WO2018062648A1 - 무선통신 시스템에서 경쟁 기반 비직교 다중 접속을 수행하는 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

무선통신 시스템에서 경쟁 기반 비직교 다중 접속을 수행하는 방법 및 이를 위한 장치 Download PDF

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WO2018062648A1
WO2018062648A1 PCT/KR2017/002544 KR2017002544W WO2018062648A1 WO 2018062648 A1 WO2018062648 A1 WO 2018062648A1 KR 2017002544 W KR2017002544 W KR 2017002544W WO 2018062648 A1 WO2018062648 A1 WO 2018062648A1
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group
multiple access
data
contention
reference signal
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PCT/KR2017/002544
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이호재
이상림
김동규
노광석
김명진
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엘지전자 주식회사
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    • H04W74/00—Wireless channel access
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    • H04W74/0808—Non-scheduled access, e.g. ALOHA using carrier sensing, e.g. carrier sense multiple access [CSMA]

Definitions

  • the present invention relates to wireless communication, and more particularly, to a method and apparatus for performing contention-based non-orthogonal multiple access in a wireless communication system.
  • Wireless Sensor Network WSN
  • Massive Machine Type Communication MTC
  • Massive MTC service has very limited Connection Density Requirement, while Data Rate and End-to-End (E2E) Latency Requirement are very free (for example, Connection Density: Up to 200,000 / km2, E2E Latency: Seconds to hours, DL / UL Data Rate: typically 1-100 kbps).
  • connection density is determined by the number of UEs that can support.
  • a demodulation reference signal DMRS
  • DMRS demodulation reference signal
  • a reference signal hopping scheme for more connection densities is required.
  • the terminal grouping method and the reference signal hopping method of the non-orthogonal multiple access method have not been presented to support the massive connectivity of the next generation 5G system.
  • An object of the present invention is to provide a method for a UE to perform contention-based non-orthogonal multiple access in a wireless communication system.
  • Another object of the present invention is to provide a terminal for performing contention-based non-orthogonal multiple access in a wireless communication system.
  • a method for a UE to perform contention-based non-orthogonal multiple access in a wireless communication system includes a corresponding group among a plurality of groups for the non-orthogonal multiple access based on a service class in a higher layer. Selecting a; Selecting one of a plurality of reference signal sequences and transmitting a reference signal to which the selected reference signal sequence is applied in a reference signal resource allocated to the selected corresponding group; And transmitting encoded data by applying a repetition number or a target bit rate corresponding to the selected corresponding group.
  • the data may be transmitted in dedicated resources configured for the contention-based non-orthogonal multiple access.
  • the method may further include receiving information indicating a matching relationship between the service classes in the upper layer and the plurality of groups.
  • the method may further comprise receiving information about dedicated resources set up for the contention-based non-orthogonal multiple access.
  • the service class may be determined based on a priority of the data in the upper layer.
  • the data area allocated to the selected group in the dedicated resource may be larger than the data area allocated to the other group.
  • the data may be transmitted through a data area allocated to the selected group among the dedicated resources.
  • the contention-based non-orthogonal multiple access may include contention-based Partially Overlapping Multiple Access (POMA).
  • POMA contention-based Partially Overlapping Multiple Access
  • a UE performing contention-based non-orthogonal multiple access in a wireless communication system selects a corresponding group from among a plurality of groups for the non-orthogonal multiple access based on a service class in a higher layer.
  • a processor configured to select; And selecting one of a plurality of reference signal sequences to transmit a reference signal to which the selected reference signal sequence is applied, from a reference signal resource allocated to the selected corresponding group, and repetition number corresponding to the selected corresponding group, or
  • the transmitter may include a transmitter configured to transmit data encoded by applying a target bit rate.
  • the terminal may further include a receiver configured to receive information indicating a matching relationship between the service classes in the upper layer and the plurality of groups.
  • the service class may be determined based on a priority of the data in the upper layer.
  • the transmitter may be configured to transmit the data on a dedicated resource configured for the contention-based non-orthogonal multiple access.
  • the terminal may further include a receiver configured to receive information on a dedicated resource configured for the contention-based non-orthogonal multiple access.
  • the data area allocated to the selected group in the dedicated resource may be larger than the data area allocated to the other group.
  • the contention-based non-orthogonal multiple access may include contention-based Partially Overlapping Multiple Access (POMA).
  • POMA contention-based Partially Overlapping Multiple Access
  • contention-based POMA scheme it is possible to reduce control information signaling overhead and efficiently perform data transmission in a high connectivity environment (mMTC).
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a base station 105 and a terminal 110 in a wireless communication system 100.
  • LTE long term evolution
  • LTE-A LTE-Advanced
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a frame structure for a non-orthogonal multiple access scheme based multi-user data overlapping transmission scheme.
  • 4 is an exemplary diagram for describing interpolation methods for channel estimation.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a frame structure of a reference signal hopping based NOMA group by way of example.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a procedure for iterative multi-group detection.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a reference signal hopping pattern based on a normal CP frame structure.
  • FIG. 8 illustrates an example of an extended CP frame structure based RS signal hopping pattern.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a procedure for a massive Sporadic Packet Service by way of example.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a priority level and a confidence level for a group in a POMA environment.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • NOMA non-orthogonal multiple access
  • RS Hopping Reference Signal Hopping
  • LTE long term evolution
  • LTE-A LTE-Advanced
  • the data symbol may include a physical uplink shared channel (PUSCH) or a physical uplink control channel (PUCCH), and the reference symbol (reference symbol) may include a DMRS.
  • the frame structure of FIG. 2 may vary according to an environment of a wireless communication system, that is, a subframe structure, a slot length, and a number of symbols in a slot may vary.
  • a frame structure is an ad-hoc network such as a device to device (D2D) terminal or a vehicular to everything (V2X) that performs direct communication between terminals, and a cellular-based scheme such as LTE-A and machine type communication (MTC).
  • D2D device to device
  • V2X vehicular to everything
  • MTC machine type communication
  • time-frequency resources may be allocated to a user equipment, and data symbols and reference symbols may be differently used by using orthogonal resources. Therefore, signals of each terminal can be demodulated without interference from other terminals.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a frame structure for a non-orthogonal multiple access scheme based multi-user data overlapping transmission scheme.
  • the frame structure of FIG. 3 is the same as that of the frame structure of FIG. 2, but multiple terminals (or users) share the same frequency resources, thereby allocating non-orthogonal time-frequency resources to the terminals (or users). For example, as shown in FIG. 3, in UE 1, UE K uses the same frequency resource subcarrier 1 to overlap the data symbol and the reference symbol.
  • the reference symbol uses the auto-correlation and cross-correlation properties of the sequence for channel coefficient estimation. If there is a low cross-correlation between multiple sequences, the receiving end can distinguish overlapping reference symbols of multiple terminals. For example, each terminal configures a reference symbol and superimposes it on the basis of a Zadoff-Chu sequence, which is one of the CAZAC sequences. Depending on the configuration of the sequence, it is possible to fully demodulate overlapping reference symbols of a plurality of terminals or to demodulate with only very low interference.
  • 4 is an exemplary diagram for describing interpolation methods for channel estimation.
  • the demodulated reference symbol may perform channel estimation using an interpolation scheme as shown in FIG. 4.
  • Interpolation may be set differently according to a system environment or coherence time, and may be variously set by a frame structure formed by a normal CP and extended CP.
  • the data symbol may perform multiuser detection (MUD) through a receiver supporting NOMA based on channel estimation by a reference symbol.
  • MUD multiuser detection
  • ML Maximum Likelihood
  • MAP Maximum joint A posteriori Probability
  • CWIC Codeword Interference Cancellation
  • MUST Multiuser Superposition Transmission
  • MPA Massage Passing Algorithm
  • SCMA Sparse Code Multiple Access
  • PIC Interleave Parallel Interference Cancellation
  • IDMA Interleave Parallel Interference Cancellation
  • the MUD scheme of the data symbol may be variously defined according to a non-orthogonal multiple access transmission / reception scheme.
  • the non-orthogonal multiple access scheme transmits signals of multiple terminals over the same time-frequency resource, it has a higher decoding error rate than LTE system, but can support higher frequency utilization efficiency or more connectivity.
  • the non-orthogonal multiple access scheme it is possible to achieve higher frequency utilization efficiency or more connectivity while maintaining the decoding error rate through code rate control, depending on the system environment.
  • the present invention proposes a terminal grouping method and a reference signal hopping method of a non-orthogonal multiple access system for supporting massive connectivity.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a frame structure of a reference signal hopping based NOMA group by way of example.
  • FIG. 5 illustrates a frame structure of groups of non-orthogonal multiple access terminals sharing one frequency resource (the UE group is arbitrarily determined, and the UE grouping scheme is described in detail in the second embodiment).
  • each group uses all the maximum number of reference symbols, and as shown in FIG. 5, the reference symbols of each group are avoided so as not to overlap with reference symbols of other groups.
  • the 3GPP LTE will be described as an example.
  • the maximum number of UE groups is supported in the normal CP frame structure of FIG. 5 and up to 5 in the extended CP frame structure. At this time, since the number of overlapping groups is more difficult to demodulate a signal, the number of groups to be used may vary according to a system environment or a QoS constraint. In addition, the maximum number of terminals that can be supported in one group is equal to the maximum number of sequence-based reference signals.
  • the number of terminals in the same group may vary according to a system environment or QoS constraint.
  • the terminals in the same group may be applied to different codes or transmission power so that the base station can distinguish the terminals in the same group.
  • the base station can decode the terminal in a state of minimizing interference between multiple terminals. Since the maximum number of overlaps through the above-described NOMA scheme is larger than the maximum number of reference symbols, it is possible to support the NOMA service over multiple groups.
  • the group 1 in Fig. 5 is a multiple-terminal group that performs NOMA of Figure 3 consists of a K 1 persons.
  • K 1 is increased reducing the MUD performance for group 1
  • MUD performance for group 1 is increased the more K 1 is reduced.
  • MUD performance is increased because there is no interference to other groups, and MUD performance decreases as the number of groups serviced increases.
  • the reference symbols of group 1 can be demodulated without interference to other groups, and the reference symbols of group 2 are demodulated with interference by the data symbols of group 1. Should be done. That is, the reference symbols of the lower group do not interfere with the symbols of the lower group, and the reference symbols of the lower group do not interfere with the symbols of the upper group.
  • the received signal for the symbols in one slot of FIG. 5 is represented by Equation 1 below.
  • y (m) represents the received signal of the m th symbol in one slot, and the channel from the k th terminal of the g th group And data symbols , Reference symbol P k , and reception noise n m .
  • G is the total number of groups, K g represents the total number of terminals in the g-th group.
  • Reference symbol P k used in each group Since the signals do not overlap in a reference signal avoidance (or hopping) manner, the same sequence may be used.
  • the fourth symbol y (4) is composed of reference symbols from the first group terminals. Since the reference symbol of each terminal uses a sequence in which Cross Correlation is set to 0 or as low as possible, channel estimation may be performed by performing auto-correlation with its own sequence. At this time, the maximum number of K 1 is equal to the maximum number of P k . Based on the estimated channel information, data symbols from the first group terminals of y (3) may be detected, as shown in Equation 2 below. At this time, the MUD method may vary according to the NOMA method used.
