WO2018128346A1 - 셀룰라 통신 시스템의 시간 및 주파수 트랙킹 방법 및 장치 - Google Patents

셀룰라 통신 시스템의 시간 및 주파수 트랙킹 방법 및 장치 Download PDF

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WO2018128346A1
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WO
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csi
base station
synchronization
time
frequency
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PCT/KR2018/000022
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English (en)
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노훈동
곽영우
김동한
김태형
신철규
최승훈
김윤선
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삼성전자 주식회사
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    • H04W56/00—Synchronisation arrangements
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    • H04L5/00—Arrangements affording multiple use of the transmission path
    • H04L5/0001—Arrangements for dividing the transmission path
    • H04L5/0003—Two-dimensional division
    • H04L5/0005—Time-frequency
    • H04L5/0007—Time-frequency the frequencies being orthogonal, e.g. OFDM(A), DMT

Definitions

  • the present invention relates to a wireless communication system, and more particularly, to a method and apparatus for estimating time and frequency synchronization of a base station transmission signal for decoding a received signal of a terminal in a cell by a base station in next generation mobile communication.
  • a 5G communication system or a pre-5G communication system is called a system after a 4G network (Beyond 4G Network) or a system after an LTE system (Post LTE).
  • 5G communication systems are being considered for implementation in the ultra-high frequency (mmWave) band (eg, such as the 60 Gigabit (60 GHz) band).
  • 5G communication systems In order to mitigate the path loss of radio waves in the ultra-high frequency band and to increase the transmission distance of radio waves, beamforming, massive array multiple input / output (FD-MIMO) in 5G communication systems Array antenna, analog beam-forming, and large scale antenna techniques are discussed.
  • FD-MIMO massive array multiple input / output
  • 5G communication systems have advanced small cells, advanced small cells, cloud radio access network (cloud RAN), ultra-dense network (ultra-dense network) , Device to Device communication (D2D), wireless backhaul, moving network, cooperative communication, Coordinated Multi-Points (CoMP), and interference cancellation
  • cloud RAN cloud radio access network
  • ultra-dense network ultra-dense network
  • D2D Device to Device communication
  • wireless backhaul moving network
  • cooperative communication Coordinated Multi-Points
  • CoMP Coordinated Multi-Points
  • FQAM Hybrid FSK and QAM Modulation
  • SWSC Slide Window Superposition Coding
  • ACM Advanced Coding Modulation
  • FBMC Fan Bank Multi Carrier
  • IoT Internet of Things
  • IoE Internet of Everything
  • M2M machine to machine
  • MTC Machine Type Communication
  • IT intelligent Internet technology services can be provided that collect and analyze data generated from connected objects to create new value in human life.
  • IoT is a field of smart home, smart building, smart city, smart car or connected car, smart grid, health care, smart home appliances, advanced medical services, etc. through convergence and complex of existing information technology (IT) technology and various industries. It can be applied to.
  • 5G wireless cellular communication system (5 th Generation Wireless Cellular Communication System, hereinafter 5G communication system or 5G system) a signal using the high-resolution video service support, and quadrature amplitude modulation of a higher order for the (quadrature amplitude modulation, than QAM) Modulate.
  • QAM can be demodulated through synchronous demodulation (coherent demodulation), and the terminal needs to synchronize time and frequency with a transmission signal in order to receive it.
  • the signals are always transmitted periodically such as first and second synchronization signals (PSS and SSS), cell specific reference signals (CRS), and channel state information reference signals (CSI-RS). Through on signals), the terminal was able to synchronize the transmission signal with time and frequency.
  • PSS and SSS first and second synchronization signals
  • CRS cell specific reference signals
  • CSI-RS channel state information reference signals
  • a method for acquiring time and frequency synchronization of a terminal of a communication system comprising: receiving a first synchronization signal from a base station; Receiving a second synchronization signal from the base station; Receiving a channel state information reference signal (CSI-RS) from the base station; And acquiring downlink time and frequency synchronization with the base station based on the CSI-RS.
  • CSI-RS channel state information reference signal
  • the CSI-RS is characterized in that one antenna port, the resource element (RE) to which the CSI-RS is mapped is separated by four subcarrier intervals in the frequency axis, in the time axis It is characterized in that spaced apart by four OFDM symbols (symbol), characterized in that the CSI-RS is located in the fifth and ninth OFDM symbols of the slot (slot).
  • a method of transmitting a channel state information reference signal (CSI-RS) of a base station of a communication system comprising: transmitting a first synchronization signal to a terminal; Transmitting a second synchronization signal to the terminal; And transmitting the CSI-RS to the terminal, wherein the CSI-RS is used by the terminal to obtain downlink time and frequency synchronization with the base station.
  • CSI-RS channel state information reference signal
  • a terminal for acquiring time and frequency synchronization of a communication system comprising: a receiving unit; And controlling the receiving unit to receive a first synchronization signal from a base station, receive a second synchronization signal from the base station, and receive a channel state information reference signal (CSI-RS) from the base station, And a controller for controlling to acquire downlink time and frequency synchronization with the base station based on the CSI-RS.
  • CSI-RS channel state information reference signal
  • a base station for transmitting a channel state information reference signal (CSI-RS) of a communication system comprising: a transmitter; And a control unit which transmits a first synchronization signal to a terminal, a second synchronization signal to the terminal, and controls the transmitter to transmit the CSI-RS to the terminal, wherein the CSI-RS includes: It is used to obtain downlink time and frequency synchronization with the base station.
  • CSI-RS channel state information reference signal
  • the base station constituting the 5G communication system may transmit a synchronization signal or a reference signal for efficient time and frequency synchronization of the terminal, and the terminal is based on the synchronization signal or reference signal transmitted by the base station Time and frequency synchronization can be performed to efficiently demodulate the received signal.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a synchronization signal and a broadcast channel structure of a 5G communication system considered in the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating another example of a synchronization signal and a broadcast channel structure of a 5G communication system considered in the present invention.
  • 3A is a diagram illustrating how a first synchronization signal and a second synchronization signal are generated in the frequency domain.
  • 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 3g, 3h, 3i and 3j show Tables 5 to 9 and 11 to 14, respectively.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating examples of a tracking reference signal RE pattern satisfying the requirement.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a detailed RE pattern of the level-1 CSI-RS for the time and frequency synchronization.
  • 6A and 6B illustrate another example of a detailed RE pattern of the level-1 CSI-RS for time and frequency synchronization.
  • FIG. 7 is a diagram showing another example of a detailed RE pattern of the level-1 CSI-RS for time and frequency synchronization.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating another example of the detailed RE pattern of the level-1 CSI-RS for the time / frequency synchronization.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating another example of the detailed RE pattern of the level-1 CSI-RS for the time / frequency synchronization.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating another example of a detailed RE pattern of the level-1 CSI-RS for time / frequency synchronization.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating examples in which a level-1 CSI-RS is transmitted in two adjacent OFDM symbols.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an example in which DMRS is used as a reference signal for time and frequency estimation.
  • 14A and 14B are diagrams showing CSI-RS configuration examples for time and frequency tracking according to the present embodiment.
  • 15A, 15B and 15C are diagrams showing CSI-RS configuration examples for time and frequency tracking according to the present embodiment.
  • FIG. 16 is a flowchart illustrating a procedure in which a terminal performs time and frequency synchronization for data signal demodulation based on a tracking reference signal in a 5G communication system considered in the present invention.
  • 17 is a block diagram showing the internal structure of a base station transmitter according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a block diagram illustrating an internal structure of a terminal receiver according to an embodiment of the present invention.
  • each block of the flowchart illustrations and combinations of flowchart illustrations may be performed by computer program instructions. Since these computer program instructions may be mounted on a processor of a general purpose computer, special purpose computer, or other programmable data processing equipment, those instructions executed through the processor of the computer or other programmable data processing equipment may be described in flow chart block (s). It creates a means to perform the functions. These computer program instructions may be stored in a computer usable or computer readable memory that can be directed to a computer or other programmable data processing equipment to implement functionality in a particular manner, and thus the computer usable or computer readable memory. It is also possible for the instructions stored in to produce an article of manufacture containing instruction means for performing the functions described in the flowchart block (s).
  • Computer program instructions may also be mounted on a computer or other programmable data processing equipment, such that a series of operating steps may be performed on the computer or other programmable data processing equipment to create a computer-implemented process to create a computer or other programmable data. Instructions for performing the processing equipment may also provide steps for performing the functions described in the flowchart block (s).
  • each block may represent a portion of a module, segment, or code that includes one or more executable instructions for executing a specified logical function (s).
  • logical function e.g., a module, segment, or code that includes one or more executable instructions for executing a specified logical function (s).
  • the functions noted in the blocks may occur out of order.
  • the two blocks shown in succession may in fact be executed substantially concurrently, or the blocks may sometimes be executed in the reverse order, depending on the corresponding function.
  • ' ⁇ part' used in the present embodiment refers to software or a hardware component such as an FPGA or an ASIC, and ' ⁇ part' performs certain roles.
  • ' ⁇ ' is not meant to be limited to software or hardware.
  • ' ⁇ Portion' may be configured to be in an addressable storage medium or may be configured to play one or more processors.
  • ' ⁇ ' means components such as software components, object-oriented software components, class components, and task components, and processes, functions, properties, procedures, and the like. Subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuits, data, databases, data structures, tables, arrays, and variables.
  • the functionality provided within the components and the 'parts' may be combined into a smaller number of components and the 'parts' or further separated into additional components and the 'parts'.
  • the components and ' ⁇ ' may be implemented to play one or more CPUs in the device or secure multimedia card.
  • the present invention relates to a communication technique and system for fusing a 5G communication system with IoT technology for supporting a higher data rate after a 4G system.
  • the present disclosure is based on 5G communication technology and IoT-related technologies, such as intelligent services (eg, smart home, smart building, smart city, smart car or connected car, healthcare, digital education, retail, security and safety related services, etc.). ) Can be applied.
  • 3GPP LTE 3rd generation partnership project long term evolution
  • present invention is not limited to the above terms and names, and may be equally applied to systems conforming to other standards.
  • Wireless communication systems are moving away from providing initial voice-oriented services, for example, 3GPP's High Speed Packet Access (HSPA), Long Term Evolution (LTE) or Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA), LTE-Advanced.
  • Broadband wireless that provides high-speed, high-quality packet data services such as LTE-A, LTE-Pro, 3GPP2's High Rate Packet Data (HRPD), UMB (Ultra Mobile Broadband), and IEEE 802.16e Evolving into a communication system.
  • Uplink refers to a radio link through which a user equipment (UE) or mobile station (MS) transmits data or control signals to a base station (eNode B, or base station (BS)).
  • UE user equipment
  • MS mobile station
  • BS base station
  • UE user equipment
  • eNode B base station
  • BS base station
  • 5G communication system (hereinafter compatible with new radio and NR), which is a future communication system after LTE, should be able to freely reflect various requirements such as users and service providers, services that satisfy various requirements should be supported. do. Services considered for 5G communication systems include enhanced Mobile Broadband (eMBB), massive machine type communication (mMTC), and Ultra Reliability Low Latency Communciation (URLLC). Etc.
  • eMBB enhanced Mobile Broadband
  • mMTC massive machine type communication
  • URLLC Ultra Reliability Low Latency Communciation
  • eMBB aims to provide a higher data rate than the data rate supported by LTE, LTE-A, or LTE-Pro.
  • an eMBB should be able to provide a peak data rate of 20 Gbps in downlink and a maximum transmission rate of 10 Gbps in uplink from the viewpoint of one base station.
  • MIMO Multi Input Multi Output
  • improvements in transmission and reception techniques including more advanced Multi Input Multi Output (MIMO) transmission techniques are required.
  • MIMO Multi Input Multi Output
  • frequency bands wider than 20 MHz are used in the 3-6 GHz or 6 GHz or more frequency band instead of the 2 GHz band used by the current LTE, so the eMBB can satisfy the data transmission rate required by the 5G communication system.
  • mMTC is being considered to support application services such as the Internet of Thing (IoT) in 5G communication systems.
  • IoT Internet of Thing
  • the mMTC requires a large terminal access support within the cell, improved terminal coverage, improved battery time, and reduced terminal cost. Since the IoT is attached to various sensors and various devices to provide communication functions, it must be able to support a large number of terminals (eg, 1,000,000 terminals / km 2 ) in a cell.
  • the terminal supporting the mMTC is likely to be located in a shaded area that the cell does not cover, such as the basement of the building because of the nature of the service requires more coverage than other services provided by the 5G communication system.
  • the terminal supporting the mMTC should be configured as a low-cost terminal, and very long battery life time is required because it is difficult to replace the battery of the terminal frequently.
  • URLLC is a cellular-based wireless communication service used for mission-critical purposes, including remote control, industrial automation, and unattended operation for robots or machinery. It is used for unmanned aerial vehicles, remote health care, emergency alerts, etc., and must provide communications with ultra low latency and ultra reliability.
  • a service supporting URLLC must satisfy an air interface latency of less than 0.5 milliseconds, and at the same time have a requirement of a packet error rate of 10 -5 or less. Therefore, for services supporting URLLC, 5G systems need to provide URLLC with a smaller transmit time interval (TTI) than other services, and at the same time, a design that requires allocating a wider resource in the frequency band is required.
  • TTI transmit time interval
  • each service considered in the above-mentioned 5G communication system should be provided in a fusion with each other on the basis of a framework. That is, for efficient resource management and control, it is preferable that each service is integrated and controlled and transmitted as one system rather than operated independently.
  • the base station which is a device constituting the 5G communication system, and the terminals controlled by the base station must maintain synchronization with each other in downlink and uplink.
  • the downlink synchronization includes a process in which the terminal performs time and frequency synchronization with the base station using a synchronization signal transmitted by the base station and obtains cell information of the base station (eg, a unique cell number (Cell Identity, Cell ID)). do.
  • the uplink synchronization includes adjusting a transmission timing of a terminal so that signals of the terminals reach the base station within a cyclic prefix period when the terminals in the cell transmit the uplink signal to the base station. .
  • synchronization refers to downlink synchronization in which the terminal performs time and frequency synchronization with respect to a base station signal and obtains cell information.
  • downlink synchronization required in a 5G communication system aims to provide a common framework regardless of a system in a 5G system providing various services. That is, regardless of the various requirements of different services provided by the 5G communication system, a synchronization signal and a procedure should be provided so that the terminal can synchronize and access the system according to a common synchronization signal structure and a common synchronization procedure.
  • the method and procedure for downlink synchronization of a terminal in a 5G communication system should be designed to be the same regardless of the beam mode used by the base station to improve data rate and coverage.
  • beam-based transmission is especially required due to various attenuation characteristics including high path loss attenuation. Synchronization signals also require beam-based transmission for the same reason.
  • Multiple beam-based transmission is a method of using multiple beams having a narrow beam width and a large beam gain. Since the beams having a narrow beam width must cover a wide direction, they are formed in a plurality of directions. Signals must be transmitted through multiple beams.
  • Single beam transmission is a method using one beam having a wide beam width but small beam gain, and insufficient coverage generated with a small beam gain can be secured using repetitive transmission or the like.
  • the downlink synchronization signal requires beam-based transmission, and 5G communication system aims to provide the same access procedure regardless of the above-mentioned beam. That is, the terminal should be able to perform time and frequency synchronization and cell search with the base station based on the synchronization signal without information on the beam operating method used for the synchronization signal transmission in the initial access process.
  • a method and procedure for synchronizing a terminal in a 5G communication system is required to be designed regardless of a duplex mode operated by a base station.
  • different synchronization signals are transmitted according to time division duplex (TDD) and frequency division duplex (FDD).
  • TDD time division duplex
  • FDD frequency division duplex
  • the index of the OFDM symbol that transmits the primary synchronization signal (PSS) and the secondary synchronization signal (SSS) constituting the synchronization signal is designed differently depending on whether the base station uses TDD or FDD.
  • the terminal could determine the duplex mode of the base station using a time difference represented by an OFDM symbol between the main synchronization signal and the floating signal.
  • the terminal in the synchronization process is required to detect this. That is, a problem may arise that the complexity of the terminal may be increased and power consumption may be increased during the synchronization process. Therefore, in the 5G communication system, the same synchronization signal transmission and procedure are required regardless of the duplex mode.
  • the method and procedure for the synchronization of the terminal in the 5G communication system is required to be designed to be the same regardless of the numerology (Numerology) provided by the base station.
  • 5G communication systems can provide multiple numerologies to efficiently provide services requiring various requirements.
  • the numerology includes subcarrier spacing (SCS) and cyclic prefix (CP) length required for signal generation in OFDM-based modulation and demodulation. Therefore, regardless of the length of the various SCS or CP provided by the 5G communication system, it is preferable that the terminal and the base station follow the same downlink synchronization method and procedure.
  • a method and procedure for synchronizing a terminal in a 5G communication system are designed in the same manner regardless of whether a frequency band operated by a base station is operated in a standalone mode or a non-standalone mode. Is required.
  • a method and procedure for synchronizing a terminal in a 5G communication system are required to be designed in the same manner regardless of whether a base station operates a 5G communication system in a licensed band or an unlicensed band.
  • the downlink method and apparatus of a terminal provided by a 5G communication system have a synchronization method and procedure so that the terminal can perform time and frequency synchronization with the base station and perform cell discovery in the same manner as LTE. It must be designed.
  • the base station should transmit a synchronization signal including cell information for synchronization and cell search of the terminal, and the terminal can perform time and frequency synchronization and obtain cell information by detecting the corresponding synchronization signal.
  • a synchronization signal transmitted by a base station for initial synchronization and cell search by a terminal may be divided into a first synchronization signal and a second synchronization signal.
  • the first synchronization signal may be referred to as a primary synchronization signal.
  • the first synchronization signal may be transmitted for the purpose of the terminal to perform synchronization on at least the time and frequency that the base station is a reference.
  • the first synchronization signal may include a part of cell information.
  • the cell information refers to a unique cell number assigned by the base station controlling the cell.
  • the first synchronization signal may be used as a reference signal for coherent detection of the second synchronization signal.
  • the second synchronization signal may be referred to as a secondary synchronization signal.
  • the second synchronization signal may be used for detection of cell information. If part of the cell information is included in the first synchronization signal, the remaining cell information may be transmitted in the second synchronization signal. If cell information is not included in the first synchronization signal, the terminal may obtain cell information using only the second synchronization signal.
  • the second synchronization signal may be used as a reference signal for coherent demodulation in receiving a broadcast channel transmitted by the base station after the terminal detects the cell number.
  • the terminal may perform time and frequency synchronization with the base station and perform cell search. Thereafter, the terminal may extract important information required for accessing the system using a broadcast channel transmitted by the base station.
  • the broadcast channel may also be referred to as a physical broadcast channel (PBCH) as in LTE.
  • PBCH physical broadcast channel
  • LTE a PBCH for the same purpose is transmitted from a base station, and the PBCH provided in LTE includes the following information.
  • the information transmitted by the PBCH is the minimum information for obtaining the system information necessary for the terminal to access the base station.
  • the information to be transmitted on the PBCH in the 5G communication system may be different from the information to be transmitted on the LTE PBCH.
  • the LTE PBCH includes information necessary for the UE to receive PHICH (Physical HARQ Indicator Channel), but since the 5G system operates asynchronous based HARQ for the uplink HARQ, PHICH is not required because the PHICH is not required. No information is needed for reception.
  • PHICH Physical HARQ Indicator Channel
  • the first synchronization signal, the second synchronization signal, and the broadcast channel may be referred to as a synchronization signal block (SS block, SS block).
  • SS block synchronization signal block
  • the synchronization block under consideration is not limited to the above-described first synchronization signal, second synchronization signal, and broadcast channel, and additional signals and physical channels may be provided as long as the information is necessary for time and frequency synchronization and cell search of the terminal. It is also possible to be included in the synchronization block.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a synchronization signal and a broadcast channel structure of a 5G communication system considered in the present invention.
  • the synchronization signal of the 5G communication system includes a first synchronization signal 100, a second synchronization signal 110, and a broadcast channel 120.
  • the first synchronization signal 100, the second synchronization signal 110, and the broadcast channel 120 constitute a time division multiplexing structure that is transmitted at the same location in the frequency domain and transmitted at different times. do.
  • the first synchronization signal 100 may be composed of at least one OFDM symbol. Although the first synchronization signal 100 according to the present invention is described on the assumption that it is composed of one OFDM symbol, the present invention is not limited or limited according to the number of OFDM symbols used for the first synchronization signal 100. Will be described above.
  • the first synchronization signal 100 may be configured using a Zadoff-Chu sequence (ZC sequence) sequence having a cross correlation property similar to LTE.
  • ZC sequence Zadoff-Chu sequence
  • the second synchronization signal 110 may also be composed of at least one OFDM symbol similar to the first synchronization signal 100.
  • the invention is proposed assuming that the second synchronization signal 110 is composed of two OFDM symbols, but in the present invention, the invention is limited or limited depending on the number of OFDM symbols used for the second synchronization signal 110. It is not mentioned above.
  • the second synchronization signal 110 considered in the conventional LTE is generated using a PN (Pseudo Noise) sequence or a maximum-length sequence (M-sequence), but the second synchronization signal 110 according to the present invention.
  • PN Pseudo Noise
  • M-sequence maximum-length sequence
  • a synchronization signal may be configured by using a Zadoff-Chu sequence, and a cyclic redundancy check (CRC) is added to cell information, and then a message that has undergone forward error correction encoding is converted into a second synchronization signal ( 110) Can be used for transmission.
  • CRC cyclic redundancy check
  • the broadcast channel 120 may be composed of a plurality of OFDM symbols in consideration of the size of information to be transmitted and the cell coverage.
  • the first synchronization signal 100, the second synchronization signal 110, and the broadcast channel 120 are transmitted with the same frequency width.
  • the exact frequency width may vary depending on the sequence constituting the synchronization signal and the method of mapping the sequence to subcarriers constituting OFDM.
  • the base station when the first synchronization signal 100, the second synchronization signal 110, and the broadcast channel 120 have a time division multiplexing (TDM) structure, the base station provides coverage of the synchronization signal as needed.
  • TDM time division multiplexing
  • the base station since the first synchronization signal 100, the second synchronization signal 110, and the broadcast channel 120 are transmitted at the same frequency location, coherent demodulation of the broadcast channel 120 may be performed using the second synchronization signal. There is an advantage that it can. Therefore, the signal structure shown in FIG. 1 may be considered for transmission of a synchronization signal of a 5G system.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating another example of a synchronization signal and a broadcast channel structure of a 5G communication system considered in the present invention.
  • the synchronization signal of the 5G communication system according to the present invention of FIG. 2 includes a first synchronization signal 200, a second synchronization signal 210, and a broadcast channel 220.
  • the first synchronization signal 200, the second synchronization signal 210, and the broadcast channel 220 are located in the same time resource and are transmitted in different frequency resources, and are divided by a frequency division multiplexing (FDM) structure.
  • FDM frequency division multiplexing
  • the first synchronization signal 200, the second synchronization signal 210 and the broadcast channel 220 according to the present invention are proposed to be transmitted in one and the same OFDM symbol, in the present invention, it is used for transmission of the synchronization symbol and broadcast channel. It is described above that the invention is not limited or limited depending on the number of OFDM symbols.
