WO2018164292A1 - 비직교 다중 접속 방식 기반 통신을 수행하는 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

비직교 다중 접속 방식 기반 통신을 수행하는 방법 및 이를 위한 장치 Download PDF

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WO2018164292A1
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resource group
group
terminal
uplink data
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PCT/KR2017/002444
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이호재
이상림
김동규
김명진
노광석
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엘지전자 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to wireless communication, and more particularly, to a method and apparatus for performing non-orthogonal multiple access based communication.
  • Wireless Sensor Network WSN
  • MTC Massive Machine Type Communication
  • Massive MTC service has very limited Connection Density Requirement, while Data Rate and End-to-End (E2E) Latency Requirement are very free (for example, Connection Density: Up to 200,000 / km2, E2E Latency: Seconds to hours, DL / UL Data Rate: typically 1-100 kbps).
  • An object of the present invention is to provide a method for a base station to perform non-orthogonal multiple access based communication.
  • Another object of the present invention is to provide a method for a terminal to perform non-orthogonal multiple access based communication.
  • Another object of the present invention is to provide a base station for performing non-orthogonal multiple access scheme based communication.
  • Another object of the present invention is to provide a terminal for performing non-orthogonal multiple access scheme based communication.
  • a method for performing a non-orthogonal multiple access (NOMA) based communication by a base station includes at least one transmission based on a scheduling request (SR) reception reliability. Determining a data resource group; Transmitting information on the determined at least one data resource group to a terminal; And receiving uplink data from a terminal through a predefined uplink data transmission region in the at least one data resource group, wherein the at least one data resource group is capable of transmitting an SR.
  • An SR resource group and an SR resource group overlapping each other are allocated in the physical resource region, wherein the predefined uplink data transmission region in the at least one data resource group in the physical resource region and the SR transmission region of the SR resource group. May be nested.
  • the predefined uplink data transmission region may be a contention-based data transmission region.
  • the determined information on the at least one data resource group may be terminal-group specific downlink control information or terminal-common downlink control information.
  • the base station may further receive the SR through the SR resource group together with the uplink data from the terminal.
  • the SR reception reliability may be determined by a detection error rate of the SR in the SR resource group, or the SR reception reliability may be determined by an ACK rate in the at least one data resource group.
  • the base station may determine the number of the at least one data resource group or designate the at least one data resource group based on the SR reception reliability.
  • the terminal performs non-orthogonal multiple access scheme based communication, the information on the at least one data resource group determined based on the scheduling request (SR) reception reliability Receiving from a base station; And transmitting uplink data to the base station through a predefined uplink data transmission region in the at least one data resource group, wherein the at least one data resource group is capable of transmitting an SR.
  • An SR resource group and an SR resource group overlapping each other are allocated in the physical resource region, wherein the predefined uplink data transmission region in the at least one data resource group in the physical resource region and the SR transmission region of the SR resource group. May be nested.
  • the terminal may further transmit the SR to the base station through the SR resource group together with the uplink data.
  • the at least one data resource group is plural, a data resource group having a higher reception reliability is selected among the plurality of data resource groups, and the uplink data is defined through the predefined uplink data region in the selected data resource group. Can be transmitted.
  • a base station performing non-orthogonal multiple access (NOMA) based communication may transmit at least one transmission based on a scheduling request (SR) reception reliability.
  • a processor configured to determine a data resource group;
  • a transmitter configured to transmit information on the determined at least one data resource group to a terminal;
  • a receiver configured to receive uplink data from a terminal through a predefined uplink data transmission region in the at least one data resource group, wherein the at least one data resource group is capable of transmitting an SR.
  • An SR resource group including an area is allocated overlapping with a physical resource area, wherein the predefined uplink data transmission area and the SR transmission of the SR resource group in the at least one data resource group in the physical resource area. Regions may overlap.
  • the receiver may be configured to further receive the SR through the SR resource group together with the uplink data from the terminal.
  • the processor may be configured to determine the number of the at least one data resource group based on the SR reception reliability or to specify the at least one data resource group.
  • a UE performing non-orthogonal multiple access scheme based communication may receive information on at least one data resource group determined based on a scheduling request (SR) reception reliability from a base station.
  • a receiver configured to receive; And a transmitter configured to transmit uplink data to the base station through a predefined uplink data transmission region in the at least one data resource group, wherein the at least one data resource group is capable of transmitting an SR.
  • An SR resource group including an area is allocated overlapping with a physical resource area, wherein the predefined uplink data transmission area and the SR transmission of the SR resource group in the at least one data resource group in the physical resource area. Regions may overlap.
  • the transmitter may be configured to further transmit the SR through the SR resource group together with the uplink data.
  • the SR and uplink data can be efficiently transmitted without interference by having a difference in reliability for each PoMA-based resource group.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a base station 105 and a terminal 110 in a wireless communication system 100.
  • LTE long term evolution
  • LTE-A LTE-Advanced
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a frame structure for a non-orthogonal multiple access scheme based multi-user data overlapping transmission scheme.
  • 4 is an exemplary diagram for describing interpolation methods for channel estimation.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a frame structure of a reference signal hopping based NOMA group by way of example.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a procedure for iterative multi-group detection.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a reference signal hopping pattern based on a normal CP frame structure.
  • FIG. 8 illustrates an example of an extended CP frame structure based RS signal hopping pattern.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a procedure for a massive Sporadic Packet Service by way of example.
  • FIG. 10 is an exemplary diagram for explaining a data superimposition method with a PoMA-based SR.
  • 11 is an exemplary diagram for explaining a data superimposition method with a PoMA-based SR.
  • FIG. 12 is an exemplary diagram for explaining a data superimposition method with a PoMA-based SR.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a pattern of an SR region considering a self-contained subframe.
  • a terminal collectively refers to a mobile or fixed user terminal device such as a user equipment (UE), a mobile station (MS), an advanced mobile station (AMS), and the like.
  • the base station collectively refers to any node of the network side that communicates with the terminal such as a Node B, an eNode B, a Base Station, and an Access Point (AP).
  • UE user equipment
  • MS mobile station
  • AMS advanced mobile station
  • AP Access Point
  • a user equipment may receive information from a base station through downlink, and the terminal may also transmit information through uplink.
  • the information transmitted or received by the terminal includes data and various control information, and various physical channels exist according to the type and purpose of the information transmitted or received by the terminal.
  • CDMA code division multiple access
  • FDMA frequency division multiple access
  • TDMA time division multiple access
  • OFDMA orthogonal frequency division multiple access
  • SC-FDMA single carrier frequency division multiple access
  • CDMA may be implemented with a radio technology such as Universal Terrestrial Radio Access (UTRA) or CDMA2000.
  • TDMA may be implemented with wireless technologies such as Global System for Mobile communications (GSM) / General Packet Radio Service (GPRS) / Enhanced Data Rates for GSM Evolution (EDGE).
  • GSM Global System for Mobile communications
  • GPRS General Packet Radio Service
  • EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution
  • OFDMA may be implemented in a wireless technology such as IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802-20, Evolved UTRA (E-UTRA).
  • UTRA is part of the Universal Mobile Telecommunications System (UMTS).
  • 3rd Generation Partnership Project (3GPP) long term evolution (LTE) employs OFDMA in downlink and SC-FDMA in uplink as part of Evolved UMTS (E-UMTS) using E-UTRA.
  • LTE-A Advanced is an evolution of 3GPP LTE.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a base station 105 and a terminal 110 in a wireless communication system 100.
  • the wireless communication system 100 may include one or more base stations and / or one or more terminals. .
  • the base station 105 includes a transmit (Tx) data processor 115, a symbol modulator 120, a transmitter 125, a transmit / receive antenna 130, a processor 180, a memory 185, and a receiver ( 190, a symbol demodulator 195, and a receive data processor 197.
  • the terminal 110 transmits (Tx) the data processor 165, the symbol modulator 170, the transmitter 175, the transmit / receive antenna 135, the processor 155, the memory 160, the receiver 140, and the symbol. It may include a demodulator 155 and a receive data processor 150.
  • the base station 105 and the terminal 110 are provided with a plurality of transmit and receive antennas. Accordingly, the base station 105 and the terminal 110 according to the present invention support a multiple input multiple output (MIMO) system. In addition, the base station 105 according to the present invention may support both a single user-MIMO (SU-MIMO) and a multi-user-MIMO (MU-MIMO) scheme.
  • MIMO multiple input multiple output
  • SU-MIMO single user-MIMO
  • MU-MIMO multi-user-MIMO
  • the transmit data processor 115 receives the traffic data, formats the received traffic data, codes it, interleaves and modulates (or symbol maps) the coded traffic data, and modulates the symbols ("data"). Symbols ").
  • the symbol modulator 120 receives and processes these data symbols and pilot symbols to provide a stream of symbols.
  • the symbol modulator 120 multiplexes the data and pilot symbols and sends it to the transmitter 125.
  • each transmission symbol may be a data symbol, a pilot symbol, or a signal value of zero.
  • pilot symbols may be sent continuously.
  • the pilot symbols may be frequency division multiplexed (FDM), orthogonal frequency division multiplexed (OFDM), time division multiplexed (TDM), or code division multiplexed (CDM) symbols.
  • Transmitter 125 receives the stream of symbols and converts it into one or more analog signals, and further adjusts (eg, amplifies, filters, and frequency upconverts) the analog signals to provide a wireless channel. Generates a downlink signal suitable for transmission via the transmission antenna 130, the transmission antenna 130 transmits the generated downlink signal to the terminal.
  • the receiving antenna 135 receives the downlink signal from the base station and provides the received signal to the receiver 140.
  • Receiver 140 adjusts the received signal (eg, filtering, amplifying, and frequency downconverting), and digitizes the adjusted signal to obtain samples.
  • the symbol demodulator 145 demodulates the received pilot symbols and provides them to the processor 155 for channel estimation.
  • the symbol demodulator 145 also receives a frequency response estimate for the downlink from the processor 155 and performs data demodulation on the received data symbols to obtain a data symbol estimate (which is an estimate of the transmitted data symbols). Obtain and provide data symbol estimates to a receive (Rx) data processor 150. Receive data processor 150 demodulates (ie, symbol de-maps), deinterleaves, and decodes the data symbol estimates to recover the transmitted traffic data.
  • the processing by symbol demodulator 145 and receiving data processor 150 is complementary to the processing by symbol modulator 120 and transmitting data processor 115 at base station 105, respectively.
  • the terminal 110 is on the uplink, and the transmit data processor 165 processes the traffic data to provide data symbols.
  • the symbol modulator 170 may receive and multiplex data symbols, perform modulation, and provide a stream of symbols to the transmitter 175.
  • the transmitter 175 receives and processes a stream of symbols to generate an uplink signal.
  • the transmit antenna 135 transmits the generated uplink signal to the base station 105.
  • an uplink signal is received from the terminal 110 through the reception antenna 130, and the receiver 190 processes the received uplink signal to obtain samples.
  • the symbol demodulator 195 then processes these samples to provide received pilot symbols and data symbol estimates for the uplink.
  • the received data processor 197 processes the data symbol estimates to recover the traffic data transmitted from the terminal 110.
  • Processors 155 and 180 of the terminal 110 and the base station 105 respectively instruct (eg, control, coordinate, manage, etc.) operations at the terminal 110 and the base station 105, respectively.
  • Respective processors 155 and 180 may be connected to memory units 160 and 185 that store program codes and data.
  • the memory 160, 185 is coupled to the processor 180 to store the operating system, applications, and general files.
  • the processors 155 and 180 may also be referred to as controllers, microcontrollers, microprocessors, microcomputers, or the like.
  • the processors 155 and 180 may be implemented by hardware or firmware, software, or a combination thereof.