  • Equation 2 Is a channel compensation term for multiple terminals of group 1. According to the channel compensation scheme, Equation 2 may be changed.
  • the second item on the right side represents interference by reference symbols from the second group users, and the third item is the changed noise value.
  • the third symbol y (3) is composed of data symbols from the first group terminals and reference symbols from the second group terminals (see Equation 3 below). Therefore, if the data symbols from the first group of UEs are demodulated, channel estimation may be performed by removing interference with reference symbols of the second group.
  • data symbols from the first group terminals are demodulated in the state of receiving interference with reference symbols of the second group, there may be an error in demodulation. Accordingly, data symbols from the first group terminals may be detected repeatedly by reflecting channel estimation through the second group of reference symbols. This may be expressed as in Equation 4 below.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a procedure for iterative multi-group detection.
  • the MUD scheme of each group may be variously defined through a receiver supporting NOMA.
  • NOMA Maximum Likelihood
  • MAP Maximum Likelihood
  • CWIC Codeword Interference Cancellation
  • MUST Multiuser Superposition Transmission
  • MPA Massage Passing Algorithm
  • SCMA Sparse Code Multiple Access
  • PIC Interleave Parallel Interference Cancellation
  • IDMA Division Multiple Access
  • the MUD scheme of the data symbol may be variously defined according to a non-orthogonal multiple access transmission / reception scheme.
  • the reference signal hopping pattern is illustrated as follows.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a reference signal hopping pattern based on a normal CP frame structure.
  • Group 1 of FIG. 7 is capable of Block, Linear, and Non-linear Interpolation of FIG. 4 according to a system environment.
  • the position of the reference signal is not located at the center of the slot and is separated from the data symbol, thereby degrading the performance of Block Interpolation.
  • the UE can prevent deterioration of channel estimation performance by performing block interpolation on three left and right symbols based on the reference symbol.
  • channel estimation is performed over a slot boundary for channel estimation.
  • Block Interpolation is performed on the first symbol of and the sixth and seventh symbols of the previous slot).
  • group 5 performs block interpolation on the second two symbols (the seventh symbol of the reference slot and the first symbol of the next slot) based on the reference symbol.
  • channel estimation performance can be improved through linear interpolation and non-linear interpolation.
  • Embodiment 1 is an example of a reference signal hopping pattern, and does not overlap reference symbols in different ways, and corresponds to other patterns that use the maximum number of reference symbols in each group.
  • Embodiment 2 Extended CP Frame Structure Based Reference Signal Hopping pattern
  • FIG. 8 illustrates an example of an extended CP frame structure based RS signal hopping pattern.
  • FIG. 8 two subframes are illustrated to illustrate a reference signal hopping pattern.
  • Groups 1 and 2 of FIG. 8 may block, linear or non-linear interpolation of FIG. 4 according to a system environment.
  • the position of the reference signal is not located at the center of the slot and is separated from the data symbol, thereby degrading the performance of Block Interpolation. Accordingly, deterioration of channel estimation performance can be prevented by performing block interpolation on two symbols to the left and three symbols to the right of the reference symbol. At this time, channel estimation is performed beyond the slot boundary for channel estimation.
  • group 3 of reference signal hopping pattern 0 shown in (a) of FIG. 8 three symbols after the reference symbol (the sixth symbol of the reference slot and the first and second symbols of the next slot) are referred to. Block Interpolation is performed. Similarly, group 4 performs block interpolation on the first two symbols (the first symbol of the reference slot and the sixth symbol of the previous slot) based on the reference symbol.
  • the present invention can be applied to other groups and groups of the reference signal hopping pattern 1 shown in FIG. Alternatively, channel estimation performance can be improved through linear interpolation and non-linear interpolation.
  • the second embodiment is an example of a reference signal hopping pattern, and does not overlap reference symbols in different ways, and corresponds to other patterns that use the maximum number of reference symbols in each group.
  • Proposed Method 2 For Massive Connectivity Non-orthogonal (non-orthogonal) multiple access terminals Grouping Way
  • a terminal grouping method of a non-orthogonal multiple access method for performing the reference signal hopping method presented in the reference signal hopping method for mass connectivity described above is provided.
  • the reference signal hopping method for mass connectivity the reference signal hopping method according to UE groups has a difference in demodulation performance between groups. Since the reference signal of group 1 can be received without interference, channel estimation performance can be guaranteed, and due to the differential interference amount of each data symbol, better reception performance can be expected. For example, in FIG. 5, the third symbol of group 1 has only interference from the reference symbol of group 2, and the reference symbol is information known in advance, and has excellent interference cancellation performance.
  • the demodulation performance of the upper group (for example, group 1 is the highest group) is excellent, and data transmission can be performed at a higher modulation and coding scheme (MCS) level, and even if the same resource is allocated, a higher data rate You can expect a Data Rate.
  • MCS modulation and coding scheme
  • the reception demodulation performance of the lower group (for example, group 5 is the lowest group) is low, and data transmission must be performed at a low MCS level.
  • the upper group may transmit more data symbols
  • the lower group should transmit fewer data symbols than the upper group due to the use of a null symbol for detecting the reference symbol of the upper group. Accordingly, terminal scheduling and terminal grouping are necessary considering the MCS level between groups and the data rate that can be provided.
  • the base station may allocate a terminal having a large amount of transmission traffic to an upper group and a terminal having a small amount of transmission traffic to a lower group based on a scheduling request (SR) of the terminal and a required data rate.
  • SR scheduling request
  • the amount of transmission traffic is transmitted to the base station by the terminal included in the buffer state report (Buffer State Report, BSR) through a data channel (for example, physical uplink shared channel (PUSCH)) to the base station to recognize the amount of traffic.
  • BSR buffer State Report
  • the BSR can be sent as Regular BSR, Periodic BSR or Padding BSR.
  • the base station may be set to a group of terminals having a similar timing distance according to the timing distance of the terminal.
  • the timing distance may be determined not only by the physical distance but also by the propagation delay due to the multipath of the terminal or the system environment. In this case, a data group may be guaranteed by allocating a terminal group having a remote timing distance to an upper group.
  • the base station may group the terminals based on the fairness index of the terminal. Users with low fairness index of the terminal may be allocated to higher groups to ensure fairness.
  • the fairness index may be determined based on existing proportional fairness and may be defined through other fairness indexes. For example, various indices such as Jain's Fairness Index and Max-min Fairness can be used.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a procedure for a massive Sporadic Packet Service by way of example.
  • the UE UE may transmit its uplink traffic transmission request to the base station eNB through a scheduling request (SR) signal (S910).
  • the base station may perform scheduling based on the group grouping method (for example, group grouping methods 1, 2, and 3) described above based on the channel environment of the terminal and the state of the other terminal (S920).
  • the base station performs terminal grouping based on at least one of the group grouping methods (for example, group grouping methods 1, 2, and 3) described above (S930).
  • the group index and the non-orthogonal multiplex through an uplink scheduling grant eg, UL Grant
  • the control channel eg, Physical Downlink Control CHannel, PDCCH
  • Control information for access for example, power allocation information for MUST or codebook index for SCMA, interleaver index for IDMA, etc.
  • MCS level etc.
  • the reference signal hopping pattern may be previously defined as cell-specific, or the base station may inform the terminal of the reference signal hopping pattern index by including the UL grant.
  • the MCS level may be defined in group units or may be determined to be user-specific.
  • the UE may transmit uplink data to the base station by mapping data symbols and reference symbols to resources based on the group index and the resource allocation information included in the UL Grant (S950 and S960).
  • the base station performs repetitive demodulation for the multi-group, and performs MUD within the demodulation of each group to demodulate the signal of the multi-group multi terminal (S970).
  • the base station transmits an ACK or NACK feedback signal to the terminal based on the demodulated signal (S980).
  • a non-orthogonal multi-group multiple access scheme capable of demodulation while supporting at least the maximum number of sequence-based reference symbols can be performed.
  • a transmitting subject is a user and a receiving subject is described as a base station based on the uplink, it is applicable to the arrangement of downlink PDSCH and cell-specific RS.
  • a partial overlapping multiple access method will be described as Partially overlapping multiple access (POMA).
  • the existing POMA scheme is a scheduling based MA (UE) technique in which a UE operates by receiving a grant from a base station.
  • UE scheduling based MA
  • contention based MA technology may be considered.
  • the mMTC terminal requires high connectivity and low energy consumption, initial control signaling for data transmission may cause a lot of overhead compared to data transmission. Therefore, a contention-based MA capable of performing data transmission and reception without a grant needs to be supported.
  • mMTC high connectivity environment
  • mMTC high connectivity environment
  • initial control signaling for data transmission may cause a lot of overhead compared to data transmission. Therefore, a contention-based MA capable of performing data transmission and reception without a grant needs to be supported.
  • a competition-based POMA scheme we propose a competition-based POMA scheme.
  • the contention-based transmission assumes a state in which downlink synchronization is obtained through an initial connection, reception of common control information, RACH procedure, and RRC connection are performed.
  • the terminal assumes the RRC_CONNECTED state.
  • RRC_IDLE state of the terminal it may operate based on the information of the most recent RRC_CONNECTED. Therefore, it is assumed that each UE acquires a C-RNTI or a situation in which a grant request for uplink transmission is not requested or received.
  • each UE needs to determine the following for contention-based POMA.
  • each of the six schemes listed above may be used depending on the system environment or in a fixed manner, and may be determined by the transmitting side in any manner.
  • the complexity of the detection / decoding method of the receiving side is lowered, but the base station transmits common information about the corresponding method or must be fixedly defined in the system.
  • the transmission side determines in any way, the complexity of the detection / decoding scheme of the receiving side is increased, but the transmission of common information for the corresponding method in the base station is reduced, depending on the traffic conditions for the data transmission of the terminal Reduce collisions.
  • the definition and operation methods for each of the six methods listed above are proposed.
  • Physical resources for contention-based POMA may be defined in advance through common control information. It is assumed that a UE performing contention-based POMA receives system information after downlink synchronization is acquired.
  • the base station may broadcast information on the contention-based POMA zone to all terminals through common control information.
  • the contention-based POMA zone may exist periodically or aperiodically as a physical resource, and the terminal may transmit data through the contention-based POMA zone at the time when traffic occurs.
  • the physical resource may mean not only a single frequency / time resource but also a frequency / time resource block (eg, a physical resource block (PRB)).
  • PRB physical resource block
  • Group Indication for contention-based POMA may be defined in advance through the common control information. It is assumed that a UE performing contention-based POMA receives system information after downlink synchronization is acquired.
  • the base station may broadcast information related to the look up table for group selection to all terminals through common control information.
  • the look up table for group selection may be defined by a higher layer signal (eg, an RRC signal).
  • group selection may be performed by a high layer priority (eg, a service class) of data to be transmitted.
  • Table 1 Assuming that six groups are defined by the POMA as shown in Table 1 below, traffic is generated in the terminal, and the terminal may select a group from the look up table through higher layer signaling for the generated traffic.
  • the terminal may determine a priority level based on a higher layer service class without selecting a grant from the base station and select a group to perform a POMA.
  • the service class, priority level, and group selection are 1: 1 mapped, but N: 1 mapping or 1: N mapping may also be performed.
  • the priority definition of data is not defined in the physical layer, but is defined in a higher layer (for example, an application layer), and after checking the defined priority as a cross layer, it is used in group selection when transmitting data of the physical layer. do.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a priority level and a confidence level for a group in a POMA environment.