  • the first synchronization signal 200 may be configured using a Zadoff-Chu sequence having a cross correlation property similar to LTE.
  • the second synchronization signal 210 considered in the conventional LTE is generated using a PN (Pseudo Noise) sequence or a maximum length sequence (M-sequence)
  • the second synchronization signal 210 according to the present invention is a PN-sequence
  • a synchronization signal may be configured by using a Zadoff-Chu sequence, or a message in which forward error correction encoding is performed after adding a CRC to cell information may be used to transmit the second synchronization signal 210.
  • the first synchronization signal and the second synchronization signal are transmitted with the same frequency width.
  • the exact frequency width may vary depending on the sequence constituting the synchronization signal and the method of mapping the sequence to subcarriers of the synchronization signal.
  • the first synchronization signal 200, the second synchronization signal 210, and the broadcast channel 220 have a frequency division multiplexing structure, coverage provided by the synchronization signal may be reduced.
  • the first synchronization signal 200, the second synchronization signal 210, and the broadcast channel 220 are transmitted at different frequency positions, coherent demodulation of the broadcast channel 220 using the second synchronization signal 210 is performed.
  • the disadvantage is that it can't be done.
  • the synchronization signal 200, the second synchronization signal 210, and the broadcast channel 220 must be repeatedly transmitted in various directions. Since multiple beam based synchronization signal and broadcast channel transmission uses a fixed beam pattern, it is recommended that the base station transmits the synchronization signal and broadcast channel to a specific beam while simultaneously transmitting data to a specific terminal using different beams in the same OFDM symbol. It is difficult.
  • the remaining frequency resources that do not transmit the synchronization signal and the broadcast channel in the OFDM symbol should be used only for the purpose of transmitting a separate common cell common signal or should not be used for data transmission. Therefore, in order to transmit a synchronization signal and a broadcast channel based on multiple beams, the structure in which the synchronization signal and the broadcast channel are frequency division multiplexed as shown in FIG. There is a small advantage.
  • FIG. 3A is a diagram illustrating how a first synchronization signal and a second synchronization signal are generated in the frequency domain.
  • FIG. 3A is a diagram for describing a method of mapping a sequence of a first synchronization signal and a second synchronization signal in a frequency domain to generate a first synchronization signal and a second synchronization signal.
  • An OFDM symbol for transmitting a downlink signal of a 5G communication system includes K subcarriers within the downlink bandwidth 300.
  • the K subcarriers 302 and 304 are located in the frequency domain separated by subcarrier spacing 306.
  • the K subcarriers constituting the OFDM symbol to which the synchronization signal is transmitted may be divided into a subcarrier 302 for transmission of the synchronization signal and a subcarrier 304 used for data transmission.
  • the subcarrier 304 used for data transmission may not be used for data transmission and transmit no signal as necessary.
  • the subcarrier 302 for the synchronization signal transmission may be transmitted by mapping a sequence for the synchronization signal to N subcarriers within the synchronization signal transmission bandwidth 308.
  • the sequence used for generating the first synchronization signal and the second synchronization signal is also composed of N samples.
  • the sequence constituting the first synchronization signal and the second synchronization signal may be composed of one or a plurality of sequences or may be mapped to each subcarrier by modulating cell information.
  • the sequence generation method for generating the first synchronization signal and the second synchronization signal may vary depending on a role performed by each synchronization signal and required performance.
  • the transmission bandwidth of the synchronization signal is less than or equal to the downlink bandwidth for data transmission.
  • a synchronization signal is transmitted in a 1.4MHz bandwidth that is narrower than or equal to the downlink bandwidth and has a structure that is transmitted in every subcarrier. Due to the high sequence density, this synchronization signal structure can satisfy the initial or inaccurate synchronization performance that matches the error in the CP during synchronization of time and frequency based on the synchronization signal. This is not enough to meet the fine sync performance for data signal demodulation.
  • a broadband is always transmitted according to a predetermined period and offset such as a cell-specific reference signal (CRS) and a channel state information reference signal (CSI-RS).
  • CRS cell-specific reference signal
  • CSI-RS channel state information reference signal
  • the present invention proposes a method and apparatus for securing a precise synchronization performance of a terminal based on a synchronization signal or various reference signals in a 5G communication system.
  • tracking reference signal may be referred to by various names such as a TRS, a CSI-RS, a demodulation reference signal (DMRS), a common control RS (common control RS) in the present invention or an actual implementation. Guarantee the precise synchronization performance of the terminal for demodulation of the wideband signal after coarse synchronization based on the synchronization signal (PSS), the second synchronization signal (SSS), or the third synchronization signal (third synchronization signal, TSS) There is.
  • PSS synchronization signal
  • SSS second synchronization signal
  • TSS third synchronization signal
  • Equation 1 Is the maximum excess delay of the channel, Is SCS. If the reference signal RE interval in the frequency domain does not satisfy the above conditions, accurate channel estimation may be difficult due to aliasing of the channel impulse response in the time domain. Similarly, the number D t of OFDM symbols between the reference signals RE required in the time domain must satisfy Equation 2 below.
  • Equation (2) Is the maximum Doppler spread, Is the OFDM symbol length. If the reference signal RE interval does not satisfy the above condition in the time domain, the RS interval becomes longer than the coherence time of the channel, which may make accurate channel estimation difficult.
  • OFDM symbol length Is about 71.5us including CP (71.875us for the first OFDM symbol of the slot, 71.354us for the remaining OFDM symbols) OFDM symbol length Is shortened to about 36us.
  • Approximate lengths of OFDM symbols according to SCS are shown in Table 1 below. In Table 1, the decimal places of the OFDM symbol length are omitted and may include an error of about 5%.
  • the maximum excess delay of the channel varies depending on the channel environment (model), and in the case of the LTE multi-path fading model, Table 2 below.
  • the maximum excess delay of the channel is the normalized delay And scaling factor
  • the value is determined by the product of, and the detailed values follow Table 3 below for the UMa channel model and Table 4 below for the UMi channel model.
  • Tables 3 and 4 TDL-A to E in the model of 3GPP TR 38.900 were used as examples.
  • Table 5 (FIG. 3B), Table 6 (FIG. 3C), Table 7 (FIG. 3D), Table 8 (FIG. 3E) and Table 9 (FIG. 3F) depending on the situation.
  • the reference signal RE should be present in two adjacent REs, especially when the SCS is large (eg, 240 kHz) at a carrier frequency of 6 GHz or more.
  • 320 is an unused area according to CF setting of A6G or B6G
  • 310 is an area where accurate channel estimation is possible when a reference signal is transmitted every 6 REs (subcarriers).
  • 310 and 330 are areas where accurate channel estimation is possible when RS is transmitted every two REs (subcarriers)
  • 310, 330 and 340 are accurate channels when RS is transmitted to two adjacent REs (subcarriers). It is an area that can be estimated.
  • Table 11 (FIG. 3G), Table 12 (FIG. 3H), Table 13 (FIG. 3I), and Table 14 (FIG. 3J).
  • 3G, 3H, 3I, and 3J are tables 11 to 14, respectively.
  • Table 11, Table 12, Table 13, and Table 14 show accurate channel estimation in almost all cases when there is more than one in every 14 or 7 REs in the time axis, that is, more than one reference signal RE per slot. It can be seen that can be performed.
  • 320 is an unused area according to the carrier frequency setting of A6G or B6G, and 310 is an accurate channel estimation when a reference signal is transmitted every 14 REs (OFDM symbols). Regions, 310 and 330, allow accurate channel estimation when reference signals are transmitted every seven REs (OFDM symbols). Regions 310, 330, and 340 allow reference signal REs to be shorter than seven REs for accurate channel estimation. Are the areas that should be distributed.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating examples of a tracking reference signal RE pattern satisfying the requirement.
  • the examples of FIG. 4 are applicable to at least one condition of CF A6G or B6G.
  • 400 is a basic pattern composed of two REs adjacent to each other on the frequency axis, and a plurality of 400 RE patterns may exist at every constant frequency interval 410 within a given frequency band and at every constant time interval 420 within a given time.
  • the given frequency band may be a partial bandwidth or a system bandwidth set by a higher layer
  • the given time is from a transmission start time of a predetermined or predetermined tracking reference signal set by a higher layer. It may also be set by the upper layer or may be defined as the transmission interval and / and the number of times of the predetermined tracking reference signal.
  • the frequency interval 410 may be defined or set to one physical resource block (PRB) (ie, 12 subcarriers), 6 subcarriers, or 4 subcarriers.
  • PRB physical resource block
  • the time interval 420 may be defined / configured as one of 14 OFDM symbols, 7 OFDM symbols, or 4 symbols.
  • 430 is a basic pattern consisting of four REs adjacent to each other on the frequency axis and the time axis, and a plurality of 430 RE patterns may exist at every fixed frequency interval 410 within a given frequency band and at every fixed time interval 420 within a given time. .
  • the detailed description is similar to that of the case of 400 and thus will be omitted.
  • the 440 is a basic pattern composed of a plurality of even or odd REs, and a plurality of 440 RE patterns may exist at every constant frequency interval 410 within a given frequency band and at every constant time interval 420 within a given time.
  • the detailed description is similar to that of the case of 400 and thus will be omitted.
  • the basic patterns 400, 430, and 440 may be FDM or / and TDM or / and code division multiplexing (CDM), but CDM may not be applied for accurate time and frequency estimation performance.
  • the actual tracking reference signal RE pattern is not limited to the example of FIG. 4, and other patterns provided below in the second embodiment may be applicable.
  • a method for performing time and frequency tuning for data demodulation based on a synchronization signal (a first synchronization signal and a second synchronization signal) and a CSI-RS is proposed.
  • CSI-RS for reporting channel state information can be classified into two levels according to its purpose.
  • the first level CSI-RS (level-1 CSI-RS) is for a non-UE-specific use case, CSI measurement, radio resource management (radio resource management) management, RRM) can be used to perform the measurement. To this end, it is possible to apply a beam having cell-specific or group-specific wide coverage to the level-1 CSI-RS, and the level-1 CSI-RS is wideband transmitted. . If a large number of antenna elements are included in the transmission and receiving point (TRP) antenna array of the base station (gNB), the gNB may acquire channel state information according to the antenna array to the terminal through the CSI-RS. It is possible to use one method.
  • TRP transmission and receiving point
  • gNB may acquire channel state information according to the antenna array to the terminal through the CSI-RS. It is possible to use one method.
  • the first method is a method of transmitting a CSI-RS to a UE by applying a beam to a plurality of antenna elements, grouping them into one CSI-RS antenna port (hereinafter, referred to as a CSI-RS port). Since multiple antenna elements are grouped into one CSI-RS port, one CSI-RS resource does not need to include a large number of CSI-RS ports (e.g., less than 16 CSI-RS ports per resource). May be included).
  • the base station may configure a plurality of level-1 CSI-RS resources and apply different beam directions to each resource to configure a plurality of virtual sectorizations in one cell or transmission and receiving points (TRPs). have.
  • the terminal may select and report its preferred resource (s) from among the plurality of level-1 CSI-RS resources. At this time, CSI-RS ports included in one CSI-RS resource are applied with beams of the same (or similar) direction.
  • the second method applies a beam to a relatively smaller number of antenna elements than the first method, and includes a plurality of CSI-RS ports (for example, 16 or more) in one CSI-RS resource to the UE. How to send.
  • the UE can obtain raw channel information, and the CSI calculation complexity per CSI-RS resource is increased, but there is an advantage of obtaining more accurate CSI.
  • the second level CSI-RS (level-2 CSI-RS) is used for UE-specific use cases and may be used to perform CSI measurement. Since the level-2 CSI-RS is used for UE-specific, a beam having a UE-specific beam direction for each UE and having a narrow coverage can be applied to the level-2 CSI-RS, and the level-2 CSI-RS is partially (partial-). band) may be transmitted. Although the level-2 CSI-RS has a CSI-RS beam gain greater than that of the level-1 CSI-RS, it can be difficult to share between arbitrary terminals, and the overhead of CSI-RS resources may vary depending on the number of terminals. There is a disadvantage to increase.
  • the base station transmits at least the following information to higher layer signaling (radio resource control (RRC) or medium access control (MAC)).
  • RRC radio resource control
  • MAC medium access control
  • the UE is informed through layer signaling or physical layer (L1 signaling or downlink control information (DCI)).
  • CSI-RS configuration location of CSI-RS RE in PRB
  • a payload of each information may be very large to cope with various environments.
  • the number of CSI-RS ports needs to be variously set to ⁇ 2, 4, 8, 12, 16, 32, 64, etc. according to the antenna array shape of the base station, the CSI-RS operating method described above, and the like.
  • More than one CSI-RS RE pattern location needs to be specified. The same is true for the CSI-RS transmission timing and power boosting information.
  • the LTE PBCH transmits a master information block (MIB).
  • MIB includes only the minimum information necessary for the terminal to access the base station for sufficient coverage and is transmitted in a narrow band of the system bandwidth.
  • Other configuration information such as cell selection information, RRC configuration information, etc., is transmitted in a physical downlink PDSCH region through system information blocks (SIBs) and is transmitted in a wider band than a PBCH.
  • SIBs system information blocks
  • the MIB of the 5G communication system includes level-1 CSI-RS (or tracking reference signal, TRS) related configuration information up to 4 bits as follows.
  • CSI-RS setting location of CSI-RS RE pattern in PRB according to the number of CSI-RS ports
  • the level-1 CSI-RS configured through the MIB has cell-specific or group-specific characteristics because all terminals receiving the MIB share the same configuration information.
  • the MIB need not include all of the configuration information, but may include only some information such as ⁇ port number, CSI-RS configuration ⁇ , ⁇ CSI-RS configuration, timing information ⁇ , ⁇ port number, timing information ⁇ , and the like.
  • Information omitted from the configuration information may be previously set to a specific value in the standard or may be known to the terminal through another channel such as SIB.
  • the timing information of the level-1 CSI-RS for time and frequency synchronization is promised to be determined by a synchronization signal (for example, PSS or SSS). Can be.
  • a synchronization signal for example, PSS or SSS.
  • the CSI-RS transmission timing is determined based on the transmission timing of the synchronization signal.
  • the level-1 CSI-RS set by the MIB includes all or a subframe or / and slot in which the synchronization signal is transmitted. It is possible to promise to be sent in some.
  • the number of ports of the level-1 CSI-RS for time and frequency synchronization may be predetermined by a specific number. In the simplest case, it is possible to promise that the number of ports in a level-1 CSI-RS for time and frequency synchronization will always be one.
  • the timing information may explicitly indicate the period and offset at which the level-1 CSI-RS is transmitted, but the transmission period of the level-1 CSI-RS for time and frequency synchronization may be based on the period of the synchronization signal. It can also be promised as a value indicating how many times (N) times the period of the synchronization signal. In this case, the timing information may be as shown in Table 16 below.
  • the level-1 CSI-RS for time and frequency synchronization may be promised to always be transmitted based on the same CSI-RS configuration.
  • the exact RE pattern through which the level-1 CSI-RS is transmitted is determined by a combination of the number of ports set by the MIB and a predetermined CSI-RS configuration. That is, the number of CSI-RS REs used may be changed according to the number of ports set by the MIB.
  • the timing information may explicitly indicate the period and offset at which the level-1 CSI-RS is transmitted, but the transmission period of the level-1 CSI-RS for time and frequency synchronization is synchronized based on the period of the synchronization signal. It can also be promised as a value indicating how many times (N) the period of the signal.
  • the base station has a total of MxN SS blocks to transmit PSS, SSS, and / or TSS or PBCH through up to MxN different beams.
  • the terminal receives at least one of these SS blocks, i.e., PSS, SSS, and / or TSS and PBCH, and a period and offset of level-1 CSI-RS (TRS, tracking reference signal) transmission corresponding to each SS block.
  • Information can be obtained.
  • the transmission period and offset of the level-1 CSI-RS are determined so that the transmission timing of the level-1 CSI-RS is related to the transmission timing of the MIB or the SIB (within the same slot or earlier than the OFDM symbol or / and the slot before the MIB or the SIB). Can be set explicitly or implicitly).
  • explicit or implicit setting of the relationship between the SS block and the level-1 CSI-RS it is possible to define a correlation between the SS block index and the index of the level-1 CSI-RS resource as shown in Equation 3 below. Do.
  • Equation 3 is an example of a correlation that may be defined between the SS block index and the level-1 CSI-RS resource index.
  • Is the index of the SS block Is the total number of configurable level-1 CSI-RS (TRS, tracking reference signal) resources, Denotes an index of a level-1 CSI-RS (TRS, tracking reference signal) resource determined by a corresponding SS block index.
  • the UE may assume that the SS block associated with each other and the level-1 CSI-RS (TRS) are quasi co-located (QCL). have. This means that the UE estimates large scale parameters such as coarse time / frequency tracking, Doppler spread or delay spread for measuring associated level-1 CSI-RS (TRS) through SS blocks. (large scale parameter estimation) and beam related information may be shared.
  • TRS level-1 CSI-RS
  • Table 15 below shows an example in which ⁇ number of ports, CSI-RS configuration ⁇ is set by a 3-bit payload in the MIB of the above example.
  • Four of the eight code points are used to configure the CSI-RS configuration for level-1 CSI-RS for time and frequency synchronization consisting of one port.
  • Two and four CSIs Two and one code points each are used for the case with the -RS port.
  • the other code point is reserved. This assumes that the number of CSI-RS resources that can be defined decreases as the number of CSI-RS ports included in one CSI-RS resource increases, assuming the same number of CSI-RS RE resources.
  • At least one of the code points may mean not to transmit a level-1 CSI-RS (tracking reference signal).
  • Table 15 is an example in which the level-1 CSI-RS related configuration of the MIB has a 3-bit payload and the MIB informs the number of ports and the CSI-RS configuration information of the level-1 CSI-RS. It is possible to extend in a similar way for the sake of the
  • Table 16 below shows an example in which ⁇ CSI-RS configuration, timing information ⁇ is set by a 4-bit payload of the MIB in the above example.
  • Four code points are used for the case where the transmission period of the level-1 CSI-RS is 1, 2, 4, and 8 times that of the SS block. It is assumed that a total of four CSI-RS settings are available.
  • Table 16 shows examples of the case where the level-1 CSI-RS related configuration of the MIB has a 4-bit payload and the MIB informs the CSI-RS configuration and timing information of the level-1 CSI-RS. It is possible to extend in a similar way.
  • at least one of the code points may mean not to transmit a level-1 CSI-RS (tracking reference signal).
  • the CSI-RS settings set by the MIB in the tables and descriptions may indicate individually defined patterns for time and frequency synchronization, some of the CSI-RS settings set by the higher layer signaling described above may be used. It is also possible to be promised to point.
  • Table 17 below shows an example in which ⁇ timing information ⁇ is set based on a 3-bit payload in the MIB.
  • Two and four code points are used to convey the offset information for the case where the transmission period of the level-1 CSI-RS is twice or four times the transmission period of the SS block.
  • the UE may assume one CSI-RS configuration consisting of a single port. Similar to the case of Table 15, at least one of the code points may mean not to transmit a level-1 CSI-RS (tracking reference signal).
  • the terminal is based on a time separated by X OFDM symbols or slots from the measured SS block or MIB and / or SIB transmission timing, and at the time of applying N times the transmission period of the SS block and a set offset, It can be seen that the CSI-RS is being transmitted.
  • X is an integer greater than or equal to zero.
  • the detailed RE pattern of the level-1 CSI-RS may vary depending on whether to design the frequency synchronization.
  • the SS block is divided into several (for example, two) consecutive
  • the detailed RE pattern of the level-1 CSI-RS may vary according to whether to be transmitted in a slot or minislot.
  • e whether to design to avoid existing signals such as CRS of LTE and LTE-A, and f) rate matching (LTE and LTE-A terminals) considering level-1 CSI-RS of 5G communication system. It is possible to design a detailed RE pattern of the level-1 CSI-RS in consideration of various factors such as whether to enable matching).
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a detailed RE pattern of the level-1 CSI-RS for the time and frequency synchronization.
  • Each example of FIG. 5 illustrates an RE pattern of signals based on one PRB in a 5G communication system. In this case, it is assumed that one PRB is composed of 12 subcarriers and 14 OFDM symbols.
  • "e) whether to design existing signals such as LTE / LTE-A CRS, etc. among the above-described elements” and "f) level-1 CSI- of LTE / LTE-A terminals are 5G wireless communication system.
  • Level-1 for the time and frequency synchronization in the level-1 CSI-RS resource pool located in the 13th and 14th OFDM symbols CSI-RS is transmitted.
  • the numbers in the RE indicate a port or resource index of the level-1 CSI-RS, and the UE estimates a channel in the REs in which the CSI-RSs of the same port are transmitted to synchronize time and frequency with the received signal. Will be performed.
  • CSI-RS corresponding to one CSI-RS port is transmitted from RE located in different time and frequency resources, so time and frequency synchronization can be performed using only CSI-RS, and up to four CSI-RSs can be used in one PRB. It is possible to set up the port and send CSI-RS accordingly.
  • the CSI-RS corresponding to one port is transmitted in one RE, and the CSI-RS for each port is transmitted in one resource per PRB. In this case, it is difficult to perform time synchronization only through the level-1 CSI-RS, and time and frequency synchronization is performed by combining with signals of the SS block.
  • Pattern 520 since the CSI-RS corresponding to one CSI-RS port is transmitted from an RE located in different time and frequency resources, time and frequency synchronization can be performed using only the CSI-RS.
  • Pattern 520 assumes that orthogonal cover codes (OCCs) are applied to two adjacent REs on the frequency axis for coexistence with CSI-RSs after RRC is established. Up to two CSI-RS ports or It is possible to set resources and transmit CSI-RS accordingly.
  • the pattern 530 similar to the pattern 520, the CSI-RS of one port is transmitted in two REs, and the CSI-RS of each port is transmitted in one resource per PRB. In this case, it is difficult to perform time synchronization only through the level-1 CSI-RS, and time and frequency synchronization is performed by combining with signals of the SS block.
  • CSI-RSs according to one CSI-RS port are spread and transmitted through an OCC applied to two adjacent REs on a time axis. This is to facilitate coexistence with the LTE-A CSI-RS.
  • the pattern 540 is an RE pattern when operating up to four level-1 CSI-RS resources, and each resource may have up to two CSI-RS ports.
  • the pattern 550 is an RE pattern when operating at most two level-1 CSI-RS resources, and each resource may have up to four CSI-RS ports.
  • level-1 CSI-RSs can be used as reference signals for adaptive gain control (AGC). Since the level-1 CSI-RSs are signals that are transmitted over a wide band, terminals whose data transmission bandwidths are changed may perform AGC through the most recently received level-1 CSI-RS. Alternatively, when the base station changes the data transmission bandwidth of the terminal, the base station may also promise to transmit the level-1 CSI-RS in the immediately preceding subframe of the changed subframe.
  • AGC adaptive gain control
  • FIG. 6A and 6B show another example of the detailed RE pattern of the level-1 CSI-RS for time and frequency synchronization.