  • ASICs application specific integrated circuits
  • DSPs digital signal processors
  • DSPDs digital signal processing devices
  • PLDs programmable logic devices
  • FPGAs Field programmable gate arrays
  • the firmware or software may be configured to include a module, a procedure, or a function for performing the functions or operations of the present invention, and to perform the present invention.
  • the firmware or software configured to be may be provided in the processors 155 and 180 or stored in the memory 160 and 185 to be driven by the processors 155 and 180.
  • the layers of the air interface protocol between the terminal and the base station between the wireless communication system (network) are based on the lower three layers of the open system interconnection (OSI) model, which is well known in the communication system. ), And the third layer L3.
  • the physical layer belongs to the first layer and provides an information transmission service through a physical channel.
  • a Radio Resource Control (RRC) layer belongs to the third layer and provides control radio resources between the UE and the network.
  • the terminal and the base station may exchange RRC messages through the wireless communication network and the RRC layer.
  • the processor 155 of the terminal and the processor 180 of the base station process the signals and data, except for the function of receiving or transmitting the signal and the storage function of the terminal 110 and the base station 105, respectively.
  • the following description does not specifically refer to the processors 155 and 180.
  • the processors 155 and 180 it may be said that a series of operations such as data processing is performed rather than a function of receiving or transmitting a signal.
  • NOMA non-orthogonal multiple access
  • RS Hopping Reference Signal Hopping
  • LTE long term evolution
  • LTE-A LTE-Advanced
  • the data symbol may include a physical uplink shared channel (PUSCH) or a physical uplink control channel (PUCCH), and the reference symbol (reference symbol) may include a DMRS.
  • the frame structure of FIG. 2 may vary according to an environment of a wireless communication system, that is, a subframe structure, a slot length, and a number of symbols in a slot may vary.
  • a frame structure is an ad-hoc network such as a D2D (Device to Device) terminal or a V2X (Vehicular to Everything), which performs direct communication between terminals, and a cellular-based scheme such as LTE-A and machine type communication (MTC).
  • MTC machine type communication
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a frame structure for a non-orthogonal multiple access scheme based multi-user data overlapping transmission scheme.
  • the frame structure of FIG. 3 is the same as that of the frame structure of FIG. 2, but multiple terminals (or users) share the same frequency resources, thereby allocating non-orthogonal time-frequency resources to the terminals (or users). For example, as shown in FIG. 3, in UE 1, UE K uses the same frequency resource subcarrier 1 to overlap the data symbol and the reference symbol.
  • the reference symbol uses the auto-correlation and cross-correlation properties of the sequence for channel coefficient estimation. If there is a low cross-correlation between multiple sequences, the receiving end can distinguish overlapping reference symbols of multiple terminals. For example, each terminal configures a reference symbol and superimposes it on the basis of a Zadoff-Chu sequence, which is one of the CAZAC sequences. Depending on the configuration of the sequence, it is possible to fully demodulate overlapping reference symbols of a plurality of terminals or to demodulate with only very low interference.
  • 4 is an exemplary diagram for describing interpolation methods for channel estimation.
  • the demodulated reference symbol may perform channel estimation using an interpolation scheme as shown in FIG. 4.
  • Interpolation may be set differently according to a system environment or coherence time, and may be variously set by a frame structure formed by a normal CP and extended CP.
  • the data symbol may perform multiuser detection (MUD) through a receiver supporting NOMA based on channel estimation by a reference symbol.
  • MUD multiuser detection
  • ML Maximum Likelihood
  • MAP Maximum joint A posteriori Probability
  • CWIC Codeword Interference Cancellation
  • MUST Multiuser Superposition Transmission
  • MPA Massage Passing Algorithm
  • SCMA Sparse Code Multiple Access
  • PIC Interleave Parallel Interference Cancellation
  • IDMA Interleave Parallel Interference Cancellation
  • the MUD scheme of the data symbol may be variously defined according to a non-orthogonal multiple access transmission / reception scheme.
  • the non-orthogonal multiple access scheme transmits signals of multiple terminals over the same time-frequency resource, it has a higher decoding error rate than LTE system, but can support higher frequency utilization efficiency or more connectivity.
  • the non-orthogonal multiple access scheme it is possible to achieve higher frequency utilization efficiency or more connectivity while maintaining the decoding error rate through code rate control, depending on the system environment.
  • the present invention proposes a terminal grouping method and a reference signal hopping method of a non-orthogonal multiple access system for supporting massive connectivity.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a frame structure of a reference signal hopping based NOMA group by way of example.
  • FIG. 5 illustrates a frame structure of groups of non-orthogonal multiple access terminals sharing one frequency resource (the UE group is arbitrarily determined, and the UE grouping scheme is described in detail in the second embodiment).
  • each group uses all the maximum number of reference symbols, and as shown in FIG. 5, the reference symbols of each group are avoided so as not to overlap with reference symbols of other groups.
  • the 3GPP LTE will be described as an example.
  • the maximum number of UE groups is supported in the normal CP frame structure of FIG. 5 and up to 5 in the extended CP frame structure. At this time, since the number of overlapping groups is more difficult to demodulate a signal, the number of groups to be used may vary according to a system environment or a QoS constraint. In addition, the maximum number of terminals that can be supported in one group is equal to the maximum number of sequence-based reference signals.
  • the number of terminals in the same group may vary according to a system environment or QoS constraint.
  • the terminals in the same group may be applied to different codes or transmission power so that the base station can distinguish the terminals in the same group.
  • the base station can decode the terminal in a state of minimizing interference between multiple terminals. Since the maximum number of overlaps through the above-described NOMA scheme is larger than the maximum number of reference symbols, it is possible to support the NOMA service over multiple groups.
  • the group 1 in Fig. 5 is a multiple-terminal group that performs NOMA of Figure 3 consists of a K 1 persons.
  • K 1 is increased reducing the MUD performance for group 1
  • MUD performance for group 1 is increased the more K 1 is reduced.
  • MUD performance is increased because there is no interference to other groups, and MUD performance decreases as the number of groups serviced increases.
  • the reference symbols of group 1 can be demodulated without interference to other groups, and the reference symbols of group 2 are demodulated with interference by the data symbols of group 1. Should be done. That is, the reference symbols of the lower group do not interfere with the symbols of the lower group, and the reference symbols of the lower group do not interfere with the symbols of the upper group.
  • the received signal for the symbols in one slot of FIG. 5 is represented by Equation 1 below.
  • y (m) represents the received signal of the m th symbol in one slot, and the channel from the k th terminal of the g th group And data symbols , Reference symbol P k , and reception noise n m .
  • G is the total number of groups, K g represents the total number of terminals in the g-th group.
  • Reference symbol P k used in each group Since the signals do not overlap in a reference signal avoidance (or hopping) manner, the same sequence may be used.
  • the fourth symbol y (4) is composed of reference symbols from the first group terminals. Since the reference symbol of each terminal uses a sequence in which Cross Correlation is set to 0 or as low as possible, channel estimation may be performed by performing auto-correlation with its own sequence. At this time, the maximum number of K 1 is equal to the maximum number of P k . Based on the estimated channel information, data symbols from the first group terminals of y (3) may be detected, as shown in Equation 2 below. At this time, the MUD method may vary according to the NOMA method used.
  • Equation 2 Is a channel compensation term for multiple terminals of group 1. According to the channel compensation scheme, Equation 2 may be changed.
  • the second item on the right side represents interference by reference symbols from the second group users, and the third item is the changed noise value.
  • the third symbol y (3) is composed of data symbols from the first group terminals and reference symbols from the second group terminals (see Equation 3 below). Therefore, if the data symbols from the first group of UEs are demodulated, channel estimation may be performed by removing interference with reference symbols of the second group.
  • data symbols from the first group terminals are demodulated in the state of receiving interference with reference symbols of the second group, there may be an error in demodulation. Accordingly, data symbols from the first group terminals may be detected repeatedly by reflecting channel estimation through the second group of reference symbols. This may be expressed as in Equation 4 below.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a procedure for iterative multi-group detection.
  • the MUD scheme of each group may be variously defined through a receiver supporting NOMA.
  • NOMA Maximum Likelihood
  • MAP Maximum Likelihood
  • CWIC Codeword Interference Cancellation
  • MUST Multiuser Superposition Transmission
  • MPA Massage Passing Algorithm
  • SCMA Sparse Code Multiple Access
  • PIC Interleave Parallel Interference Cancellation
  • IDMA Division Multiple Access
  • the MUD scheme of the data symbol may be variously defined according to a non-orthogonal multiple access transmission / reception scheme.
  • the reference signal hopping pattern is illustrated as follows.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a reference signal hopping pattern based on a normal CP frame structure.
  • Group 1 of FIG. 7 is capable of Block, Linear, and Non-linear Interpolation of FIG. 4 according to a system environment.
  • the position of the reference signal is not located at the center of the slot and is separated from the data symbol, thereby degrading the performance of Block Interpolation.
  • the UE can prevent deterioration of channel estimation performance by performing block interpolation on three left and right symbols based on the reference symbol.
  • channel estimation is performed over a slot boundary for channel estimation.
  • Block Interpolation is performed on the first symbol of and the sixth and seventh symbols of the previous slot).
  • group 5 performs block interpolation on the second two symbols (the seventh symbol of the reference slot and the first symbol of the next slot) based on the reference symbol.
  • channel estimation performance can be improved through linear interpolation and non-linear interpolation.
  • Embodiment 1 is an example of a reference signal hopping pattern, and does not overlap reference symbols in different ways, and corresponds to other patterns that use the maximum number of reference symbols in each group.
  • Embodiment 2 Extended CP Frame Structure Based Reference Signal Hopping pattern
  • FIG. 8 illustrates an example of an extended CP frame structure based RS signal hopping pattern.
  • FIG. 8 two subframes are illustrated to illustrate a reference signal hopping pattern.
  • Groups 1 and 2 of FIG. 8 may block, linear or non-linear interpolation of FIG. 4 according to a system environment.
  • the position of the reference signal is not located at the center of the slot and is separated from the data symbol, thereby degrading the performance of Block Interpolation. Accordingly, deterioration of channel estimation performance can be prevented by performing block interpolation on two symbols to the left and three symbols to the right of the reference symbol. At this time, channel estimation is performed beyond the slot boundary for channel estimation.
  • group 3 of reference signal hopping pattern 0 shown in (a) of FIG. 8 three symbols after the reference symbol (the sixth symbol of the reference slot and the first and second symbols of the next slot) are referred to. Block Interpolation is performed. Similarly, group 4 performs block interpolation on the first two symbols (the first symbol of the reference slot and the sixth symbol of the previous slot) based on the reference symbol.
  • the present invention can be applied to other groups and groups of the reference signal hopping pattern 1 shown in FIG. Alternatively, channel estimation performance can be improved through linear interpolation and non-linear interpolation.
  • the second embodiment is an example of a reference signal hopping pattern, and does not overlap reference symbols in different ways, and corresponds to other patterns that use the maximum number of reference symbols in each group.
  • a terminal grouping method of a non-orthogonal multiple access method for performing the reference signal hopping method presented in the reference signal hopping method for mass connectivity described above is provided.
  • the reference signal hopping method for mass connectivity the reference signal hopping method according to UE groups has a difference in demodulation performance between groups. Since the reference signal of group 1 can be received without interference, channel estimation performance can be guaranteed, and due to the differential interference amount of each data symbol, better reception performance can be expected. For example, in FIG. 5, the third symbol of group 1 has only interference from the reference symbol of group 2, and the reference symbol is information known in advance, and has excellent interference cancellation performance.