  • Priority 1 is upper layer data having the highest importance, and the UE needs to transmit a lot of resources.
  • Group 1 can utilize the most physical resources, so that even if the same amount of information is transmitted, it is possible to configure physical data with many repetitions or low code rates. Therefore, physical data corresponding to priority 1 may provide higher reliability.
  • data of a low level of reliability is transmitted as compared with a high priority group.
  • a reference signal for channel estimation is defined.
  • the selection of the reference signal is a signal for channel estimation for data transmission of the UE in the entire set of reference signals based on a scheme such as frequency division multiplexing (FDM) / code division multiplexing (CDM) / time division multiplexing (TDM). Means to select.
  • the reference signal may be determined by a time division multiplexing (TDM) method by selecting a group in the group indication determination method for the contention-based POMA.
  • the terminal transmits a reference signal to a third symbol among seven symbols in one slot as shown in FIG. 10.
  • DMRS DeModulation Reference Signal
  • CS Cyclic Shift
  • OCC Orthogonal Code Cover
  • 12 DMRS sequences exist (here, the description of the definition of the DMRS by the Cell ID and the definition of the DMRS for the multiple antenna is excluded based on the operation in a single cell). Then, the terminal selects any one DMRS sequence among the 12 DMRS sequences.
  • a plurality of DMRS sequences may be arbitrarily selected.
  • the data encoding operation of the terminal may appear differently depending on the group selection. For example, six symbols may be used for data transmission in POMA Group 1, which is a higher group, and one symbol may be used for data transmission, in POMA Group 6, a lower group. Accordingly, the terminal may control the MCS according to the reliability level or may control the MCS according to the target bit rate.
  • the base station may specify and indicate the data encoding of each group as shown in Table 2 as an example through common control signaling (for example, system information broadcasting).
  • common control signaling for example, system information broadcasting
  • all groups have the same symbol level repetition or bit level repetition but may use different MCS.
  • a higher group may provide higher reliability through a lower code rate.
  • the operation may be previously defined in the same manner through the modification of the modulation order.
  • Corresponding modulation rate information for each group may be periodically broadcast by the base station to all terminals through a system information block (SIB).
  • SIB system information block
  • the base station may specify the data encoding of each group through common control signaling (eg, system information broadcasting).
  • common control signaling eg, system information broadcasting
  • all groups use the same MCS, but higher groups may provide higher bit rates.
  • A may be defined in bps units as an example of a data rate that may be defined by a physical resource.
  • each terminal is based on the group selection defined in the group designation decision method for contention-based POMA (2), (3) A data transmission method is defined when data is transmitted based on DMRS defined in the reference signal selection method for contention-based POMA.
  • the data transmission method includes a method for selecting a plurality of contention resources in the contention-based POMA zone.
  • the contention resources may vary in time, frequency, codeword (or sequence), power, scrambling, interleaver, spatial resource, and the like.
  • the terminal since the terminal has not received a grant for data transmission from the base station, the terminal should select a resource for data transmission from among the competition resources and transmit data on the selected resource.
  • the terminal may randomly select one codeword among 12 c codeword resources to perform data transmission.
  • the codeword transmits data in different codewords on the same physical resource in the same contention zone to detect and decode data transmitted in each codeword at the receiving end.
  • Selection of contention resources may be selected in association with the DMRS sequence of the terminal. For example, when a maximum DMRS index value (Maximum DMRS_INDEX) is a maximum codeword index value (Maximum Codeword_INDEX), a DMRS sequence and contention resources may be mapped one-to-one. For example, when the codeword index Codeword_INDEX is equal to the DMRS index, the maximum number of codewords is 12, and the maximum number of DMRSs is 12, the codeword index is 1 when the value of the DMRS index DMRS_INDEX is 1. The value of is also 1. When applied in this way, if the DMRS sequence does not occur by multiple users, no collision of codewords occurs. In addition, the receiving side may perform data decoding based on mapped codewords without blind detection.
  • the receiving side should additionally perform blind detection of a codeword for data decoding after blind detection of DMRS.
  • a codeword collision may occur. In this case, even though channel estimation is normally performed, the performance of the MUD may not be guaranteed at the receiving end due to the collision of codewords.
  • MUD may be possible by using other codewords, but channel estimation is not normally performed, and thus MUD performance of the receiver is not guaranteed.
  • the collision probability of the DMRS and the collision probability of the codeword operate independently, the overall collision probability may increase. For example, when a DMRS sequence and a contention resource are mapped, in this example, the probability that both DMRSs and codewords do not collide in contention-based transmission of two UEs is 11/12. On the other hand, when the DMRS sequence and the contention resource are not mapped, the probability that both the DMRS and the codeword do not collide is 121/144. Therefore, when no collision occurs between any of the DMRSs and codewords, the mapping scheme of DMRS sequences and contention resources is advantageous in collision probability in an environment in which decoding performance for MUD is not guaranteed.
  • the mapping of DMRS sequences and contention resources may not be assumed in an environment where decoding performance is guaranteed (that is, an environment where MUD performance is guaranteed) to enable MUD. have. For example, if a DMRS sequence and a contention resource are mapped, in this example, the probability of collision between both the DMRS and the codeword in a contention-based transmission of two terminals is 1/12. On the other hand, when the DMRS sequence and the contention resource are not mapped, the probability that collision occurs between the DMRS and the codeword is 1/144. Therefore, in an environment where MUD performance is guaranteed and the blind detection complexity y of the receiving end is accepted, the DMRS sequence and the contention resource are not mapped, and the codeword index can be arbitrarily selected by the transmitting side.
  • the receiver Since contention-based POMA is not grant-based data transmission, since blind detection is performed at the receiving side, it is necessary to define a blind detection processing procedure.
  • the receiver since the position of DMRS differs according to groups, the receiver performs DMRS blind detection of a higher group. For example, (1) the receiving side performs blind detection for 12 DMRSs at the DMRS position corresponding to Group 1. (2-1) When the DMRS corresponding to Group 1 is detected, the receiver performs group detection. The receiving side performs interference cancellation by regenerating the decoded data of group 1 based on the group detection result in group 2 DMRS detection. (2-2) If the DMRS corresponding to Group 1 is not detected, the receiver performs DMRS detection corresponding to Group 2 without performing group detection for Group 1. The receiving side repeatedly performs the above operations in the order of the lower group in the upper group.
  • the DMRS of the terminal may be selected by modulo operation with the C-RNTI. Then, overhead of grant can be reduced by omitting transmission of grant information for DMRS. In this case, the receiving side (for example, the base station) needs to perform scheduling considering the DMRS selection of the terminal. Similarly, the codeword of the terminal may be determined based on the DMRS selection. Then, overhead of grant can be reduced by omitting transmission of grant information for a codeword. In this case, the base station needs to perform scheduling considering the codeword of the terminal.
  • the UE may transmit a scheduling request (SR) by inserting a priority field or priority field for uplink traffic into uplink control information or uplink data.
  • SR scheduling request
  • the base station may perform scheduling to designate a group based on priority information received from the terminal and transmit a grant such as group designation information to the terminal through DCI.
  • each component or feature is to be considered optional unless stated otherwise.
  • Each component or feature may be embodied in a form that is not combined with other components or features. It is also possible to combine some of the components and / or features to form an embodiment of the invention.
  • the order of the operations described in the embodiments of the present invention may be changed. Some components or features of one embodiment may be included in another embodiment or may be replaced with corresponding components or features of another embodiment. It is obvious that the claims may be combined to form an embodiment by combining claims that do not have an explicit citation relationship in the claims or as new claims by post-application correction.
  • the method and apparatus for performing contention-based non-orthogonal multiple access in a wireless communication system can be applied industrially in various wireless communication systems such as 3GPP LTE / LTE-A and next generation 5G communication system.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

무선통신 시스템에서 단말이 경쟁 기반 비직교 다중 접속을 수행하는 방법은, 상위 레이어에서의 서비스 클래스에 기초하여 상기 비직교 다중 접속을 위한 복수의 그룹들 중에서 해당 그룹을 선택하는 단계; 복수의 참조신호 시퀀스들중에서 어느 하나를 선택하여 상기 선택된 참조신호 시퀀스가 적용된 참조신호를 상기 선택된 해당 그룹에 할당된 참조신호 자원에서 전송하는 단계; 및 상기 선택된 해당 그룹에 대응하는 반복(Repetition) 횟수 또는 타겟 비트율이 적용되어 인코딩된 데이터를 전송하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

무선통신 시스템에서 경쟁 기반 비직교 다중 접속을 수행하는 방법 및 이를 위한 장치
본 발명은 무선통신에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선통신 시스템에서 경쟁 기반 비직교 다중 접속을 수행하는 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.
차세대 5G 시스템에서는 Massive Connection/Low cost/Low power Service를 target으로 작은 패킷을 간헐적으로 전송하는 Wireless Sensor Network (WSN), Massive Machine Type Communication (MTC) 등이 고려되고 있다. Massive MTC 서비스는 Connection Density Requirement가 매우 제한적인데 반해, 데이터 전송률(Data Rate)과 End-to-End (E2E) Latency Requirement는 매우 자유롭다(일 예로, Connection Density: Up to 200,000/km2, E2E Latency: Seconds to hours, DL/UL Data Rate: typically 1-100kbps).
일반적으로 Connection Density는 지원할 수 있는 단말(UE)의 수에 의해 결정된다. 그러나, 참조 심볼(Reference Symbol) 구성 방식은 시퀀스들 사이의 낮은 교차상관(Cross Correlation)을 유지해야 하기 때문에, 동시 지원할 수 있는 시퀀스의 수가 제한적이다. 예를 들어, LTE 상향링크 시스템의 경우 복조 참조신호(DeModulation Reference Signal, DMRS)는 17개의 그룹 호핑 패턴(Group Hopping Pattern)과 30개의 시퀀스 시프트 패턴(Sequence Shift Pattern)으로 구성될 수 있다. 따라서, Massive Connectivity 지원을 위해서는 더 많은 Connection Density 를 위한 참조 신호 호핑 방식이 필요하다. 그러나, 아직까지 차세대 5G 시스템의 Massive Connectivity 지원을 위한 비직교 다중 접속 방식의 단말 그룹핑 방식과 참조 신호 호핑 방식이 제시된 적이 없었다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는 무선통신 시스템에서 단말이 경쟁 기반 비직교 다중 접속을 수행하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 무선통신 시스템에서 경쟁 기반 비직교 다중 접속을 수행하는 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 경쟁 기반 비직교 다중 접속을 수행하는 방법은, 상위 레이어에서의 서비스 클래스에 기초하여 상기 비직교 다중 접속을 위한 복수의 그룹들 중에서 해당 그룹을 선택하는 단계; 복수의 참조신호 시퀀스들중에서 어느 하나를 선택하여 상기 선택된 참조신호 시퀀스가 적용된 참조신호를 상기 선택된 해당 그룹에 할당된 참조신호 자원에서 전송하는 단계; 및 상기 선택된 해당 그룹에 대응하는 반복(Repetition) 횟수 또는 타겟 비트율이 적용되어 인코딩된 데이터를 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 데이터는 상기 경쟁 기반 비직교 다중 접속을 위해 설정된 전용 자원에서 전송될 수 있다. 상기 방법은, 상기 상위 레이어에서의 서비스 클래스들과 상기 복수의 그룹들 간의 매칭 관계를 지시하는 정보를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 경쟁 기반 비직교 다중 접속을 위해 설정된 전용 자원에 대한 정보를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 서비스 클래스는 상기 상위 레이어에서의 상기 데이터의 우선 순위(priority)에 기초하여 결정된 것일 수 있다.