  • FIG. 6 illustrates an RE pattern of signals based on one PRB in a 5G communication system. In this case, it is assumed that one PRB is composed of 12 subcarriers and 14 OFDM symbols.
  • the level located in the 10th and 11th OFDM symbols in consideration of the case in which "d) SS blocks are transmitted in several (e.g., two) consecutive slots or minislots"- In the 1 CSI-RS resource pool, the level-1 CSI-RS for time and frequency synchronization is transmitted.
  • FIG. 6 shows another example of the detailed RE pattern of the level-1 CSI-RS for time and frequency synchronization.
  • the numbers in the RE indicate a port or resource index of the level-1 CSI-RS, and the UE estimates a channel in the REs in which the CSI-RSs of the same port are transmitted to synchronize time and frequency with the received signal. Will be performed.
  • CSI-RS corresponding to one CSI-RS port is transmitted from RE located in different time and frequency resources, enabling time and frequency synchronization using only CSI-RS, and up to six CSI-RS ports in one PRB. It is possible to set a and transmit the CSI-RS accordingly.
  • the pattern 600 there is an advantage that the structure of the receiver is simplified because the interval between the CSI-RS RE is constant.
  • the pattern 610 is a pattern in which a CSI-RS corresponding to one port is transmitted in one RE, but up to four level-1 CSI-RS ports can be set in consideration of the LTE-A CSI-RS pattern. .
  • a CSI-RS corresponding to one CSI-RS port is spread and transmitted through an OCC applied to two adjacent REs on a time axis. This is to facilitate coexistence with the LTE-A CSI-RS.
  • up to twelve level-1 CSI-RS resources may be operated, and each resource may have up to two CSI-RS ports.
  • the CSI-RS of each port is transmitted in one resource per PRB, it is difficult to perform time synchronization through only the level-1 CSI-RS. Will perform.
  • Patterns 640 and 650 assume SS blocks of different structures.
  • PSS is transmitted in the first slot and SSS and PBCH are transmitted in the second slot, so that a spare RE exists in the first slot in the subframe in which the SS block is transmitted.
  • the level-1 CSI-RS may be transmitted in some subcarriers of one OFDM symbol as in the pattern 640 or in some subcarriers in two OFDM symbols as in the pattern 650 by utilizing this free space.
  • level-1 CSI-RS and SS block signals are used together for time and frequency synchronization
  • level-1 CSI-RS is independent for time and frequency synchronization. It can be used as.
  • the CSI-RS according to one port is transmitted in two REs, and the CSI-RS of each port is transmitted in one resource per PRB.
  • FIG. 7 is a diagram showing another example of a detailed RE pattern of the level-1 CSI-RS for time and frequency synchronization.
  • Each example of FIG. 7 illustrates an RE pattern of signals based on one PRB in a 5G communication system. In this case, it is assumed that one PRB is composed of 12 subcarriers and 14 OFDM symbols.
  • the time in the level-1 CSI-RS resource pool located in the 3rd and 4th OFDM symbols considering the case of "c) SS blocks are transmitted in one slot or minislot" among the above-described elements.
  • level-1 CSI-RS for frequency synchronization In each pattern of FIG.
  • the numbers in the RE indicate a port or resource index of the level-1 CSI-RS, and the UE estimates a channel in the REs in which the CSI-RSs of the same port are transmitted to synchronize time and frequency with the received signal. Will be performed.
  • the pattern 700 is a case in which a CSI-RS according to one CSI-RS port is spread and transmitted to an OCC in adjacent REs on two frequency axes. This is to allow the level-1 CSI-RS for time and frequency synchronization to be easily multiplexed with other DMRSs or CSI-RSs.
  • the pattern 700 supports up to 12 CSI-RS configurations, and some may be omitted depending on the MIB payload.
  • Pattern 710 is similar to pattern 700 but supports up to six CSI-RS configurations in the fourth OFDM symbol, considering that the physical downlink control channel (PDCCH) can be extended up to a third OFDM symbol. Pattern.
  • the patterns 720 and 730 may refer to the description of the patterns 600 and 610, detailed description thereof will be omitted.
  • FIG. 8 is a diagram showing another example of the detailed RE pattern of the level-1 CSI-RS for the time and frequency synchronization.
  • Each example of FIG. 8 illustrates an RE pattern of signals based on one PRB in a 5G communication system. In this case, it is assumed that one PRB is composed of 12 subcarriers and 14 OFDM symbols.
  • adjacent REs on two frequency axes form one basic pattern. At this time, it is possible to transmit without applying OCC to each RE.
  • FIG. 8 is a diagram showing another example of the detailed RE pattern of the level-1 CSI-RS for the time and frequency synchronization.
  • the numbers in the RE indicate a port or resource index of the level-1 CSI-RS
  • the UE estimates a channel in the REs in which the CSI-RSs of the same port are transmitted to synchronize time and frequency with the received signal. Will be performed.
  • Patterns 800, 820, and 840 support up to four CSI-RS configurations, and patterns 810, 830, and 850 support up to two CSI-RS configurations. Part of the pattern may be omitted according to the MIB payload.
  • FIG. 9 shows another example of the detailed RE pattern of the level-1 CSI-RS for time and frequency synchronization.
  • Each example of FIG. 9 illustrates an RE pattern of signals based on one PRB in a 5G communication system. At this time, it is assumed that one PRB is composed of 12 subcarriers and 14 OFDM symbols.
  • adjacent REs on four frequency and time axes form one basic pattern. At this time, it is possible to transmit without applying OCC to each RE.
  • FIG. 9 shows another example of the detailed RE pattern of the level-1 CSI-RS for time and frequency synchronization.
  • the numbers in the RE indicate a port or resource index of the level-1 CSI-RS
  • the UE estimates a channel in the REs in which the CSI-RSs of the same port are transmitted to synchronize time and frequency with the received signal.
  • Up to four CSI-RS configurations are supported in the pattern 920, up to two CSI-RS configurations are supported in the patterns 900, 910, 930, and 940, and only one CSI-RS configuration is supported in the pattern 950. Part of the pattern may be omitted according to the MIB payload.
  • FIG. 10 is a diagram showing another example of the detailed RE pattern of the level-1 CSI-RS for time and frequency synchronization.
  • Each example of FIG. 10 illustrates an RE pattern of signals based on one PRB in a 5G communication system. In this case, it is assumed that one PRB is composed of 12 subcarriers and 14 OFDM symbols.
  • the basic pattern includes a plurality of even or odd REs. At this time, it is possible to be transmitted without applying OCC to each RE.
  • FIG. 10 is a diagram showing another example of the detailed RE pattern of the level-1 CSI-RS for time and frequency synchronization.
  • Patterns 1000, 1010, 1020, 1030, 1040, and 1050 support up to two CSI-RS configurations. In the case of patterns 1000 and 1010, since they are transmitted immediately after the front loaded DMRS, there is an advantage of supporting fast time and frequency tracking. In case of 1020 and 1030, LTE terminals have an advantage of setting a zero-power (ZP) CSI-RS in consideration of a corresponding pattern. In case of 1040 and 1050, there is no risk of collision with LTE PSS, SSS and PBCH. Part of the pattern may be omitted according to the MIB payload.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating examples in which a level-1 CSI-RS is transmitted in two adjacent OFDM symbols according to a variation of FIG. 10. Features and advantages and disadvantages of each pattern is similar to that of FIG. 10, so detailed description thereof will be omitted.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an example in which DMRS is used as a reference signal for time and frequency estimation.
  • PDSCH physical downlink shared channel
  • PDCCH DMRS PDCCH DMRS
  • PBCH DMRS PBCH DMRS
  • FIG. 12 if the PDSCH DMRS pattern is equal to the RE shown in 1200, the UE may assume that a tracking reference signal is transmitted to some of the PDSCH patterns in a slot or subframe configured to receive a reference signal for time and frequency estimation. I can promise to. This is because the reference signal RE density for time and frequency estimation is smaller than the reference signal RE density required for data demodulation.
  • the terminal may receive the tracking reference signal in the REs of 1210 based on the pattern of 1200.
  • the UE may receive a tracking reference signal based on 1230 REs in a slot or subframe for time and frequency synchronization.
  • a fourth embodiment according to the present invention proposes a method of triggering or adjusting the accuracy of time and frequency synchronization according to an environment such as a request of a terminal and a data traffic situation.
  • a method of notifying reference signal configuration information for time and frequency synchronization through a MIB or SIB has been described.
  • examples of setting a level-1 CSI-RS through the MIB and performing time and frequency synchronization based on the same are described.
  • a reference signal is always transmitted from a predetermined resource, which makes it difficult to secure forward compatibility.
  • the UE may request the base station to transmit a tracking reference signal (cell specific level-1 CSI-RS in the second embodiment). For example, the UE reports to the base station whether a tracking reference signal is required for precise time and frequency synchronization by using 1 bit in a scheduling request (SR) or random access channel response (RACH) response. can do. As another example, a request using an upper layer such as RRC and MAC CE may be possible.
  • SR scheduling request
  • RACH random access channel response
  • the terminal may report to the base station what the tracking reference signal configuration information required for the base station is.
  • the UE may (or a part of) information such as a port number, a time and / or frequency RE density, a pattern, and a transmission period of a tracking reference signal suitable for various environments such as channel conditions or carrier frequencies and antenna array shapes. Can be reported to the base station.
  • the base station can adjust the burden required for transmitting the tracking reference signal based on this.
  • the required configuration information may be reported through higher layers such as RRC and MAC CE.
  • the base station may change the RE density and pattern of the tracking reference signal as shown in patterns 1300, 1310, or 1320 of FIG. 13 based on the RACH response of the terminal or the tracking reference signal requirement reported by the terminal.
  • the pattern 1300 since the tracking reference signal RE density is the lowest, the transmission burden is the smallest and it is possible to minimize the interference between the tracking reference signals by utilizing a large number of patterns. However, time and frequency synchronization performance will be the worst.
  • the pattern 1320 since the tracking reference signal RE density is the highest, the burden of transmission is greatest and the interference between the tracking reference signals can be managed using only a small number of patterns. However, time and frequency synchronization performance will be the best.
  • the CDM applied to the reference signal is not applied (turn off) so that the UE phases out for each reference signal RE. Allows you to measure the difference.
  • the density of the reference signal is set to 1 RE / RB / port or more, for example, ⁇ 4, 6, 8 ⁇ RE / RB / port, so that the phase difference can be measured with reference to several REs within a PRB.
  • FIG. 14 are diagrams showing CSI-RS configuration examples for time and frequency tracking according to the present embodiment.
  • the PDCCH is transmitted in the ⁇ 1, 2 ⁇ th OFDM symbol
  • the front-loaded DMRS (DMRS) located in front of the ⁇ 3, 4 ⁇ th OFDM symbol is transmitted and the ⁇ 9, 10 ⁇ or ⁇ 10, 11 ⁇ th
  • DMRS front-loaded DMRS
  • GP guard period
  • PUCCH physical uplink control channel
  • SRS sounding reference signal
  • a reference signal of the same port is transmitted to an RE denoted by the same number.
  • One reference signal resource includes at least one antenna port transmitted to REs indicated by ⁇ 0, 1, 2, or 3 ⁇ of FIG. 14.
  • 1400 and 1410 indicate CSI-RS (or tracking reference signal, TRS) RE patterns when the CSI-RS RE density is set to 8 RE / RB / port and 6 RE / RB / port for time and frequency tracking, respectively. That is, in the case of 1400, one port RS is transmitted in four REs per one OFDM symbol (4 RE / symbol / port), and in the case of 1410, one port RS is transmitted in three REs per one OFDM symbol (3 RE / symbol / port).
  • FIG. 14, FIG. 15, and other examples below assume a RE density per symbol of 1400 for convenience of explanation, it is obvious that the example of 1410 can be similarly extended in actual application.
  • the TRSs are transmitted in some of the OFDM symbols in which the LTE CRS is transmitted, so that the base station can appropriately combine the patterns of the LTE CRS and the NR TRS to minimize interference or reuse part of the LTE CRS as the NR TRS. Do. The same is true for the case of 1420.
  • the reference signal is easily received by the terminal by providing a uniform interval in the time domain. If the position of the additional DMRS is determined as 1440 or 1450, it is also possible to adjust the position of the TRS accordingly. 1440 is a case where the reference signal RE density per TRS port is 8 RE / RB / port, and 1450 is a case where the reference signal RE density per TRS port is 12 RE / RB / port.
  • FIG. 15 are diagrams showing CSI-RS configuration examples for time and frequency tracking according to the present embodiment.
  • the PDCCH is transmitted in the ⁇ 1, 2 ⁇ th or ⁇ 1, 2, 3 ⁇ th OFDM symbol
  • the DMRS located in front of the ⁇ 3 or 4 ⁇ th OFDM symbol is transmitted and the ⁇ 9 or 10 ⁇ th OFDM symbol is transmitted.
  • additional DMRS is transmitted.
  • a PUCCH or an SRS can be transmitted in a 13th OFDM symbol and a GP in the 13th OFDM symbol.
  • Reference signals of the same port are transmitted to the REs denoted by the same numerals in FIG. 15.
  • One reference signal resource includes at least one antenna port transmitted to REs indicated by ⁇ 0, 1, 2, or 3 ⁇ of FIG. 15.
  • the base station may use two OFDM symbols for the DMRS located in front of the PDCCH OFDM symbol and then one or more OFDM symbols for additional DMRS for high UE mobility support of the UE. Do. At this time, in case of using 3 symbols for PDCCH, 4 symbols for DMRS, and additional OFDM symbols for SS block, CSI-RS and TRS transmission, more than 50% of resources are used for control information and reference signal transmission. Possibly used. Since this may cause periodic throughput degradation to the UE, it is possible to limit the number of PDCCH OFDM symbols or the number of DMRS OFDM symbols in a slot in which an SS block is transmitted or a TRS is transmitted.
  • limit the number of PDCCH OFDM symbols to a maximum of 2 in the slot in which the SS block or TRS is transmitted such as 1500, 1510, 1520, 1530, and limit each one OFDM symbol to be used for the preceding DMRS and additional DMRS. It is possible to do At this time, the maximum number of MIMO layers that can be allocated in the slot or the number of UEs for multi-user transmission is limited according to the reduced number of DMRS OFDM symbols.
  • the TRS may be transmitted in the second OFDM symbol for the DMRS located earlier or in some OFDM symbols for the additional DMRS.
  • 1500 illustrates a pattern for improving time and frequency tracking performance by securing two pairs of TRS patterns having 4 OFDM symbol intervals in one slot.
  • 1510 and 1520 illustrate TRS patterns having the same time interval of 4 OFDM symbol intervals and 5 OFDM symbol intervals, respectively, in consideration of UE complexity.
  • each reference signal RE is transmitted on the same subcarrier in different OFDM symbols, that is, has a rectangular RE pattern, it may be transmitted by applying a check pattern as in the example of 1530.
  • 1560 illustrates an example in which the TRS is transmitted in the second OFDM symbol of the DMRS located above (the fifth OFDM symbol in the slot reference) and in the second OFDM symbol of the additional DMRS (the 10th OFDM symbol in the slot reference).
  • the TRS pattern of 1590 may be considered.
  • port sharing with PBCH DMRS may be considered.
  • some of the TRS patterns in one slot may have the same DMRS and RE positions for PBCH decoding.
  • the PSS and the SSS are transmitted in the 6th and 7th OFDM symbols, respectively, and the PBCH is transmitted in the 8th and 9th OFDM symbols.
  • the PBCH DMRS may be transmitted to the RE present in the ninth OFDM symbol.
  • FIG. 16 is a flowchart of a terminal performing time and frequency synchronization for data signal demodulation based on a tracking reference signal (for example, Level-1 CSI-RS of Embodiment 2) in a 5G communication system considered in the present invention. The figure is shown.
  • a tracking reference signal for example, Level-1 CSI-RS of Embodiment 2
  • the terminal completes time and frequency synchronization for data signal demodulation in accordance with a first synchronization signal detection 1600, a second synchronization signal detection 1610, a synchronization block transmission timing, and a tracking reference signal through broadcast channel demodulation. Proceed with the steps of obtaining configuration information 1620 and accurate time and frequency synchronization 1630.
  • the first synchronization signal detection step 1600 is as follows.
  • the terminal performs the first synchronization signal detection, thereby performing time synchronization on the OFDM symbol boundary and performing an approximate frequency offset estimation according to the implementation.
  • the terminal performs the second synchronization signal detection step 1610 according to the time and frequency synchronization estimation value estimated in the first synchronization signal detection step 1600.
  • the terminal detects the cell number of the base station to be connected using the second synchronization signal in this step. Thereafter, the terminal acquires tracking reference signal configuration information 1620 through broadcast channel demodulation.
  • the terminal demodulates or decodes the broadcast channel to obtain location information on REs to which the tracking reference signal is transmitted. Similar to the detection of the second synchronization signal, the terminal may use the cross-correlation of the tracking reference signal signal to improve the time and frequency synchronization accuracy to the extent that data signal demodulation is possible (1630).
  • a transmitter of a base station and a receiver of a terminal are shown in FIGS. 17 and 18, respectively.
  • the transmitter of the base station and the receiver of the terminal should operate.
  • FIG. 17 is a block diagram showing an internal structure of a base station transmitter according to an embodiment of the present invention.
  • the transmitter of the base station of the present invention includes a resource mapping unit 1700, 1715, 1730, an OFDM modulator 1705, 1720, 1735, and a filter for transmitting a signal corresponding to each service. 1710, 1725, 1740.
  • the resource mapping units 1700, 1715, and 1730 perform QPSK or QAM modulation on data to be transmitted, and map the data to time and frequency domain resources.
  • the OFDM modulators 1705, 1720, and 1735 perform OFDM modulation based on the signals mapped by the resource mapping units 1700, 1715, and 1730.
  • OFDM modulation includes performing an inverse fast Fourier transform (IFFT) and inserting a CP in front of an OFDM symbol.
  • IFFT inverse fast Fourier transform
  • the filters 1710, 1725, and 1740 perform filtering to satisfy the frequency band spectrum mask regulation of the signal generated by the OFDM modulators 1705, 1720, and 1735.
  • Each service may generate a physical channel and a signal through a resource mapping unit, an OFDM modulator, and a filter allocated to each service.
  • a physical channel and a signal for the eMBB are transmitted through the resource mapping unit 1700, the OFDM modulator 1705, and the filter 1710 allocated to the eMBB transmission.
  • the resource mapping unit 1700, the OFDM modulator 1705, and the filter 1710 may generate a physical channel and a signal using a numerology defined for the eMBB.
  • the common signal includes a signal for synchronizing the terminal and acquiring system information, and allocates the common signal through the resource mapping unit 1730, the OFDM modulator 1735, and the filter 1740 allocated for the common signal. It is possible to generate physical channels and signals. In this case, the common signal may be generated using the numerology defined for the common signal.
  • the resource mapping unit 1730 can freely set the frequency location to which the common signal is transmitted, unlike the existing LTE.
  • the transmitter of the base station includes a multiplexer 1745 for multiplexing each filter output.
  • the transmitting unit of the base station is a control unit 1750 for efficiently controlling the resource mapping unit (1700, 1715, 1730), OFDM modulator (1705, 1720, 1735), filter (1710, 1725, 1740), multiplexer (1745) ).
  • the transmitter of the base station includes an RF unit 1755 and an antenna for transmitting to each service terminal multiplexed by the multiplexer 1745.
  • FIG. 18 is a block diagram illustrating an internal structure of a terminal receiver according to an embodiment of the present invention.
  • the terminal receiver includes an antenna and an RF unit 1800, a filter 1805, 1820, and 1835, an OFDM demodulator 1810 and 1825, a resource extractor 1815 and 1830, a controller 1845, a synchronizer, and a cell searcher ( 1840).
  • a plurality of filters 1805, 1820, 1835, OFDM demodulators 1810, 1825, and resource extractors 1815, 1830 are required to support a service having two or more different numerologies. An example of supporting a service is shown.
  • the receiver of the terminal is described in detail.
  • the signal received by the terminal is converted from the passband to the baseband signal through the RF unit 1800.
  • the signal converted to baseband is input to filters 1805, 1820, 1835.
  • the terminal may turn the filter on or off according to the service to be received, or may change the numerology of the filter.
  • the filter is used to remove the interference of the signal that is FDM in the adjacent frequency region.
  • the synchronization unit and the cell search unit 1840 perform cell search and synchronization of the terminal according to the second, third, fourth, and fifth embodiments of the present invention.
  • the OFDM demodulators 1810 and 1825 are used for OFDM demodulation of the filtered signal.
  • the OFDM demodulators 1810 and 1825 may include a CP remover and a Fast Fourier Transform (FFT).
  • the resource extractors 1815 and 1830 extract a physical channel and a signal from resources occupied by each service.
  • the controller 1845 may control a series of processes such that the terminal may operate according to the above-described embodiment of the present invention.

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Abstract

본 개시는 4G 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 5G 통신 시스템을 IoT 기술과 융합하는 통신 기법 및 그 시스템에 관한 것이다. 본 개시는 5G 통신 기술 및 IoT 관련 기술을 기반으로 지능형 서비스 (예를 들어, 스마트 홈, 스마트 빌딩, 스마트 시티, 스마트 카 또는 커넥티드 카, 헬스 케어, 디지털 교육, 소매업, 보안 및 안전 관련 서비스 등)에 적용될 수 있다. 본 발명은 5G 통신 시스템의 설계 요구사항에 따라 시스템 부담을 줄이면서도 정확한 시간 및 주파수 동기화를 가능하게 하는 방법 및 장치를 제공하며, 특히 통신 시스템의 단말의 시간 및 주파수 동기 획득 방법에 있어서, 기지국으로부터 제1 동기화 신호를 수신하고, 상기 기지국으로부터 제2 동기화 신호를 수신하고, 상기 기지국으로부터 채널 상태 정보 기준 신호(CSI-RS)를 수신하고 상기 CSI-RS를 기반으로 기지국과의 하향링크 시간 및 주파수 동기를 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

셀룰라 통신 시스템의 시간 및 주파수 트랙킹 방법 및 장치
본 발명은 무선통신 시스템에 대한 것으로서, 보다 구체적으로 차세대 이동 통신에서 기지국이 셀 내의 단말의 수신 신호 복호를 위하여 기지국 송신 신호에 대한 시간 및 주파수 동기를 추정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
4G 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템은 4G 네트워크 이후 (Beyond 4G Network) 통신 시스템 또는 LTE 시스템 이후 (Post LTE) 이후의 시스템이라 불리어지고 있다. 높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파(mmWave) 대역 (예를 들어, 60기가(60GHz) 대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서의 전파의 경로손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO), 전차원 다중입출력(Full Dimensional MIMO: FD-MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beam-forming), 및 대규모 안테나 (large scale antenna) 기술들이 논의되고 있다. 또한 시스템의 네트워크 개선을 위해, 5G 통신 시스템에서는 진화된 소형 셀, 개선된 소형 셀 (advanced small cell), 클라우드 무선 액세스 네트워크 (cloud radio access network: cloud RAN), 초고밀도 네트워크 (ultra-dense network), 기기 간 통신 (Device to Device communication: D2D), 무선 백홀 (wireless backhaul), 이동 네트워크 (moving network), 협력 통신 (cooperative communication), CoMP (Coordinated Multi-Points), 및 수신 간섭제거 (interference cancellation) 등의 기술 개발이 이루어지고 있다. 이 밖에도, 5G 시스템에서는 진보된 코딩 변조(Advanced Coding Modulation: ACM) 방식인 FQAM (Hybrid FSK and QAM Modulation) 및 SWSC (Sliding Window Superposition Coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC(Filter Bank Multi Carrier), NOMA(non-orthogonal multiple access), 및 SCMA(sparse code multiple access) 등이 개발되고 있다.
