 같은 물리 채널 혹은 상위 계층 신호로 전달해 줄 수 있다.
상술한 OTFS 전송 기법에서 단말과 기지국 간에 필요한 시그널링 기법은 OTFS의 전송을 보다 효율적으로 전송할 수 있게 해준다.
상술한 OTFS 전송 방식을 시스템에 적용하기 위해서는 2D 채널 추정을 위한 OTFS 기저들의 선택이 필수적이다. 특히, 도 5에서 단일 사용자 또는 다수 사용자에 대한 트래픽 요구 변화에 따라, N2개의 데이터가 모두 중첩되지 않은 상태로 중첩 전송될 수 있다. 그러면, 각 data d(i,j)는 OTFS 기저인 B(i,j)로 전송될 때, B(i,j)가 N2개 모두 중첩되지 않는다. B(i,j)는 기저 간의 정규직교하거나 또는 Near-orthonormal 관계와 cyclic time shift and cyclic frequency shift 관계를 가지고 있기 때문에, 도 7에서와 같이 채널 환경에 따라 발생하는 지연 확산(delay spread)과 도플러 효과(Doppler effect)에 의해 심볼간 간섭(inter-symbol interference, ISI)를 유발시킨다. 따라서, 총 N2개의 전체 기저가 모두 사용되지 않는 경우, 기저 간의 관계를 기반으로 하는 최적의 기저 할당 방법이 필요하다.
또한, 본 발명에서는 OTFS 전송 기법에서 전체 OTFS 기저가 모두 사용되지 않는 경우, OTFS 기저 간의 관계를 기반으로 하는 최적의 기저 할당 방법 및 교환 방법을 제안한다.
실시예 4: OTFS 시스템에서 Sparse Basis 할당 기법
도 13은 OTFS 기저를 인덱싱하는 순서 개념을 나타내기 위한 일 예를 도시한 도면이다.
도 13은 N=2, 4, 8 일 때 OTFS 기저에 대해서, cyclic time/frequency shift의 정도를 최대화하는 인덱싱 방식을 예시하고 있다. 도 13에 도시한 방식에서 방법 1(alternative 1)과 방법 2(alternative 2)는 동일한 cyclic shift 정도를 가진다. 각 방법은 운용 관점에서 성능에 차이를 가지지 않을 것이며, 운영 특성에 따라 선택하여, 고정적으로 사용할 수 있다. 이하 설명의 편의를 위해 방법 1(alternative 1)을 예로 설명하며, 상기 언급된 두 가지 인덱싱 방식(방법 1 및 방법 2)이 동일하게 적용됨은 자명하다. 도 13에서 각 OTFS 기저에 대해 표현된 숫자가 OTFS 기저에 대한 인덱스이다. 이하 설명에서 행렬의 row index는 cyclic frequency shift index, column index는 cyclic time shift index를 의미한다고 가정하자. 행렬의 row index와 column index는 시간과 주파수 바꾸어 설명할 수 있음은 자명하다.
N=2 일 때, 도 13에서의 인덱스 1과 2는 cyclic time/frequency shift가 가장 멀다. OTFS 정규직교 기저에 대한 행렬 형태(matrix form)는 cyclic shift 관점에서 정의되었으므로, N=4 일때 인덱스 1과 5 그리고 인덱스 1과 6은 하나의 time shift 와 하나의 frequency shift를 가진다. 따라서 N=4 일때, 인덱스 1과 2는 가장 먼 cyclic time/frequency shift를 가진다. 같은 방식으로 N=8일 때, 인덱스 1과 2는 가장 먼 cyclic time/frequency shift 정도를 가진다.