  • the demodulation performance of the upper group (for example, group 1 is the highest group) is excellent, and data transmission can be performed at a higher modulation and coding scheme (MCS) level, and even if the same resource is allocated, a higher data rate You can expect a Data Rate.
  • MCS modulation and coding scheme
  • the reception demodulation performance of the lower group (for example, group 5 is the lowest group) is low, and data transmission must be performed at a low MCS level.
  • the upper group may transmit more data symbols
  • the lower group should transmit fewer data symbols than the upper group due to the use of a null symbol for detecting the reference symbol of the upper group. Accordingly, terminal scheduling and terminal grouping are necessary considering the MCS level between groups and the data rate that can be provided.
  • the base station may allocate a terminal having a large amount of transmission traffic to an upper group and a terminal having a small amount of transmission traffic to a lower group based on a scheduling request (SR) of the terminal and a required data rate.
  • SR scheduling request
  • the amount of transmission traffic is transmitted to the base station by the terminal included in the buffer state report (Buffer State Report, BSR) through the data channel (for example, physical uplink shared channel (PUSCH)) to the base station to recognize the amount of traffic.
  • BSR Buffer State Report
  • the BSR can be sent as Regular BSR, Periodic BSR or Padding BSR.
  • the base station may be set to a group of terminals having a similar timing distance according to the timing distance of the terminal.
  • the timing distance may be determined not only by the physical distance but also by the propagation delay due to the multipath of the terminal or the system environment. In this case, a data group may be guaranteed by allocating a terminal group having a remote timing distance to an upper group.
  • the base station may group the terminals based on the fairness index of the terminal. Users with low fairness index of the terminal may be allocated to higher groups to ensure fairness.
  • the fairness index may be determined based on existing proportional fairness and may be defined through other fairness indexes. For example, various indices such as Jain's Fairness Index and Max-min Fairness can be used.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a procedure for a massive Sporadic Packet Service by way of example.
  • the UE UE may transmit its uplink traffic transmission request to the base station eNB through a scheduling request (SR) signal (S910).
  • the base station may perform scheduling based on the group grouping method (for example, group grouping methods 1, 2, and 3) described above based on the channel environment of the terminal and the state of the other terminal (S920).
  • the base station performs terminal grouping based on at least one of the group grouping methods (for example, group grouping methods 1, 2, and 3) described above (S930).
  • the group index and the non-orthogonal multiplex through an uplink scheduling grant eg, UL Grant
  • the control channel eg, Physical Downlink Control CHannel, PDCCH
  • Control information for access for example, power allocation information for MUST or codebook index for SCMA, interleaver index for IDMA, etc.
  • MCS level etc.
  • the reference signal hopping pattern may be previously defined as cell-specific, or the base station may inform the terminal of the reference signal hopping pattern index by including the UL grant.
  • the MCS level may be defined in group units or may be determined to be user-specific.
  • the UE may transmit uplink data to the base station by mapping data symbols and reference symbols to resources based on the group index and the resource allocation information included in the UL Grant (S950 and S960).
  • the base station performs repetitive demodulation for the multi-group, and performs MUD within the demodulation of each group to demodulate the signal of the multi-group multi terminal (S970).
  • the base station transmits an ACK or NACK feedback signal to the terminal based on the demodulated signal (S980).
  • non-decoding capable of demodulating while supporting more than the maximum number of sequence-based reference symbols Orthogonal multi-group multiple access schemes may be performed.
  • the transmitting subject is described as a user equipment (UE) and a receiving subject as a base station (eNB) based on the uplink, it is applicable to the arrangement of the downlink PDSCH and the cell-specific RS.
  • the method may be specified as Partially overlapping multiple access (PoMA) as a partial overlapping multiple access method.
  • PoMA Partially overlapping multiple access
  • the transmission of a scheduling request (SR) signal may be UE-specific at an implicit location. This can be described as a possible operation since there may be only up to 216 C-RNTIs (Cell Radio Network Temporary Identifiers).
  • C-RNTIs Cell Radio Network Temporary Identifiers
  • the connectivity of mMTC is considered to be 1,000,000 / km 2 .
  • the amount of reserved resources for transmitting the SR at the implicit location may be about 20 times. That is, 40RBs, which are 20 times the extreme 2RBs of the frequency domain for SR transmission of the existing LTE system, should be reserved, which occupies a large amount of the total system bandwidth, thereby greatly reducing resources for data transmission and reception. . Therefore, there is a need for an SR transmission scheme capable of supporting massive connectivity.
  • the aforementioned PoMA can make a difference in group reliability.
  • the DMRS of the highest group is transmitted without interference, and information transmission of the widest resource region is possible. Based on these characteristics, we propose a method of transmitting SR to the uppermost group. For this operation, the top group is always reserved for the SR in the region in which PoMA operates. That is, an SR group (or SR resource group) is a group that maximizes the reliability of a reference signal (eg, DMRS) and data in an area in which PoMA operates. For example, as shown in FIG.
  • FIG. 10 is an exemplary diagram for explaining a data superimposition method with a PoMA-based SR.
  • the DMRS of the SR group can be demodulated without interference to another group, and the DMRS of Group 1 (Group 1) must perform demodulation in the state of receiving interference by the SR sequence of the SR group.
  • another group Group 1, Group 2, (7) refers to a group of terminals performing data transmission. That is, the DMRS of the SR group does not interfere with the symbols of other groups, and the DMRS of the data group (or data resource group) receives the interference from the symbols of the SR group.
  • the received signal for the symbols in one slot of FIG. 10 is represented by Equation 5 below.
  • y (m) represents the received signal of the m th symbol in one slot, and the channel from the k th user of the g th data group And data symbols , Reference symbol P k , and reception noise n m .
  • K s is the total number of users (terminals) sending SRs Is the channel (or channel coefficient) of the j-th user transmitting the SR.
  • G is the total number of data groups, and K g represents the total number of users (terminals) in the g-th data group. Since the reference symbol P k used in each SR or data group does not overlap in a reference signal avoiding manner, the same sequence may be used.
  • the fourth symbol y (4) then consists of reference symbols from SR group users. Since each user's reference symbol uses a sequence whose cross correlation is set to 0 or as low as possible, channel estimation can be performed by performing auto-correlation with its own sequence. At this time, the maximum number of K S is equal to the maximum number of P k . As shown in Equation 6, the base station may detect the SR sequence from the SR group users of y (3) based on the estimated channel information.
  • Equation 6 Is the channel compensation term for the multi-user of the SR group.
  • Equation 6 may be changed.
  • the second item of the rightmost equation is interference by reference symbols from the first data group users, and the third item is the changed noise value.
  • the third symbol y (3) is composed of SR sequences from SR group users and reference symbols from first data group users. Accordingly, if the SR sequence from the SR group users is detected, channel estimation may be performed by removing interference on the reference symbols of the first data group, which may be represented by Equation 7.
  • the base station may repeatedly detect the SR sequence from the SR group users by reflecting the channel estimation through the reference symbol of the first data group.
  • Equation 7 it is possible to repeatedly demodulate the received signal from y (1) to y (7).
  • sequence of SRs and data groups or data and DMRS patterns may be predefined in the system. For example, considering the self-contained subframe of NR, DMRS may be placed in the first symbol.
  • the scheme may be presented in a manner of increasing reliability, similar to the SR structure of the existing LTE system. For example, grouping may be performed in a structure as shown in FIG. 11.
  • 11 is an exemplary diagram for explaining a data superimposition method with a PoMA-based SR.
  • the base station may limit the number of groups in which the SR and data overlap with the PoMA. For example, the base station indicates the number of data groups that transmit data for resources to which the SR is transmitted based on a threshold for detection error probability of the SR (eg, limited indication).
  • Common Control information can be broadcast to the terminal in the Common DCI or RRC phase.
  • Table 1 below specifies the number of data groups that an SR reliability indication field (or a reliability indication field related to SR reception) corresponding to an SR detection error rate indicates or indicates which data groups are allowed. to be.
  • the allowed data group (Allowed data group) of Table 1 may be predefined in the system and promised to the terminal.
  • the UE may receive an SR reliability indication field through common DCI or RRC signaling and transmit data through a resource allocated to the data group indicated by the SR reliability indication field.
  • ACK / NACK for data transmission may be determined through a cyclic redundancy check (CRC).
  • CRC cyclic redundancy check
  • the SR group since the SR group transmits the sequence in an unscheduled state, it is difficult to accurately determine whether the SR group is detected due to interference caused by overlapping the data groups. For this reason, an operation to improve the detection accuracy for the SR sequence may be needed. Therefore, the ACK ratio of the data group must exceed a certain threshold to improve the SR detection accuracy through an iterative detection procedure (eg, SIC-based group detection).
  • the ACK ratio of the data group may be utilized.
  • the number of groups can be controlled by setting the ACK ratio as a threshold based on the CRC check of the data of all users included in the entire data group.
  • the allowed data group (Allowed data group) of Table 2 may be predefined in the system and promised to the terminal.
  • the SR Reliability Indication field of Table 2 may be defined as an SR zone-specific reliability indication field. Since the SR reliability indication field is specified for the entire SR and the data overlapping area, when there are a plurality of SRs and the data overlapping area, it may be difficult to control each area. Therefore, each overlapping region can be dynamically controlled through the SR zone-specific reliability indication field. In this case, the number of SR zone-specific reliability indication fields is increased by the number of zones, thereby increasing the amount of control information. However, dynamic control of each overlapping area can improve the efficiency of data transmission while maintaining the reliability of each area.
  • PoMA Scheduling-based MA is applied to base-based uplink data transmission If Occation
  • the base station determines a data transmission region and a data group based on the dynamic control of the number of data groups, and schedules uplink transmission based on channel state information (CSI) of the terminal (or user).
  • Information about the scheduled uplink data transmission is transmitted to the UE in a UL grant (for example, DCI format 0 or 4).
  • the terminal performs uplink data transmission based on the received UL grant.
  • contention based MA When contention based MA is applied to PoMA-based uplink data transmission based on the dynamic control of the number of data groups according to the SR reliability, the following operation may be performed.
  • the base station determines the data transmission area and the data group based on the dynamic control of the number of data group data groups and sets the Contention based MA area.
  • the base station broadcasts a data group on which contention-based MA is performed to the terminal through group specific DCI or common DCI (for example, the SR reliability indication field mentioned in Table 2 above). Signaling the allowed data group through (C).
  • the terminal performs contention-based uplink data transmission in the allowed data group based on the received DCI.
  • PoMA-based data groups may have a difference in reliability. Accordingly, the terminal may select a data group according to reliability based on a random rule or a predefined rule among the allowed data groups.
  • the UE may perform SR and contention-based uplink data transmission in one PoMA region. If a predefined SR region exists in the PoMA group, the UE selects a data group according to reliability and performs uplink data transmission through a contention-based MA operation, and performs scheduling request through the SR group which is the highest group. Send the SR sequence. In this case, since the UE multiplexes the data and the SR sequence, the power for the SR sequence transmission may be reduced in comparison with the power when there is no multiplexing. Therefore, in this case, the following operation can be performed.
  • the SR transmit power selected based on the DL Synchronization Signal or Open Loop Power Control by Path Loss Estimation by the Downlink Control Channel is the maximum transmit power. ), The UE performs only SR sequence transmission and does not perform contention-based uplink data transmission.
  • the SR transmit power selected based on the DL Synchronization Signal or Open Loop Power Control by Path Loss Estimation by the Downlink Control Channel is the maximum transmit power.
  • the UE performs SR sequence transmission in the SR group, and contention-based uplink data transmission performs uplink data transmission in the PoMA data group with the remaining power after subtracting the SR transmission power from the maximum transmission power.