한편, 인터넷은 인간이 정보를 생성하고 소비하는 인간 중심의 연결 망에서, 사물 등 분산된 구성 요소들 간에 정보를 주고 받아 처리하는 IoT(Internet of Things, 사물인터넷) 망으로 진화하고 있다. 클라우드 서버 등과의 연결을 통한 빅데이터(Big data) 처리 기술 등이 IoT 기술에 결합된 IoE (Internet of Everything) 기술도 대두되고 있다. IoT를 구현하기 위해서, 센싱 기술, 유무선 통신 및 네트워크 인프라, 서비스 인터페이스 기술, 및 보안 기술과 같은 기술 요소 들이 요구되어, 최근에는 사물간의 연결을 위한 센서 네트워크(sensor network), 사물 통신(Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication)등의 기술이 연구되고 있다. IoT 환경에서는 연결된 사물들에서 생성된 데이터를 수집, 분석하여 인간의 삶에 새로운 가치를 창출하는 지능형 IT(Internet Technology) 서비스가 제공될 수 있다. IoT는 기존의 IT(information technology)기술과 다양한 산업 간의 융합 및 복합을 통하여 스마트홈, 스마트 빌딩, 스마트 시티, 스마트 카 또는 커넥티드 카, 스마트 그리드, 헬스 케어, 스마트 가전, 첨단의료서비스 등의 분야에 응용될 수 있다.
이에, 5G 통신 시스템을 IoT 망에 적용하기 위한 다양한 시도들이 이루어지고 있다. 예를 들어, 센서 네트워크(sensor network), 사물 통신(Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication)등의 기술이 5G 통신 기술이 빔 포밍, MIMO, 및 어레이 안테나 등의 기법에 의해 구현되고 있는 것이다. 앞서 설명한 빅데이터 처리 기술로써 클라우드 무선 액세스 네트워크(cloud RAN)가 적용되는 것도 5G 기술과 IoT 기술 융합의 일 예라고 할 수 있을 것이다.
5 세대 무선 셀룰러 통신 시스템(5th Generation Wireless Cellular Communication System, 이하 5G 통신 시스템 또는 5G 시스템)에서는 고해상도 영상 서비스 지원 등을 위하여 높은 차수의 직교 진폭 변조(quadrature amplitude modulation, 이하 QAM)을 이용하여 신호를 변조한다. 한편 QAM은 동기식 복조(코히어런트 복조, Coherent demodulation)를 통하여 복조가 가능하며, 단말은 이를 수신하기 위하여 송신 신호와 시간 및 주파수를 동기화시킬 필요가 있다. 3 세대 또는 4 세대 무선 셀룰러 통신 시스템에서는 첫 번째 그리고 두 번째 동기신호(PSS 및 SSS), 셀 특정 기준 신호(CRS), 채널 상태 정보 기준 신호(CSI-RS) 등 항상 주기적으로 전송되는 신호(always on signal)들을 통하여 단말이 송신 신호와 시간 및 주파수를 동기화 하도록 지원하였다. 그러나 이러한 항상 주기적으로 전송되는 신호들은 시스템 부담 증가의 주요 원인으로 5 세대 무선 셀룰러 통신시스템에서는 이를 최소화하고자 하는 추세이다.
한편 5 세대 무선 셀룰러 통신시스템의 높은 차수의 QAM 신호를 복조하기 위하여 4세대 통신 시스템 이전 대비 높은 정확도의 시간 및 주파수 동기화를 지원할 필요가 있다. 이와 같은 5G 통신 시스템의 설계 요구사항에 따라 시스템 부담을 줄이면서도 정확한 시간 및 주파수 동기화를 가능하게 하는 방법 및 장치가 필요하다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 통신 시스템의 단말의 시간 및 주파수 동기 획득 방법에 있어서, 기지국으로부터 제1 동기화 신호를 수신하는 단계; 상기 기지국으로부터 제2 동기화 신호를 수신하는 단계; 상기 기지국으로부터 채널 상태 정보 기준 신호(channel state information reference signal, CSI-RS)를 수신하는 단계; 및 상기 CSI-RS를 기반으로 기지국과의 하향링크 시간 및 주파수 동기를 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 CSI-RS는 안테나 포트가 1개임을 특징으로 하며, 상기 CSI-RS가 매핑된 자원 요소(resource element, RE)는 주파수 축에서 4개의 서브캐리어(subcarrier) 간격으로 떨어져 있고, 시간 축에서 4개 OFDM 심볼(symbol) 간격으로 떨어져 있음을 특징으로 하고, 상기 CSI-RS는 슬롯(slot)의 5번째 및 9번째 OFDM 심볼에 위치함을 특징으로 한다.
통신 시스템의 기지국의 채널 상태 정보 기준 신호(channel state information reference signal, CSI-RS) 전송 방법에 있어서, 단말로 제1 동기화 신호를 전송하는 단계; 상기 단말로 제2 동기화 신호를 전송하는 단계; 및 상기 단말로 상기 CSI-RS를 전송하는 단계를 포함하고, 상기 CSI-RS는 상기 단말이 상기 기지국과의 하향링크 시간 및 주파수 동기를 획득하기 위해 사용되는 것을 특징으로 한다.
통신 시스템의 시간 및 주파수 동기를 획득하는 단말에 있어서, 수신부; 및 기지국으로부터 제1 동기화 신호를 수신하고, 상기 기지국으로부터 제2 동기화 신호를 수신하고, 상기 기지국으로부터 채널 상태 정보 기준 신호(channel state information reference signal, CSI-RS)를 수신하도록 상기 수신부를 제어하고, 상기 CSI-RS를 기반으로 기지국과의 하향링크 시간 및 주파수 동기를 획득하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
통신 시스템의 채널 상태 정보 기준 신호(channel state information reference signal, CSI-RS)를 전송하는 기지국에 있어서, 송신부; 및 단말로 제1 동기화 신호를 전송하고, 상기 단말로 제2 동기화 신호를 전송하고, 상기 단말로 상기 CSI-RS를 전송하도록 상기 송신부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 CSI-RS는 상기 단말이 상기 기지국과의 하향링크 시간 및 주파수 동기를 획득하기 위해 사용되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 5G 통신 시스템을 구성하는 기지국은 단말의 효율적인 시간 및 주파수 동기화를 위해 동기화 신호 또는 기준 신호를 전송할 수 있으며 또한 단말은 기지국이 전송하는 동기화 신호 또는 기준 신호를 기반으로 시간 및 주파수 동기화를 수행하여 수신 신호를 효율적으로 복조할 수 있다.
도 1은 본 발명에서 고려되고 있는 5G 통신 시스템의 동기화 신호 및 방송 채널 구조의 일 예를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에서 고려되고 있는 5G 통신 시스템의 동기화 신호 및 방송 채널 구조의 또 다른 일 예를 도시한 도면이다.
도 3a는 제1 동기화 신호 및 제2 동기화 신호가 주파수 영역에서 생성되는 방법을 도시한 도면이다.
도 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 3g, 3h, 3i 및 3j는 각각 표 5 내지 9, 11 내지 14를 도시한 도면이다.
도 4는 상기 요구 조건을 만족시키는 트래킹 기준 신호 RE 패턴 예제들을 도시하는 도면이다.
도 5는 상기 시간 및 주파수 동기화를 위한 레벨-1 CSI-RS의 상세 RE 패턴의 일례를 도시하는 도면이다.
도 6a 및 6b는 상기 시간 및 주파수 동기화를 위한 레벨-1 CSI-RS의 상세 RE 패턴의 또 다른 일례를 도시하는 도면이다.
도 7은 상기 시간 및 주파수 동기화를 위한 레벨-1 CSI-RS의 상세 RE 패턴의 또 다른 일례를 도시하는 도면이다.
도 8은 상기 시간/주파수 동기화를 위한 레벨-1 CSI-RS의 상세 RE 패턴의 또 다른 일례를 도시하는 도면이다.
도 9는 상기 시간/주파수 동기화를 위한 레벨-1 CSI-RS의 상세 RE 패턴의 또 다른 일례를 도시하는 도면이다.
도 10은 상기 시간/주파수 동기화를 위한 레벨-1 CSI-RS의 상세 RE 패턴의 또 다른 일례를 도시하는 도면이다.
도 11은 두 개의 인접한 OFDM 심볼에서 레벨-1 CSI-RS가 전송되는 예제들을 도시하는 도면이다.
도 12는 DMRS가 시간 및 주파수 추정을 위한 기준신호로 사용되는 예제를 도시하는 도면이다.
도 13은 상기 트래킹 기준 신호 패턴 조정에 대한 일례를 도시하는 도면이다.
도 14a 및 14b는 본 실시예에 따른 시간 및 주파수 트래킹을 위한 CSI-RS 설정 예시들을 도시하는 도면이다.
도 15a, 15b 및 15c는 본 실시예에 따른 시간 및 주파수 트래킹을 위한 CSI-RS 설정 예시들을 도시하는 도면이다.
도 16은 본 발명에서 고려하는 5G 통신 시스템에서 트래킹 기준 신호에 기반하여 단말이 데이터 신호 복조를 위한 시간 및 주파수 동기화를 수행하는 절차를 도시한 흐름도이다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 기지국 송신부의 내부 구조를 도시하는 블록도이다.
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 단말 수신부의 내부 구조를 도시하는 블록도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세히 설명한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
또한, 본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명함에 있어서, 본 발명의 주요한 요지는 유사한 기술적 배경 및 채널형태를 가지는 여타의 통신 시스템에도 본 발명의 범위를 크게 벗어나지 아니하는 범위에서 약간의 변형으로 적용 가능하며, 이는 본 발명의 기술분야에서 숙련된 기술적 지식을 가진 자의 판단으로 가능할 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이 때, 처리 흐름도 도면들의 각 블록과 흐름도 도면들의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록은 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실행 예들에서는 블록들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
이 때, 본 실시 예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.
본 발명은 4G 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 5G 통신 시스템을 IoT 기술과 융합하는 통신 기법 및 그 시스템에 관한 것이다. 본 개시는 5G 통신 기술 및 IoT 관련 기술을 기반으로 지능형 서비스(예를 들어, 스마트 홈, 스마트 빌딩, 스마트 시티, 스마트 카 또는 커넥티드 카, 헬스 케어, 디지털 교육, 소매업, 보안 및 안전 관련 서비스 등)에 적용될 수 있다.
이하 설명에서 사용되는 방송 정보를 지칭하는 용어, 제어 정보를 지칭하는 용어, 통신 커버리지(coverage)에 관련된 용어, 상태 변화를 지칭하는 용어(일례로 이벤트(event)), 망 객체(network entity)들을 지칭하는 용어, 메시지들을 지칭하는 용어, 장치의 구성 요소를 지칭하는 용어 등은 설명의 편의를 위해 예시된 것이다. 따라서, 본 발명이 후술되는 용어들에 한정되는 것은 아니며, 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어가 사용될 수 있다.
이하 설명의 편의를 위하여, 3GPP LTE(3rd generation partnership project long term evolution) 규격에서 정의하고 있는 용어 및 명칭들이 일부 사용될 수 있다. 하지만, 본 발명이 상기 용어 및 명칭들에 의해 한정되는 것은 아니며, 다른 규격에 따르는 시스템에도 동일하게 적용될 수 있다.
무선 통신 시스템은 초기의 음성 위주의 서비스를 제공하던 것에서 벗어나 예를 들어, 3GPP의 HSPA(High Speed Packet Access), LTE(Long Term Evolution 또는 E-UTRA(Evolved Universal Terrestrial Radio Access)), LTE-Advanced(LTE-A), LTE-Pro, 3GPP2의 HRPD(High Rate Packet Data), UMB(Ultra Mobile Broadband), 및 IEEE의 802.16e 등의 통신 표준과 같이 고속, 고품질의 패킷 데이터 서비스를 제공하는 광대역 무선 통신 시스템으로 발전하고 있다.
상기 광대역 무선 통신 시스템의 대표적인 예인 LTE 시스템에서는 하향링크(Downlink, DL)에서는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식을 채용하고 있으며 상향링크(Uplink,. UL)에서는 SC-FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access) 방식을 채용하고 있다. 상향링크는 단말(UE(User Equipment) 또는 MS(Mobile Station))이 기지국(eNode B, 또는 base station(BS))으로 데이터 또는 제어 신호를 전송하는 무선 링크를 의미하고, 하향링크는 기지국이 단말로 데이터 또는 제어 신호를 전송하는 무선 링크를 의미한다. 상기와 같은 다중 접속 방식은 통상 각 사용자 별로 데이터 또는 제어 정보를 실어 보낼 시간-주파수 자원을 서로 겹치지 않도록, 즉 직교성(Orthogonality)이 성립하도록 할당 및 운용함으로써 각 사용자의 데이터 또는 제어 정보가 구분되도록 한다.
LTE 이후의 향후 통신 시스템인 5G 통신 시스템(이하 new radio, NR과 혼용 가능하다)에는 사용자 및 서비스 제공자 등의 다양한 요구 사항을 자유롭게 반영할 수 있어야 하기 때문에, 다양한 요구사항을 만족하는 서비스가 지원되어야 한다. 5G 통신 시스템을 위해 고려되는 서비스로는 증가된 모바일 광대역 통신(enhanced Mobile Broadband, eMBB), 대규모 기계형 통신(massive machine type communication, mMTC), 초신뢰 저지연 통신(Ultra Reliability Low Latency Communciation, URLLC) 등이 있다.
eMBB는 기존의 LTE, LTE-A 또는 LTE-Pro가 지원하는 데이터 전송 속도보다 더욱 향상된 데이터 전송 속도를 제공하는 것을 목표로 한다. 예를 들어, 5G 통신 시스템에서 eMBB는 하나의 기지국 관점에서 하향링크에서는 20Gbps의 최대 전송 속도(peak data rate), 상향링크에서는 10Gbps의 최대 전송 속도를 제공할 수 있어야 한다. 동시에, 증가된 단말의 실제 체감 전송 속도(User perceived data rate)를 제공해야 한다. 이와 같은 요구 사항을 만족시키기 위해, 더욱 향상된 다중 입력 다중 출력(Multi Input Multi Output, MIMO) 전송 기술을 포함하는 송수신 기술의 향상이 요구된다. 또한 현재의 LTE가 사용하는 2GHz 대역 대신에 3~6GHz 또는 6GHz 이상의 주파수 대역에서 20MHz 보다 넓은 주파수 대역폭이 사용됨으로써 eMBB는 5G 통신시스템에서 요구하는 데이터 전송 속도를 만족시킬 수 있다.
동시에, 5G 통신 시스템에서 사물 인터넷(Internet of Thing, IoT)와 같은 응용 서비스를 지원하기 위해 mMTC가 고려되고 있다. mMTC에서는 효율적으로 사물 인터넷을 제공하기 위해 셀 내에서 대규모 단말의 접속 지원, 단말의 커버리지 향상, 향상된 배터리 시간, 단말의 비용 감소 등이 요구된다. 사물 인터넷은 여러 가지 센서 및 다양한 기기에 부착되어 통신 기능을 제공하므로 셀 내에서 많은 수의 단말(예를 들어, 1,000,000 단말/km2)을 지원할 수 있어야 한다. 또한 mMTC를 지원하는 단말은 서비스의 특성상 건물의 지하와 같이 셀이 커버하지 못하는 음영 지역에 위치할 가능성이 높으므로 5G 통신 시스템에서 제공하는 다른 서비스 대비 더욱 넓은 커버리지를 요구한다. mMTC를 지원하는 단말은 저가의 단말로 구성되어야 하며, 단말의 배터리를 자주 교환하기 힘들기 때문에 매우 긴 배터리 생명시간(battery life time)이 요구된다.
마지막으로, URLLC의 경우 특정한 목적(mission-critical)으로 사용되는 셀룰러 기반 무선 통신 서비스로서, 로봇(Robot) 또는 기계 장치(Machinery)에 대한 원격 제어(remote control), 산업 자동화(industrial automation), 무인 비행장치(Unmaned Aerial Vehicle), 원격 건강 제어(Remote health care), 비상 상황 알림(emergency alert) 등에 사용되며 초 저지연 및 초 신뢰도를 제공하는 통신을 제공해야 한다. 예를 들어, URLLC을 지원하는 서비스는 0.5 밀리초보다 작은 무선 접속 지연시간(Air interface latency)를 만족해야 하며, 동시에 10-5 이하의 패킷 오류율(Packet Error Rate)의 요구사항을 가진다. 따라서 URLLC을 지원하는 서비스를 위해 5G 시스템은 다른 서비스보다 작은 전송 시간 구간(Transmit Time Interval, TTI)를 URLLC에 제공해야 하며 동시에 주파수 대역에서 넓은 자원을 할당해야 하는 설계사항이 요구된다.
상기에서 전술한 5G 통신 시스템에서 고려되는 서비스들은 하나의 프레임워크(Framework) 기반으로 서로 융합되어 제공되어야 한다. 즉, 효율적인 자원 관리 및 제어를 위해 각 서비스들이 독립적으로 운영되기보다는 하나의 시스템으로 통합되어 제어되고 전송되는 것이 바람직하다.
5G 통신 시스템을 구성하는 장치인 기지국과 기지국이 관할하는 단말들은 하향링크 및 상향링크에서 서로 긴밀하게 동기화(Synchronization)을 유지하고 있어야 한다. 여기서 하향링크 동기화란 단말이 기지국이 전송하는 동기화 신호를 사용하여 기지국과 시간 및 주파수 동기화를 수행하고 기지국의 셀 정보(예를 들어 고유의 셀 번호(Cell Identity, Cell ID))를 얻는 과정을 포함한다. 또한 상향링크 동기화는 셀 내의 단말들이 기지국에 상향링크 신호를 전송하는 데 있어, 단말들의 신호가 서로 기지국에 순환 전치(Cyclic prefix) 주기 이내로 도달할 수 있도록 단말의 전송 타이밍을 조절하는 과정을 포함한다. 본 발명에서는 특별한 언급이 없는 한 동기화는 단말이 기지국 신호에 대해 시간 및 주파수 동기화를 수행하고 셀 정보를 얻는 하향링크 동기화를 의미한다.
현재 5G 통신 시스템에서는 단말의 하향링크 동기화를 위해 하기와 요구사항이 고려되고 있다.
우선 5G 통신 시스템에서 요구되는 하향링크 동기화는 다양한 서비스를 제공하는 5G 시스템에서 시스템에 관계없이 공통의 프레임워크(Common Framework)를 제공하는 것을 목표로 하고 있다. 즉 5G 통신 시스템이 제공하는 각기 다른 서비스들의 다양한 요구사항에 관계없이 공통된 동기화 신호 구조와 공통된 동기화 절차에 따라 단말이 동기화 및 시스템 접속을 할 수 있도록 동기화 신호 및 절차가 제공되어야 한다.
5G 통신 시스템에서 단말의 하향링크 동기화를 위한 방법 및 절차는 기지국이 데이터 전송률과 커버리지를 향상시키기 위해 사용하는 빔(Beam) 모드에 관계없이 동일하도록 설계되어야 한다. 5G 통신 시스템, 특히 밀리미터 웨이브(millimeter wave)기반의 통신 시스템에서는 높은 경로손실 감쇄(Path Loss Attenuation) 등을 포함하는 여러 감쇄 특성에 따라 빔 기반의 전송이 특히 요구된다. 동기화 신호도 동일한 이유로 빔 기반의 전송이 필요하다.
5G 통신 시스템에서는 상기에서 설명한 경로손실을 보상하기 위해 다수 빔(Multi-Beam) 과 단일 빔(Single-Beam) 기반의 송수신 기법을 고려하고 있다. 다수 빔 기반의 전송은 빔 폭(Beam width)이 좁고 빔 이득(Beam gain)이 큰 다수의 빔을 이용하는 방법으로, 좁은 빔 폭을 갖는 빔을 사용하여 넓은 방향을 커버해야 하므로 복수의 방향으로 형성된 다수의 빔을 통해 신호를 전송해야 한다. 단일 빔 전송은 빔 폭이 넓은 반면 빔 이득이 작은 하나의 빔을 사용하는 방법으로, 작은 빔 이득으로 발생하는 부족한 커버리지는 반복 전송 등을 이용하여 확보될 수 있다. 하향링크 동기 신호도 데이터 전송과 마찬가지로 빔 기반의 전송이 요구되며 5G 통신 시스템에서는 상기에서 언급한 빔에 관계없이 동일한 접속 절차를 제공하는 것을 목표로 하고 있다. 즉 초기 접속 과정에서 동기 신호 전송을 위해 사용되는 빔 운영 방식에 대한 정보 없이도 단말은 동기화 신호를 기반으로 기지국과 시간 및 주파수 동기화와 셀 탐색 수행이 가능해야 한다.
또한, 5G 통신 시스템에서 단말의 동기화를 위한 방법 및 절차는 기지국이 운영하는 듀플렉스(Duplex) 모드에 관계없이 설계되는 것이 요구되고 있다. LTE에서는 시 분할 듀플렉스(Time Division Duplex, TDD)과 주파수 분할 듀플렉스(Frequency Division Duplex, FDD)에 따라 상이한 동기화 신호의 전송 방법이 사용되었다. 구체적으로, 동기화 신호를 구성하는 주동기 신호(Primary Synchronization Signal, PSS)와 부동기 신호(Secondary Synchronization Signal, SSS)가 전송되는 OFDM 심볼의 인덱스는 기지국이 TDD 또는 FDD를 사용하는가에 따라 다르게 설계되었다. 따라서 단말은 주동기 신호와 부동기 신호간의 OFDM 심볼로 표시되는 시간 간격(Time Difference)을 사용하여 기지국의 듀플렉스 모드를 결정할 수 있었다. 하지만, 듀플렉스에 따라 동기 신호의 위치가 달라지는 경우, 동기화 과정에 있는 단말은 이를 검출해야 하는 부담이 요구된다. 즉 단말의 복잡도를 증가시키고 동기화 과정에서 전력 소모를 증가할 수 있다는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 5G 통신 시스템에서는 듀플렉스 모드에 관계없이 동일한 동기화 신호의 전송 및 절차가 요구되고 있다.