행렬 좌표 표현으로 설명하면, N=2 일때, 행렬의 좌표 (1,1)과 (2,2)는 가장 먼 cyclic time/frequency shift 정도를 가진다. OTFS 정규직교 기저에 대한 행렬 형태는 cyclic shift 관점에서 정의 되었으므로, N=4 일 때 (1,1)과 (2,2) 그리고 (1,1)과 (4,4)는 동일하게 하나의 time shift 와 하나의 frequency shift를 가진다. 따라서 N=4 일 때, 행렬의 좌표 (1,1)과 (3,3)은 가장 먼 cyclic time/frequency shift 정도를 가진다. 같은 방식으로 N=8일 때, 행렬의 좌표 (1,1)과 (5,5)는 가장 먼 cyclic time/frequency shift 정도를 가진다.
행렬의 좌표가 가장 먼 cyclic time/frequency shift를 가지는 순으로 인덱싱을 정의할 수 있으며, 다음 표 1과 같이 일반화 할 수 있다.
Figure PCTKR2016008200-appb-T000001
도 14는 OTFS 기저 인덱싱하는 일반화 방식의 도식화한 도면이다.
도 14를 참조하면, 기저(Basis)(1)을 기준으로 상기 표 1의 수식에 따라 행렬의 row index와 column index 변경을 통해 상위 기저(Basis)가 형성된다. 상기 표 1의 수식은 도 13에서 언급된 OTFS 기저 인덱싱 순서에 대한 패턴을 행렬 상에서 (row, column)으로 shift 한 형태를 나타낸다.
도 14에서 기저(Basis)(2)(N=2인 경우)를 살펴보면, 인덱스 1의 행렬 좌표는 (1, 1)이고, 인덱스 1의 행렬 좌표 (1, 1)에 도 14에 도시된(N/2, N/2)의 행렬 좌표를 더한 (2, 2)가 인덱스 2의 좌표가 되고, 인덱스 1의 행렬 좌표 (1, 1)에 도 14에 도시된 (0, N/2)의 행렬 좌표를 더한 (1, 2)가 인덱스 3의 좌표가 되며, 인덱스 1의 행렬 좌표 (1, 1)에 도 14에 도시된 (N/2, 0)의 행렬 좌표를 더한 (2, 1)가 인덱스 4의 좌표가 된다.
도 14에서 기저(Basis)(4)(N=4인 경우)를 살펴보면, 기저(Basis)(2)(N=2)인 경우의 좌표들에 도 14에 도시한 바와 같이 (O,N/4),(N/4,0), (N/4,N/4)의 행렬 좌표를 더하면 총 4×4의 기저들의 완성되며 도 14에 도시한 대로 인덱싱 될 수 있다. 마찬가지로, 기저(Basis)(4)(N=8인 경우)를 살펴보면, 기저(Basis)(4)(N=4)인 경우의 좌표들에 도 14에 도시한 바와 같이 (O, N/8), (N/8), (N/8, N/8)의 행렬 좌표들을 각각 더하면 총 8×8의 기저들의 완성되며 도 14에 도시한 대로 인덱싱 될 수 있다.
도 15는 OTFS 기저 인덱싱을 위한 인덱싱 패턴의 Shift 예 (N=4)를 도시한 도면이다.
도 15는 도 14에서 설명된 OTFS 기저 패턴의 Shift 방식을 예시하고 있다. N=4인 경우에 대해서, 기저(Basis)(1)은 (1,1)에 기저(Basis)(2)는
Figure PCTKR2016008200-appb-I000001
에
Figure PCTKR2016008200-appb-I000002
의 인덱스가 맵핑된다. 그러면 기저(Basis)(2)가 (N/4, N/4) shift되어
Figure PCTKR2016008200-appb-I000003
에
Figure PCTKR2016008200-appb-I000004
의 인덱스가 맵핑된다. 같은 방식으로 기저(Basis)(2)가 (0,N/4) shift되어 [9]~[12]의 인덱스가, (N/4,0) shift되어 [13]~[16]의 인덱스가 맵핑된다.
도 16은 OTFS 기저 인덱싱을 위한 인덱싱 패턴의 Shift 예 (N=8, 16)의 경우를 도시한 도면이다.