  • the uplink data transmission power value remaining by subtracting the SR transmission power from the maximum transmission power may be defined as a specific threshold (threshold value is defined in advance or a value determined to be impossible to receive at the receiving side based on the open loop power control.
  • the UE may not perform contention-based uplink data transmission.
  • the SR group may be without DMRS. Since the SR sequence can be performed only by sequence detection without DMRS, in this case, the DMRS of the SR group is replaced with the SR sequence. Then, the base station can receive the SR sequence corresponding to the existing DMRS position of the SR group without interference. However, due to intercell interference and lack of signal to noise ratio (SNR), detection performance may not be guaranteed with a single SR sequence, so that the base station is combined with an SR sequence where there is inter-group interference (SR sequence position rather than the existing DMRS position). Can be detected.
  • SNR signal to noise ratio
  • the number of users performing data transmission through the NOMA in one group is more difficult to demodulate the SR sequence, the number of users in the data group may vary depending on the system environment or QoS constraints.
  • the amount of interference may be controlled by controlling the reception power of the data group to improve or guarantee the reliability of the SR group.
  • the grant of the DCI designated for the data group includes a power command for power control, so that the terminal may perform power control based on the grant.
  • FIG. 12 is an exemplary diagram for explaining a data superimposition method with a PoMA-based SR.
  • the PoMA-based SR and the data overlapping scheme may be performed for a specific band.
  • an SR only area i.e., an area where only SR is transmitted without uplink data
  • an SR and data area denoteted SR & Data in FIG. 12
  • the base station and the terminal may promise a predetermined pattern by dividing the data into a PoMA overlap region and a data only region (that is, a region where only uplink data is transmitted).
  • the base station may transmit information on the pattern for each frequency band shown in FIG. 12 to the terminal through signaling such as common DCI or RRC. In this case, the base station may signal to the terminal a field indicating an adaptive operation for a plurality of patterns.
  • the SR transmission of the UE may be implicitly transmitted only by being tied only to the SR only area or may not be implicitly transmitted by being tied only to the SR and data area.
  • the SR transmission of the UE has a specific period, and the manner in which the SR only area and the SR and the data area are cross-tied can provide the SR detection reliability to the base station.
  • the pattern of the SR only region may be different.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a pattern of an SR region considering a self-contained subframe.
  • the pattern shown in FIG. 13 may be predefined and known to the terminal, or the base station may broadcast to the terminal through common control information. Data transmission of the data group may be equally applied to contention-based uplink transmission as well as scheduling-based uplink transmission.
  • the base station and the terminal promise the SR only area in advance, and the SR only area is UE-specifically allocated in an implicit manner.
  • the base station and the terminal promise in advance the PoMA-based SR and data area, among which the SR group is terminal-specifically assigned in an implicit manner.
  • the SR transmission area of the UE may be simultaneously assigned to the SR only area and the PoMA-based SR and Data areas, or may be sequentially assigned to one location, or may be allocated to only one of the SR only area and the PoMA-based SR and Data areas.
  • the pattern may be determined by a predetermined rule, so that the UE knows, the base station broadcasts to the UEs through common control signaling, or informs the UE in advance or periodically at the RRC connection stage.
  • the allowed data group of the PoMA based SR and Data area can be dynamically changed by the SR reliability control mentioned in the present invention.
  • the operation of the terminal is as follows.
  • the terminal transmits the SR based on the previously promised information, the base station delivers the UL grant to the terminal according to the scheduling, and then the terminal performs uplink transmission based on the UL grant.
  • the UL grant may designate a Data Only region or an SR and a data region, and may simultaneously designate these two regions.
  • the UE may perform contention-based uplink data transmission in the SR and the data area while transmitting the SR based on the previously promised information.
  • the allowed data group of the SR and the data area may be performed in the data group dynamically changed by the SR reliability control mentioned in the present invention. If the base station does not normally detect and decode the contention-based uplink data transmission, the base station performs a response to the SR as transmission of a UL grant. In contrast, when the base station detects and decodes the contention-based uplink data transmission normally, the base station transmits an ACK signal to the terminal without performing a response to the SR.
  • the base station can not transmit any information to the terminal, if the terminal does not receive a response for a certain threshold, retransmits only the SR or data with the SR Resume concurrent transmissions.
  • each component or feature is to be considered optional unless stated otherwise.
  • Each component or feature may be embodied in a form that is not combined with other components or features. It is also possible to combine some of the components and / or features to form an embodiment of the invention.
  • the order of the operations described in the embodiments of the present invention may be changed. Some components or features of one embodiment may be included in another embodiment or may be replaced with corresponding components or features of another embodiment. It is obvious that the claims may be combined to form an embodiment by combining claims that do not have an explicit citation relationship in the claims or as new claims by post-application correction.
  • the method and apparatus for non-orthogonal multiple access based communication can be applied to various communication systems such as 3GPP LTE / LTE-A, next generation 5G communication system.

Landscapes

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

Abstract

기지국이 비직교 다중 접속 방식(Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA) 기반 통신을 수행하는 방법은, 스케줄링 요청(Scheduling Request, SR) 수신 신뢰도에 기초하여 적어도 하나의 전송 데이터 자원 그룹을 결정하는 단계; 상기 결정된 적어도 하나의 데이터 자원 그룹에 대한 정보를 단말로 전송하는 단계; 및 상기 단말로부터 상기 적어도 하나의 데이터 자원 그룹에서 사전에 정의된 상향링크 데이터 전송 영역을 통해 상향링크 데이터를 수신하는 단계를 포함하되, 상기 적어도 하나의 데이터 자원 그룹은 SR을 전송할 수 있는 SR 전송 영역을 포함하는 SR 자원 그룹과 물리 자원 영역에서 중첩적으로 할당되되, 상기 물리 자원 영역에서 상기 적어도 하나의 데이터 자원 그룹 내 상기 사전에 정의된 상향링크 데이터 전송 영역과 상기 SR 자원 그룹의 상기 SR 전송 영역은 중첩되어 있을 수 있다.

Description

비직교 다중 접속 방식 기반 통신을 수행하는 방법 및 이를 위한 장치
본 발명은 무선통신에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비직교 다중 접속 방식 기반 통신을 수행하는 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.
차세대 5G 시스템에서는 Massive Connection/Low cost/Low power Service를 target으로 작은 패킷을 간헐적으로 전송하는 Wireless Sensor Network (WSN), Massive Machine Type Communication (MTC) 등이 고려되고 있다.
Massive MTC 서비스는 Connection Density Requirement가 매우 제한적인데 반해, 데이터 전송률(Data Rate)과 End-to-End (E2E) Latency Requirement는 매우 자유롭다(일 예로, Connection Density: Up to 200,000/km2, E2E Latency: Seconds to hours, DL/UL Data Rate: typically 1-100kbps).
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는 기지국이 비직교 다중 접속 방식 기반 통신을 수행하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 단말이 비직교 다중 접속 방식 기반 통신을 수행하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 비직교 다중 접속 방식기반 통신을 수행하는 기지국을 제공하는 데 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 비직교 다중 접속 방식 기반 통신을 수행하는 단말을 제공하는 데 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 상기 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 기지국이 비직교 다중 접속 방식(Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA) 기반 통신을 수행하는 방법은, 스케줄링 요청(Scheduling Request, SR) 수신 신뢰도에 기초하여 적어도 하나의 전송 데이터 자원 그룹을 결정하는 단계; 상기 결정된 적어도 하나의 데이터 자원 그룹에 대한 정보를 단말로 전송하는 단계; 및 상기 단말로부터 상기 적어도 하나의 데이터 자원 그룹에서 사전에 정의된 상향링크 데이터 전송 영역을 통해 상향링크 데이터를 수신하는 단계를 포함하되, 상기 적어도 하나의 데이터 자원 그룹은 SR을 전송할 수 있는 SR 전송 영역을 포함하는 SR 자원 그룹과 물리 자원 영역에서 중첩적으로 할당되되, 상기 물리 자원 영역에서 상기 적어도 하나의 데이터 자원 그룹 내 상기 사전에 정의된 상향링크 데이터 전송 영역과 상기 SR 자원 그룹의 상기 SR 전송 영역은 중첩되어 있을 수 있다.
상기 적어도 하나의 데이터 자원 그룹에서 상기 사전에 정의된 상향링크 데이터 전송 영역은 경쟁기반 데이터 전송 영역일 수 있다. 상기 결정된 적어도 하나의 데이터 자원 그룹에 대한 정보는 단말-그룹 특정 하향링크 제어 정보이거나 또는 단말-공통 하향링크 제어 정보일 수 있다. 상기 기지국은 상기 단말로부터 상기 상향링크 데이터와 함께 상기 SR 자원 그룹을 통해 상기 SR을 더 수신할 수 있다.
상기 SR 수신 신뢰도는 상기 SR 자원 그룹에서의 상기 SR의 검출 오류율에 의해 결정되거나 또는 상기 SR 수신 신뢰도는 상기 적어도 하나의 데이터 자원 그룹에서의 ACK 비율로 결정될 수 있다.
상기 기지국은 상기 SR 수신 신뢰도에 기초하여, 상기 적어도 하나의 데이터 자원 그룹의 개수가 결정되거나 또는 상기 적어도 하나의 데이터 자원 그룹을 지정할 수 있다.
상기의 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 단말이 비직교 다중 접속 방식 기반 통신을 수행하는 방법에 있어서, 스케줄링 요청(Scheduling Request, SR) 수신 신뢰도에 기초하여 결정된 적어도 하나의 데이터 자원 그룹에 대한 정보를 기지국으로부터 수신하는 단계; 및 상기 적어도 하나의 데이터 자원 그룹에서 사전에 정의된 상향링크 데이터 전송 영역을 통해 상향링크 데이터를 상기 기지국으로 전송하는 단계를 포함하되, 상기 적어도 하나의 데이터 자원 그룹은 SR을 전송할 수 있는 SR 전송 영역을 포함하는 SR 자원 그룹과 물리 자원 영역에서 중첩적으로 할당되되, 상기 물리 자원 영역에서 상기 적어도 하나의 데이터 자원 그룹 내 상기 사전에 정의된 상향링크 데이터 전송 영역과 상기 SR 자원 그룹의 상기 SR 전송 영역은 중첩되어 있을 수 있다.
상기 단말은 상기 상향링크 데이터와 함께 상기 SR 자원 그룹을 통해 상기 SR을 상기 기지국으로 더 전송할 수 있다. 상기 적어도 하나의 데이터 자원 그룹이 복수 개인 경우, 복수 개의 데이터 자원 그룹 중 수신 신뢰도가 더 높은 데이터 자원 그룹을 선택하고, 상기 선택된 데이터 자원 그룹에서 상기 사전에 정의된 상향링크 데이터영역을 통해 상향링크 데이터를 전송할 수 있다.
상기의 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 비직교 다중 접속 방식(Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA) 기반 통신을 수행하는 기지국은, 스케줄링 요청(Scheduling Request, SR) 수신 신뢰도에 기초하여 적어도 하나의 전송 데이터 자원 그룹을 결정하도록 구성된 프로세서; 상기 결정된 적어도 하나의 데이터 자원 그룹에 대한 정보를 단말로 전송하도록 구성된 송신기; 및 상기 단말로부터 상기 적어도 하나의 데이터 자원 그룹에서 사전에 정의된 상향링크 데이터 전송 영역을 통해 상향링크 데이터를 수신하도록 구성된 수신기를 포함하되, 상기 적어도 하나의 데이터 자원 그룹은 SR을 전송할 수 있는 SR 전송 영역을 포함하는 SR 자원 그룹과 물리 자원 영역에서 중첩적으로 할당되되, 상기 물리 자원 영역에서 상기 적어도 하나의 데이터 자원 그룹 내 상기 사전에 정의된 상향링크 데이터 전송 영역과 상기 SR 자원 그룹의 상기 SR 전송 영역은 중첩되어 있을 수 있다.