또한 5G 통신 시스템에서 단말의 동기화를 위한 방법 및 절차는 기지국이 제공하는 뉴머롤로지(Numerology)에 관계없이 동일하도록 설계되는 것이 요구되고 있다. 5G 통신 시스템에서는 다양한 요구사항을 필요로 하는 서비스를 효율적으로 제공하기 위해 복수의 뉴머롤로지를 제공할 수 있다. 여기서 뉴머롤로지는 OFDM 기반의 변복조에서 신호 생성에 필요한 서브캐리어 간격(Subcarrier spacing, 이하 SCS) 및 순환 전치(Cyclic Prefix, 이하 CP)의 길이를 포함한다. 따라서, 5G 통신 시스템에서 제공하는 다양한 SCS 또는 CP의 길이에 관계없이 단말과 기지국은 동일한 하향링크 동기화 방법 및 절차를 따르는 것이 바람직하다.
추가적으로 5G 통신 시스템에서 단말의 동기화를 위한 방법 및 절차는 기지국이 운영하는 주파수 대역이 단독 모드(Standalone mode)로 운영되는지 또는 비단독 모드(Non-Standalone mode)으로 운영되는지에 관계없이 동일하게 설계되는 것이 요구되고 있다. 동시에 5G 통신 시스템에서 단말의 동기화를 위한 방법 및 절차는 기지국이 5G 통신 시스템을 운영하는 주파수 대역이 면허 대역인지 비면허 대역인지에 관계없이 동일하게 설계되는 것이 요구되고 있다.
또한 5G 통신시스템에서 제공하는 단말의 하향링크 방법 및 장치는 LTE와 동일하게 단말이 기지국과 통신을 수행하기 위해 기지국과 시간 및 주파수 동기화를 수행하고, 셀 탐색을 수행할 수 있도록 동기화 방법 및 절차가 설계되어야 한다. 기지국은 단말의 동기화 및 셀 탐색을 위해 셀 정보를 포함하는 동기화 신호를 전송해야 하며, 단말은 해당 동기화 신호를 검출함으로써 시간 및 주파수 동기화를 수행하고 셀 정보를 얻을 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 5G 통신 시스템에서도 LTE와 유사하게 두 개의 동기화 신호 및 방송채널(Physical Broadcast Channel)의 사용을 고려하고 있다. 5G 통신 시스템에서 단말이 초기 동기화 및 셀 탐색을 수행하기 위해 기지국이 전송하는 동기화 신호는 제 1 동기화 신호와 제 2 동기화 신호로 나누어 질 수 있다. 제1 동기화 신호는 주동기 신호 (Primary Synchronization Signal)으로 칭할 수 있다. 제1 동기화 신호는 적어도 기지국이 기준으로 삼고 있는 시간 및 주파수에 대해 단말이 동기화를 수행하기 위한 목적으로 전송될 수 있다. 또한 제1 동기화 신호는 셀 정보의 일부를 포함할 수 있다. 여기서 셀 정보라 함은 셀을 제어하는 기지국이 할당받은 고유의 셀 번호를 지칭한다. 이러한 제1 동기화 신호는 제2 동기화 신호의 코히어런트 검출(Coherent detection)을 위한 기준 신호로 사용될 수도 있다.
제2 동기화 신호는 부동기화 신호(Secondary Synchronization Signal)으로 칭할 수 있다. 제2 동기화 신호는 셀 정보의 검출을 위해 사용될 수 있다. 만약 셀 정보의 일부가 제1 동기화 신호에 포함되어 있을 경우, 나머지 셀 정보는 제2 동기화 신호에서 전송될 수 있다. 만약 제1 동기화 신호에 셀 정보가 포함되지 않은 경우, 단말은 제2 동기화 신호만으로 셀 정보를 얻을 수 있다. 또한 제2 동기화 신호는 단말이 셀 번호를 검출한 이후 기지국이 전송하는 방송 채널을 수신하는 데 있어 코히어런트 복조(Coherent demodulation)를 위한 기준 신호로 사용될 수 있다.
상기에서 기술한 제1 동기화 신호와 제2 동기화 신호를 이용하여 단말은 기지국과 시간 및 주파수 동기를 수행하고 셀 탐색을 수행할 수 있다. 이후 단말은 기지국이 전송하는 방송 채널을 사용하여 시스템 접속에 필요한 중요한 정보를 추출할 수 있다. 여기서 방송 채널은 LTE에서와 같이 물리 방송 채널(physical broadcast channel, PBCH)라고도 칭할 수 있다. LTE에서도 동일한 목적을 위한 PBCH가 기지국으로부터 전송되며, LTE에서 제공하는 PBCH는 아래와 같은 정보를 포함한다.
- 시스템 주파수 크기
- Physical HARQ Indicator Channel(PHICH) 수신 정보
- 시스템 프레임 번호
- 안테나 포트(antenna port) 수
상기의 PBCH가 전송하는 정보는 단말이 기지국에 접속하기 위해 필요한 시스템 정보를 얻기 위한 최소의 정보이다. 5G 통신 시스템에서 PBCH 에 전송하고자 하는 정보는 LTE PBCH에서 전송하고자 하는 정보와 상이할 수 있다. 예를 들어, LTE PBCH는 단말이 PHICH(Physical HARQ Indicator Channel)를 수신하는데 필요한 정보가 포함되지만, 5G 시스템에서는 상향링크 HARQ에 대해 비동기(Asynchronous)기반 HARQ를 운영하므로 PHICH가 필요없기 때문에 PBCH에 PHICH 수신을 위한 정보가 필요하지 않다.
본 발명에서는 상기의 제1 동기화 신호, 제2 동기화 신호 및 방송 채널을 하나의 동기화 블록(synchronization signal block, SS block, SS 블록)으로 칭할 수 있다. 그러나 본 발명에서는 고려하는 동기화 블록은 상기에서 지칭한 제1 동기화 신호, 제2 동기화 신호 및 방송 채널을 포함하는 것에 한정되지 않고 단말의 시간 및 주파수 동기화와 셀 탐색에 필요한 정보라면 추가적인 신호 및 물리 채널이 동기화 블록에 포함되는 것도 가능하다.
도 1은 본 발명에서 고려되고 있는 5G 통신 시스템의 동기화 신호 및 방송 채널 구조의 일 예를 도시한 도면이다
도 1에서 본 발명에 따른 5G 통신 시스템의 동기화 신호는 제1 동기화 신호(100), 제2 동기화 신호(110), 방송 채널(120)로 구성된다. 도 1에서 제1 동기화 신호(100), 제2 동기화 신호(110) 및 방송 채널(120)은 주파수 영역에서 동일한 위치에서 전송되며 서로 다른 시간에 전송되는 시간 분할 다중화(Time Division Multiplexing) 구조를 구성한다. 제1 동기화 신호(100)는 최소한 1개 이상의 OFDM 심볼로 구성될 수 있다. 본 발명에 따른 제1 동기화 신호(100)는 하나의 OFDM 심볼로 구성되는 것을 가정하여 설명되나 본 발명에서는 제1 동기화 신호(100)에 사용되는 OFDM 심볼 수에 따라 발명이 제한되거나 한정되지는 않음을 전술한다. 제1 동기화 신호(100)는 LTE와 유사하게 우수한 상호 상관(Cross correlation) 특성을 갖는 자도프-츄 시퀀스(Zadoff-Chu sequence, ZC sequence) 시퀀스를 사용하여 구성될 수 있다.
제2 동기화 신호(110)도 제1 동기화 신호(100)와 유사하게 최소한 1개 이상의 OFDM 심볼로 구성될 수 있다. 본 발명에 따른 제2 동기화 신호(110)는 두 개의 OFDM 심볼로 구성되는 것을 가정하여 발명을 제안하지만, 본 발명에서는 제2 동기화 신호(110)에 사용되는 OFDM 심볼 수에 따라 발명이 제한되거나 한정되지는 않음을 전술한다.
종래의 LTE에서 고려하는 제2 동기화 신호(110)는 PN(Pseudo Noise) 시퀀스 또는 최대 길이(Maximum-length) 시퀀스(M-시퀀스)를 사용하여 생성되었지만, 본 발명에 따른 제2 동기화 신호(110)는 PN 시퀀스 이외에 다른 시퀀스를 사용하는 경우도 배제하지 않는다. 예를 들어, 자도프-츄 시퀀스를 활용하여 동기 신호를 구성할 수도 있고, 셀 정보에 순환 중복 검사(Cyclic Redundancy Check, CRC)를 추가한 후 전방 오류 정정 부호화를 거친 메시지를 제2 동기화 신호(110) 전송에 사용할 수 있다.
방송 채널(120)은 전송하고자 하는 정보의 크기와 셀의 커버리지를 고려해서 복수의 OFDM 심볼로 구성될 수 있다.
본 발명에서는 제1 동기화 신호(100), 제2 동기화 신호(110) 및 방송 채널(120)은 동일한 주파수 폭을 갖고 전송되는 것을 가정한다. 정확한 주파수 폭은 동기화 신호를 구성하는 시퀀스와 상기 시퀀스를 OFDM을 구성하는 서브캐리어에 매핑하는 방법에 따라 달라질 수 있다.
도 1과 같이 제1 동기화 신호(100), 제2 동기화 신호(110) 및 방송 채널(120)이 시분할 다중화(time division multiplexing, TDM) 구조를 가지는 경우, 기지국이 필요에 따라 동기화 신호의 커버리지를 최대화할 수 있다는 장점이 있다. 또한 제1 동기화 신호(100), 제2 동기화 신호(110)와 방송 채널(120)이 같은 주파수 위치에서 전송되므로, 제2 동기화 신호를 이용하여 방송 채널(120)의 코히어런트 복조를 수행할 수 있다는 장점이 있다. 따라서 5G 시스템의 동기화 신호의 전송을 위해 도 1과 같은 신호 구조를 고려할 수 있다.
도 2는 본 발명에서 고려되고 있는 5G 통신 시스템의 동기화 신호 및 방송 채널 구조의 또 다른 일 예를 도시한 도면이다
도 2의 본 발명에 따른 5G 통신 시스템의 동기화 신호는 제1 동기화 신호(200), 제2 동기화 신호(210), 방송 채널(220)로 구성된다. 도 2에서 제1 동기화 신호(200), 제2 동기화 신호(210) 및 방송 채널(220)은 동일한 시간 자원에 위치해 있고, 서로 다른 주파수 자원에서 전송되는 주파수 분할 다중화(Frequency Division Multiplexing, FDM) 구조를 구성한다. 제1 동기화 신호(200), 제2 동기화 신호(210), 방송 채널(220)은 동일한 OFDM 심볼에서 전송될 수 있다. 본 발명에 따른 제1 동기화 신호(200), 제2 동기화 신호(210) 및 방송 채널(220)는 하나의 동일한 OFDM 심볼에서 전송되는 것을 제안하지만, 본 발명에서는 동기화 심볼 및 방송 채널 전송에 사용되는 OFDM 심볼 수에 따라 발명이 제한되거나 한정되지 않음을 전술한다.
제1 동기화 신호(200)는 LTE와 유사하게 상호 상관(Cross correlation) 특성을 갖는 자도프-츄 시퀀스를 사용하여 구성될 수 있다. 종래의 LTE에서 고려하는 제2 동기화 신호(210)는 PN(Pseudo Noise) 시퀀스 또는 최대 길이 시퀀스(M-시퀀스)를 사용하여 생성되었지만, 본 발명에 따른 제2 동기화 신호(210)는 PN-시퀀스 이외에 다른 시퀀스를 사용하는 경우도 포함하여 설명하기로 한다. 예를 들어 Zadoff-Chu 시퀀스를 활용하여 동기 신호를 구성할 수도 있고, 셀 정보에 CRC를 추가한 다음 전방오류정정 부호화를 수행한 메시지를 제2 동기화 신호(210) 전송에 사용할 수도 있다.
본 발명에서는 제1 동기화 신호, 제2 동기화 신호는 동일한 주파수 폭을 갖고 전송되는 것을 가정한다. 정확한 주파수 폭은 동기화 신호를 구성하는 시퀀스와 상기 시퀀스를 동기화 신호의 서브캐리어에 매핑하는 방법에 따라 달라질 수 있다.
도 2와 같이 제1 동기화 신호(200), 제2 동기화 신호(210) 및 방송 채널(220)이 주파수 분할 다중화 구조를 가지는 경우, 동기화 신호가 제공할 수 있는 커버리지가 감소할 수 있다는 단점이 있다. 또한 제1 동기화 신호(200), 제2 동기화 신호(210)와 방송 채널(220)이 서로 다른 주파수 위치에서 전송되므로 제2 동기화 신호(210)를 이용하여 방송 채널(220)의 코히어런트 복조를 수행할 수 없다는 단점이 있다.
하지만 상기에서 설명했듯이 다수 빔 기반의 동기화 전송이 수행되는 경우, 좁은 빔 폭을 갖는 빔을 사용하여 기지국이 서비스하는 전 방향(Omni-directional)으로 동기 신호를 전송하기 위해서는 도 2에서 도시된 제1 동기화 신호(200), 제2 동기화 신호(210) 및 방송 채널(220)을 여러 방향으로 반복해서 전송해야 한다. 다수 빔 기반의 동기화 신호 및 방송 채널 전송은 고정된 빔 패턴을 사용하므로, 기지국이 동기화 신호 및 방송 채널을 특정 빔으로 전송하면서 동시에 같은 OFDM 심볼에서 다른 빔을 사용하여 특정 단말에게 데이터를 전송하는 것이 어렵다. 따라서 OFDM 심볼 내에서 동기화 신호 및 방송 채널을 전송하지 않는 나머지 주파수 자원은 별도의 공통 셀 공통 신호를 전송하는 목적으로만 사용하거나, 데이터 전송에 사용하지 않아야 한다. 따라서 다수 빔 기반의 동기화 신호 및 방송 채널 전송을 위해서는 도 2와 같이 동기 신호 및 방송 채널이 주파수 분할 다중화 되어 있는 구조가 도 1과 같이 동기화 블록이 시분할 다중화 되어 있는 구조보다 시간 및 주파수 자원의 낭비가 적다는 장점이 있다.
도 3a는 제1 동기화 신호 및 제2 동기화 신호가 주파수 영역에서 생성되는 방법을 도시하는 도면이다. 구체적으로 도 3a는 제1 동기화 신호와 제2 동기화 신호를 생성하기 위해 제1 동기화 신호와 제2 동기화 신호의 시퀀스를 주파수 영역에서 매핑하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
5G 통신 시스템의 하향링크 신호를 전송하기 위한 OFDM 심볼은 하향링크 대역폭(300) 내에서 K 개의 서브캐리어로 구성된다. K 개의 서브캐리어는(302, 304)는 서브캐리어 간격(306) 단위로 떨어져 주파수 영역에서 위치하고 있다. 동기 신호가 전송되는 OFDM 심볼을 구성하는 K 개의 서브캐리어는 동기화 신호 전송을 위한 서브캐리어(302)와 데이터 전송에 사용되는 서브캐리어(304)으로 나뉘어 질 수 있다. 데이터 전송에 사용되는 서브캐리어(304)은 필요에 따라 데이터 전송에 사용되지 않고 아무 신호도 전송하지 않을 수 있다.
동기화 신호 전송을 위한 서브캐리어(302)는 동기 신호 전송 대역폭(308) 내에서 N개의 서브캐리어에 동기 신호를 위한 시퀀스가 매핑되어 전송될 수 있다. 이 때 제1 동기화 신호 및 제2 동기화 신호의 생성을 위해 사용하는 시퀀스도 N개의 샘플로 구성된다. 동기화 신호 전송을 위한 서브캐리어 수 N은 제1 동기화 신호와 제2 동기화 신호에 사용되는 시퀀스의 길이에 의해 결정될 수 있다. 제 1 동기화 신호 및 제 2 동기화 신호에 사용되는 시퀀스를 d(n), n=0~N-1 이라고 하면 d(n)은 동기 신호 대역폭 내에 존재하는 서브캐리어 중 낮은 서브캐리어 인덱스부터 맵핑된다. 제1 동기화 신호와 제2 동기화 신호를 구성하는 시퀀스는 하나 또는 복수의 시퀀스로 구성되거나 셀 정보를 변조하여 각 서브캐리어에 맵핑할 수 있다. 제1 동기화 신호 및 제2 동기화 신호를 생성하기 위한 시퀀스 생성 방법은 각 동기화 신호가 수행하는 역할 및 요구되는 성능에 따라 달라질 수 있다.
도 3a를 참조하면 동기 신호의 전송 대역폭은 데이터 전송을 위한 하향링크 대역폭보다 작거나 같음을 알 수 있다. LTE 또는 LTE-A에서 동기 신호는 하향링크 대역폭보다 좁거나 같은 1.4MHz 대역폭에 전송되며 매 서브캐리어마다 전송되는 구조를 가지고 있다. 이러한 동기 신호 구조는 높은 시퀀스 밀도로 인하여 동기 신호 기반의 시간 및 주파수 동기화 시 CP 내의 오차를 맞추는 초기 또는 비정밀한 동기화(initial 또는/및 coarse sync) 성능은 만족시키는 것이 가능하나, 신호 대역폭의 한계로 인하여 데이터 신호 복조를 위한 정밀한 동기화(fine sync) 성능을 만족시키기에는 부족하다.
한편 LTE 또는/및 LTE-A에서는 셀 특정 기준 신호(cell-specific reference signal, CRS), 채널 상태 정보 기준 신호(channel state information reference signal, CSI-RS) 등 정해진 주기 및 오프셋에 따라 항상 전송되는 광대역 신호들이 존재하며 단말은 이를 통하여 데이터 신호 복조에 필요한 정밀 동기화 성능을 만족시키는 것이 가능하다. 5G 통신 시스템에서는 LTE 및 LTE-A 대비 더 높은 데이터 전송 효율을 지원하여야 하는 반면 CRS 등 항상 주기적으로 전송되는(always on) 신호들은 더 줄어들게 되므로 단말의 정밀 동기화 성능을 보장할 수 있는 방법을 확보하는 것이 중요하다.
본 발명에서는 5G 통신 시스템에서 동기화 신호 또는 각종 기준신호를 기반으로 단말의 정밀 동기화 성능을 확보하기 위한 방법 및 장치에 대해서 제안한다.
<제1 실시예>
제1 실시예에서는 SCS, OFDM 심볼 길이(OFDM symbol duration), 채널 지연 확산(channel delay spread), 도플러 확산(Doppler spread) 등 여러 가지 환경에 따른 시간 및 주파수 트래킹(time/frequency tracking) 요구사항을 정리하고 이에 따른 트래킹 기준 신호(tracking RS) 디자인 방법을 정리한다. 상기 트래킹 기준 신호는 본 발명 또는 실제 구현 시 TRS, CSI-RS, 복조 기준 신호(demodulation reference signal, DMRS), 일반 제어 기준 신호(common control RS) 등 다양한 명칭으로 지칭될 수 있으나 그 목적은 제1 동기화 신호(PSS), 제2 동기화 신호 (SSS), 또는 제3 동기화 신호(third synchronization signal, TSS)에 기반한 비정밀 동기화 이후 광대역 신호(wideband signal)에 대한 복조를 위한 단말의 정밀 동기화 성능을 보장하는 데 있다.
트래킹 기준 신호 구조를 설계함에 있어서 가장 중요한 요소 중 하나는 기준 신호 전송을 위한 자원 요소(resource element, RE)들의 시간 그리고 주파수 도메인의 간격(spacing)을 결정하는 것이다. 나이퀴스트 샘플링 원리(Nyquist sampling theorem)에 따르면 주파수 도메인에서 요구되는 기준 신호의 RE간 서브캐리어(subcarrier) 수 Df는 아래 수학식 1을 만족해야 한다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2018000022-appb-I000001
수학식 1에서
Figure PCTKR2018000022-appb-I000002
는 채널의 최대 초과 지연(maximum excess delay)이며,
Figure PCTKR2018000022-appb-I000003
는 SCS이다. 주파수 도메인에서 기준 신호 RE 간격이 상기 조건을 만족시키지 못할 경우 시간 도메인에서 채널 임펄스 응답(channel impulse response)의 에일리어싱(aliasing)으로 인하여 정확한 채널 추정이 힘들어질 수 있다. 이와 유사하게 시간 도메인에서 요구되는 기준 신호 RE간 OFDM 심볼의 수 Dt는 아래 수학식 2를 만족해야 한다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2018000022-appb-I000004
수학식 2에서
Figure PCTKR2018000022-appb-I000005
는 최대 도플러 확산(maximum Doppler spread)이며,
Figure PCTKR2018000022-appb-I000006
는 OFDM 심볼 길이이다. 시간 도메인에서 기준 신호 RE 간격이 상기 조건을 만족시키지 못할 경우 RS 간격이 채널의 코히런스 타임(coherence time)보다 길어지게 되어 정확한 채널 추정이 힘들어질 수 있다.
한편, LTE에서는
Figure PCTKR2018000022-appb-I000007
의 고정된 SCS값을 사용하였으나 NR의 경우 6 GHz 이하의 캐리어 주파수(carrier frequency)(B6G, below 6 GHz)에서는
Figure PCTKR2018000022-appb-I000008
, 그리고 6 GHz 이상의 캐리어 주파수(A6G, above 6 GHz)에서는
Figure PCTKR2018000022-appb-I000009
와 같이 가변적인 SCS 값을 사용하는 것이 가능하며 OFDM 심볼 길이 또한 SCS에 반비례하게 가변할 수 있다. 예를 들어
Figure PCTKR2018000022-appb-I000010
인 경우 OFDM 심볼 길이
Figure PCTKR2018000022-appb-I000011
은 CP 포함 약 71.5us(slot의 첫 번째 OFDM 심볼은 71.875us, 나머지 OFDM 심볼은 71.354us)가 되나
Figure PCTKR2018000022-appb-I000012
인 경우 OFDM 심볼 길이
Figure PCTKR2018000022-appb-I000013
은 약 36us로 짧아진다. SCS에 따른 OFDM 심볼의 대략적인 길이는 아래 표 1와 같다. 표 1에서 OFDM 심볼 길이의 소수점 자리들은 생략되었으며 5% 내외의 오차를 포함할 수 있다.
[표 1]
Figure PCTKR2018000022-appb-I000014
상기 채널의 최대 초과 지연은 채널 환경(모델)에 따라 그 값이 상이하며 LTE 다중 경로 페이딩(multi-path fading) 모델의 경우 아래 표 2를 따른다.
[표 2]
Figure PCTKR2018000022-appb-I000015
NR 채널 모델(channel model)(3GPP TR 38.900)의 경우 채널의 최대 초과 지연은 정규화된 지연(normalized delay)
Figure PCTKR2018000022-appb-I000016
및 스케일링 지수(scaling factor)
Figure PCTKR2018000022-appb-I000017
의 곱에 의하여 결정되며 상세한 값은 UMa 채널 모델의 경우 아래 표 3을, UMi 채널 모델의 경우 아래 표 4를 따른다. 표 3 및 표 4에서는 3GPP TR 38.900의 모델 중 TDL-A 내지 E 까지를 예시로 사용하였다.