도 16은 N=8, 16일 때, OTFS 기저 패턴(Basis Pattern)의 Shift 방식을 예시한다. N=8인 경우에 대해서, 기저(Basis)(1)은 (1,1)에 기저(Basis)(2)는
Figure PCTKR2016008200-appb-I000005
에
Figure PCTKR2016008200-appb-I000006
의 ,인덱스가 맵핑된다. 그러면 기저(Basis)(2)가 (N/4,N/4) shift되어
Figure PCTKR2016008200-appb-I000007
에
Figure PCTKR2016008200-appb-I000008
의 인덱스가 맵핑된다. 같은 방식으로 기저(Basis)(2)가 (0,N/4) shift되어 [9]~[12]의 인덱스가, (N/4,0) shift되어 [13]~[16]의 인덱스가 맵핑된다. 상기에서 정의된 [1]~[16]을 통해 기저(Basis)(4)가 정의되고, 같은 방식으로 [17]~[64]가 정의되어 기저(Basis)(8)로 확장될 수 있다.
N=16인 경우에 대해서, 기저(Basis)(1)은 (1,1)에 기저(Basis)(2)는
Figure PCTKR2016008200-appb-I000009
에
Figure PCTKR2016008200-appb-I000010
의 인덱스가 맵핑된다. 그러면 기저(Basis)(2)가 (N/4,N/4) shift되어
Figure PCTKR2016008200-appb-I000011
에
Figure PCTKR2016008200-appb-I000012
의 인덱스가 맵핑된다. 같은 방식으로 기저(Basis)(2)가 (0,N/4) shift되어 [9]~[12]의 인덱스가, (N/4,0) shift되어 [13]~[16]의 인덱스가 맵핑된다. 상기에서 정의된 [1]~[16]을 통해 기저(Basis)(4)가 정의되고, 같은 방식으로 [17]~[64]가 정의되어 기저(Basis)(8)로 확장된다. 같은 방식으로 [65]~[256]이 정의되어 기저(Basis)(16)으로 확장될 수 있다.
실시예 4는 OTFS 기저가 정방행렬을 가지는 경우에 대해 제안되었다. 채널 특성 또는 적용 시스템 특성에 따라 OTFS 기저가 정방 행렬이 아닐 수도 있다. 예를 들어, OTFS가 장방 행렬인 경우의 다음 (1), (2), (3)과 같은 특징을 갖는다.
(1). OTFS 기저는 행렬 형태로 N×M의 OTFS 변환 행렬(Transform matrix)로 표현할 수 있으며, N은 M이 아니다.
(2). 행렬의 row index N은 cyclic frequency shift index를 나타내며, 행렬의column index M은 cyclic time shift index를 의미한다. OTFS 기저들은 2-dimension에 대해서 Orthonormal 또는 Near-orthonormal 관계를 가지며, cyclic time shift 및 cyclic frequency shift 관계를 가진다.
(3). 채널 환경에 따라 발생하는 지연 확산과 도플러 효과에 의해 중첩 전송된 심볼들 사이에서 사용되는 OTFS 기저의 Impairment 또는 Near- orthonormal 정도에 의한 ISI가 발생한다.
OTFS 기저가 장방 행렬을 가지는 경우, 하나의 일반화된 형태로 OTFS 기저를 인덱싱하기는 어려운 측면이 있다.
도 17은 장방 행렬을 가지는 OTFS 기저의 인덱싱 순서 개념을 설명하기 위한 예시적 도면이다.
도 17은 장방 행렬을 가지는 OTFS의 기저를 인덱싱하는 순서 개념을 예시하고 있는데, 이 방식 이외에도 ISI를 최소화 하는 인덱싱 방식은 다양하다. 따라서, 장방 행렬에 대한 인덱싱은 각 장방 행렬에 대해 최적의 인덱싱 순서 조합 중 하나를 기지국과 단말에서 사전에 약속할 필요가 있다. 일반적으로 시그널링 오버헤드 문제 때문에, 다양한 장방 행렬 조합이 통신 시스템에 적용되지 않을 수 있다.