상기 단말이 선택된 그룹이 다른 그룹 보다 우선 순위가 높은 경우, 상기 전용 자원에서 상기 선택된 그룹에 할당된 데이터 영역은 상기 다른 그룹에 할당된 데이터 영역보다 더 클 수 있다. 상기 데이터는 상기 전용 자원 중에서 상기 선택된 그룹에 할당된 데이터 영역을 통해 전송될 수 있다. 상기 경쟁 기반 비직교 다중 접속은 경쟁 기반 POMA(Partially Overlapping Multiple Access)를 포함할 수 있다.
상기의 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 무선통신 시스템에서 경쟁 기반 비직교 다중 접속을 수행하는 단말은, 상위 레이어에서의 서비스 클래스에 기초하여 상기 비직교 다중 접속을 위한 복수의 그룹들 중에서 해당 그룹을 선택하도록 구성된 프로세서; 및 복수의 참조신호 시퀀스들중에서 어느 하나를 선택하여 상기 선택된 참조신호 시퀀스가 적용된 참조신호를 상기 선택된 해당 그룹에 할당된 참조신호 자원에서 전송하고, 상기 선택된 해당 그룹에 대응하는 반복(Repetition) 횟수 또는 타겟 비트율이 적용되어 인코딩된 데이터를 전송하도록 구성된 송신기를 포함할 수 있다.
상기 단말은 상기 상위 레이어에서의 서비스 클래스들과 상기 복수의 그룹들 간의 매칭 관계를 지시하는 정보를 수신하도록 구성된 수신기를 더 포함할 수 있다. 상기 서비스 클래스는 상기 상위 레이어에서의 상기 데이터의 우선 순위(priority)에 기초하여 결정된 것일 수 있다. 상기 송신기는 상기 데이터를 상기 경쟁 기반 비직교 다중 접속을 위해 설정된 전용 자원에서 전송하도록 구성될 수 있다.
상기 단말은 상기 경쟁 기반 비직교 다중 접속을 위해 설정된 전용 자원에 대한 정보를 수신하도록 구성된 수신기를 더 포함할 수 있다.
상기 단말이 선택된 그룹이 다른 그룹 보다 우선 순위가 높은 경우, 상기 전용 자원에서 상기 선택된 그룹에 할당된 데이터 영역은 상기 다른 그룹에 할당된 데이터 영역보다 더 클 수 있다. 상기 경쟁 기반 비직교 다중 접속은 경쟁 기반 POMA(Partially Overlapping Multiple Access)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예로서 제안된 경쟁 기반 POMA 방식에 따라 높은 connectivity를 가지는 환경(mMTC)에서 제어 정보 시그널링 오버헤드를 줄이고 데이터 전송을 효율적으로 수행할 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 Long term Evolution(LTE)/LTE-Advanced(LTE-A) 시스템에서의 상향링크 지원을 위한 프레임 구조를 나타내고 있다.
도 3은 비-직교 다중 접속 방식 기반 다중 사용자 데이터 중첩(Multi-user Data Overlapping) 전송 방식을 위한 프레임 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 채널 추정을 위한 보간 방법들(Interpolation Methods)을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 5는 참조 신호 호핑 기반 NOMA 그룹의 프레임 구조를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 6은 반복적 다중-그룹 검출을 위한 프로시저를 도시한 도면이다.
도 7은 Normal CP 프레임 구조 기반 참조신호 호핑 패턴의 예를 도시한 도면이다.
도 8은 Extended CP 프레임 구조 기반 참조신호 호핑 패턴의 일 예를 도시한 도면이다.
도 9는 Massive Sporadic Packet Service를 위한 프로시저를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 10은 POMA 환경에서 그룹에 대해 우선순위 레벨 및 신뢰도 레벨을 예시한 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다. 예를 들어, 이하의 상세한 설명은 이동통신 시스템이 3GPP LTE, LTE-A 시스템인 경우를 가정하여 구체적으로 설명하나, 3GPP LTE, LTE-A의 특유한 사항을 제외하고는 다른 임의의 이동통신 시스템에도 적용 가능하다.
몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다. 또한, 본 명세서 전체에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.
아울러, 이하의 설명에 있어서 단말은 UE(User Equipment), MS(Mobile Station), AMS(Advanced Mobile Station) 등 이동 또는 고정형의 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.
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.
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 대용량 연결성(Massive Connectivity) 지원을 위한 비직교 다중 접속 방식(Non-orthogonal Multiple Access, NOMA)의 사용자(혹은 단말) 그룹핑 방식 (User Grouping) 및 참조 신호 호핑 방식 (Reference Signal Hopping, RS Hopping)에 관한 기법을 제안한다.
도 2는 Long term Evolution(LTE)/LTE-Advanced(LTE-A) 시스템에서의 상향링크 지원을 위한 프레임 구조를 나타내고 있다.
도 2에서 데이터 심볼은 PUSCH(Physical Uplink Shared Channel) 또는 PUCCH (Physical Uplink Control Channel) 등으로 구성될 수 있으며, 참조 심볼(참조 심볼)은 DMRS 등으로 구성될 수 있다. 도 2의 프레임 구조는 무선통신 시스템의 환경에 따라 다양할 수 있으며, 즉, 서브프레임 구조나, 슬롯 길이, 슬롯 내의 심볼 수가 달라 수 있다. 또한, 이러한 프레임 구조는 단말 간 직접 통신을 수행하는 D2D (Device to Device) 단말 또는 V2X(Vehicular to Everything) 등과 같은 ad-hoc 네트워크와 LTE-A, MTC(Machine Type Communication)등과 같은 셀룰러 기반 방식에서 사용될 수 있다. 기존 무선통신 시스템의 경우, 시간-주파수 자원을 단말에게 할당하고, 직교 자원 사용을 통해 데이터 심볼과 참조 심볼을 다르게 사용할 수 있다. 따라서, 각 단말의 신호는 다른 단말로부터의 간섭 없이 복조가 가능하다.
도 3은 비-직교 다중 접속 방식 기반 다중 사용자 데이터 중첩(Multi-user Data Overlapping) 전송 방식을 위한 프레임 구조를 도시한 도면이다.
도 3의 프레임 구조는 도 2의 프레임 구조의 방식과 같지만, 다수 단말(혹은 사용자)가 동일한 주파수 자원을 공유함으로써, 비직교 시간-주파수 자원을 단말(혹은 사용자)에게 할당하는 방식이다. 예를 들어, 도 3에서와 같이 UE 1에서 UE K는 동일한 주파수 자원 부반송파 1(Sub-carrier 1)을 사용함으로써, 데이터 심볼과 참조 심볼이 중첩되게 된다.
참조 심볼은 채널 계수 추정을 위해서 시퀀스의 Auto-correlation과 Cross-correlation 성질을 이용한다. 다수 시퀀스 사이에 낮은 Cross-correlation을 가진다면, 수신단에서 다수 단말의 중첩된 참조 심볼을 구별해 낼 수 있다. 예를 들어, 카작 시퀀스(CAZAC Sequence)의 하나인 자도프-츄 시퀀스(Zadoff-Chu Sequence) 등을 기반으로 각 단말이 참조 심볼을 구성하여 중첩 전송할 수 있다. 시퀀스의 구성에 따라 다수 단말의 중첩 참조 심볼을 완벽하게 복조하거나, 매우 낮은 간섭만을 가진 채 복조할 수 있다.
도 4는 채널 추정을 위한 보간 방법들(Interpolation Methods)을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
복조된 참조 심볼은 도 4와 같은 보간(Interpolation) 방식 등으로 채널 추정을 수행할 수 있다. 시스템 환경 또는 Coherence Time에 따라 보간(Interpolation) 방식이 다르게 설정될 수 있으며, Normal CP(Cyclic Prefix)와 Extended CP 구성에 의한 프레임 구조에 의해 다양하게 설정될 수 있다.
데이터 심볼은 참조 심볼에 의한 채널 추정을 기반으로 NOMA를 지원하는 수신기를 통해 Multiuser Detection (MUD)을 수행할 수 있다. 예를 들어, Maximum Likelihood (ML) 검출 또는 Maximum joint A posteriori Probability (MAP), Multiuser Superposition Transmission (MUST)의 Codeword Interference Cancellation (CWIC)과 Sparse Code Multiple Access (SCMA)의 Massage Passing Algorithm (MPA), Interleave Division Multiple Access (IDMA)의 Parallel Interference Cancellation (PIC) 등을 활용할 수 있다. 데이터 심볼의 MUD 방식은 비직교 다중 접속 송수신 설계 방식에 따라 다양하게 정의될 수 있다.
비직교 다중 접속 방식은 동일 시간-주파수 자원에 다수 단말의 신호를 중첩 전송하기 때문에, LTE 시스템과 비교하여 더 높은 복호 오류율을 가지지만, 더 높은 주파수 이용 효율이나 더 많은 Connectivity를 지원할 수 있다. 비직교 다중 접속 방식은 시스템 환경에 따라, 부호율 제어를 통해 복호 오류율을 유지하면서, 더 높은 주파수 이용효율이나 더 많은 Connectivity 를 달성하는 것이 가능하다.
앞서 언급한 바와 같이 본 발명에서는 Massive Connectivity 지원을 위한 비직교 다중 접속 시스템의 단말 그룹핑 방식과 참조 신호 호핑 방식을 제시하고자 한다.
제안 방법 1: Massive Connectivity를 위한 참조 신호 호핑 방법
Massive Connectivity 지원을 위해, 시퀀스 기반의 참조 심볼의 최대 개수 이상을 지원하면서 복조가 가능한 다중 접속 방식이 필요하다.
도 5는 참조 신호 호핑 기반 NOMA 그룹의 프레임 구조를 예시적으로 도시한 도면이다.
Massive Connectivity 지원을 위해, 시퀀스 기반의 참조 심볼의 최대 개수 이상을 지원하면서 복조가 가능한 다중 접속 방식을 제시한다. 도 5는 하나의 주파수 자원을 공유하는 비직교 다중 접속 단말의 그룹들의 프레임 구조를 도시한다(여기서, 단말 그룹은 임의로 결정되었으며, 단말 그룹핑 방식은 실시예 2에서 구체적으로 설명한다).