[표 3]
Figure PCTKR2018000022-appb-I000018
[표 4]
Figure PCTKR2018000022-appb-I000019
상기 표 1, 표 2, 표 3 및 표 4의 값들을 수학식 1에 대입하면 주파수 도메인에서 요구되는 기준 신호 RE간 서브캐리어 수
Figure PCTKR2018000022-appb-I000020
를 상황에 따라 표 5(도 3b), 표 6(도 3c), 표 7(도 3d), 표 8(도 3e) 및 표 9(도 3f)와 같이 얻을 수 있다. 도 3b, 3c, 3d, 3e 및 3f는 각각 표 5 내지 9를 도시한 도면이다. 표 5에 의하면 CF=2GHz의 LTE 채널에서는 주파수 축에서 13개 RE 마다 한 개 이상, 즉 한 PRB 마다 하나 이상의 기준 신호 RE가 있을 경우 정확한 채널 추정을 수행할 수 있음을 알 수 있다. 반면 표 6, 표 7, 및 표 8을 참조하면 6GHz 이상의 캐리어 주파수에서 특히 SCS가 큰 경우(일례로 240kHz) 인접한 두 개의 RE에 기준 신호 RE가 존재해야 함을 알 수 있다.
표 5, 표 6, 표 7 및 표 8에서 320은 A6G 또는 B6G의 CF 설정에 따라 사용되지 않는 영역이며, 310은 6개 RE(서브캐리어) 마다 기준 신호가 전송될 때 정확한 채널 추정이 가능한 영역, 310 및 330 부분은 2개 RE(서브캐리어) 마다 RS가 전송될 때 정확한 채널 추정이 가능한 영역, 310, 330 및 340 부분은 인접한 두 개의 RE(서브캐리어)들에 RS가 전송될 때 정확한 채널 추정이 가능한 영역이다.
시간 도메인에서 요구되는 기준 신호 RE간 OFDM 심볼의 수
Figure PCTKR2018000022-appb-I000021
또한 위와 유사한 과정을 거쳐 얻을 수 있다. 단말의 속도 및 캐리어 주파수에 따른 최대 도플러 시프트(maximum Doppler shift)
Figure PCTKR2018000022-appb-I000022
는 표 10와 같이 구해진다.
[표 10]
Figure PCTKR2018000022-appb-I000023
상기 표 1 및 표 10의 값들을 수학식 2에 대입하면 시간 도메인에서 요구되는 기준 신호 RE간 OFDM 심볼의 수
Figure PCTKR2018000022-appb-I000024
를 상황에 따라 표 11(도 3g), 표 12(도 3h), 표 13(도 3i) 및 표 14(도 3j)와 같이 얻을 수 있다. 도 3g, 3h, 3i 및 3j는 각각 표 11 내지 표 14를 도시한 도면이다. 표 11, 표 12, 표 13 및 표 14에 의하면 시간 축에서 14개 또는 7개 RE 마다 한 개 이상, 즉 한 슬롯(slot) 마다 하나 이상의 기준 신호 RE가 있을 경우 거의 대부분의 케이스에서 정확한 채널 추정을 수행할 수 있음을 알 수 있다.
표 11, 표 12, 표 13 및 표 14에서 320은 A6G 또는 B6G의 캐리어 주파수 설정에 따라 사용되지 않는 영역이며, 310은 14개 RE(OFDM 심볼) 마다 기준 신호가 전송될 때 정확한 채널 추정이 가능한 영역, 310 및 330 부분은 7개 RE(OFDM 심볼) 마다 기준 신호가 전송될 때 정확한 채널 추정이 가능한 영역, 310, 330 및 340 부분은 정확한 채널 추정을 위하여 7개 RE보다 짧은 거리에 기준 신호 RE들이 분포해야 하는 영역이다.
도 4는 상기 요구 조건을 만족시키는 트래킹 기준 신호 RE 패턴 예제들을 도시하는 도면이다. 도 4의 예제들은 CF A6G 또는 B6G 중 적어도 하나의 조건에서 적용되는 것이 가능하다. 400은 주파수 축에서 서로 인접한 두 개의 RE로 구성되는 기본 패턴이며, 다수의 400 RE 패턴들이 주어진 주파수 대역 내에서 일정한 주파수 간격 410마다, 그리고 주어진 시간 내에서 일정한 시간 간격 420마다 존재할 수 있다. 예를 들어 상기 주어진 주파수 대역은 상위 레이어에 의하여 설정된 부분 대역폭(partial bandwidth) 또는 시스템 대역폭(system bandwidth)일 수 있으며, 상기 주어진 시간은 상위 레이어에 의하여 설정된 또는 미리 정해진 트래킹 기준 신호의 전송 시작 시점부터 역시 상위 레이어에 의하여 설정되거나 또는 미리 정해진 트래킹 기준 신호의 전송 구간 또는/및 횟수로 정의될 수 있다. 상기 주파수 간격 410는 1개 물리 자원 블록(physical resource block, PRB)(즉 12개 서브캐리어), 또는 6개 서브캐리어, 또는 4개 서브캐리어 중 하나로 정의 또는 설정 되는 것이 가능하다. 상기 시간 간격 420은 14개 OFDM 심볼 또는 7개 OFDM 심볼 또는 4개 심볼 중 하나로 정의/설정 되는 것이 가능하다.
430은 주파수 축 그리고 시간 축에서 서로 인접한 네 개의 RE로 구성되는 기본 패턴이며, 다수의 430 RE 패턴들이 주어진 주파수 대역 내에서 일정한 주파수 간격 410마다, 그리고 주어진 시간 내에서 일정한 시간 간격 420마다 존재할 수 있다. 상세 설명은 400의 경우와 유사하므로 생략하도록 한다.
440는 다수의 짝수 개 또는 홀수 개 RE들로 구성되는 기본 패턴이며, 다수의 440 RE 패턴들이 주어진 주파수 대역 내에서 일정한 주파수 간격 410마다 그리고 주어진 시간 내에서 일정한 시간 간격 420마다 존재할 수 있다. 상세 설명은 400의 경우와 유사하므로 생략하도록 한다.
상기 기본 패턴 400, 430, 440들은 FDM 또는/및 TDM 또는/및 코드 분할 다중화(code division multiplexing, CDM) 되는 것이 가능하지만 정확한 시간 및 주파수 추정 성능을 위하여 CDM은 적용되지 않을 수 있다.
실제 트래킹 기준 신호 RE 패턴은 상기 도 4의 예제에 한정되지 않고 아래 제2 실시예 이하에서 제공되는 다른 패턴들도 적용이 가능할 수 있다.
<제2 실시예>
제2 실시예에서는 단말이 동기화 신호(제1 동기화 신호 및 제2 동기화 신호) 그리고 CSI-RS를 기반으로 데이터 복조를 위한 시간 및 주파수 동조를 수행하는 방법을 제안한다.
채널 상태 정보(channel state information, CSI) 보고를 위한 CSI-RS는 그 용도에 따라 크게 두 가지 레벨로 구분할 수 있다.
첫 번째 레벨 CSI-RS(level-1 CSI-RS, 레벨-1 CSI-RS)는 단말 특정이 아닌 사용 용도(non-UE-specific use case)를 목적으로 하며 CSI 측정, 무선 자원 관리(radio resource management, RRM) 측정 등을 수행하기 위하여 사용될 수 있다. 이를 위하여 레벨-1 CSI-RS에는 셀 특정(cell-specific) 또는 그룹 특정(group-specific)의 넓은 커버리지를 가지는 빔이 적용되는 것이 가능하며, 레벨-1 CSI-RS는 광대역(wideband) 전송된다. 만약 기지국(gNB)의 TRP(transmission and receiving point) 안테나 어레이에 많은 수의 안테나 엘리먼트들이 포함되는 경우 gNB는 CSI-RS를 통하여 단말에게 안테나 어레이에 따른 채널 상태 정보를 획득할 수 있도록 하며 다음의 두 가지 방법을 사용하는 것이 가능하다.
첫 번째 방법은 다수의 안테나 엘리먼트에 빔을 적용하여 하나의 CSI-RS 안테나 포트(이하 CSI-RS 포트)로 묶어 단말에게 CSI-RS를 전송하는 방법이다. 다수의 안테나 엘리먼트가 하나의 CSI-RS 포트로 묶이게 되므로 하나의 CSI-RS 자원(resource)이 많은 수의 CSI-RS 포트들을 포함할 필요는 없다(예를 들어 자원 별 16개 CSI-RS 포트 이하가 포함될 수 있다). 이 경우 기지국은 다수의 레벨-1 CSI-RS 자원들을 설정하고 각 자원에 서로 다른 빔 방향을 적용하여 하나의 셀 또는 TRP(transmission and receiving point)들에 다수의 가상 섹터(virtual sectorization)를 설정할 수 있다. 단말은 상기 다수의 레벨-1 CSI-RS 자원 중 자신이 선호하는 자원(들)을 선택하여 보고하는 것이 가능하다. 이 때 하나의 CSI-RS 자원에 포함되는 CSI-RS 포트들은 같은(또는 유사한) 방향의 빔이 적용된다.
두 번째 방법은 상기 첫 번째 방법보다 상대적으로 적은 수의 안테나 엘리먼트에 빔을 적용하여 하나의 CSI-RS 자원에 다수의 CSI-RS 포트(예를 들면 16개 이상)를 포함하여 단말에게 CSI-RS를 전송하는 방법이다. 이 경우 단말은 가공되지 않은 채널 정보를 획득할 수 있게 되며 CSI-RS 자원 당 CSI 계산 복잡도는 증가하게 되나 더 정확한 CSI를 얻을 수 있는 장점이 있다.
두 번째 레벨 CSI-RS(level-2 CSI-RS, 레벨-2 CSI-RS)는 단말 특정의 사용 용도(UE-specific use case)를 목적으로 하며 CSI 측정을 수행하기 위하여 사용될 수 있다. 레벨-2 CSI-RS는 단말 특정으로 사용되므로 각 단말들을 위한 단말 특정 빔 방향을 가지며 좁은 커버리지를 가지는 빔이 레벨-2 CSI-RS에 적용될 수 있으며 레벨-2 CSI-RS는 부분적으로(partial-band) 전송될 수 있다. 레벨-2 CSI-RS는 특성 상 CSI-RS 빔 이득은 레벨-1 CSI-RS 대비 크지만, 임의의 단말들 간 공유가 어려울 수 있으며 단말 수에 따라 CSI-RS 자원의 오버헤드(overhead)가 증가하게 되는 단점이 있다.
상기 레벨-1 CSI-RS 및 레벨-2 CSI-RS의 전송을 위하여 기지국은 적어도 다음의 정보들을 상위 계층 시그널링(무선 자원 제어(radio resource control, RRC) 또는 매체 접속 제어(Medium Access Control, MAC) layer signaling) 또는 물리계층(L1 signaling 또는 하향링크 제어 정보(downlink control information, DCI)을 통하여 단말에게 공지한다.
1. CSI-RS 포트 수
2. CSI-RS configuration (PRB 내 CSI-RS RE의 위치)
3. CSI-RS 전송 타이밍(timing) 정보 (주기, 오프셋 등)
4. CSI-RS 파워 부스팅 정보
5G 통신 시스템의 경우 다양한 환경에 대응하기 위하여 각 정보들의 페이로드(payload)는 매우 클 수 있다. 예를 들면 CSI-RS 포트 수의 경우 기지국의 안테나 어레이 형상, 상기 설명한 CSI-RS 운영 방법 등에 따라 {2, 4, 8, 12, 16, 32, 64} 등으로 다양하게 설정될 필요가 있다. 또한 CSI-RS 설정(CSI-RS configuration)의 경우에도 복수개의 뉴머롤로지 등으로 인한 5G 통신 시스템에서의 다양한 간섭 상황, 하위호환성 또는/및 상위호환성 (forward/backward compatibility) 확보 등을 고려하여 20가지 이상의 CSI-RS RE 패턴 위치들을 지정해줄 필요가 있다. CSI-RS 전송 타이밍 및 파워 부스팅 정보의 경우도 이와 유사하다. 따라서 이를 모두 물리계층 시그널링을 통하여 공지하는 것은 무리가 있으며, 특정 요소에 대한 동적(dynamic) 시그널링이 필요할 경우 상기 정보들에 대한 다수의 쌍(pair)들을 상위계층을 통하여 시그널링 한 후 이 중 하나를 물리계층 시그널링을 통하여 선택하는 방식을 사용하여야 한다.
상기 설명한 바와 같이 LTE PBCH는 마스터 정보 블록(master information block, MIB)를 전송한다. MIB는 충분한 커버리지 확보를 위하여 단말이 기지국에 접속하는데 필요한 최소의 정보만을 포함하며 시스템 대역폭 대비 좁은 대역에서 전송되게 된다. 셀 선택(Cell selection) 정보, RRC 설정(RRC configuration) 정보 등 기타 설정 정보들은 시스템 정보 블록(system information block, SIB) 들을 통하여 물리 하향링크 PDSCH 영역에서 전송되게 되며 PBCH 대비 넓은 대역에서 전송되게 된다.
MIB 디코딩(decoding) 성능은 MIB 수신 이후의 단말 동작에 큰 영향을 미치게 되므로 MIB 커버리지를 고려할 때 5G 통신 시스템에서도 MIB에는 최소의 설정 정보만이 전송되어야 할 것이다. 한편, 광대역으로 전송되는 SIB의 디코딩 성능을 고려할 때 PBCH와 유사한 대역에서 전송될 동기 신호 이외의 대역에서 광대역 전송되는 레벨-1 CSI-RS가 단말의 시간 및 주파수 동기화를 위하여 추가로 사용될 수 있다. 만약 단말이 SIB 디코딩에 상기 레벨-1 CSI-RS를 이용하고자 할 경우 단말이 SIB을 수신하는 것은 상위 계층 시그널링을 수신하기 전이므로 상기 CSI-RS 설정 정보를 모두 이용하는 것이 불가능할 수 있다. 이를 해결하기 위하여 5G 통신 시스템의 MIB는 다음과 같이 최대 4비트 이하의 레벨-1 CSI-RS(또는 트래킹 기준 신호, TRS) 관련 설정 정보를 포함한다.
1. CSI-RS 포트 수 (P)
2. CSI-RS 설정 (CSI-RS 포트 수에 따른 PRB 내 CSI-RS RE 패턴의 위치)
3. CSI-RS 전송 타이밍 정보 (주기, 오프셋 등)
상기 MIB를 통하여 설정되는 레벨-1 CSI-RS는 상기 MIB를 수신하는 모든 단말들이 같은 설정 정보를 공유하게 되므로 셀 특정이거나 또는 그룹 특정인 특성을 가진다.
MIB는 상기 설정 정보들을 모두 포함할 필요는 없으며 {포트 수, CSI-RS 설정}, {CSI-RS 설정, 타이밍 정보}, {포트 수, 타이밍 정보} 등과 같이 일부 정보들만을 포함하는 것이 가능하다. 상기 설정 정보들 중 생략되는 정보들은 미리 규격에 특정 값으로 설정되거나 또는 SIB 등 다른 채널을 통하여 단말에게 공지되는 것이 가능하다.
예를 들어 MIB를 통하여 {포트 수, CSI-RS 설정}이 설정되는 경우 상기 시간 및 주파수 동기화를 위한 레벨-1 CSI-RS의 타이밍 정보는 동기화 신호(일례로 PSS 또는 SSS)에 의하여 결정된다고 약속될 수 있다. 이는 상기 CSI-RS 전송 타이밍이 동기화 신호의 전송 타이밍을 기준으로 결정되는 것을 의미하며, 한 예로 MIB에 의하여 설정되는 레벨-1 CSI-RS는 동기화 신호가 전송되는 서브프레임 또는/및 슬롯 중 모두 또는 일부에서 전송되도록 약속하는 것이 가능하다.
만약 MIB를 통하여 {CSI-RS 설정, 타이밍 정보}가 설정되는 경우 상기 시간 및 주파수 동기화를 위한 레벨-1 CSI-RS의 포트 수는 특정 숫자로 미리 정해지는 것이 가능하다. 가장 단순한 예제로 시간 및 주파수 동기화를 위한 레벨-1 CSI-RS의 포트 수는 항상 1이 되도록 약속하는 것이 가능하다. 상기 타이밍 정보는 레벨-1 CSI-RS가 전송되는 주기 및 오프셋을 명시적으로 나타내는 것 일 수도 있으나, 동기화 신호의 주기를 기준으로 상기 시간 및 주파수 동기화를 위한 레벨-1 CSI-RS의 전송 주기가 동기화 신호의 주기의 몇(N) 배인지를 나타내는 값으로 약속되는 것도 가능하다. 이러한 경우 타이밍 정보는 아래 표 16과 같을 수 있다.
만약 MIB를 통하여 {포트 수, 타이밍 정보}가 설정되는 경우 상기 시간 및 주파수 동기화를 위한 레벨-1 CSI-RS는 항상 같은 CSI-RS 설정을 기반으로 전송되도록 약속될 수 있다. 이 때 상기 레벨-1 CSI-RS가 전송되는 정확한 RE 패턴은 MIB에 의하여 설정된 포트 수 및 미리 정해진 CSI-RS 설정의 조합에 의하여 결정된다. 즉 MIB에 의하여 설정된 포트 수에 따라 사용되는 CSI-RS RE 수가 변경되는 것이 가능하다. 상기 타이밍 정보는 레벨-1 CSI-RS가 전송되는 주기 및 오프셋을 명시적으로 나타내는 것일 수도 있으나, 동기화 신호의 주기를 기준으로 상기 시간 및 주파수 동기화를 위한 레벨-1 CSI-RS의 전송 주기가 동기화 신호의 주기의 몇 배(N)인지를 나타내는 값으로 약속되는 것도 가능하다.
예를 들어 하나의 SS 버스트(SS burst)가 M개의 SS 블록들로 구성되며 하나의 SS 버스트 셋(SS burst set)이 N개의 SS 버스트들로 구성된다고 가정하자. 이 경우 기지국은 총 MxN개의 SS 블록들을 가지게 되어 최대 MxN개의 서로 다른 빔을 통하여 PSS, SSS 또는/및 TSS 또는 PBCH를 전송할 수 있게 된다. 단말은 이 중 적어도 하나의 SS 블록, 즉 PSS, SSS 또는/및 TSS 및 PBCH를 수신하고 각 SS 블록에 해당하는 레벨-1 CSI-RS(TRS, 트래킹 기준 신호) 전송의 주기 및 오프셋(offset) 정보를 획득할 수 있다. 이때 레벨-1 CSI-RS 의 전송 주기 및 오프셋은 레벨-1 CSI-RS 의 전송 타이밍이 MIB 또는 SIB의 전송 타이밍과 관련되도록 (같은 슬롯 내에서 또는 MIB 또는 SIB 보다 X OFDM 심볼 또는/및 슬롯 일찍 전송 되도록) 명시적 또는 암시적으로 설정되는 것이 가능하다. 상기 SS 블록과 레벨-1 CSI-RS 간 관계에 대한 명시적 또는 암시적 설정의 예제로 SS block 인덱스와 레벨-1 CSI-RS 자원의 인덱스 간 상관 관계를 아래 수학식 3과 같이 정의하는 것이 가능하다.
[수학식 3]
Figure PCTKR2018000022-appb-I000025
수학식 3은 상기 SS 블록 인덱스와 레벨-1 CSI-RS 자원 인덱스 간 정의될 수 있는 상관관계에 대한 일례이다. 수학식 3에서
Figure PCTKR2018000022-appb-I000026
는 SS 블록의 인덱스,
Figure PCTKR2018000022-appb-I000027
는 설정 가능한 레벨-1 CSI-RS(TRS, 트래킹 기준 신호) 자원의 총 개수,
Figure PCTKR2018000022-appb-I000028
는 해당 SS 블록 인덱스에 의하여 결정되는 레벨-1 CSI-RS(TRS, 트래킹 기준 신호) 자원의 인덱스를 의미한다.
다수의 SS 블록이 전송되는 예제에서, 단말은 서로 연관된 SS 블록과 레벨-1 CSI-RS(TRS, 트래킹 기준 신호)가 콰지 코-로케이티드(quasi co-located, 이하 QCL)되어있다고 가정할 수 있다. 이는 단말이 SS 블록을 통하여 연관된 레벨-1 CSI-RS(TRS, 트래킹 기준 신호) 측정을 위한 비정밀한 시간 및 주파수 트래킹(coarse time/frequency tracking), 도플러 확산 또는 지연 확산 등과 같은 큰 스케일의 파라미터 추정(large scale parameter estimation) 및 빔 관련 정보 등을 공유할 수 있음을 의미한다.
아래 표 15은 상기 예제 중 MIB 중 3비트 페이로드에 의하여 {포트 수, CSI-RS 설정}이 설정되는 경우의 일례를 나타낸다. 총 8개의 코드 포인트 중 4개는 1개 포트로 구성되는 시간 및 주파수 동기화용 레벨-1 CSI-RS를 위한 CSI-RS 설정(CSI-RS configuration)의 설정을 위하여 사용되며 2개 및 4개 CSI-RS 포트를 가지는 경우를 위하여 각각 2개 그리고 1개의 코드 포인트들이 사용된다. 나머지 한 개의 코드 포인트는 예약(reserved)된다. 이는 동일한 수의 CSI-RS RE 자원을 가정하였을 때 하나의 CSI-RS 자원에 포함되는 CSI-RS 포트 수가 증가할수록 정의할 수 있는 CSI-RS 자원(CSI-RS resource)의 자원 수는 적어지게 됨을 고려한 것이다. 상기 코드 포인트들 중 적어도 하나는 레벨-1 CSI-RS(트래킹 기준 신호)를 전송하지 않음(turn off)을 의미할 수 있다.
표 15은 상기 MIB 중 레벨-1 CSI-RS 관련 설정이 3비트 페이로드를 가지고 상기 MIB가 상기 레벨-1 CSI-RS의 포트 수 및 CSI-RS 설정 정보를 알려주는 경우의 예제로 상기 다른 설명들을 위하여 유사한 방법으로 확장되는 것이 가능하다.
[표 15]
Figure PCTKR2018000022-appb-I000029
아래 표 16는 상기 예제 중 MIB 중 4비트 페이로드에 의하여 {CSI-RS 설정, 타이밍 정보}가 설정되는 경우의 일례를 나타낸다. 레벨-1 CSI-RS의 전송 주기가 SS 블록의 전송 주기 대비 1배, 2배, 4배, 그리고 8배인 경우를 위하여 각각 4개씩의 코드 포인트들이 사용된다. 총 4개의 CSI-RS 설정이 사용 가능하다고 가정하였다.
표 16는 상기 MIB 중 레벨-1 CSI-RS 관련 설정이 4비트 페이로드를 가지고 상기 MIB가 상기 레벨-1 CSI-RS의 CSI-RS 설정 및 타이밍 정보를 알려주는 경우의 예제로 상기 다른 설명들을 위하여 유사한 방법으로 확장되는 것이 가능하다. 또한 표 15의 경우와 유사하게 상기 코드 포인트들 중 적어도 하나는 레벨-1 CSI-RS(트래킹 기준 신호)를 전송하지 않음(turn off)을 의미할 수 있다.
[표 16]
Figure PCTKR2018000022-appb-I000030
상기 표 및 설명들에서 MIB에 의하여 설정되는 CSI-RS 설정들은 시간 및 주파수 동기화를 위하여 개별적으로 정의된 패턴을 가리키는 것일 수도 있으나, 상기 설명한 상위 계층 시그널링에 의하여 설정되는 CSI-RS 설정들 중 일부를 가리키도록 약속되는 것도 가능하다.