실시예 5: OTFS 시스템에서 산발적 Sparse Basis Index의 시그널링 기법
실시예 4에서 제안된 인덱싱 기법을 통해, OTFS 기저 간의 Sparsity가 형성된다. 인덱스 순서에 따라 cyclic time/frequency shift의 정도를 최대화할 수 있으며, 정방행렬을 가지는 OTFS 기저를 가정할 때 아래 1, 2, 3과 같은 정보를 기지국이 단말에게 시그널링해 줄 필요가 있다.
1. 기저 크기(Basis size): N
2. 할당된 레이어들 중에서 시작 번호: S (여기서, 1≤S≤N2)
3. 할당된 레이어들의 수 (L) (여기서, 1≤L≤N2)
하향링크를 가정하는 경우, 기지국은 상기 정보들(N, S, L)를 하향링크 물리 제어 채널(예를 들어, PDCCH)로 단말에게 전달될 수 있다. 상향링크를 가정하는 경우, 기지국으로부터 하향링크 물리 제어 채널(예를 들어, PDCCH)을 통해 사전에 할당 받거나 혹은 상향링크 물리 제어 채널(예를 들어, PUCCH)를 등에 기지국에 전달될 수 있다. 또한, 상기 정보들(N, S, L)은 하향링크 혹은 상향링크로 상위 계층 시그널링을 통해서 전달될 수도 있다.
상기 정보들 중에서 N(기저 크기 정보)은 하나의 기저에서 공통(common) 정보로 전송되며, 할당된 레이어들 중에서의 시작 번호(S)와 할당된 레이어들의 수(L)은 하나의 기저 안에서 다수의 사용자가 지원되는 경우, 단말-특정(혹은 사용자-특정) 한 정보로 전달될 수 있다.
실시예 6: OTFS 기저 할당 방식에 따른 다수 사용자의 기저 할당 예
도 18은 OTFS 기저 할당 방식에 따른 다수 사용자의 기저 할당의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 18에서는 다수 단말(혹은 다수 사용자)의 공통 제어 정보로서 기저 크기(N)를 8로 가정하였다. 그리고, 단말 1(UE 1) 특정 정보로서 S=1, L=10로 설정하였고, 단말 1은 인덱스 [1]~[10]까지 기저를 할당받았다. 단말 2(UE 2)-특정 정보로서 S=11, L=6로 가정하였다. 단말 2는 인덱스 [11]~[16]까지 기저를 할당받았다. 단말 3(UE 3) 특정 정보로서 S=17, L=8을 가정하였다. 단말 3은 인덱스[17]~[24]까지 기저를 할당받았다.
도 18을 참조하면, 인덱스[25]~[64]까지 기저에 데이터가 전송되지 않음을 알 수 있다. 기지국은 각 단말 별로 할당된 OTFS 기저 인덱스 값을 시그널링 해주어, 각 단말은 자신에게 할당된 OTFS 기저 인덱스 값에 기초하여 해당 OTFS 기저들상에서 데이터를 수신할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 OTFS 전송 기법에 따라 ISI를 완화함으로써 통신 성능을 향상시킬 수 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.
3GPP LTE-A, 5G 통신 시스템 등과 같이 다양한 무선통신 시스템에서 산업상으로 적용이 가능하다.