상기 수신기는 상기 단말로부터 상기 상향링크 데이터와 함께 상기 SR 자원 그룹을 통해 상기 SR을 더 수신하도록 구성될 수 있다. 상기 프로세서는 상기 SR 수신 신뢰도에 기초하여 상기 적어도 하나의 데이터 자원 그룹의 개수를 결정하도록 구성되거나 또는 상기 적어도 하나의 데이터 자원 그룹을 지정하도록 구성될 수 있다.
상기의 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 비직교 다중 접속 방식 기반 통신을 수행하는 단말은, 스케줄링 요청(Scheduling Request, SR) 수신 신뢰도에 기초하여 결정된 적어도 하나의 데이터 자원 그룹에 대한 정보를 기지국으로부터 수신하도록 구성된 수신기; 및 상기 적어도 하나의 데이터 자원 그룹에서 사전에 정의된 상향링크 데이터 전송 영역을 통해 상향링크 데이터를 상기 기지국으로 전송하도록 구성된 송신기를 포함하되, 상기 적어도 하나의 데이터 자원 그룹은 SR을 전송할 수 있는 SR 전송 영역을 포함하는 SR 자원 그룹과 물리 자원 영역에서 중첩적으로 할당되되, 상기 물리 자원 영역에서 상기 적어도 하나의 데이터 자원 그룹 내 상기 사전에 정의된 상향링크 데이터 전송 영역과 상기 SR 자원 그룹의 상기 SR 전송 영역은 중첩되어 있을 수 있다.
상기 송신기는 상기 상향링크 데이터와 함께 상기 SR 자원 그룹을 통해 상기 SR을 더 전송하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, PoMA 기반 자원 그룹 별 신뢰도(reliability)에 차이를 두어, 간섭 없이 효율적으로 SR 및 상향링크 데이터를 전송할 수 있다.
본 발명에서 얻은 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 무선통신 시스템(100)에서의 기지국(105) 및 단말(110)의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 Long term Evolution(LTE)/LTE-Advanced(LTE-A) 시스템에서의 상향링크 지원을 위한 프레임 구조를 나타내고 있다.
도 3은 비-직교 다중 접속 방식 기반 다중 사용자 데이터 중첩(Multi-user Data Overlapping) 전송 방식을 위한 프레임 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 채널 추정을 위한 보간 방법들(Interpolation Methods)을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 5는 참조 신호 호핑 기반 NOMA 그룹의 프레임 구조를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 6은 반복적 다중-그룹 검출을 위한 프로시저를 도시한 도면이다.
도 7은 Normal CP 프레임 구조 기반 참조신호 호핑 패턴의 예를 도시한 도면이다.
도 8은 Extended CP 프레임 구조 기반 참조신호 호핑 패턴의 일 예를 도시한 도면이다.
도 9는 Massive Sporadic Packet Service를 위한 프로시저를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 10은 PoMA 기반 SR과 데이터 중첩 방식을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 11은 PoMA 기반 SR과 데이터 중첩 방식을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 12는 PoMA 기반 SR과 데이터 중첩 방식을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 13은 Self-contained 서브프레임을 고려한 SR 영역의 패턴을 도시한 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다. 예를 들어, 이하의 상세한 설명은 이동통신 시스템이 3GPP LTE, LTE-A, 5G 시스템인 경우를 가정하여 구체적으로 설명하나, 3GPP LTE, LTE-A의 특유한 사항을 제외하고는 다른 임의의 이동통신 시스템에도 적용 가능하다.
몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다. 또한, 본 명세서 전체에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.
아울러, 이하의 설명에 있어서 단말은 UE(User Equipment), MS(Mobile Station), AMS(Advanced Mobile Station) 등 이동 또는 고정형의 사용자단 기기를 통칭하는 것을 가정한다. 또한, 기지국은 Node B, eNode B, Base Station, AP(Access Point) 등 단말과 통신하는 네트워크 단의 임의의 노드를 통칭하는 것을 가정한다.
이동 통신 시스템에서 단말(User Equipment)은 기지국으로부터 하향링크(Downlink)를 통해 정보를 수신할 수 있으며, 단말은 또한 상향링크(Uplink)를 통해 정보를 전송할 수 있다. 단말이 전송 또는 수신하는 정보로는 데이터 및 다양한 제어 정보가 있으며, 단말이 전송 또는 수신하는 정보의 종류 용도에 따라 다양한 물리 채널이 존재한다.
이하의 기술은 CDMA(code division multiple access), FDMA(frequency division multiple access), TDMA(time division multiple access), OFDMA(orthogonal frequency division multiple access), SC-FDMA(single carrier frequency division multiple access) 등과 같은 다양한 무선 접속 시스템에 사용될 수 있다. CDMA는 UTRA(Universal Terrestrial Radio Access)나 CDMA2000과 같은 무선 기술(radio technology)로 구현될 수 있다. TDMA는 GSM(Global System for Mobile communications)/GPRS(General Packet Radio Service)/EDGE(Enhanced 데이터 Rates for GSM Evolution)와 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. OFDMA는 IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802-20, E-UTRA(Evolved UTRA) 등과 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. UTRA는 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)의 일부이다. 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(long term evolution)는 E-UTRA를 사용하는 E-UMTS(Evolved UMTS)의 일부로서 하향링크에서 OFDMA를 채용하고 상향링크에서 SC-FDMA를 채용한다. LTE-A(Advanced)는 3GPP LTE의 진화된 버전이다.
또한, 이하의 설명에서 사용되는 특정(特定) 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 이러한 특정 용어의 사용은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다.
도 1은 무선통신 시스템(100)에서의 기지국(105) 및 단말(110)의 구성을 도시한 블록도이다.
무선 통신 시스템(100)을 간략화하여 나타내기 위해 하나의 기지국(105)과 하나의 단말(110)을 도시하였지만, 무선 통신 시스템(100)은 하나 이상의 기지국 및/또는 하나 이상의 단말을 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 기지국(105)은 송신(Tx) 데이터 프로세서(115), 심볼 변조기(120), 송신기(125), 송수신 안테나(130), 프로세서(180), 메모리(185), 수신기(190), 심볼 복조기(195), 수신 데이터 프로세서(197)를 포함할 수 있다. 그리고, 단말(110)은 송신(Tx) 데이터 프로세서(165), 심볼 변조기(170), 송신기(175), 송수신 안테나(135), 프로세서(155), 메모리(160), 수신기(140), 심볼 복조기(155), 수신 데이터 프로세서(150)를 포함할 수 있다. 송수신 안테나(130, 135)가 각각 기지국(105) 및 단말(110)에서 하나로 도시되어 있지만, 기지국(105) 및 단말(110)은 복수 개의 송수신 안테나를 구비하고 있다. 따라서, 본 발명에 따른 기지국(105) 및 단말(110)은 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 시스템을 지원한다. 또한, 본 발명에 따른 기지국(105)은 SU-MIMO(Single User-MIMO) MU-MIMO(Multi User-MIMO) 방식 모두를 지원할 수 있다.
하향링크 상에서, 송신 데이터 프로세서(115)는 트래픽 데이터를 수신하고, 수신한 트래픽 데이터를 포맷하여, 코딩하고, 코딩된 트래픽 데이터를 인터리빙하고 변조하여(또는 심볼 매핑하여), 변조 심볼들("데이터 심볼들")을 제공한다. 심볼 변조기(120)는 이 데이터 심볼들과 파일럿 심볼들을 수신 및 처리하여, 심볼들의 스트림을 제공한다.
심볼 변조기(120)는, 데이터 및 파일럿 심볼들을 다중화하여 이를 송신기 (125)로 전송한다. 이때, 각각의 송신 심볼은 데이터 심볼, 파일럿 심볼, 또는 제로의 신호 값일 수도 있다. 각각의 심볼 주기에서, 파일럿 심볼들이 연속적으로 송신될 수도 있다. 파일럿 심볼들은 주파수 분할 다중화(FDM), 직교 주파수 분할 다중화(OFDM), 시분할 다중화(TDM), 또는 코드 분할 다중화(CDM) 심볼일 수 있다.
송신기(125)는 심볼들의 스트림을 수신하여 이를 하나 이상의 아날로그 신호들로 변환하고, 또한, 이 아날로그 신호들을 추가적으로 조절하여(예를 들어, 증폭, 필터링, 및 주파수 업 컨버팅(upconverting) 하여, 무선 채널을 통한 송신에 적합한 하향링크 신호를 발생시킨다. 그러면, 송신 안테나(130)는 발생된 하향링크 신호를 단말로 전송한다.
단말(110)의 구성에서, 수신 안테나(135)는 기지국으로부터의 하향링크 신호를 수신하여 수신된 신호를 수신기(140)로 제공한다. 수신기(140)는 수신된 신호를 조정하고(예를 들어, 필터링, 증폭, 및 주파수 다운컨버팅(downconverting)), 조정된 신호를 디지털화하여 샘플들을 획득한다. 심볼 복조기(145)는 수신된 파일럿 심볼들을 복조하여 채널 추정을 위해 이를 프로세서(155)로 제공한다.
또한, 심볼 복조기(145)는 프로세서(155)로부터 하향링크에 대한 주파수 응답 추정치를 수신하고, 수신된 데이터 심볼들에 대해 데이터 복조를 수행하여, (송신된 데이터 심볼들의 추정치들인) 데이터 심볼 추정치를 획득하고, 데이터 심볼 추정치들을 수신(Rx) 데이터 프로세서(150)로 제공한다. 수신 데이터 프로세서(150)는 데이터 심볼 추정치들을 복조(즉, 심볼 디-매핑(demapping))하고, 디인터리빙(deinterleaving)하고, 디코딩하여, 전송된 트래픽 데이터를 복구한다.
심볼 복조기(145) 및 수신 데이터 프로세서(150)에 의한 처리는 각각 기지국(105)에서의 심볼 변조기(120) 및 송신 데이터 프로세서(115)에 의한 처리에 대해 상보적이다.
단말(110)은 상향링크 상에서, 송신 데이터 프로세서(165)는 트래픽 데이터를 처리하여, 데이터 심볼들을 제공한다. 심볼 변조기(170)는 데이터 심볼들을 수신하여 다중화하고, 변조를 수행하여, 심볼들의 스트림을 송신기(175)로 제공할 수 있다. 송신기(175)는 심볼들의 스트림을 수신 및 처리하여, 상향링크 신호를 발생시킨다. 그리고 송신 안테나(135)는 발생된 상향링크 신호를 기지국(105)으로 전송한다.
기지국(105)에서, 단말(110)로부터 상향링크 신호가 수신 안테나(130)를 통해 수신되고, 수신기(190)는 수신한 상향링크 신호를 처리되어 샘플들을 획득한다. 이어서, 심볼 복조기(195)는 이 샘플들을 처리하여, 상향링크에 대해 수신된 파일럿 심볼들 및 데이터 심볼 추정치를 제공한다. 수신 데이터 프로세서(197)는 데이터 심볼 추정치를 처리하여, 단말(110)로부터 전송된 트래픽 데이터를 복구한다.
단말(110) 및 기지국(105) 각각의 프로세서(155, 180)는 각각 단말(110) 및 기지국(105)에서의 동작을 지시(예를 들어, 제어, 조정, 관리 등)한다. 각각의 프로세서들(155, 180)은 프로그램 코드들 및 데이터를 저장하는 메모리 유닛(160, 185)들과 연결될 수 있다. 메모리(160, 185)는 프로세서(180)에 연결되어 오퍼레이팅 시스템, 어플리케이션, 및 일반 파일(general files)들을 저장한다.