아래 표 17은 상기 예제 중 MIB 중 3비트 페이로드에 의하여 {타이밍 정보}가 설정되는 경우의 일례를 나타낸다. 레벨-1 CSI-RS의 전송 주기가 SS 블록의 전송주기 대비 2배, 4배인 경우를 위하여 각각 2개, 그리고 4개씩의 코드 포인트들이 오프셋 정보를 전달하기 위하여 사용된다. 이 때 단말은 단일 포트로 이루어진 하나의 CSI-RS 설정을 가정할 수 있다. 표 15의 경우와 유사하게 상기 코드 포인트들 중 적어도 하나는 레벨-1 CSI-RS(트래킹 기준 신호)를 전송하지 않음(turn off)을 의미할 수 있다. 표 17에 따르면 단말은 측정한 SS 블록 또는 MIB 또는/및 SIB 전송 타이밍으로부터 X개의 OFDM 심볼 또는 슬롯만큼 떨어진 시간을 기준으로, SS 블록의 전송 주기의 N배 및 설정된 오프셋을 적용한 시점에서 레벨-1 CSI-RS가 전송되고 있음을 알 수 있다. 여기서 X는 0보다 크거나 같은 정수이다.
[표 17]
Figure PCTKR2018000022-appb-I000031
상기 표 15, 표 16 및 표 17을 통한 예제들에서 각 예제들의 페이로드 및 그에 따른 코드 포인트의 구성은 각 예제들 간 상호 호환되는 것이 가능함이 자명하므로 세부 페이로드에 대한 설명들은 생략하였다.
다음으로는 상기 시간/주파수 동기화를 위한 레벨-1 CSI-RS의 상세 RE 패턴들에 대하여 설명한다.
상기 시간 및 주파수 동기화를 위한 레벨-1 CSI-RS의 상세 RE 패턴 디자인에는 다음과 같은 세 가지 조건이 고려될 필요가 있다.
1) 시간 및 주파수 동기화 성능 및 기준 신호 오버헤드
2) 5G 통신 시스템의 첫 번째 동기화 신호, 두 번째 동기화 신호, 방송 채널 등 SS 블록의 구조
3) 하위 호환성
시간 및 주파수 동기화 성능 및 기준 신호 오버헤드를 고려 시 a) CSI-RS를 통한 자체적인 시간 및 주파수 동기화가 가능하도록 설계할 것인지 또는 b) CSI-RS 및 SS 블록 신호들과의 조합을 통하여 시간 및 주파수 동기화가 가능하도록 설계할 것인지에 따라 레벨-1 CSI-RS의 상세 RE 패턴이 달라질 수 있다.
또한 5G 통신 시스템의 SS 블록의 구조 고려 시 c) SS 블록이 하나의 슬롯 또는 미니슬롯(slot/mini slot)에서 전송되도록 할 것인지, d) SS 블록이 여러 개의(예를 들면 두 개의) 연속된 슬롯 또는 미니슬롯에서 전송되도록 할 것인지에 따라 따라 레벨-1 CSI-RS의 상세 RE 패턴이 달라질 수 있다.
하위 호환성을 고려시 e) LTE 및 LTE-A의 CRS 등 기존 신호들을 회피하도록 설계할 것인지, f) LTE 및 LTE-A 단말들이 5G 통신 시스템의 레벨-1 CSI-RS를 고려하여 레이트 매칭(rate matching)을 수행할 수 있도록 할 것인지 등 다양한 요소들을 감안하여 레벨-1 CSI-RS의 상세 RE 패턴을 디자인 하는 것이 가능하다.
도 5는 상기 시간 및 주파수 동기화를 위한 레벨-1 CSI-RS의 상세 RE 패턴의 일례를 도시하는 도면이다. 도 5의 각 예제들은 5G 통신 시스템에서 하나의 PRB를 기준으로 각 신호들의 RE 패턴을 나타내고 있다. 이 때 하나의 PRB는 12개 서브캐리어 및 14개 OFDM 심볼로 구성된다고 가정하였다. 도 5의 예제에서는 상기 설명한 요소들 중 "e) LTE/LTE-A CRS 등 기존 신호들을 회피하도록 설계할 것인지" 와 "f) LTE/LTE-A 단말들이 5G 무선통신시스템의 레벨-1 CSI-RS를 고려하여 rate matching을 수행할 수 있도록 할 것인지"를 모두 고려하여 13 및 14번째 OFDM 심볼에 위치하는 레벨-1 CSI-RS 자원 풀(resource pool)에서 상기 시간 및 주파수 동기화를 위한 레벨-1 CSI-RS가 전송된다. 도 5의 각 패턴에서 RE 안의 숫자들은 레벨-1 CSI-RS의 포트 또는 자원 인덱스를 나타내며, 단말은 같은 포트의 CSI-RS가 전송되는 RE들에서 채널을 추정하여 수신된 신호와 시간 및 주파수 동기화를 수행하게 된다.
패턴 500의 경우 하나의 CSI-RS 포트에 해당하는 CSI-RS가 서로 다른 시간 및 주파수 자원에 위치한 RE에서 전송되므로 CSI-RS만으로 시간 및 주파수 동기화 수행이 가능하며 한 PRB에 최대 4개의 CSI-RS 포트를 설정 및 이에 따른 CSI-RS를 전송하는 것이 가능하다. 패턴 510은 패턴 500과 유사하게 하나의 포트에 해당하는 CSI-RS가 하나의 RE에서 전송되며 PRB 당 하나의 자원에서 각 포트에 따른 CSI-RS가 전송된다. 이 경우 레벨-1 CSI-RS만을 통하여 시간 동기화를 수행하는 것은 어려움이 있게 되며 SS 블록의 신호들과 결합하여 시간 및 주파수 동기화를 수행하게 된다.
패턴 520는 하나의 CSI-RS 포트에 해당하는 CSI-RS가 서로 다른 시간 및 주파수 자원에 위치한 RE에서 전송되므로 CSI-RS만으로 시간 및 주파수 동기화 수행이 가능하다. 패턴 520에서는 RRC가 설정된 이후의 CSI-RS와의 공존을 위하여 주파수 축에서 인접한 두 개의 RE에 직교 커버 코드(orthogonal cover code, OCC)가 적용되어 있다고 가정하였으며 한 PRB에 최대 2개의 CSI-RS 포트 또는 자원을 설정 및 이에 따른 CSI-RS를 전송하는 것이 가능하다. 패턴 530은 패턴 520와 유사하게 하나의 포트의 CSI-RS가 두 개의 RE에서 전송되며 PRB 당 하나의 자원에서 각 포트에 따른 CSI-RS가 전송된다. 이 경우 레벨-1 CSI-RS만을 통하여 시간 동기화를 수행하는 것은 어려움이 있게 되며 SS 블록의 신호들과 결합하여 시간 및 주파수 동기화를 수행하게 된다.
패턴 540 및 550에서는 하나의 CSI-RS 포트에 따른 CSI-RS가 시간축에서 인접한 두 개의 RE에 적용된 OCC를 통하여 스프레딩(spreading)되어 전송된다. 이는 LTE-A CSI-RS와의 공존이 용이하도록 하기 위함이다. 패턴 540의 경우 최대 네 개의 레벨-1 CSI-RS 자원을 운용할 때의 RE 패턴이며, 이 때 각 자원은 최대 두 개의 CSI-RS 포트를 가질 수 있다. 패턴 550의 경우 최대 두 개의 레벨-1 CSI-RS 자원을 운용할 때의 RE 패턴이며, 이 때 각 자원은 최대 네 개의 CSI-RS 포트를 가질 수 있다.
도 5에 제공된 예제들의 또 다른 장점은 상기 예시에 따른 레벨-1 CSI-RS들이 AGC(adaptive gain control)를 위한 기준 신호로 사용될 수 있다는 점이다. 상기 레벨-1 CSI-RS들은 광대역 전송되는 신호이므로 데이터 전송 대역폭(data bandwidth)이 변경되는 단말들은 가장 최근에 수신된 레벨-1 CSI-RS를 통하여 AGC를 수행하는 것이 가능하다. 또는 기지국이 단말의 데이터 전송 대역폭을 변경하는 경우 기지국은 변경된 서브프레임의 바로 이전 서브프레임에 상기 레벨-1 CSI-RS를 전송하도록 약속하는 것도 가능하다.
도 6a 및 6b는(이하 도 6) 상기 시간 및 주파수 동기화를 위한 레벨-1 CSI-RS의 상세 RE 패턴의 또 다른 일례를 도시하는 도면이다. 도 6의 각 예제들은 5G 통신 시스템에서 하나의 PRB를 기준으로 각 신호들의 RE 패턴을 나타내고 있다. 이 때 하나의 PRB는 12개 서브캐리어 및 14개 OFDM 심볼로 구성된다고 가정하였다. 도 6의 예제에서는 상기 설명한 요소들 중 "d) SS 블록이 여러 개의(예를 들면 두 개의) 연속된 슬롯 또는 미니슬롯에서 전송되는" 경우를 고려하여 10 그리고 11번째 OFDM 심볼에 위치하는 레벨-1 CSI-RS 자원 풀에서 상기 시간 및 주파수 동기화를 위한 레벨-1 CSI-RS가 전송된다. 도 6의 각 패턴에서 RE 안의 숫자들은 레벨-1 CSI-RS의 포트 또는 자원 인덱스를 나타내며, 단말은 같은 포트의 CSI-RS가 전송되는 RE들에서 채널을 추정하여 수신된 신호와 시간 및 주파수 동기화를 수행하게 된다.
패턴 600는 하나의 CSI-RS 포트에 해당하는 CSI-RS가 서로 다른 시간 및 주파수 자원에 위치한 RE에서 전송되므로 CSI-RS만으로 시간 및 주파수 동기화 수행이 가능하며 한 PRB에 최대 6개의 CSI-RS 포트를 설정 및 이에 따른 CSI-RS를 전송하는 것이 가능하다. 패턴 600의 경우 CSI-RS RE간 간격이 일정하여 수신기 구조가 간단해지는 장점이 있다. 패턴 610은 패턴 600과 유사하게 하나의 포트에 해당하는 CSI-RS가 하나의 RE에서 전송되나 LTE-A CSI-RS의 패턴을 고려하여 최대 4개의 레벨-1 CSI-RS 포트까지 설정 가능한 패턴이다.
패턴 620에서는 하나의 CSI-RS 포트에 해당하는 CSI-RS가 시간 축에서 인접한 두 개의 RE에 적용된 OCC를 통하여 스프레딩되어 전송된다. 이는 LTE-A CSI-RS와의 공존이 용이하도록 하기 위함이다. 패턴 620의 경우 최대 열두 개의 레벨-1 CSI-RS 자원을 운용할 수 있으며, 이 때 각 자원은 최대 두 개의 CSI-RS 포트를 가질 수 있다. 패턴 620의 경우 PRB 당 하나의 자원에서 각 포트의 CSI-RS가 전송되므로 레벨-1 CSI-RS만을 통하여 시간 동기화를 수행하는 것은 어려움이 있게 되며 SS 블록의 신호들과 결합하여 시간 및 주파수 동기화를 수행하게 된다.
도 6의 예제에서도 MIB를 통한 제한된 페이로드를 고려하여 최대 8개의 RE들로 구성되는 레벨-1 CSI-RS를 고려하는 것이 가능하며 이때 레벨-1 CSI-RS의 자원 풀은 패턴 630의 예와 같다. 패턴 630에서 상세한 CSI-RS 포트 운영의 예제는 도 5에서의 설명과 유사하므로 여기서는 생략하도록 하겠다.
패턴 640 및 650는 다른 구조의 SS 블록을 가정하였다. 패턴 640 및 650의 SS 블록은 첫 번째 슬롯에서 PSS가 전송되고 두 번째 슬롯에서 SSS 및 PBCH가 전송되므로 SS 블록이 전송되는 서브프레임에서 여유 RE가 첫 번째 슬롯에 존재하게 된다. 따라서 레벨-1 CSI-RS는 이 여유 공간을 활용하여 패턴 640와 같이 한 개의 OFDM 심볼 중 일부 서브캐리어에서 전송되거나 패턴 650와 같이 두 개의 OFDM 심볼 중 일부 서브캐리어에서 전송되는 것이 가능하다. 상기 예제들에서 설명한 바와 같이 패턴 640의 경우 시간 및 주파수 동기화를 위하여 레벨-1 CSI-RS와 SS 블록 신호들이 함께 이용되며, 패턴 650의 경우 시간 및 주파수 동기화를 위하여 레벨-1 CSI-RS가 독립적으로 사용되는 것이 가능하다.
패턴 660은 패턴 640와 유사하게 하나의 포트에 따른 CSI-RS가 두 개의 RE에서 전송되며 PRB 당 하나의 자원에서 각 포트의 CSI-RS가 전송된다. 이 경우 레벨-1 CSI-RS만을 통하여 시간 동기화를 수행하는 것은 어려움이 있게 되며 SS 블록의 신호들과 결합하여 시간 및 주파수 동기화를 수행하게 되며 최대 12개까지 CSI-RS 설정을 설정하는 것이 가능하다.
도 7은 상기 시간 및 주파수 동기화를 위한 레벨-1 CSI-RS의 상세 RE 패턴의 또 다른 일례를 도시하는 도면이다. 도 7의 각 예제들은 5G 통신 시스템에서 하나의 PRB를 기준으로 각 신호들의 RE 패턴을 나타내고 있다. 이 때 하나의 PRB는 12개 서브캐리어 및 14개 OFDM 심볼로 구성된다고 가정하였다. 도 7의 예제에서는 상기 설명한 요소들 중 "c) SS 블록이 하나의 슬롯 또는 미니슬롯에서 전송되는" 경우를 고려하여 3 그리고 4번째 OFDM 심볼에 위치하는 레벨-1 CSI-RS 자원 풀에서 상기 시간 및 주파수 동기화를 위한 레벨-1 CSI-RS가 전송된다. 도 7의 각 패턴에서 RE 안의 숫자들은 레벨-1 CSI-RS의 포트 또는 자원 인덱스를 나타내며, 단말은 같은 포트의 CSI-RS가 전송되는 RE들에서 채널을 추정하여 수신된 신호와 시간 및 주파수 동기화를 수행하게 된다.
패턴 700는 하나의 CSI-RS 포트에 따른 CSI-RS가 두 개의 주파수 축에서 인접한 RE들에서 OCC로 스프레딩되어 전송되는 경우이다. 이는 상기 시간 및 주파수 동기화를 위한 레벨-1 CSI-RS가 다른 DMRS 또는 CSI-RS들과 쉽게 멀티플렉싱(multiplexing) 될 수 있도록 하기 위함이다. 패턴 700에서는 최대 12개의 CSI-RS 설정을 지원하며 MIB 페이로드에 따라 일부는 생략될 수 있다. 패턴 710은 패턴 700과 유사하나 물리 하향링크 제어 채널(physical downlink control channel, PDCCH)가 최대 3 번째 OFDM 심볼까지 확장될 수 있음을 고려하여 네 번째 OFDM 심볼에서 최대 6개 CSI-RS 설정을 지원하는 패턴이다.
패턴 720와 730은 패턴 600 및 610의 설명을 참조할 수 있으므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.
도 8은 상기 시간 및 주파수 동기화를 위한 레벨-1 CSI-RS의 상세 RE 패턴의 또 다른 일례를 도시하는 도면이다. 도 8의 각 예제들은 5G 통신 시스템에서 하나의 PRB를 기준으로 각 신호들의 RE 패턴을 나타내고 있다. 이 때 하나의 PRB는 12개 서브캐리어 및 14개 OFDM 심볼로 구성된다고 가정하였다. 도 8의 예제에서는 상기 실시예 1에서 설명한 바와 같이 두 개의 주파수 축에서 인접한 RE들이 하나의 기본 패턴을 이루게 된다. 이때 각 RE들에는 OCC가 적용되지 않고 전송되는 것이 가능하다. 도 8의 각 패턴에서 RE 안의 숫자들은 레벨-1 CSI-RS의 포트 또는 자원 인덱스를 나타내며, 단말은 같은 포트의 CSI-RS가 전송되는 RE들에서 채널을 추정하여 수신된 신호와 시간 및 주파수 동기화를 수행하게 된다. 패턴 800, 820, 840에서는 최대 4개의 CSI-RS 설정을 지원하며 패턴 810, 830, 850에서는 최대 2개의 CSI-RS 설정을 지원한다. MIB 페이로드에 따라 상기 패턴의 일부는 생략될 수 있다.
도 9는 상기 시간 및 주파수 동기화를 위한 레벨-1 CSI-RS의 상세 RE 패턴의 또 다른 일례를 도시하는 도면이다. 도 9의 각 예제들은 5G 통신 시스템에서 하나의 PRB를 기준으로 각 신호들의 RE 패턴을 나타내고 있다. 이때 하나의 PRB는 12개 서브캐리어 및 14개 OFDM 심볼로 구성된다고 가정하였다. 도 9의 예제에서는 상기 실시예 1에서 설명한 바와 같이 네 개의 주파수 및 시간 축에서 인접한 RE들이 하나의 기본 패턴을 이루게 된다. 이때 각 RE들에는 OCC가 적용되지 않고 전송되는 것이 가능하다. 도 9의 각 패턴에서 RE 안의 숫자들은 레벨-1 CSI-RS의 포트 또는 자원 인덱스를 나타내며, 단말은 같은 포트의 CSI-RS가 전송되는 RE들에서 채널을 추정하여 수신된 신호와 시간 및 주파수 동기화를 수행하게 된다. 패턴 920에서는 최대 4개의 CSI-RS 설정이 지원되며 패턴 900, 910, 930, 940에서는 최대 2개의 CSI-RS 설정이 지원되고 패턴 950에서는 하나의 CSI-RS 설정만이 지원된다. MIB payload에 따라 상기 패턴의 일부는 생략될 수 있다.
도 10은 상기 시간 및 주파수 동기화를 위한 레벨-1 CSI-RS의 상세 RE 패턴의 또 다른 일례를 도시하는 도면이다. 도 10의 각 예제들은 5G 통신 시스템에서 하나의 PRB를 기준으로 각 신호들의 RE 패턴을 나타내고 있다. 이 때 하나의 PRB는 12개 서브캐리어 및 14개 OFDM 심볼로 구성된다고 가정하였다. 도 10의 예제에서는 상기 실시예 1에서 설명한 바와 같이 다수의 짝수 개 또는 홀수 개 RE들로 구성되는 기본 패턴을 가진다. 이 때 각 RE들에는 OCC가 적용되지 않고 전송되는 것이 가능하다. 도 10의 각 패턴에서 RE 안의 숫자들은 레벨-1 CSI-RS의 포트 또는 자원 인덱스를 나타내며, 단말은 같은 포트의 CSI-RS가 전송되는 RE들에서 채널을 추정하여 수신된 신호와 시간 및 주파수 동기화를 수행하게 된다. 패턴 1000, 1010, 1020, 1030, 1040, 1050에서는 최대 2개의 CSI-RS 설정을 지원한다. 패턴 1000, 1010의 경우 앞에 위치한 DMRS(front loaded DMRS)의 바로 뒤에 전송되므로 빠른 시간 및 주파수 트래킹(time/frequency tracking)을 지원할 수 있는 장점이 있다. 1020, 1030의 경우 LTE 단말들이 해당 패턴을 고려하여 영 전력(zero-power, ZP) CSI-RS를 설정할 수 있는 장점이 있다. 1040, 1050의 경우 LTE PSS, SSS 및 PBCH와 충돌 위험이 없는 장점이 있다. MIB 페이로드에 따라 상기 패턴의 일부는 생략될 수 있다.
도 11은 도 10의 변형으로 두 개의 인접한 OFDM 심볼에서 레벨-1 CSI-RS가 전송되는 예제들을 도시하는 도면이다. 각 패턴의 특징 및 장단점은 도 10와 유사하므로 상세한 설명은 생략하도록 한다.
<제3 실시예>
본 발명에 따른 제3 실시예는 CSI-RS 이외 물리 하향링크 공용 채널(physical downlink shared channel, PDSCH) DMRS, PDCCH DMRS, PBCH DMRS 등 다른 기준 신호들이 시간 및 주파수 추정을 위한 기준 신호로 사용되는 경우의 예제를 설명한다. 도 12는 DMRS가 시간 및 주파수 추정을 위한 기준 신호로 사용되는 예제를 도시하는 도면이다. 도 12에서 PDSCH DMRS 패턴이 1200에 도시된 RE와 같다면, 단말은 시간 및 주파수 추정을 위한 기준 신호를 수신하도록 설정된 슬롯 또는 서브프레임에서 상기 PDSCH 패턴 중 일부에 트래킹 기준 신호가 전송된다고 가정할 수 있도록 약속할 수 있다. 이는 시간 및 주파수 추정을 위한 기준 신호 RE 밀도(density)는 데이터 복조를 위하여 요구되는 기준 신호 RE 밀도보다 작기 때문이다. 예를 들어 단말은 1200의 패턴을 기준으로 1210의 RE들에서 트래킹 기준 신호를 수신하는 것이 가능하다. 또 다른 예시로 만약 PDSCH DMRS 패턴이 1220와 같은 경우 단말은 시간 및 주파수 동기화를 위한 슬롯 또는 서브프레임에서 1230의 RE들을 바탕으로 트래킹 기준 신호를 수신하는 것이 가능하다.
<제4 실시예>
본 발명에 따른 제4 실시예는 단말의 요청, 데이터 트래픽(traffic) 상황 등 환경에 따라 시간 및 주파수 동기화를 트리거 또는 정확도를 조정하는 방법을 제안한다.
상기 예제들에서는 MIB 또는 SIB를 통하여 시간 및 주파수 동기화를 위한 기준 신호 설정 정보를 공지하는 방법들에 대해서 설명하였다. 예를 들면 상기 제2 실시예에서는 MIB를 통하여 레벨-1 CSI-RS를 설정하고 이를 기반으로 시간 및 주파수 동기화를 수행하는 예제들을 살펴보았다. 이 경우 MIB 설정이 바뀌지 않는 한 정해진 자원에서 항상 기준 신호가 전송되게 되어 상위 호환성(forward compatibility) 확보에 어려움이 생기게 된다.
이를 해결하기 위한 한 가지 방법으로 단말은 기지국에게 트래킹 기준 신호(제2 실시예 에서는 셀 특정 레벨-1 CSI-RS)의 전송을 요청하는 것이 가능하다. 예를 들면, 단말은 스케줄링 요청 (scheduling request, SR) 또는 랜덤 억세스 채널 응답(random access channel(RACH) response) 시 1비트를 사용하여 정밀한 시간 및 주파수 동기화를 위한 트래킹 기준 신호 필요 여부를 기지국에 보고할 수 있다. 또 다른 예시로 RRC, MAC CE 등 상위 레이어를 이용한 요청도 가능하다.