참조 심볼의 최대 개수 이상을 지원하기 위하여, 각 그룹에서는 참조 심볼의 최대 개수를 모두 사용하고, 도 5와 같이 각 그룹의 참조 심볼을 다른 그룹의 참조 심볼과 중첩(overlap)되지 않도록 회피하여 구성한다. 설명의 편의를 위하여 3GPP LTE를 예로 들어 설명하면, 최대 단말 그룹의 수는 도 5의 Normal CP 프레임 구조에서는 6개까지 지원되며, Extended CP 프레임 구조에서는 5개까지 지원 가능하다. 이때, 중첩 그룹의 수가 많을수록 신호의 복조가 어렵기 때문에, 시스템 환경이나 QoS 제약(constraint)에 따라 사용하는 그룹의 수는 다를 수 있다. 또한, 하나의 그룹에서 지원할 수 있는 단말의 최대 수는 시퀀스 기반 참조 신호의 최대 개수와 같다. 하나의 그룹 내에서 NOMA를 수행하는 단말의 수가 많을수록 신호의 복조가 어렵기 때문에, 시스템 환경이나 QoS Constraint에 따라 동일 그룹 내 단말의 수는 다를 수 있다. 한편, 같은 그룹 내의 단말 들은 코드 또는 전송 파워를 다르게 적용하도록 하여 기지국이 같은 그룹 내 단말을 구분할 수 있도록 할 수 있다. 또한, 다른 그룹간 단말 들도 코드 또는 전송 파워를 다르게 적용하도록 하면, 기지국이 다수 그룹에 대한 단말들간 간섭을 최소화한 상태로 복호할 수 있다. 상기 설명된 NOMA 방식을 통한 최대 중첩 수 는 참조 심볼의 최대 개수 보다 많기 때문에, 다수 그룹에 걸쳐 NOMA 서비스를 지원하는 것이 가능하다.
예를 들어, 도 5에서 그룹 1(group 1)은 도 3의 NOMA를 수행하는 다중 단말 그룹으로 K1 명으로 이루어져 있다. 그룹 1의 사용자 수 K1 이 증가할수록 그룹 1을 위한 MUD 성능이 감소하고, K1이 감소할수록 그룹 1을 위한 MUD 성능이 증대된다. 또한, 그룹 1만 서비스 되면, 다른 그룹으로의 간섭이 없어 MUD 성능이 증대되며, 서비스 되는 그룹의 수가 증가할수록 MUD 성능이 감소한다.
도 5의 다수 그룹에 대한 참조신호 호핑을 수행하면, 그룹 1의 참조 심볼은 다른 그룹으로의 간섭 없이 복조가 가능하고, 그룹 2의 참조 심볼은 그룹 1의 데이터 심볼에 의한 간섭을 받는 상태로 복조를 수행해야 한다. 즉, 상위 그룹(Low order)의 참조 심볼은 하위 그룹(High order)의 심볼들로부터 간섭을 받지 않고, 하위 그룹의 참조 심볼은 상위 그룹의 심볼들로부터 간섭을 받는다. 상세한 설명을 위해 도 5의 한 슬롯 내의 심볼들에 대한 수신 신호를 쓰면 다음 수학식 1과 같다.
Figure PCTKR2017002544-appb-M000001
y(m)은 한 슬롯 내의 m번째 심볼의 수신 신호를 나타내고, g번째 그룹의 k번째 단말로부터의 채널
Figure PCTKR2017002544-appb-I000001
와 데이터 심볼
Figure PCTKR2017002544-appb-I000002
, 참조 심볼 Pk, 수신 잡음 nm으로 구성된다. G는 전체 그룹의 개수이고, Kg는 g번째 그룹 내의 전체 단말 수를 나타낸다. 각 그룹에서 사용하는 참조 심볼 Pk 는 참조 신호 회피(혹은 호핑) 방식으로 중첩되지 않으므로 동일한 시퀀스를 사용할 수 있다.
그러면, 4번째 심볼 y(4)는 1번째 그룹 단말들로부터의 참조 심볼들로 구성된다. 각 단말의 참조 심볼은 Cross Correlation이 0 또는 최대한 낮도록 설정된 시퀀스를 사용하므로, 자기 자신의 시퀀스로 Auto-correlation을 수행하여 채널 추정을 수행할 수 있다. 이때, K1의 최대 수는 Pk의 최대 수와 같다. 추정된 채널 정보를 기반으로 y(3)의 1번째 그룹 단말들로부터의 데이터 심볼을 검출할 수 있는데 다음 수학식 2와 같다. 이때, 사용된 NOMA 방식에 따라 MUD 방식은 다를 수 있다.
Figure PCTKR2017002544-appb-M000002
상기 수학식 2에서,
Figure PCTKR2017002544-appb-I000003
은 그룹 1의 다중 단말에 대한 채널 보상 항이다. 채널 보상 방식에 따라 위 수학식 2는 변경될 수 있으며, 수학식 2에서 우변에서 두 번째 항목은 2번째 그룹 사용자들로부터의 참조 심볼에 의한 간섭을 나타내고, 세 번째 항목은 변화된 잡음 값이다.
3번째 심볼 y(3)은 1번째 그룹 단말들로부터의 데이터 심볼들과 2번째 그룹 단말들로부터의 참조 심볼들로 구성된다(다음 수학식 3 참조). 따라서, 1번째 그룹 단말들로부터의 데이터 심볼이 복조 되었다면, 2번째 그룹의 참조 심볼에 대한 간섭을 제거하여 채널 추정을 수행할 수 있다.
Figure PCTKR2017002544-appb-M000003
여기서 1번째 그룹 단말들로부터의 데이터 심볼은, 2번째 그룹의 참조 심볼에 대한 간섭을 받은 상태로 복조 되었으므로, 복조에 대한 오류가 존재할 수 있다. 따라서, 2번째 그룹의 참조 심볼을 통한 채널 추정을 반영하여 반복적으로 1번째 그룹 단말들로부터의 데이터 심볼을 검출할 수 있다. 이는 다음 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2017002544-appb-M000004
이와 같은 방식으로 y(1)에서 y(7)까지의 수신 신호의 반복적인 복조가 가능하다. 그룹 간 반복적 복조 방식 절차를 도식화하면 다음 도 6과 같이 나타낼 수 있다.
도 6은 반복적 다중-그룹 검출을 위한 프로시저를 도시한 도면이다.
도 6에서 각 그룹의 MUD 방식은, NOMA를 지원하는 수신기를 통해 다양하게 정의될 수 있다. 예를 들어, Maximum Likelihood (ML) 검출 또는 Maximum joint A posteriori Probability (MAP), Multiuser Superposition Transmission (MUST)의 Codeword Interference Cancellation (CWIC)과 Sparse Code Multiple Access (SCMA)의 Massage Passing Algorithm (MPA), Interleave Division Multiple Access (IDMA)의 Parallel Interference Cancellation (PIC) 등을 활용할 수 있다. 데이터 심볼의 MUD 방식은 비직교 다중 접속 송수신 설계 방식에 따라 다양하게 정의될 수 있다.
제안하는 방식을 사용하면, 참조 신호의 시퀀스 최대 개수에 그룹 수만큼 배수되어 Massive Connectivity를 지원할 수 있다. 상기 방식에서 참조 신호 호핑 패턴을 예시하면 다음과 같다.
실시예 1: Normal Cyclic Prefix (CP) 프레임 구조 기반 참조신호 호핑 패턴
도 7은 Normal CP 프레임 구조 기반 참조신호 호핑 패턴의 예를 도시한 도면이다.
도 7에서는 2개의 서브프레임을 예시하여 참조신호 호핑 패턴을 도시하고 있다. 도 7의 그룹 1은 시스템 환경에 따라 도 4의 Block, Linear, Non-linear Interpolation이 가능하다. 반면에, 다른 그룹들은 참조 신호의 위치가 슬롯의 중심에 위치하지 않고 데이터 심볼과 떨어져 있어 Block Interpolation의 성능이 저하될 수 있다. 따라서, 단말은 참조 심볼을 기준으로 좌우 3개의 심볼을 Block Interpolation 수행함으로써 채널 추정 성능의 열화를 막을 수 있다. 이때, 채널 추정을 위해 슬롯 경계를 넘어서서 채널 추정을 수행한다예를 들어, 도 7의 (a)에 도시된 참조신호 호핑 패턴 0의 그룹 4에서는, 참조 심볼을 기준으로 앞 3개의 심볼(기준 슬롯의 1번째 심볼과 이전 슬롯의 6번째, 7번째 심볼들)에 대해 Block Interpolation을 수행한다. 유사하게 그룹 5는 참조 심볼을 기준으로 뒤 2개의 심볼(기준 슬롯의 7번째 심볼과 다음 슬롯의 1번째 심볼)에 대해 Block Interpolation을 수행한다.
같은 방식으로 다른 그룹과 도 7의 (b)에 도시된 참조 신호 호핑 패턴 1의 그룹들에게도 적용이 가능하다. 또는, Linear Interpolation과 Non-linear Interpolation을 통해 채널 추정 성능을 향상시킬 수 있다.
실시 예 1은 참조신호 호핑 패턴의 예시로써, 다른 방식으로 참조 심볼이 중첩되지 않게 하면서, 각 그룹에서는 참조 심볼의 최대 개수를 모두 사용하는 다른 패턴에도 해당된다.
실시 예 2: Extended CP 프레임 구조 기반 참조신호 호핑 패턴
도 8은 Extended CP 프레임 구조 기반 참조신호 호핑 패턴의 일 예를 도시한 도면이다.
도 8에서는 2개의 서브프레임을 예시하여 참조신호 호핑 패턴을 도시하고 있다. 도 8의 그룹 1, 2는 시스템 환경에 따라 도 4의 Block, Linear, Non-linear Interpolation이 가능하다. 반면에, 다른 그룹들은 참조신호의 위치가 슬롯의 중심에 위치하지 않고 데이터 심볼과 떨어져 있어 Block Interpolation의 성능이 저하될 수 있다. 따라서, 참조 심볼을 기준으로 좌로 2개, 우로 3개의 심볼을 Block Interpolation 수행함으로써, 채널 추정 성능의 열화를 막을 수 있다. 이때, 채널 추정을 위해 Slot 경계를 넘어서서 채널 추정을 수행한다.
예를 들어, 도 8의 (a)에 도시된 참조신호 호핑 패턴 0의 그룹 3에서는, 참조 심볼을 기준으로 뒤 3개의 심볼(기준 슬롯의 6번째 심볼과 다음 슬롯의 1번째 및 2번째 심볼들)에 대해 Block Interpolation을 수행한다. 유사하게 그룹 4는 참조 심볼을 기준으로 앞 2개의 심볼(기준 슬롯의 1번째 심볼과 이전 슬롯의 6번째 Symbol)에 대해 Block Interpolation을 수행한다. 같은 방식으로 다른 그룹과 도 8의 (b)에 도시한 참조신호 호핑 패턴 1의 그룹들에게도 적용이 가능하다. 또는, Linear Interpolation과 Non-linear Interpolation을 통해 채널 추정 성능을 향상 시킬 수 있다.
실시 예 2는 참조신호 호핑 패턴의 예시로서, 다른 방식으로 참조 심볼이 중첩되지 않게 하면서, 각 그룹에서는 참조 심볼의 최대 개수를 모두 사용하는 다른 패턴에도 해당된다.
제안 방법 2: Massive Connectivity을 위한 비직교 (non-orthogonal) 다중 접속 단말 그룹핑 방법
앞서 설명한 Massive Connectivity를 위한 참조 신호 호핑 방법의 수행을 위해, 비직교 다중 접속 방식의 단말 그룹핑 방식의 정의와 시그널링이 필요하다.