프로세서(155, 180)는 컨트롤러(controller), 마이크로 컨트롤러(microcontroller), 마이크로 프로세서(microprocessor), 마이크로 컴퓨터(microcomputer) 등으로도 호칭될 수 있다. 한편, 프로세서(155, 180)는 하드웨어(hardware) 또는 펌웨어(firmware), 소프트웨어, 또는 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어를 이용하여 본 발명의 실시예를 구현하는 경우에는, 본 발명을 수행하도록 구성된 ASICs(application specific integrated circuits) 또는 DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays) 등이 프로세서(155, 180)에 구비될 수 있다.
한편, 펌웨어나 소프트웨어를 이용하여 본 발명의 실시예들을 구현하는 경우에는 본 발명의 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차 또는 함수 등을 포함하도록 펌웨어나 소프트웨어가 구성될 수 있으며, 본 발명을 수행할 수 있도록 구성된 펌웨어 또는 소프트웨어는 프로세서(155, 180) 내에 구비되거나 메모리(160, 185)에 저장되어 프로세서(155, 180)에 의해 구동될 수 있다.
단말과 기지국이 무선 통신 시스템(네트워크) 사이의 무선 인터페이스 프로토콜의 레이어들은 통신 시스템에서 잘 알려진 OSI(open system interconnection) 모델의 하위 3개 레이어를 기초로 제 1 레이어(L1), 제 2 레이어(L2), 및 제 3 레이어(L3)로 분류될 수 있다. 물리 레이어는 상기 제 1 레이어에 속하며, 물리 채널을 통해 정보 전송 서비스를 제공한다. RRC(Radio Resource Control) 레이어는 상기 제 3 레이어에 속하며 UE와 네트워크 사이의 제어 무선 자원들을 제공한다. 단말, 기지국은 무선 통신 네트워크와 RRC 레이어를 통해 RRC 메시지들을 교환할 수 있다.
본 명세서에서 단말의 프로세서(155)와 기지국의 프로세서(180)는 각각 단말(110) 및 기지국(105)이 신호를 수신하거나 송신하는 기능 및 저장 기능 등을 제외하고, 신호 및 데이터를 처리하는 동작을 수행하지만, 설명의 편의를 위하여 이하에서 특별히 프로세서(155, 180)를 언급하지 않는다. 특별히 프로세서(155, 180)의 언급이 없더라도 신호를 수신하거나 송신하는 기능이 아닌 데이터 처리 등의 일련의 동작들을 수행한다고 할 수 있다.
본 발명에서는 대용량 연결성(Massive Connectivity) 지원을 위한 비직교 다중 접속 방식(Non-orthogonal Multiple Access, NOMA)의 사용자(혹은 단말) 그룹핑 방식 (User Grouping) 및 참조 신호 호핑 방식 (Reference Signal Hopping, RS Hopping)에 관한 기법을 제안한다.
도 2는 Long term Evolution(LTE)/LTE-Advanced(LTE-A) 시스템에서의 상향링크 지원을 위한 프레임 구조를 나타내고 있다.
도 2에서 데이터 심볼은 PUSCH(Physical Uplink Shared Channel) 또는 PUCCH (Physical Uplink Control Channel) 등으로 구성될 수 있으며, 참조 심볼(참조 심볼)은 DMRS 등으로 구성될 수 있다. 도 2의 프레임 구조는 무선통신 시스템의 환경에 따라 다양할 수 있으며, 즉, 서브프레임 구조나, 슬롯 길이, 슬롯 내의 심볼 수가 달라 수 있다. 또한, 이러한 프레임 구조는 단말 간 직접 통신을 수행하는 D2D (Device to Device) 단말 또는 V2X(Vehicular to Everything) 등과 같은 ad-hoc 네트워크와 LTE-A, MTC(Machine Type Communication)등과 같은 셀룰러 기반 방식에서 사용될 수 있다. 기존 무선통신 시스템의 경우, 시간-주파수 자원을 단말에게 할당하고, 직교 자원 사용을 통해 데이터 심볼과 참조 심볼을 다르게 사용할 수 있다. 따라서, 각 단말의 신호는 다른 단말로부터의 간섭 없이 복조가 가능하다.
도 3은 비-직교 다중 접속 방식 기반 다중 사용자 데이터 중첩(Multi-user Data Overlapping) 전송 방식을 위한 프레임 구조를 도시한 도면이다.
도 3의 프레임 구조는 도 2의 프레임 구조의 방식과 같지만, 다수 단말(혹은 사용자)가 동일한 주파수 자원을 공유함으로써, 비직교 시간-주파수 자원을 단말(혹은 사용자)에게 할당하는 방식이다. 예를 들어, 도 3에서와 같이 UE 1에서 UE K는 동일한 주파수 자원 부반송파 1(Sub-carrier 1)을 사용함으로써, 데이터 심볼과 참조 심볼이 중첩되게 된다.
참조 심볼은 채널 계수 추정을 위해서 시퀀스의 Auto-correlation과 Cross-correlation 성질을 이용한다. 다수 시퀀스 사이에 낮은 Cross-correlation을 가진다면, 수신단에서 다수 단말의 중첩된 참조 심볼을 구별해 낼 수 있다. 예를 들어, 카작 시퀀스(CAZAC Sequence)의 하나인 자도프-츄 시퀀스(Zadoff-Chu Sequence) 등을 기반으로 각 단말이 참조 심볼을 구성하여 중첩 전송할 수 있다. 시퀀스의 구성에 따라 다수 단말의 중첩 참조 심볼을 완벽하게 복조하거나, 매우 낮은 간섭만을 가진 채 복조할 수 있다.
도 4는 채널 추정을 위한 보간 방법들(Interpolation Methods)을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
복조된 참조 심볼은 도 4와 같은 보간(Interpolation) 방식 등으로 채널 추정을 수행할 수 있다. 시스템 환경 또는 Coherence Time에 따라 보간(Interpolation) 방식이 다르게 설정될 수 있으며, Normal CP(Cyclic Prefix)와 Extended CP 구성에 의한 프레임 구조에 의해 다양하게 설정될 수 있다.
데이터 심볼은 참조 심볼에 의한 채널 추정을 기반으로 NOMA를 지원하는 수신기를 통해 Multiuser Detection (MUD)을 수행할 수 있다. 예를 들어, Maximum Likelihood (ML) 검출 또는 Maximum joint A posteriori Probability (MAP), Multiuser Superposition Transmission (MUST)의 Codeword Interference Cancellation (CWIC)과 Sparse Code Multiple Access (SCMA)의 Massage Passing Algorithm (MPA), Interleave Division Multiple Access (IDMA)의 Parallel Interference Cancellation (PIC) 등을 활용할 수 있다. 데이터 심볼의 MUD 방식은 비직교 다중 접속 송수신 설계 방식에 따라 다양하게 정의될 수 있다.
비직교 다중 접속 방식은 동일 시간-주파수 자원에 다수 단말의 신호를 중첩 전송하기 때문에, LTE 시스템과 비교하여 더 높은 복호 오류율을 가지지만, 더 높은 주파수 이용 효율이나 더 많은 Connectivity를 지원할 수 있다. 비직교 다중 접속 방식은 시스템 환경에 따라, 부호율 제어를 통해 복호 오류율을 유지하면서, 더 높은 주파수 이용효율이나 더 많은 Connectivity 를 달성하는 것이 가능하다.
앞서 언급한 바와 같이 본 발명에서는 Massive Connectivity 지원을 위한 비직교 다중 접속 시스템의 단말 그룹핑 방식과 참조 신호 호핑 방식을 제시하고자 한다.
Massive Connectivity를 위한 참조 신호 호핑 방법
Massive Connectivity 지원을 위해, 시퀀스 기반의 참조 심볼의 최대 개수 이상을 지원하면서 복조가 가능한 다중 접속 방식이 필요하다.
도 5는 참조 신호 호핑 기반 NOMA 그룹의 프레임 구조를 예시적으로 도시한 도면이다.
Massive Connectivity 지원을 위해, 시퀀스 기반의 참조 심볼의 최대 개수 이상을 지원하면서 복조가 가능한 다중 접속 방식을 제시한다. 도 5는 하나의 주파수 자원을 공유하는 비직교 다중 접속 단말의 그룹들의 프레임 구조를 도시한다(여기서, 단말 그룹은 임의로 결정되었으며, 단말 그룹핑 방식은 실시예 2에서 구체적으로 설명한다).
참조 심볼의 최대 개수 이상을 지원하기 위하여, 각 그룹에서는 참조 심볼의 최대 개수를 모두 사용하고, 도 5와 같이 각 그룹의 참조 심볼을 다른 그룹의 참조 심볼과 중첩(overlap)되지 않도록 회피하여 구성한다. 설명의 편의를 위하여 3GPP LTE를 예로 들어 설명하면, 최대 단말 그룹의 수는 도 5의 Normal CP 프레임 구조에서는 6개까지 지원되며, Extended CP 프레임 구조에서는 5개까지 지원 가능하다. 이때, 중첩 그룹의 수가 많을수록 신호의 복조가 어렵기 때문에, 시스템 환경이나 QoS 제약(constraint)에 따라 사용하는 그룹의 수는 다를 수 있다. 또한, 하나의 그룹에서 지원할 수 있는 단말의 최대 수는 시퀀스 기반 참조 신호의 최대 개수와 같다. 하나의 그룹 내에서 NOMA를 수행하는 단말의 수가 많을수록 신호의 복조가 어렵기 때문에, 시스템 환경이나 QoS Constraint에 따라 동일 그룹 내 단말의 수는 다를 수 있다. 한편, 같은 그룹 내의 단말 들은 코드 또는 전송 파워를 다르게 적용하도록 하여 기지국이 같은 그룹 내 단말을 구분할 수 있도록 할 수 있다. 또한, 다른 그룹간 단말 들도 코드 또는 전송 파워를 다르게 적용하도록 하면, 기지국이 다수 그룹에 대한 단말들간 간섭을 최소화한 상태로 복호할 수 있다. 상기 설명된 NOMA 방식을 통한 최대 중첩 수 는 참조 심볼의 최대 개수 보다 많기 때문에, 다수 그룹에 걸쳐 NOMA 서비스를 지원하는 것이 가능하다.
예를 들어, 도 5에서 그룹 1(group 1)은 도 3의 NOMA를 수행하는 다중 단말 그룹으로 K1 명으로 이루어져 있다. 그룹 1의 사용자 수 K1 이 증가할수록 그룹 1을 위한 MUD 성능이 감소하고, K1이 감소할수록 그룹 1을 위한 MUD 성능이 증대된다. 또한, 그룹 1만 서비스 되면, 다른 그룹으로의 간섭이 없어 MUD 성능이 증대되며, 서비스 되는 그룹의 수가 증가할수록 MUD 성능이 감소한다.
도 5의 다수 그룹에 대한 참조신호 호핑을 수행하면, 그룹 1의 참조 심볼은 다른 그룹으로의 간섭 없이 복조가 가능하고, 그룹 2의 참조 심볼은 그룹 1의 데이터 심볼에 의한 간섭을 받는 상태로 복조를 수행해야 한다. 즉, 상위 그룹(Low order)의 참조 심볼은 하위 그룹(High order)의 심볼들로부터 간섭을 받지 않고, 하위 그룹의 참조 심볼은 상위 그룹의 심볼들로부터 간섭을 받는다. 상세한 설명을 위해 도 5의 한 슬롯 내의 심볼들에 대한 수신 신호를 쓰면 다음 수학식 1과 같다.