Claims (10)

  1. OTFS (Orthogonal Time, Frequency and Space) 전송 방식을 이용하는 무선통신 시스템에서 단말이 OTFS 기저 할당 정보를 수신하는 방법에 있어서,
    기지국으로부터 OTFS 기저 크기(N)에 대한 정보를 포함하는 제어 정보를 수신하는 단계; 및
    상기 OTFS 기저 크기에 대응하는 시간 및 주파수 도메인 상에서의 N×N의 OTFS 변환 행렬에서 사전에 정의된 규칙에 따라 인덱싱된 소정 크기의 OTFS 기저들 상에서 데이터를 수신하는 단계를 포함하되,
    상기 OTFS 기저 크기(N)의 OTFS 기저들은 N×N의 OTFS 변환 행렬로 표현되며,
    상기 N×N의 OTFS 변환 행렬에서 행(row) 인덱스는 사이클릭 주파수 시프트(cyclic frequency shift) 인덱스를 나타내고 열(column) 인덱스는 사이클릭 시간 시프트(cyclic time shift) 인덱스를 나타내며,
    상기 사전에 정의된 규칙에 따른 인덱싱은 상기 소정 크기의 OTFS 기저들을 상기 N×N의 OTFS 변환 행렬에서 사이클릭 주파수 시프트 및 사이클릭 시간 시프트를 최대화하는 순서로 인덱싱한 것인, OTFS 기저 할당 정보 수신 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어 정보는 상기 소정 크기의 OTFS 기저들의 OTFS 인덱스 값에 대한 정보를 더 포함하며,
    상기 OTFS 인덱스 값으로 인덱싱된 OTFS 기저들 상에서 데이터를 수신하는, OTFS 기저 할당 정보 수신 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제어 정보는 상기 단말에 할당된 레이어 수에 대한 정보 또는 할당된 레이어들 중 시작 넘버에 대한 정보를 더 포함하는, OTFS 기저 할당 정보 수신 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 N×N의 OTFS 변환 행렬에서 2개의 서로 다른 OTFS 기저들 간의 곱이 0인 특성을 가지는, OTFS 기저 할당 정보 수신 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제어 정보는 물리 하향링크 제어 채널을 통해 수신되는, OTFS 기저 할당 정보 수신 방법.
  6. OTFS (Orthogonal Time, Frequency and Space) 전송 방식을 이용하는 무선통신 시스템에서 OTFS 기저 할당 정보를 수신하는 단말에 있어서,
    수신기; 및
    프로세서를 포함하되,
    상기 프로세서는,
    상기 수신기가 기지국으로부터 OTFS 기저 크기(N)에 대한 정보를 포함하는 제어 정보를 수신하도록 제어하고,
    상기 수신기가 상기 OTFS 기저 크기에 대응하는 시간 및 주파수 도메인 상에서의 N×N의 OTFS 변환 행렬에서 사전에 정의된 규칙에 따라 인덱싱된 소정 크기의 OTFS 기저들 상에서 데이터를 수신하도록 제어하되,
    상기 OTFS 기저 크기(N)의 OTFS 기저들은 N×N의 OTFS 변환 행렬로 표현되며,
    상기 N×N의 OTFS 변환 행렬에서 행(row) 인덱스는 사이클릭 주파수 시프트(cyclic frequency shift) 인덱스를 나타내고 열(column) 인덱스는 사이클릭 시간 시프트(cyclic time shift) 인덱스를 나타내며,
    상기 사전에 정의된 규칙에 따른 인덱싱은 상기 소정 크기의 OTFS 기저들을 상기 N×N의 OTFS 변환 행렬에서 사이클릭 주파수 시프트 및 사이클릭 시간 시프트를 최대화하는 순서로 인덱싱한 것인, 단말.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제어 정보는 상기 소정 크기의 OTFS 기저들의 OTFS 인덱스 값에 대한 정보를 더 포함하며,
    상기 프로세서는 상기 수신기가 상기 OTFS 인덱스 값으로 인덱싱된 OTFS 기저들 상에서 데이터를 수신하도록 제어하는, 단말.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 제어 정보는 상기 단말에 할당된 레이어 수에 대한 정보 또는 할당된 레이어들 중 시작 넘버에 대한 정보를 더 포함하는, 단말.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 N×N의 OTFS 변환 행렬에서 2개의 서로 다른 OTFS 기저들 간의 곱이 0인 특성을 가지는, 단말.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제어 정보는 물리 하향링크 제어 채널을 통해 수신되는, 단말.
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