앞서 설명한 Massive Connectivity를 위한 참조 신호 호핑 방법에서 제시한 참조 신호 호핑 방식의 수행을 위한 비직교 다중 접속 방식의 단말 그룹핑 방식을 제시한다. Massive Connectivity를 위한 참조 신호 호핑 방법에서 단말 그룹에 따른 참조신호 호핑 방식은 그룹간 복조 성능에 차이를 가지게 된다. 그룹 1의 참조신호는 간섭 없이 수신이 가능하므로, 채널 추정 성능을 보장할 수 있고, 각 데이터 심볼의 차등적 간섭 양으로 인하여, 더 좋은 수신 성능을 기대할 수 있다. 예를 들어, 도 5에서 그룹 1의 3번째 심볼은 그룹 2의 참조 심볼로부터의 간섭만 존재하고, 참조 심볼은 미리 알고 있는 정보로써, 간섭 제거 성능이 뛰어나다. 반면에 그룹 2의 5번째 심볼은 그룹 1의 데이터 심볼에 의한 간섭과 그룹 3의 참조 심볼로부터의 간섭이 존재하여 복조 성능이 감소할 수 있다. 반복적인 다중-그룹 검출을 수행하더라도, 존재하는 간섭의 양이 많은 그룹일수록 복조 성능이 감소함을 예상할 수 있다. 따라서, 상위 그룹(예를 들어, 그룹 1이 최상위 그룹)의 수신 복조 성능이 뛰어나, 더 높은 MCS(Modulation and Coding Scheme) 레벨로 데이터 전송을 수행할 수 있고, 동일한 자원을 할당하더라도 더 높은 데이터 전송률(Data Rate)을 기대할 수 있다. 반면에 하위 그룹(예를 들어, 그룹 5가 최하위 그룹)의 수신 복조 성능은 낮아, 낮은 MCS 레벨로 데이터 전송을 수행해야 한다.
또한, 상위 그룹은 더 많은 데이터 심볼을 전송할 수 있고, 하위 그룹은 상위 그룹의 참조 심볼 검출을 위한 널 심볼(Null Symbol)의 사용으로 인하여 상위 그룹 보다는 적은 데이터 심볼을 전송해야 한다. 따라서, 그룹 간의 MCS 레벨과 제공할 수 있는 데이터 전송률을 고려한 단말 스케줄링 및 단말 그룹핑이 필요하다.
그룹 그룹핑 방법 1
기지국은 단말의 스케줄링 요청(Scheduling Request, SR)과 요구하는 데이터 전송률을 기준으로 전송 트래픽이 많은 단말을 상위 그룹에 할당하고 전송 트래픽 적은 단말을 하위 그룹에 할당할 수 있다. 여기서, 전송 트래픽의 양은 단말이 데이터 채널(예를 들어, physical uplink shared channel (PUSCH))를 통해 버퍼 상태 보고(Buffer State Report, BSR)에 포함시켜 기지국으로 전송해 줌으로써 기지국이 트래픽 양을 인지할 수 있다, BSR은 Regular BSR, 주기적(Periodic) BSR 또는 Padding BSR로 전송이 가능하다
그룹 그룹핑 방법 2
기지국은 단말의 타이밍 거리(Timing Distance)에 따라, 유사한 타이밍 거리 가지는 단말들 그룹으로 설정할 수 있다. 타이밍 거리는 물리적인 거리뿐만 아니라 단말의 다중경로에 의한 전파지연이나 시스템 환경에 따라 결정될 수 있다. 이때, 타이밍 거리가 멀리 떨어져 있는 단말 그룹을 상위 그룹으로 할당하여, 데이터 전송률(Data Rate)을 보장할 수 있다.
그룹 그룹핑 방법 3
기지국은 단말의 공평성(Fairness) 지수를 기준으로 단말들을 그룹핑할 수 있다. 단말의 공평성 지수가 낮은 사용자들을 상위 그룹에 할당하여, 공평성을 보장할 수 있다. 이때, 공평성 지수는 기존의 비례적 공평(Proportional Fairness)을 기준으로 결정될 수 있고, 다른 공평성 지수들을 통해서 정의될 수 있다. 예를 들어 Jain's Fairness Index, Max-min Fairness 등 다양한 지수를 사용할 수 있다. 본 발명에서 제안하는 그룹 그룹핑 방식을 사용하면, 비직교 다중 접속 방식의 단말 그룹핑 공평성을 지원할 수 있다.
이하에서는 앞서에서 설명한 단말 그룹핑 정보 교환 및 Massive Connectivity을 위한 참조신호 호핑 패턴발명 1의 처리절차를 예시하면 다음과 같다.
도 9는 Massive Sporadic Packet Service를 위한 프로시저를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 9에서는 비직교 멀티-그룹 다중 접속 방식의 구조를 예시한다. 단말(UE)은 스케줄링 요청(SR) 신호를 통해 자신의 상향링크 트래픽 전송 요구를 기지국(eNB)에 전달할 수 있다(S910). 기지국은 단말의 채널환경과 다른 단말의 상태를 기반으로 앞서 설명한 그룹 그룹핑 방법(예를 들어, 그룹 그룹핑 방법 1, 2 및 3)을 기반으로 스케줄링을 수행할 수 있다(S920). 그리고, 기지국은 앞서 설명한 그룹 그룹핑 방법들(예를 들어, 그룹 그룹핑 방법 1, 2 및 3) 중 적어도 하나에 기초하여 단말 그룹핑을 수행한다(S930). 단말의 비직교 다중 접속 그룹이 결정되면, 기존 시스템과 달리 제어 채널(예를 들어, Physical Downlink Control CHannel, PDCCH)의 상향링크 스케줄링 grant (예를 들어, UL Grant)를 통해 그룹 인덱스와 비직교 다중 접속을 위한 제어 정보(예를 들어, MUST를 위한 파워 할당 정보 또는 SCMA를 위한 코드북 인덱스, IDMA를 위한 인터리버 인덱스 등), MCS 레벨 등을 단말에게 전송해 줄 수 있다(S940). 여기서 참조 신호 호핑 패턴은 Cell-specific으로 사전에 정의될 수도 있고, 기지국이 UL Grant에 포함하여 참조 신호 호핑 패턴인덱스를 단말에게 알려줄 수도 있다. 또한, MCS 레벨은 그룹 단위로 정의될 수도 있고, User-specific으로 결정될 수도 있다.
단말은 UL Grant에 포함된 그룹 인덱스와 자원 할당 정보를 기반으로 데이터 심볼과 참조 심볼을 자원에 맵핑하여 상향링크 데이터를 기지국으로 전송할 수 있다(S950 및 S960). 기지국은 멀티-그룹에 대한 반복적 복조를 수행하고, 각 그룹의 복조 안에서 MUD를 수행하여 멀티-그룹 멀티 단말의 신호를 복조한다(S970). 기지국은 복조된 신호를 기반으로 ACK 또는 NACK 피드백 신호를 단말에 전송한다(S980).
상술한 제안 방법 1과 제안 방법 2를 통해, 시퀀스 기반의 참조심볼의 최대 개수 이상을 지원하면서 복조가 가능한 비직교 Multi-Group 다중 접속 방식이 수행될 수 있다. 본 발명에서는 상향링크를 기반으로 송신 주체가 사용자, 수신 주체가 기지국으로 설명하였으나, 하향링크의 PDSCH와 Cell-specific RS의 배치에 맞게 적용이 가능하다. 그리고, NOMA의 종류로서 본 발명에서는 부분 중첩 다중 접속 방식으로 Partially overlapping multiple access(POMA)라고 명칭하여 기술한다.
기존의 POMA 방식은 단말이 기지국으로부터 Grant를 수신하여 동작하는 스케줄링 기반 MA(Scheduling based MA) 기술이다. POMA가 요구되는 높은 connectivity를 가지는 환경(mMTC)에서는 경쟁 기반 MA(contention based MA) 기술이 고려될 수 있다. 예를 들어, mMTC 단말은 높은 connectivity와 낮은 에너지 소비가 요구되기 때문에, 데이터 전송을 위한 초기 제어 시그널링이 데이터 송신 대비 많은 오버헤드를 야기할 수 있다. 따라서, grant 없이 데이터 송수신을 수행할 수 있는 경쟁 기반 MA가 지원될 필요가 있다. 이하에서는 경쟁 기반 POMA 방식을 제안한다.
본 발명에서는 경쟁 기반 전송 환경을 가정한다. 여기서, 경쟁 기반 전송은초기 접속을 통한 하향링크 동기(DL synchronization)를 획득하고, 공통 제어(common control) 정보의 수신 및 RACH 프로시저, RRC connection을 수행한 상태를 가정한다. 단말은 RRC_CONNECTED 상태를 가정한다. 추가적으로, 단말의 RRC_IDLE 상태에서도, 가장 최근 RRC_CONNECTED의 정보를 기반으로 동작할 수 있다. 따라서, 각 단말은 C-RNTI를 획득한 상황이나, 상향링크 전송을 위한 grant를 요청하지도, 수신하지도 않은 상황을 가정한다.
상기 경쟁 기반 전송 환경에서는 각 단말이 경쟁 기반 POMA를 위해 다음과 같은 결정이 필요하다.
(1) 경쟁 기반 POMA를 위한 물리 자원 결정
(2) 경쟁 기반 POMA를 위한 그룹 지시(Group Indication) 결정
(3) 경쟁 기반 POMA를 위한 참조 신호 결정
(4) 경쟁 기반 POMA을 위한 데이터 인코딩 방식 결정
(5) 경쟁 기반 POMA를 위한 전송 방식 결정
(6) 경쟁 기반 POMA에 대한 수신 측의 단말 검출 방식 결정
상기 나열한 6개의 각 방식의 결정은 시스템 환경에 따라 또는 고정된 방식으로 사용될 수도 있고, 임의의 방식으로 송신 측이 결정할 수도 있다. 고정된 방식으로 사용하는 경우, 수신 측의 검출/디코딩 방식의 복잡도가 낮아지지만, 기지국에서 해당 방식에 대한 공통 정보를 전송하거나, 시스템에서 고정적으로 정의되어야 한다. 반면, 임의의 방식으로 송신 측에서 결정하는 경우, 수신 측의 검출/디코딩 방식의 복잡도가 증가하지만, 기지국에서 해당 방식에 대한 공통 정보의 전송이 감소하고, 트래픽 상황에 따라 단말의 데이터 전송에 대한 충돌을 줄일 수 있다. 이하에서, 상기 나열한 6개의 각 방식에 대한 정의 및 운용 방안을 제안한다.
(1) 경쟁 기반 POMA을 위한 물리 자원 결정 방식
경쟁 기반 POMA을 위한 물리 자원은 공통 제어 정보(common control information)을 통해 사전에 정의되어 있을 수 있다. 경쟁 기반 POMA을 수행하는 단말은 하향링크 동기 획득 후에 시스템 정보를 수신했다고 가정한다. 기지국은 공통 제어 정보를 통해 전체 단말들에게 경쟁 기반 POMA 존에 대한 정보를 방송해 줄 수 있다. 여기서 경쟁 기반 POMA 존은 물리 자원으로서 주기적으로 존재하거나 비주기적으로 존재할 수 있고, 단말은 트래픽이 발생한 시점에서 상기 경쟁 기반 POMA 존을 통해 데이터를 전송할 수 있다. 상기 물리 자원은 단일 주파수/시간 자원 뿐만 아니라, 주파수/시간 자원 블록(예를 들어, Physical resource block (PRB))을 포함하는 의미할 수 있다.