수학식 1
Figure PCTKR2017002444-appb-M000001
y(m)은 한 슬롯 내의 m번째 심볼의 수신 신호를 나타내고, g번째 그룹의 k번째 단말로부터의 채널
Figure PCTKR2017002444-appb-I000001
와 데이터 심볼
Figure PCTKR2017002444-appb-I000002
, 참조 심볼 Pk, 수신 잡음 nm으로 구성된다. G는 전체 그룹의 개수이고, Kg는 g번째 그룹 내의 전체 단말 수를 나타낸다. 각 그룹에서 사용하는 참조 심볼 Pk 는 참조 신호 회피(혹은 호핑) 방식으로 중첩되지 않으므로 동일한 시퀀스를 사용할 수 있다.
그러면, 4번째 심볼 y(4)는 1번째 그룹 단말들로부터의 참조 심볼들로 구성된다. 각 단말의 참조 심볼은 Cross Correlation이 0 또는 최대한 낮도록 설정된 시퀀스를 사용하므로, 자기 자신의 시퀀스로 Auto-correlation을 수행하여 채널 추정을 수행할 수 있다. 이때, K1의 최대 수는 Pk의 최대 수와 같다. 추정된 채널 정보를 기반으로 y(3)의 1번째 그룹 단말들로부터의 데이터 심볼을 검출할 수 있는데 다음 수학식 2와 같다. 이때, 사용된 NOMA 방식에 따라 MUD 방식은 다를 수 있다.
수학식 2
Figure PCTKR2017002444-appb-M000002
상기 수학식 2에서,
Figure PCTKR2017002444-appb-I000003
은 그룹 1의 다중 단말에 대한 채널 보상 항이다. 채널 보상 방식에 따라 위 수학식 2는 변경될 수 있으며, 수학식 2에서 우변에서 두 번째 항목은 2번째 그룹 사용자들로부터의 참조 심볼에 의한 간섭을 나타내고, 세 번째 항목은 변화된 잡음 값이다.
3번째 심볼 y(3)은 1번째 그룹 단말들로부터의 데이터 심볼들과 2번째 그룹 단말들로부터의 참조 심볼들로 구성된다(다음 수학식 3 참조). 따라서, 1번째 그룹 단말들로부터의 데이터 심볼이 복조 되었다면, 2번째 그룹의 참조 심볼에 대한 간섭을 제거하여 채널 추정을 수행할 수 있다.
수학식 3
Figure PCTKR2017002444-appb-M000003
여기서 1번째 그룹 단말들로부터의 데이터 심볼은, 2번째 그룹의 참조 심볼에 대한 간섭을 받은 상태로 복조 되었으므로, 복조에 대한 오류가 존재할 수 있다. 따라서, 2번째 그룹의 참조 심볼을 통한 채널 추정을 반영하여 반복적으로 1번째 그룹 단말들로부터의 데이터 심볼을 검출할 수 있다. 이는 다음 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
수학식 4
Figure PCTKR2017002444-appb-M000004
이와 같은 방식으로 y(1)에서 y(7)까지의 수신 신호의 반복적인 복조가 가능하다. 그룹 간 반복적 복조 방식 절차를 도식화하면 다음 도 6과 같이 나타낼 수 있다.
도 6은 반복적 다중-그룹 검출을 위한 프로시저를 도시한 도면이다.
도 6에서 각 그룹의 MUD 방식은, NOMA를 지원하는 수신기를 통해 다양하게 정의될 수 있다. 예를 들어, Maximum Likelihood (ML) 검출 또는 Maximum joint A posteriori Probability (MAP), Multiuser Superposition Transmission (MUST)의 Codeword Interference Cancellation (CWIC)과 Sparse Code Multiple Access (SCMA)의 Massage Passing Algorithm (MPA), Interleave Division Multiple Access (IDMA)의 Parallel Interference Cancellation (PIC) 등을 활용할 수 있다. 데이터 심볼의 MUD 방식은 비직교 다중 접속 송수신 설계 방식에 따라 다양하게 정의될 수 있다.
제안하는 방식을 사용하면, 참조 신호의 시퀀스 최대 개수에 그룹 수만큼 배수되어 Massive Connectivity를 지원할 수 있다. 상기 방식에서 참조 신호 호핑 패턴을 예시하면 다음과 같다.
실시예 1: Normal Cyclic Prefix (CP) 프레임 구조 기반 참조신호 호핑 패턴
도 7은 Normal CP 프레임 구조 기반 참조신호 호핑 패턴의 예를 도시한 도면이다.
도 7에서는 2개의 서브프레임을 예시하여 참조신호 호핑 패턴을 도시하고 있다. 도 7의 그룹 1은 시스템 환경에 따라 도 4의 Block, Linear, Non-linear Interpolation이 가능하다. 반면에, 다른 그룹들은 참조 신호의 위치가 슬롯의 중심에 위치하지 않고 데이터 심볼과 떨어져 있어 Block Interpolation의 성능이 저하될 수 있다. 따라서, 단말은 참조 심볼을 기준으로 좌우 3개의 심볼을 Block Interpolation 수행함으로써 채널 추정 성능의 열화를 막을 수 있다. 이때, 채널 추정을 위해 슬롯 경계를 넘어서서 채널 추정을 수행한다예를 들어, 도 7의 (a)에 도시된 참조신호 호핑 패턴 0의 그룹 4에서는, 참조 심볼을 기준으로 앞 3개의 심볼(기준 슬롯의 1번째 심볼과 이전 슬롯의 6번째, 7번째 심볼들)에 대해 Block Interpolation을 수행한다. 유사하게 그룹 5는 참조 심볼을 기준으로 뒤 2개의 심볼(기준 슬롯의 7번째 심볼과 다음 슬롯의 1번째 심볼)에 대해 Block Interpolation을 수행한다.
같은 방식으로 다른 그룹과 도 7의 (b)에 도시된 참조 신호 호핑 패턴 1의 그룹들에게도 적용이 가능하다. 또는, Linear Interpolation과 Non-linear Interpolation을 통해 채널 추정 성능을 향상시킬 수 있다.
실시 예 1은 참조신호 호핑 패턴의 예시로써, 다른 방식으로 참조 심볼이 중첩되지 않게 하면서, 각 그룹에서는 참조 심볼의 최대 개수를 모두 사용하는 다른 패턴에도 해당된다.
실시 예 2: Extended CP 프레임 구조 기반 참조신호 호핑 패턴
도 8은 Extended CP 프레임 구조 기반 참조신호 호핑 패턴의 일 예를 도시한 도면이다.
도 8에서는 2개의 서브프레임을 예시하여 참조신호 호핑 패턴을 도시하고 있다. 도 8의 그룹 1, 2는 시스템 환경에 따라 도 4의 Block, Linear, Non-linear Interpolation이 가능하다. 반면에, 다른 그룹들은 참조신호의 위치가 슬롯의 중심에 위치하지 않고 데이터 심볼과 떨어져 있어 Block Interpolation의 성능이 저하될 수 있다. 따라서, 참조 심볼을 기준으로 좌로 2개, 우로 3개의 심볼을 Block Interpolation 수행함으로써, 채널 추정 성능의 열화를 막을 수 있다. 이때, 채널 추정을 위해 Slot 경계를 넘어서서 채널 추정을 수행한다.
예를 들어, 도 8의 (a)에 도시된 참조신호 호핑 패턴 0의 그룹 3에서는, 참조 심볼을 기준으로 뒤 3개의 심볼(기준 슬롯의 6번째 심볼과 다음 슬롯의 1번째 및 2번째 심볼들)에 대해 Block Interpolation을 수행한다. 유사하게 그룹 4는 참조 심볼을 기준으로 앞 2개의 심볼(기준 슬롯의 1번째 심볼과 이전 슬롯의 6번째 Symbol)에 대해 Block Interpolation을 수행한다. 같은 방식으로 다른 그룹과 도 8의 (b)에 도시한 참조신호 호핑 패턴 1의 그룹들에게도 적용이 가능하다. 또는, Linear Interpolation과 Non-linear Interpolation을 통해 채널 추정 성능을 향상 시킬 수 있다.
실시 예 2는 참조신호 호핑 패턴의 예시로서, 다른 방식으로 참조 심볼이 중첩되지 않게 하면서, 각 그룹에서는 참조 심볼의 최대 개수를 모두 사용하는 다른 패턴에도 해당된다.
Massive Connectivity을 위한 비직교(non-orthogonal) 다중 접속 단말 그룹핑
앞서 설명한 Massive Connectivity를 위한 참조 신호 호핑 방법의 수행을 위해, 비직교 다중 접속 방식의 단말 그룹핑 방식의 정의와 시그널링이 필요하다.
앞서 설명한 Massive Connectivity를 위한 참조 신호 호핑 방법에서 제시한 참조 신호 호핑 방식의 수행을 위한 비직교 다중 접속 방식의 단말 그룹핑 방식을 제시한다. Massive Connectivity를 위한 참조 신호 호핑 방법에서 단말 그룹에 따른 참조신호 호핑 방식은 그룹간 복조 성능에 차이를 가지게 된다. 그룹 1의 참조신호는 간섭 없이 수신이 가능하므로, 채널 추정 성능을 보장할 수 있고, 각 데이터 심볼의 차등적 간섭 양으로 인하여, 더 좋은 수신 성능을 기대할 수 있다. 예를 들어, 도 5에서 그룹 1의 3번째 심볼은 그룹 2의 참조 심볼로부터의 간섭만 존재하고, 참조 심볼은 미리 알고 있는 정보로써, 간섭 제거 성능이 뛰어나다. 반면에 그룹 2의 5번째 심볼은 그룹 1의 데이터 심볼에 의한 간섭과 그룹 3의 참조 심볼로부터의 간섭이 존재하여 복조 성능이 감소할 수 있다. 반복적인 다중-그룹 검출을 수행하더라도, 존재하는 간섭의 양이 많은 그룹일수록 복조 성능이 감소함을 예상할 수 있다. 따라서, 상위 그룹(예를 들어, 그룹 1이 최상위 그룹)의 수신 복조 성능이 뛰어나, 더 높은 MCS(Modulation and Coding Scheme) 레벨로 데이터 전송을 수행할 수 있고, 동일한 자원을 할당하더라도 더 높은 데이터 전송률(Data Rate)을 기대할 수 있다. 반면에 하위 그룹(예를 들어, 그룹 5가 최하위 그룹)의 수신 복조 성능은 낮아, 낮은 MCS 레벨로 데이터 전송을 수행해야 한다.
또한, 상위 그룹은 더 많은 데이터 심볼을 전송할 수 있고, 하위 그룹은 상위 그룹의 참조 심볼 검출을 위한 널 심볼(Null Symbol)의 사용으로 인하여 상위 그룹 보다는 적은 데이터 심볼을 전송해야 한다. 따라서, 그룹 간의 MCS 레벨과 제공할 수 있는 데이터 전송률을 고려한 단말 스케줄링 및 단말 그룹핑이 필요하다.
그룹 그룹핑 방법 1
기지국은 단말의 스케줄링 요청(Scheduling Request, SR)과 요구하는 데이터 전송률을 기준으로 전송 트래픽이 많은 단말을 상위 그룹에 할당하고 전송 트래픽 적은 단말을 하위 그룹에 할당할 수 있다. 여기서, 전송 트래픽의 양은 단말이 데이터 채널(예를 들어, physical uplink shared channel (PUSCH))를 통해 버퍼 상태 보고( Buffer State Report, BSR)에 포함시켜 기지국으로 전송해 줌으로써 기지국이 트래픽 양을 인지할 수 있다, BSR은 Regular BSR, 주기적(Periodic) BSR 또는 Padding BSR로 전송이 가능하다
그룹 그룹핑 방법 2
기지국은 단말의 타이밍 거리(Timing Distance)에 따라, 유사한 타이밍 거리 가지는 단말들 그룹으로 설정할 수 있다. 타이밍 거리는 물리적인 거리뿐만 아니라 단말의 다중경로에 의한 전파지연이나 시스템 환경에 따라 결정될 수 있다. 이때, 타이밍 거리가 멀리 떨어져 있는 단말 그룹을 상위 그룹으로 할당하여, 데이터 전송률(Data Rate)을 보장할 수 있다.