또 다른 예시로 단말은 기지국에게 요구되는 트래킹 기준 신호 설정 정보가 무엇인지를 기지국에 보고할 수 있다. 예를 들면, 단말은 채널 상황 또는 캐리어 주파수, 안테나 어레이 형상 등 다양한 환경에 맞추어 적합한 트래킹 기준 신호의 포트 수, 시간 및/또는 주파수 RE 밀도, 패턴, 전송 주기 등의 정보 등(또는 이 중 일부)을 기지국에 보고할 수 있다. 기지국은 이를 바탕으로 트래킹 기준 신호 전송에 필요한 부담을 조정하는 것이 가능하다. 상기 요구되는 설정 정보는 RRC, MAC CE 등 상위 레이어를 통하여 보고될 수 있다.
도 13은 상기 트래킹 기준 신호 패턴 조정에 대한 일례를 도시하는 도면이다. 기지국은 단말의 RACH 응답 또는 상기 단말이 보고한 트래킹 기준 신호 요구조건 등을 바탕으로 도 13의 패턴 1300, 1310 또는 1320과 같이 트래킹 기준 신호의 RE 밀도와 패턴을 변경할 수 있다. 패턴 1300 경우 트래킹 기준 신호 RE 밀도가 가장 낮으므로 전송의 부담이 가장 작으며 많은 수의 패턴을 활용하여 트래킹 기준 신호간 간섭을 최소화 하는 것이 가능하다. 그러나 시간 및 주파수 동기화 성능은 가장 떨어지게 될 것이다. 패턴 1320의 경우 트래킹 기준 신호 RE 밀도가 가장 높으므로 전송의 부담이 가장 크며 작은 수의 패턴만을 이용하여 트래킹 기준 신호간 간섭을 관리할 수 있다. 그러나 시간 및 주파수 동기화 성능은 가장 우수할 것이다.
<제5 실시예>
만약 CSI-RS, PBCH DMRS, 또는 PDCCH DMRS 등 기준 신호가 시간 및 주파수 트래킹 용도로 설정될 경우 해당 기준 신호에 적용된 CDM은 적용되지 않고(turn off)되어 단말이 각 기준 신호 RE 별 위상(phase) 차이를 측정할 수 있게 한다. 또한 기준 신호의 밀도는 1 RE/RB/port 이상, 예를 들면 {4, 6, 8} RE/RB/port와 같이 설정되어 한 PRB 안에서 여러 RE를 기준으로 위상 차이를 측정할 수 있다.
도 14a 및 14b(이하 도 14)는 본 실시예에 따른 시간 및 주파수 트래킹을 위한 CSI-RS 설정 예시들을 도시하는 도면이다. 도 14에서는 {1, 2}번째 OFDM 심볼에 PDCCH가 전송되며, {3, 4}번째 OFDM 심볼에 앞에 위치한 DMRS(front-loaded DMRS)가 전송되고 {9, 10} 또는 {10, 11}번째 OFDM 심볼에 추가적인 DMRS(additional DMRS)가 전송되는 것을 가정하였다. 일부 예제에서는 13번째 OFDM 심볼에 가드 구간(guard period, GP) 그리고 14번째 OFDM 심볼에 물리 상향링크 제어 채널(physical uplink control channel, PUCCH) 또는 사운딩 기준 신호(sounding reference signal, SRS)가 전송될 수 있음을 도시하였다.
도 14에서 같은 숫자로 표기된 RE에는 같은 포트의 기준 신호가 전송된다. 하나의 기준 신호 자원은 도 14의 {0, 1, 2, 또는 3}으로 표시된 RE들에 전송되는 적어도 하나 이상의 안테나 포트를 포함한다.
1400 및 1410는 시간 및 주파수 트래킹을 위하여 CSI-RS RE 밀도가 8 RE/RB/port 그리고 6 RE/RB/port로 설정된 경우의 CSI-RS(또는 트래킹 기준 신호, TRS) RE 패턴을 각각 나타낸다. 즉 1400의 경우 하나의 OFDM symbol 당 4개의 RE에서 한 포트의 RS가 전송되며(4 RE/symbol/port), 1410의 경우 하나의 OFDM symbol 당 3개의 RE에서 한 포트의 RS가 전송된다(3 RE/symbol/port). 도 14, 도 15 및 이후의 다른 예제들에서 설명의 편의상 1400의 심볼 당 RE 밀도를 가정하여 도시하였으나, 실제 적용시 1410의 예제도 이와 유사하게 확장이 가능함이 자명하다. 1400 및 1410의 예제에서 TRS들은 LTE CRS가 전송되는 OFDM 심볼 중 일부에서 전송되므로 기지국은 LTE CRS 및 NR TRS의 패턴을 적절히 조합하여 간섭을 최소화하거나, LTE CRS의 일부를 NR TRS로 재사용하는 것이 가능하다. 이는 1420의 경우에도 마찬가지이다.
도 1430의 경우 시간 도메인에서 균일한 간격을 제공하여 단말에서의 기준 신호 수신이 보다 용이해지는 장점이 있다. 만일 추가적인 DMRS의 위치가 1440 또는 1450와 같이 정해지는 경우 TRS의 위치 또한 그에 맞추어 조정되는 것이 가능하다. 1440은 TRS 포트당 기준 신호 RE 밀도가 8 RE/RB/port인 경우이며, 1450는 TRS 포트당 기준 신호 RE 밀도가 12 RE/RB/port인 경우이다.
<제6 실시예>
본 실시예에서는 SS 블록 및 TRS 존재 유무에 따라 DMRS 패턴에 대한 설정 제한을 적용하여 기준 신호 오버헤드를 조정하는 방법에 대하여 설명한다. 도 15a, 15b 및 15c(이하 도 15)은 본 실시예에 따른 시간 및 주파수 트래킹을 위한 CSI-RS 설정 예시들을 도시하는 도면이다. 도 15에서는 {1, 2}번째 또는 {1, 2, 3}번째 OFDM 심볼에 PDCCH가 전송되며, {3 또는 4}번째 OFDM 심볼에 앞에 위치한 DMRS가 전송되고 {9 또는 10}번째 OFDM 심볼에 추가적인 DMRS가 전송되는 것을 가정하였다. 일부 예제에서는 13번째 OFDM 심볼에 GP 그리고 14번째 OFDM 심볼에 PUCCH 또는 SRS가 전송될 수 있음을 도시하였다.
도 15에서 같은 숫자로 표기된 RE에는 같은 포트의 기준 신호가 전송된다. 하나의 기준 신호 자원은 도 15의 {0, 1, 2, 또는 3}으로 표시된 RE들에 전송되는 적어도 하나 이상의 안테나 포트를 포함한다.
일반적인 슬롯에서 기지국은 PDCCH OFDM 심볼에 이어 전송되는 앞에 위치한 DMRS를 위하여 두 개의 OFDM 심볼을, 그리고 단말의 높은 이동성 지원(high UE mobility support)을 위한 추가적인 DMRS를 위하여 하나 이상의 OFDM 심볼을 사용하는 것이 가능하다. 이 때 최악의 경우 PDCCH를 위하여 3개 심볼, DMRS를 위하여 4개 심볼, 그리고 SS 블록, CSI-RS 및 TRS 전송을 위하여 추가 OFDM 심볼을 사용할 경우 제어 정보 및 기준 신호 전송을 위하여 50% 이상의 자원이 사용될 가능성이 있다. 이는 단말에게 주기적인 처리율(throughput) 저하를 야기할 수 있으므로 SS 블록이 전송되거나 TRS가 전송되는 슬롯에서는 PDCCH OFDM 심볼의 수 또는 DMRS OFDM 심볼의 수를 제한하는 것이 가능하다.
예를 들어 1500, 1510, 1520, 1530와 같이 SS 블록 또는 TRS가 전송되는 슬롯에서 PDCCH OFDM 심볼의 수를 최대 2로 제한하고, 앞에 위치한 DMRS 및 추가적인 DMRS를 위하여 각 1개의 OFDM 심볼이 사용되도록 제한하는 것이 가능하다. 이 때 해당 슬롯에서 할당 가능한 최대 MIMO 레이어(layer)의 개수 또는 다중 사용자(multi-user) 전송을 위한 UE 개수는 줄어든 DMRS OFDM 심볼 수에 맞추어 제한된다. 이 때 앞에 위치한 DMRS를 위한 두 번째 OFDM 심볼 또는 추가적인 DMRS를 위한 일부 OFDM 심볼에서 TRS가 전송되는 것이 가능하다.
1500에서는 하나의 슬롯 안에서 4 OFDM 심볼 간격을 가지는 TRS 패턴을 두 쌍 확보하여 시간 및 주파수 트래킹 성능을 향상시키는 패턴을 도시하고 있다. 1510 및 1520에서는 단말 복잡도를 고려하여 각각 4 OFDM 심볼 간격과 5 OFDM 심볼 간격의 동일한 시간 간격을 가지는 TRS 패턴을 도시한다. 각 예제들에서 각 기준 신호 RE들이 서로 다른 OFDM 심볼에서 같은 서브캐리어에 전송되는, 즉 직사각형 형태의 RE 패턴을 가지는 것을 도시하였으나 1530의 예시와 같이 체크 패턴을 적용하여 전송되는 것도 가능하다.
1560은 앞에 위치한 DMRS의 두 번째 OFDM 심볼과(슬롯 기준에서 5 번째 OFDM 심볼) 추가적인 DMRS의 두 번째 OFDM 심볼에서(슬롯 기준에서 10 번째 OFDM 심볼) TRS가 전송되는 예제를 도시하는 도면이다. 1560에서 최대 세 개의 PDCCH OFDM 심볼이 전송될 수 있음을 가정하였으나 만약 상기 예제들과 유사하게 최대 두 개의 PDCCH OFDM 심볼이 사용되는 경우 TRS 전송을 위한 OFDM 심볼의 위치는 그에 맞게 변경될 수 있다. 1570 및 1580에서는 최대 세 개의 PDCCH OFDM 심볼이 전송되는 경우에 단말 복잡도를 고려하여 각각 4 OFDM 심볼 간격과 3 OFDM 심볼 간격의 동일한 시간 간격을 가지는 TRS 패턴을 도시한다. 만약 높은 이동성을 가진 단말(high mobility UE)를 위하여 높은 정확도의 도플러 파라미터(Doppler parameter) 추정이 필요할 경우 1590의 TRS 패턴이 고려될 수 있다.
<제7 실시예>
TRS 전송 오버헤드를 경감시키기 위한 또 다른 방법으로 PBCH DMRS와의 포트(port) 공유가 고려될 수 있다. 일례로 하나의 슬롯에서 TRS 패턴 중 일부는 PBCH 디코딩을 위한 DMRS와 RE 위치가 동일할 수 있다.
예를 들어 도 15의 1540에서 6 번째, 7 번째 OFDM 심볼에는 PSS와 SSS가 각각 전송되며 8번째, 9번째 OFDM 심볼에는 PBCH가 전송된다고 가정할 때, 1540의 0으로 표기된 TRS RE 중 8번째 그리고 9번째 OFDM 심볼에 존재하는 RE에는 PBCH DMRS가 전송될 수 있다. 기지국은 PBCH DMRS RE와 TRS RE를 공유하도록 설정한 경우 단말의 시간 및 주파수 트래킹을 용이하게 하기 위하여 PBCH DMRS 포트와 TRS 포트에 적용되는 빔을 같게 유지할 수 있으며 단말은 두 포트 간 QCL을 가정하여 채널을 추정하는 것이 가능하다.
도 16은 본 발명에서 고려하는 5G 통신 시스템에서 트래킹 기준 신호(예를 들어 실시예 2의 레벨-1 CSI-RS)에 기반하여 단말이 데이터 신호 복조를 위한 시간 및 주파수 동기화를 수행해 완료하는 흐름도를 도시한 도면이다.
도 16에서 단말이 데이터 신호 복조를 위한 시간 및 주파수 동기화를 완료하는 과정은 제1 동기화 신호 검출(1600), 제2 동기화 신호 검출(1610), 동기화 블록 전송 타이밍 및 방송 채널 복조를 통한 트래킹 기준 신호 설정 정보 획득(1620), 정확한 시간 및 주파수 동기화(1630)의 단계로 진행된다.
제1 동기화 신호 검출 단계(1600)는 다음과 같다. 단말은 제1 동기화 신호 검출을 수행하고 이를 통해 OFDM 심볼 경계에 대한 시간 동기화를 수행하고 구현에 따라 대략적인 주파수 오프셋 추정을 수행한다. 제1 동기화 신호 검출 단계(1600)에서 추정한 시간 및 주파수 동기화 추정값에 따라 단말은 제2 동기화 신호 검출 단계(1610)를 수행한다. 단말은 이 단계에서 제2 동기화 신호를 사용해서 접속하고자 하는 기지국의 셀 번호를 검출한다. 이후 단말은 방송 채널 복조를 통한 트래킹 기준 신호 설정 정보 획득(1620)을 수행한다. 기지국이 방송 채널에 트래킹 기준 신호 관련 정보를 전송한 경우, 단말은 방송 채널을 복조 또는 복호하여 트래킹 기준 신호가 전송되는 RE들에 대한 위치 정보를 얻을 수 있다. 단말은 제2 동기화 신호 검출과 유사하게 트래킹 기준 신호 신호의 상호 상관을 이용하여 시간 및 주파수 동기화 정확도를 데이터 신호 복조가 가능할 정도로 향상시키는 것(1630)이 가능하다.
본 발명의 상기 실시예들을 수행하기 위해 기지국의 송신부, 단말의 수신부가 각각 도 17과 도 18에 도시되어 있다. 상기 제2 실시예 및 제3 실시예 등에서 제안한 시간 및 주파수 동기화 방법 및 장치에 따라, 기지국의 송신부 및 단말의 수신부가 동작하여야 한다.
구체적으로 도 17은 본 발명의 실시예에 따른 기지국 송신부의 내부 구조를 도시하는 블록도이다. 도 17에서 도시되는 바와 같이, 본 발명의 기지국의 송신부는 각각의 서비스에 해당하는 신호를 전송하기 위한 자원 맵핑부(1700, 1715, 1730), OFDM 변조부(1705, 1720, 1735), 필터(1710, 1725, 1740)를 포함한다. 자원 맵핑부(1700, 1715, 1730)는 전송하고자 하는 데이터를 QPSK 또는 QAM 변조하고, 시간 및 주파수 영역 자원에 맵핑하는 동작을 수행한다. OFDM 변조부(1705, 1720, 1735)는 자원 맵핑부(1700, 1715, 1730)에서 맵핑된 신호를 기반으로 OFDM 변조를 수행한다. 여기서 OFDM 변조는 역 고속 푸리에 변환(IFFT)를 수행하고, CP를 OFDM 심볼의 앞에 삽입하는 과정을 포함한다. 필터(1710, 1725, 1740)는 OFDM 변조부(1705, 1720, 1735)에서 생성된 신호의 주파수 대역 스펙트럼 마스크(spectrum mask) 규제를 만족시키기 위해 필터링을 수행하는 과정을 수행한다.
각 서비스는 각 서비스에 할당된 자원 맵핑부, OFDM 변조부, 필터를 거쳐 물리 채널 및 신호가 생성될 수 있다. 예를 들어, eMBB 서비스를 지원하기 위한 물리 채널 및 신호를 전송하기 위해서는 eMBB 전송에 할당된 자원 맵핑부(1700) OFDM 변조부(1705), 필터(1710)를 통해 eMBB를 위한 물리 채널 및 신호를 생성할 수 있다. 이 때, 자원 맵핑부(1700), OFDM 변조부(1705), 필터(1710)는 eMBB를 위해 정의된 뉴머롤로지를 사용하여 물리 채널 및 신호를 생성할 수 있다. 이와 유사하게, 공통 신호는 단말의 동기화 및 시스템 정보 습득을 위한 신호를 포함하며 공통 신호를 위해 할당된 자원 맵핑부(1730), OFDM 변조부(1735), 필터(1740)를 통해 공통 신호를 위한 물리 채널 및 신호를 생성할 수 있다. 이 때 공통 신호를 위해 정의된 뉴머롤로지를 사용하여 공통 신호를 생성할 수 있다. 또한 자원 맵핑부(1730)는 공통 신호가 전송되는 주파수 위치를 기존 LTE와 달리 자유롭게 설정할 수 있다.
기지국의 송신부는 각 필터 출력을 다중화하기 위한 다중화부(1745)를 포함한다. 또한 기지국의 송신부는 자원 맵핑부(1700, 1715, 1730), OFDM 변조부(1705, 1720, 1735), 필터(1710, 1725, 1740), 다중화부(1745)를 효율적으로 제어하기 위한 제어부(1750)를 포함한다. 마지막으로 기지국의 송신부는 다중화부(1745)에서 상호 다중화된 각 서비스 단말들에게 전송하기 위한 RF부(1755) 및 안테나를 포함한다.
구체적으로 도 18은 본 발명의 실시예에 따른 단말 수신부의 내부 구조를 도시하는 블록도이다. 단말기 수신부는 안테나와 RF부(1800), 필터(1805, 1820, 1835), OFDM 복조부(1810, 1825), 자원 추출부(1815, 1830), 제어부(1845) 및 동기화부 및 셀 탐색부(1840)를 포함한다. 필터(1805, 1820, 1835), OFDM 복조부(1810, 1825), 자원 추출부(1815, 1830는 두 개 이상의 다른 뉴머롤로지를 갖는 서비스를 지원하기 위해 복수개가 필요하며, 도 18에서는 2개의 다른 서비스를 지원하는 예를 도시하였다.
단말의 수신부를 더욱 상세히 설명하면, 단말이 수신한 신호는 RF부(1800)을 거쳐 통과대역에서 기저대역 신호로 변환된다. 기저대역으로 변환된 신호는 필터(1805, 1820, 1835)에 입력된다. 단말이 수신받고자 하는 서비스에 따라 필터를 온/오프 할 수 있으며, 또는 필터의 뉴머롤로지를 변경할 수도 있다. 이 때 필터는 인접 주파수 영역에 FDM되어 있는 신호의 간섭을 제거하기 위해 사용된다. 동기화부 및 셀탐색부(1840)는 본 발명의 제2, 3, 4 및 5 실시예에 따른 단말의 셀 탐색 및 동기화를 수행한다. OFDM 복조부(1810, 1825)는 필터링된 신호의 OFDM 복조를 위해 사용된다. OFDM 복조부(1810, 1825)는 CP 제거부 및 고속 푸리에 변환(FFT)를 포함할 수 있다. 자원 추출부(1815, 1830)는 각 서비스가 차지하는 자원에서 물리 채널 및 신호를 추출하는 과정을 수행한다. 제어부(1845)는 상술한 본 발명의 실시예에 따라 단말이 동작할 수 있도록 일련의 과정을 제어할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 즉 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명의 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다. 또한 상기 각각의 실시 예는 필요에 따라 서로 조합되어 운용할 수 있다. 예컨대, 본 발명의 제2 실시예와 제3 실시예 그리고 제4 실시예의 일부분들이 서로 조합되어 기지국과 단말이 운용될 수 있다.

Claims (15)

  1. 통신 시스템의 단말의 시간 및 주파수 동기 획득 방법에 있어서,
    기지국으로부터 제1 동기화 신호를 수신하는 단계;
    상기 기지국으로부터 제2 동기화 신호를 수신하는 단계;
    상기 기지국으로부터 채널 상태 정보 기준 신호(channel state information reference signal, CSI-RS)를 수신하는 단계; 및
    상기 CSI-RS를 기반으로 기지국과의 하향링크 시간 및 주파수 동기를 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시간 및 주파수 동기 획득 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 CSI-RS는 안테나 포트가 1개임을 특징으로 하는 시간 및 주파수 동기 획득 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 CSI-RS가 매핑된 자원 요소(resource element, RE)는 주파수 축에서 4개의 서브캐리어(subcarrier) 간격으로 떨어져 있고, 시간 축에서 4개 OFDM 심볼(symbol) 간격으로 떨어져 있음을 특징으로 하는 시간 및 주파수 동기 획득 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 CSI-RS는 슬롯(slot)의 5번째 및 9번째 OFDM 심볼에 위치함을 특징으로 하는 시간 및 주파수 동기 획득 방법.
  5. 통신 시스템의 기지국의 채널 상태 정보 기준 신호(channel state information reference signal, CSI-RS) 전송 방법에 있어서,
    단말로 제1 동기화 신호를 전송하는 단계;
    상기 단말로 제2 동기화 신호를 전송하는 단계; 및
    상기 단말로 상기 CSI-RS를 전송하는 단계를 포함하고,
    상기 CSI-RS는 상기 단말이 상기 기지국과의 하향링크 시간 및 주파수 동기를 획득하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 CSI-RS 전송 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 CSI-RS는 안테나 포트가 1개임을 특징으로 하는 CSI-RS 전송 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 CSI-RS가 매핑된 자원 요소(resource element, RE)는 주파수 축에서 4개의 서브캐리어(subcarrier) 간격으로 떨어져 있고, 시간 축에서 4개 OFDM 심볼(symbol) 간격으로 떨어져 있음을 특징으로 하는 CSI-RS 전송 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 CSI-RS는 슬롯(slot)의 5번째 및 9번째 OFDM 심볼에 위치함을 특징으로 하는 CSI-RS 전송 방법.
  9. 통신 시스템의 시간 및 주파수 동기를 획득하는 단말에 있어서,
    수신부; 및
    기지국으로부터 제1 동기화 신호를 수신하고, 상기 기지국으로부터 제2 동기화 신호를 수신하고, 상기 기지국으로부터 채널 상태 정보 기준 신호(channel state information reference signal, CSI-RS)를 수신하도록 상기 수신부를 제어하고, 상기 CSI-RS를 기반으로 기지국과의 하향링크 시간 및 주파수 동기를 획득하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 CSI-RS는 안테나 포트가 1개임을 특징으로 하는 단말.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 CSI-RS가 매핑된 자원 요소(resource element, RE)는 주파수 축에서 4개의 서브캐리어(subcarrier) 간격으로 떨어져 있고, 시간 축에서 4개 OFDM 심볼(symbol) 간격으로 떨어져 있음을 특징으로 하는 단말.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 CSI-RS는 슬롯(slot)의 5번째 및 9번째 OFDM 심볼에 위치함을 특징으로 하는 단말.
  13. 통신 시스템의 채널 상태 정보 기준 신호(channel state information reference signal, CSI-RS)를 전송하는 기지국에 있어서,
    송신부; 및
    단말로 제1 동기화 신호를 전송하고, 상기 단말로 제2 동기화 신호를 전송하고, 상기 단말로 상기 CSI-RS를 전송하도록 상기 송신부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 CSI-RS는 상기 단말이 상기 기지국과의 하향링크 시간 및 주파수 동기를 획득하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 기지국.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 CSI-RS가 매핑된 자원 요소(resource element, RE)는 주파수 축에서 4개의 서브캐리어(subcarrier) 간격으로 떨어져 있고, 시간 축에서 4개 OFDM 심볼(symbol) 간격으로 떨어져 있음을 특징으로 하는 기지국.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 CSI-RS는 슬롯(slot)의 5번째 및 9번째 OFDM 심볼에 위치함을 특징으로 하는 기지국.
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