(2) 경쟁 기반 POMA을 위한 그룹 지정(Group Indication) 결정 방식
경쟁 기반 POMA을 위한 자원 지정(Group Indication)는 공통 제어 정보를 통해 사전에 정의될 수 있다. 경쟁 기반 POMA을 수행하는 단말은 하향링크 동기 획득 후에 시스템 정보를 수신했다고 가정한다. 기지국은 공통 제어 정보를 통해 전체 단말들에게 그룹 선택을 위한 Look up Table과 관련된 정보를 방송해 줄 수 있다. 여기서 그룹 선택을 위한 Look up Table은 상위 레이어 시그널(예를 들어, RRC 시그널)에 의해 정의될 수 있다. 예를 들어, 전송하고자 하는 데이터의 상위 레이어 우선순위(high layer priority)(예를 들어, 서비스 클래스)에 의해 그룹 선택이 이루어질 수 있다. 다음 표 1과 같이 POMA에 의해 6개의 그룹이 정의되어 있다고 가정하면, 단말에서 트래픽이 생성되고, 생성된 트래픽에 대한 상위 레이어 시그널링을 통해, 단말은 look up table에서 그룹을 선택할 수 있다.
상위 Layer Service Class Priority Level POMA Group Selection
Class 1 Priority 1 Group 1
Class 2 Priority 2 Group 2
Class 3 Priority 3 Group 3
Class 4 Priority 4 Group 4
Class 5 Priority 5 Group 5
Class 6 Priority 6 Group 6
단말은 기지국으로부터 Grant 수신 없이, 상위 레이어 서비스 클래스(Higher Layer service class)를 기반으로 우선순위 레벨(priority level)을 결정하고, POMA를 수행할 그룹을 선택할 수 있다. 상기 표 1의 예시는 서비스 클래스와 우선순위 레벨(priority level), 그룹 선택이 1:1 맵핑되었으나, N:1 맵핑 또는 1:N 맵핑 또한 수행 가능하다. 여기서, 데이터의 우선순위 정의는 물리 레이어에서 정의되는 것이 아니라 상위 레이어(예를 들어, 어플리케이션 레이어)에서 정의되고, 정의된 우선순위를 cross layer로 확인 후, 물리 레이어의 데이터 송신 시 그룹 선택에서 활용한다.
도 10은 POMA 환경에서 그룹에 대해 우선순위 레벨 및 신뢰도 레벨을 예시한 도면이다.
우선순위 1(Priority 1)은 가장 높은 중요도를 가지는 상위 레이어 데이터로서, 단말은 많은 자원을 사용하여 전송할 필요가 있다. POMA의 동작에 있어, 그룹 1은 가장 많은 물리 자원을 활용할 수 있으므로, 같은 정보량을 전송하더라도 많은 반복(repetition) 또는 낮은 코드율(code rate)으로 물리 데이터를 구성할 수 있다. 따라서 우선순위 1(Priority 1)에 해당하는 물리 데이터는 더 높은 신뢰도를 제공할 수 있다. 반면에, 우선순위가 낮은 그룹에서는 우선순위가 높은 그룹과 비교하여 신뢰도가 낮은 레벨의 데이터를 전송되게 된다.
(3) 경쟁 기반 POMA을 위한 참조신호 결정 방식
상술한 경쟁 기반 POMA 존 내에서 각 단말이 데이터를 전송할 때, 채널 추정을 위한 참조신호를 정의한다. 경쟁기반 POMA의 경우, 단말이 기지국으로부터 데이터 전송을 위한 grant를 수신하지 않았으므로, 참조신호를 단말이 선택하여 전송하여야 한다. 여기서 참조신호의 선택은 FDM(Frequency Division Multiplexing)/CDM (Code Division Multiplexing)/TDM(Time Division Multiplexing) 등의 방식을 기반으로 한 참조신호의 전체 세트에서 단말의 데이터 전송에 대한 채널 추정을 위해 신호를 선택하는 것을 의미한다. 이때, 상기 경쟁 기반 POMA을 위한 그룹 지정(Group Indication) 결정 방식에의 그룹 선택에 의해 참조신호가 TDM(Time Division Multiplexing) 방식으로 결정될 수 있다. 예를 들어, 그룹 2가 선택된 경우, 단말은 상기 도 10에 도시한 바와 같이 하나의 슬롯 내에 7개의 심볼 중 중에서 3번째 심볼에 참조신호를 전송한다. 또한, DMRS(DeModulation Reference Signal) 시퀀스를 자도프-츄 (Zadoff-Chu) 시퀀스로 사용하는 시스템에서 Cyclic Shift(CS) 또는 Orthogonal Code Cover (OCC)에 의해, 하나의 경쟁 기반 데이터 전송 존에서 사용할 수 있는 DMRS 시퀀스가 12개 존재한다고 가정하자(여기서, 단일 셀 내의 동작을 기반으로 Cell ID에 의한 DMRS에 대한 정의 및 Multiple antenna에 대한 DMRS의 정의에 대한 설명은 배제하였다). 그러면, 단말은 12개의 DMRS 시퀀스 중에서 임의의 1개의 DMRS 시퀀스를 선택한다. 여기서, 단말이 다수 개의 레이어에 대한 전송을 고려하는 경우, 다수 개의 DMRS 시퀀스를 임의 선택할 수 있다.
(4) 경쟁 기반 POMA을 위한 데이터 인코딩 방식
POMA는 그룹에 따라 데이터 전송을 위해 사용할 수 있는 물리 자원의 양이 다를 수 있으므로, 그룹 선택에 따라, 단말의 데이터 인코딩 동작이 다르게 나타날 수 있다. 예를 들어, 상위 그룹인 POMA 그룹 1에서는 6개의 심볼을 데이터 전송에 사용할 수 있고, 하위 그룹인 POMA 그룹 6에서는 1개의 심볼을 데이터 전송에 사용할 수 있다. 따라서, 단말은 신뢰도 레벨에 따라 MCS를 제어할 수도 있고, 타겟 비트율에 따라 MCS를 제어할 수도 있다.
(4)-1: 신뢰도 변경에 따른 각 그룹의 MCS 제어
경쟁 기반 POMA의 동작을 위해, 기지국은 공통 제어 시그널링(예를 들어, 시스템 정보 브로드캐스팅)을 통해 일 예로서 표 2와 같은 각 그룹의 데이터 인코딩을 지정하여 지시해 줄 수 있다.
POMA Group Selection MCS Repetition
Group 1 QPSK, 1/4 Channel coding 6
Group 2 QPSK, 1/4 Channel coding 5
Group 3 QPSK, 1/4 Channel coding 4
Group 4 QPSK, 1/4 Channel coding 3
Group 5 QPSK, 1/4 Channel coding 2
Group 6 QPSK, 1/4 Channel coding 1
상기 표 2와 같이 모든 그룹은 동일한 MCS를 사용하나, 상위 그룹일수록 더 많은 심볼 레벨 반복(symbol level repetition) 또는 비트 레벨 반복(Bit level repetition)을 통해 더 높은 신뢰도를 제공할 수 있다.
또는, 표 3와 같이 모든 그룹은 심볼 레벨 반복(symbol level repetition) 또는 비트 레벨 반복(Bit level repetition)은 동일하되 다른 MCS를 사용할 수 있다. 특히, 상위 그룹일수록 더 낮은 코드율(code rate)을 통해 더 높은 신뢰도를 제공할 수 있다.
POMA Group Selection MCS Repetition
Group 1 QPSK, 1/24 Channel coding 1
Group 2 QPSK, 1/20 Channel coding 1
Group 3 QPSK, 1/16 Channel coding 1
Group 4 QPSK, 1/12 Channel coding 1
Group 5 QPSK, 1/8 Channel coding 1
Group 6 QPSK, 1/4 Channel coding 1
상기 동작은 변조율(Modulation order) 변경을 통해서도 같은 방식으로 사전에 정의될 수 있다. 각 그룹 별 대응하는 변조율 정보는 기지국이 주기적으로 시스템 정보 블록(SIB)를 통해 모든 단말들에게 브로드캐스팅해 줄 수 있다. 신뢰도에 flexibility가 존재하나, 비트율(bit rate) 측면에서 그룹 간 차이는 없다.
(4)-2: 타겟 비트율(Target bit rate) 변경에 따른 각 그룹의 MCS 제어
경쟁 기반 POMA의 동작을 위해, 기지국은 공통 제어 시그널링(예를 들어, 시스템 정보 브로드캐스팅)을 통해 각 그룹의 데이터 인코딩을 지정해 줄 수 있다. 예를 들어, 다음 표 4와 같이 모든 그룹은 동일한 MCS를 사용하나, 상위 그룹일수록 더 높은 비트율을 제공할 수 있다. 여기서 표 4에서 A는 물리 자원에 의해 정의될 수 있는 데이터 전송률(data rate)에 대한 예시로서 bps 단위로 정의될 수 있다.
POMA Group Selection MCS 타겟 비트율(Target bit rate)
Group 1 QPSK, 1/4 Channel coding 6A
Group 2 QPSK, 1/4 Channel coding 5A
Group 3 QPSK, 1/4 Channel coding 4A
Group 4 QPSK, 1/4 Channel coding 3A
Group 5 QPSK, 1/4 Channel coding 2A
Group 6 QPSK, 1/4 Channel coding 1A
표 4의 경우, 비트율에 flexibility가 존재하나, 신뢰도 측면에서 그룹 간 차이는 없을 수 있다.
(5) 경쟁 기반 POMA를 위한 데이터 전송 방식 결정
상술한 (1) 경쟁 기반 POMA를 위한 물리 자원 결정 방식에서 정의된 경쟁 기반 데이터 전송 존 내에서, 각 단말은 상기 (2) 경쟁 기반 POMA를 위한 그룹 지정 결정 방식에서 정의된 그룹 선택을 기반으로, 상기 (3) 경쟁 기반 POMA를 위한 참조신호 선택 방식에서 정의된 DMRS를 기반으로 데이터를 전송하는 경우에 있어서의 데이터 전송 방식을 정의한다. 여기서, 데이터 전송 방식은 경쟁 기반 POMA 존 내의 다수 개의 경쟁 자원에 대한 선택하는 방식을 포함한다. 여기서, 경쟁 자원은 시간, 주파수, 코드워드(혹은 시퀀스), 파워, 스크램블링(scrambling), 인터리버(interleaver), 공간 자원(spatial resource) 등으로 다양할 수 있다. 경쟁 기반 POMA의 경우, 단말이 기지국으로부터 데이터 전송을 위한 grant를 수신하지 않았으므로, 경쟁 자원 중에서 데이터 전송을 위한 자원을 단말이 선택하여 선택된 자원상에서 데이터를 전송하여야 한다. 예를 들어, 하나의 경쟁 존 내에 시간, 주파수 등의 자원은 공유하는 상태에서 12개의 코드워드 자원이 존재한다고 가정하자. 그러면, 단말은 12개의 c코드워드 자원 중에서 임의로 하나의 코드워드를 선택하여 데이터 전송을 수행할 수 있다. 여기서, 코드워드는 동일한 경쟁 존 내의 동일한 물리 자원 상에서 다른 코드워드로 데이터를 전송함으로써 수신 측에서 각 코드워드로 전송된 데이터를 검출하고 디코딩하게 된다.
경쟁 자원의 선택(상기 예시에서 코드워드의 선택)은 단말의 DMRS 시퀀스와 연계되어 선택될 수 있다. 예를 들어, 최대 DMRS 인덱스 값(Maximum DMRS_INDEX)이 최대 코드워드 인덱스 값(Maximum Codeword_INDEX) 라고 할 때, DMRS 시퀀스와 경쟁 자원은 일대일 맵핑될 수 있다. 예를 들어, 코드워드 인덱스(Codeword_INDEX)가 DMRS 인덱스와 동일하고, 최대 코드워드의 수는 12이고, 최대 DMRS의 수는 12인 경우, DMRS 인덱스(DMRS_INDEX)의 값이 1일 때, 코드워드 인덱스의 값도 1이다. 이와 같이 적용된 경우, DMRS 시퀀스가 다수 사용자에 의해 충돌이 발생하지 않는 경우, 코드워드의 충돌 또한 발생하지 않는다. 또한, 수신 측은 블라인드 검출 없이 맵핑된 코드워드들 기반으로 데이터 디코딩을 수행할 수 있다.
만약 DMRS 시퀀스와 경쟁 자원이 맵핑되어 않는 경우라면, 수신 측은 DMRS의 블라인드 검출 이후에 데이터 디코딩을 위한 코드워드의 블라인드 검출을 추가로 수행하여야 한다. 또한, DMRS 시퀀스의 충돌이 발생하지 않아도 코드워드의 충돌이 발생할 수 있다. 이 경우, 채널 추정이 정상적으로 이루어지더라도 코드워드의 충돌로 인해 수신 측에서 MUD의 성능이 보장되지 않을 수 있다.
또는, DMRS 시퀀스의 충돌이 발생하더라도 코드워드의 충돌이 발생하지 않을 수 있다. 이 경우, 다른 코드워드의 사용으로 MUD가 가능할 수 있으나, 채널 추정이 정상적으로 이루어지지 않아 수신 측의 MUD 성능이 보장되지 않는다.
또한, DMRS의 충돌 확률과 코드워드의 충돌 확률이 독립적으로 작용하므로, 전체 충돌 확률이 증가할 수 있다. 예를 들어, DMRS 시퀀스와 경쟁 자원이 맵핑되어 있는 경우, 상기 예시에서 두 단말의 경쟁 기반 전송에서 DMRS와 코드워드 모두가 충돌이 일어나지 않을 확률은 11/12이다. 반면에, DMRS 시퀀스와 경쟁 자원이 맵핑되어 있지 않은 경우는 DMRS와 코드워드 모두가 충돌이 일어나지 않을 확률은 121/144이다. 따라서, DMRS와 코드워드 중 하나라도 충돌이 일어나지 않을 때, MUD가 가능하도록 하는 디코딩 성능이 보장되지 않는 환경에서는 DMRS 시퀀스와 경쟁 자원의 맵핑 방식이 충돌 확률에서 유리하다.
반면에, DMRS와 코드워드 중 하나라도 충돌이 일어나지 않을 때, MUD가 가능하도록 하는 디코딩 성능이 보장되는 환경 (즉, MUD 성능이 보장되는 환경)에서는 DMRS 시퀀스와 경쟁 자원의 맵핑이 가정되지 않을 수 있다. 예를 들어, DMRS 시퀀스와 경쟁 자원이 맵핑되어 있는 경우, 상기 예시에서 두 단말의 경쟁 기반 전송에서 DMRS와 코드워드 모두가 충돌이 일어나는 확률은 1/12이다. 한편, DMRS 시퀀스와 경쟁 자원이 맵핑되어 있지 않은 경우, DMRS와 코드워드 모두가 충돌이 일어나는 확률은 1/144이다. 따라서, MUD 성능이 보장되고, 수신단의 블라인드 검출 복잡도y가 받아들여지는 환경에서는 DMRS 시퀀스와 경쟁 자원이 맵핑되지 않고, 코드워드 인덱스가 임의로 송신 측에 의해 선택될 수 있다.
(6) 경쟁 기반 POMA에 대한 수신 측의 단말 검출 방식
경쟁 기반 POMA에서는 grant 기반의 데이터 전송이 아니므로, 수신 측에서 블라인드 검출을 수행하기 때문에, 블라인드 검출의 처리 절차를 정의할 필요가 있다. 경쟁 기반 POMA에서는 그룹에 따라 DMRS의 위치가 상이하므로, 수신 측은 상위 그룹의 DMRS 블라인드 검출을 수행한다. 예를 들어, (1) 수신 측은 그룹 1에 해당하는 DMRS 위치에서 12개의 DMRS에 대한 블라인드 검출을 수행한다. (2-1) 그룹 1에 해당하는 DMRS가 검출된 경우, 수신 측은 그룹 검출을 수행한다. 수신 측은 그룹 검출 결과를 기반으로 그룹 2의 DMRS 검출에서 그룹 1의 디코딩된 데이터를 재생성하여 간섭 제거(interference cancellation)를 수행한다. (2-2) 만약 그룹 1에 해당하는 DMRS가 검출되지 않는 경우, 수신 측은 그룹 1을 위한 그룹 검출의 수행 없이, 그룹 2에 해당하는 DMRS 검출을 수행한다. 수신 측은 상위 그룹에서 하위 그룹의 순서로 상기 동작들을 반복적으로 수행한다.
상기 모든 방식은 경쟁 기반 전송에 대해서 설명하였으나, 스케줄링 기반 전송에서도 같은 방식으로 적용될 수 있다. 예를 들어, 단말의 DMRS는 C-RNTI와의 modulo 연산으로 선택될 수 있다. 그러면, DMRS에 대한 grant 정보의 전송을 생략함으로써 grant에 대한 오버헤드를 감소시킬 수 있다. 이 경우, 수신 측(예를 들어, 기지국)은 단말의 DMRS 선택을 고려한 스케줄링을 수행할 필요가 있다. 마찬가지로, 단말의 코드워드는 DMRS 선택을 기반으로 결정될 수 있다. 그러면, 코드워드에 대한 grant 정보의 전송을 생략함으로써 grant에 대한 오버헤드를 감소시킬 수 있다. 이 경우, 기지국은 단말의 코드워드를 고려한 스케줄링을 수행할 필요가 있다.
상기 모든 방식은 스케줄링 기반 전송에서 우선도(Priority)에 대한 피드백을 기반으로 그룹 스케줄링이 될 수 있다. 예를 들어, 단말은 상향링크 제어 정보 또는 상향링크 데이터 내에 상향링크 트래픽에 대한 우선도 필드 혹은 우선순위 필드(priority field)를 삽입하여, 스케줄링 요청(scheduling request, SR)을 전송할 수도 있다. 이 경우, 기지국은 단말로부터 피드백받은 우선순위(priority) 정보를 기반으로 그룹을 지정하는 스케줄링을 수행하고, DCI를 통해 그룹 지정 정보 등의 grant를 단말로 전송해 줄 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.
무선통신 시스템에서 경쟁 기반 비직교 다중 접속을 수행하는 방법 및 이를 위한 장치는 3GPP LTE/LTE-A, 차세대 5G 통신 시스템 등 다양한 무선통신 시스템에서 산업상으로 적용이 가능하다.

Claims (15)

  1. 무선통신 시스템에서 단말이 경쟁 기반 비직교 다중 접속을 수행하는 방법에 있어서,
    상위 레이어에서의 서비스 클래스에 기초하여 상기 비직교 다중 접속을 위한 복수의 그룹들 중에서 해당 그룹을 선택하는 단계;
    복수의 참조신호 시퀀스들중에서 어느 하나를 선택하여 상기 선택된 참조신호 시퀀스가 적용된 참조신호를 상기 선택된 해당 그룹에 할당된 참조신호 자원에서 전송하는 단계; 및
    상기 선택된 해당 그룹에 대응하는 반복(Repetition) 횟수 또는 타겟 비트율이 적용되어 인코딩된 데이터를 전송하는 단계를 포함하는, 경쟁 기반 비직교 다중 접속 수행 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 데이터는 상기 경쟁 기반 비직교 다중 접속을 위해 설정된 전용 자원에서 전송되는, 경쟁 기반 비직교 다중 접속 수행 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 상위 레이어에서의 서비스 클래스들과 상기 복수의 그룹들 간의 매칭 관계를 지시하는 정보를 수신하는 단계를 더 포함하는, 경쟁 기반 비직교 다중 접속 수행 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 서비스 클래스는 상기 상위 레이어에서의 상기 데이터의 우선 순위(priority)에 기초하여 결정된 것인, 경쟁 기반 비직교 다중 접속 수행 방법.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 경쟁 기반 비직교 다중 접속을 위해 설정된 전용 자원에 대한 정보를 수신하는 단계를 더 포함하는, 경쟁 기반 비직교 다중 접속 수행 방법.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 단말이 선택된 그룹이 다른 그룹 보다 우선 순위가 높은 경우, 상기 전용 자원에서 상기 선택된 그룹에 할당된 데이터 영역은 상기 다른 그룹에 할당된 데이터 영역보다 더 큰, 경쟁 기반 비직교 다중 접속 수행 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 데이터는 상기 전용 자원 중에서 상기 선택된 그룹에 할당된 데이터 영역을 통해 전송되는, 경쟁 기반 비직교 다중 접속 수행 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 경쟁 기반 비직교 다중 접속은 경쟁 기반 POMA(Partially Overlapping Multiple Access)를 포함하는, 경쟁 기반 비직교 다중 접속 수행 방법.
  9. 무선통신 시스템에서 경쟁 기반 비직교 다중 접속을 수행하는 단말에 있어서,
    상위 레이어에서의 서비스 클래스에 기초하여 상기 비직교 다중 접속을 위한 복수의 그룹들 중에서 해당 그룹을 선택하도록 구성된 프로세서; 및
    복수의 참조신호 시퀀스들중에서 어느 하나를 선택하여 상기 선택된 참조신호 시퀀스가 적용된 참조신호를 상기 선택된 해당 그룹에 할당된 참조신호 자원에서 전송하고, 상기 선택된 해당 그룹에 대응하는 반복(Repetition) 횟수 또는 타겟 비트율이 적용되어 인코딩된 데이터를 전송하도록 구성된 송신기를 포함하는, 단말.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 상위 레이어에서의 서비스 클래스들과 상기 복수의 그룹들 간의 매칭 관계를 지시하는 정보를 수신하도록 구성된 수신기를 더 포함하는, 단말.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 서비스 클래스는 상기 상위 레이어에서의 상기 데이터의 우선 순위(priority)에 기초하여 결정된 것인, 단말.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 송신기는 상기 데이터를 상기 경쟁 기반 비직교 다중 접속을 위해 설정된 전용 자원에서 전송하는, 단말.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 경쟁 기반 비직교 다중 접속을 위해 설정된 전용 자원에 대한 정보를 수신하도록 구성된 수신기를 더 포함하는, 단말.
  14. 제 10항에 있어서,
    상기 단말이 선택된 그룹이 다른 그룹 보다 우선 순위가 높은 경우, 상기 전용 자원에서 상기 선택된 그룹에 할당된 데이터 영역은 상기 다른 그룹에 할당된 데이터 영역보다 더 큰, 단말.
  15. 제 9항에 있어서,
    상기 경쟁 기반 비직교 다중 접속은 경쟁 기반 POMA(Partially Overlapping Multiple Access)를 포함하는, 단말.
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