그룹 그룹핑 방법 3
기지국은 단말의 공평성(Fairness) 지수를 기준으로 단말들을 그룹핑할 수 있다. 단말의 공평성 지수가 낮은 사용자들을 상위 그룹에 할당하여, 공평성을 보장할 수 있다. 이때, 공평성 지수는 기존의 비례적 공평(Proportional Fairness)을 기준으로 결정될 수 있고, 다른 공평성 지수들을 통해서 정의될 수 있다. 예를 들어 Jain's Fairness Index, Max-min Fairness 등 다양한 지수를 사용할 수 있다. 본 발명에서 제안하는 그룹 그룹핑 방식을 사용하면, 비직교 다중 접속 방식의 단말 그룹핑 공평성을 지원할 수 있다.
이하에서는 앞서에서 설명한 단말 그룹핑 정보 교환 및 Massive Connectivity을 위한 참조신호 호핑 패턴발명 1의 처리절차를 예시하면 다음과 같다.
도 9는 Massive Sporadic Packet Service를 위한 프로시저를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 9에서는 비직교 멀티-그룹 다중 접속 방식의 구조를 예시한다. 단말(UE)은 스케줄링 요청(SR) 신호를 통해 자신의 상향링크 트래픽 전송 요구를 기지국(eNB)에 전달할 수 있다(S910). 기지국은 단말의 채널환경과 다른 단말의 상태를 기반으로 앞서 설명한 그룹 그룹핑 방법(예를 들어, 그룹 그룹핑 방법 1, 2 및 3)을 기반으로 스케줄링을 수행할 수 있다(S920). 그리고, 기지국은 앞서 설명한 그룹 그룹핑 방법들(예를 들어, 그룹 그룹핑 방법 1, 2 및 3) 중 적어도 하나에 기초하여 단말 그룹핑을 수행한다(S930). 단말의 비직교 다중 접속 그룹이 결정되면, 기존 시스템과 달리 제어 채널(예를 들어, Physical Downlink Control CHannel, PDCCH)의 상향링크 스케줄링 grant (예를 들어, UL Grant)를 통해 그룹 인덱스와 비직교 다중 접속을 위한 제어 정보(예를 들어, MUST를 위한 파워 할당 정보 또는 SCMA를 위한 코드북 인덱스, IDMA를 위한 인터리버 인덱스 등), MCS 레벨 등을 단말에게 전송해 줄 수 있다(S940). 여기서 참조 신호 호핑 패턴은 Cell-specific으로 사전에 정의될 수도 있고, 기지국이 UL Grant에 포함하여 참조 신호 호핑 패턴인덱스를 단말에게 알려줄 수도 있다. 또한, MCS 레벨은 그룹 단위로 정의될 수도 있고, User-specific으로 결정될 수도 있다.
단말은 UL Grant에 포함된 그룹 인덱스와 자원 할당 정보를 기반으로 데이터 심볼과 참조 심볼을 자원에 맵핑하여 상향링크 데이터를 기지국으로 전송할 수 있다(S950 및 S960). 기지국은 멀티-그룹에 대한 반복적 복조를 수행하고, 각 그룹의 복조 안에서 MUD를 수행하여 멀티-그룹 멀티 단말의 신호를 복조한다(S970). 기지국은 복조된 신호를 기반으로 ACK 또는 NACK 피드백 신호를 단말에 전송한다(S980).
상술한 Massive Connectivity를 위한 참조 신호 호핑 방법 및 Massive Connectivity을 위한 비직교(non-orthogonal) 다중 접속 단말 그룹핑 방법을 통해, 시퀀스 기반의 참조 심볼(Reference Symbol)의 최대 개수 이상을 지원하면서 복조가 가능한 비직교 멀티-그룹 다중 접속 방식이 수행될 수 있다.
본 발명에서 상향링크를 기반으로 송신 주체가 사용자 기기(UE), 수신 주체가 기지국(eNB)으로 설명하였으나, 하향링크의 PDSCH와 Cell-specific RS의 배치에 맞게 적용이 가능하다. 상기 방식은 부분 중첩 다중 접속 방식으로 Partially overlapping multiple access(PoMA)라고 명시할 수 있다.
기존 LTE 시스템의 경우 SR(Scheduling Request) 신호의 전송은 Implicit 위치에서 UE-specific 한 전송이 가능하다. 이는 최대 216개의 C-RNTI(Cell Radio Network Temporary Identifier)만이 존재할 수 있으므로 가능한 동작이라고 설명 할 수 있다. 그러나, mMTC의 Connectivity는 1,000,000/km2으로 고려되고 있다. mMTC 단말들이 RRC_CONNECTED 상태라고 가정하면 SR을 Implicit 위치에서 전송하기 위한 Reserved Resource의 양이 20배 가량 필요할 수 있다. 즉, 기존 LTE 시스템의 SR 전송을 위한 주파수 도메인의 양극단 2RBs 의 20배인 40RBs가 reserved 되어야 하고, 이는 전체 시스템 대역폭(System bandwidth)의 많은 양을 차지하여, 데이터 송수신을 위한 자원을 크게 감소시킬 수 있다. 따라서, massive connectivity를 지원할 수 있는 SR 전송 방식이 필요하다.
PoMA 기반 Scheduling Request (SR)와 데이터 중첩 방식
앞서 언급된 PoMA는 그룹 별 신뢰도(reliability)에 차이를 둘 수 있다. 최상위 그룹의 DMRS는 간섭 없이 전송되고, 가장 넓은 자원 영역의 정보 전달이 가능하다. 이러한 특성을 기반으로 최상위 group에 SR을 전송하는 방식을 제안한다. 상기 동작을 위해, PoMA가 동작하는 영역에서 최상위 그룹은 SR을 위해 항상 남겨둔다(Reserved). 즉, PoMA가 동작하는 영역에서 Reference Signal(예를 들어, DMRS)과 데이터의 신뢰도를 최대화하는 그룹을 SR 그룹(혹은 SR 자원 그룹)으로 한다. 예를 들어, 도 10과 같이 나타낼 수 있다.
도 10은 PoMA 기반 SR과 데이터 중첩 방식을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 10과 같이, SR 그룹의 DMRS는 다른 그룹으로의 간섭 없이 복조가 가능하고, 그룹1(Group 1)의 DMRS는 SR 그룹의 SR 시퀀스에 의한 간섭을 받는 상태로 복조를 수행해야 한다. 여기서, 다른 그룹(Group 1, Group 2, …)은 데이터 송신을 수행하는 단말들의 그룹을 의미한다. 즉, SR 그룹의 DMRS은 다른 그룹의 심볼들로부터 간섭을 받지 않고, 데이터 그룹(혹은 데이터 자원 그룹)의 DMRS는 SR 그룹의 심볼들로부터 간섭을 받는다. 보다 상세한 설명을 위해 상기 도 10의 한 슬롯 내의 심볼들에 대한 수신 신호를 표현하면 다음 수학식 5와 같다.
수학식 5
Figure PCTKR2017002444-appb-M000005
y(m)은 한 슬롯 내의 m번째 심볼의 수신 신호를 나타내고, g번째 데이터 그룹의 k번째 사용자로부터의 채널
Figure PCTKR2017002444-appb-I000004
와 데이터 심볼
Figure PCTKR2017002444-appb-I000005
, 참조 심볼 Pk, 수신 잡음 nm으로 구성된다. Ks는 SR을 전송하는 전체 사용자(단말)의 수이고
Figure PCTKR2017002444-appb-I000006
는 SR을 전송하는 j번째 사용자의 채널(혹은 채널 계수)이다. G는 전체 데이터 그룹의 개수이고, Kg는 g번째 데이터 그룹 내의 전체 사용자(단말) 수를 나타낸다. 각 SR 또는 데이터 그룹에서 사용하는 참조 심볼 Pk는 참조 신호 회피 방식으로 중첩되지 않으므로 동일한 시퀀스를 사용할 수 있다.
그러면, 4번째 심볼 y(4)는 SR 그룹 사용자들로부터의 참조 심볼들로 구성된다. 각 사용자의 참조심볼은 Cross Correlation이 0 또는 최대한 낮도록 설정된 시퀀스를 사용하므로, 자기 자신의 시퀀스로 Auto-correlation을 수행하여 채널 추정을 수행할 수 있다. 이때, KS의 최대 수는 Pk의 최대 수와 같다. 다음 수학식 6과 같이, 기지국은 추정된 채널 정보를 기반으로 y(3)의 SR 그룹 사용자들로부터의 SR 시퀀스를 검출할 수 있다.
수학식 6
Figure PCTKR2017002444-appb-M000006
Figure PCTKR2017002444-appb-I000007
은 SR 그룹의 Multi-user에 대한 채널 보상 항이다. 채널 보상 방식에 따라 위 수학식 6은 변경될 수 있으며, 가장 오른쪽 식의 두 번째 항목은 1번째 데이터 그룹 사용자들로부터의 참조심볼에 의한 간섭(Interference)이고, 세 번째 항목은 변화된 잡음 값이다.
3번째 심볼 y(3)은 SR 그룹 사용자들로부터의 SR 시퀀스들과 1번째 데이터 그룹 사용자들로부터의 참조심볼들로 구성된다. 따라서, SR 그룹 사용자들로부터의 SR 시퀀스가 검출되었다면, 1번째 데이터 그룹의 참조심볼에 대한 간섭을 제거하여 채널 추정을 수행할 수 있는데 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.
수학식 7
Figure PCTKR2017002444-appb-M000007
여기서 SR 그룹 사용자들로부터의 SR 시퀀스는, 1번째 데이터 그룹의 참조심볼에 대한 간섭을 받은 상태로 복조되었으므로, 복조에 대한 오류가 존재할 수 있다. 따라서, 기지국은 1번째 데이터 그룹의 참조심볼을 통한 채널 추정을 반영하여 반복적으로 SR 그룹 사용자들로부터의 SR 시퀀스를 검출할 수 있다.
수학식 8
Figure PCTKR2017002444-appb-M000008
같은 방식으로 수학식 7과 같이 y(1)에서 y(7)까지의 수신 신호의 반복적인 복조가 가능하다.
상술한 바와 같이, SR 및 데이터 그룹의 시퀀스 또는 데이터와 DMRS 패턴은 시스템에서 사전에 정의될 수 있다. 예를 들어, NR의 Self-contained Subframe을 고려하면 DMRS가 첫 심볼에 배치될 수도 있다.
상기 방식은 기존 LTE 시스템의 SR 구조와 유사하게 신뢰도(Reliability)를 높이는 방식으로 제시될 수 있다. 예를 들어, 다음 도 11과 같은 구조로 Grouping이 이루어질 수 있다.
도 11은 PoMA 기반 SR과 데이터 중첩 방식을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 11에 도시한 방식으로 그룹핑이 되면, SR 그룹의 DMRS를 통한 채널 추정 신뢰도를 증대할 수 있다. 반면에 데이터를 사용하는 그룹의 수는 제한된다. 또한, SR의 신뢰도를 보장하기 위해서, 기지국은 SR과 데이터가 PoMA로 중첩되는 그룹의 수를 한정할 수 있다. 예를 들어, 기지국은 SR의 검출 오류 확률(Detection Error Probability)에 대한 임계치(Threshold)를 기준으로, SR이 전송되는 자원에 대하여 데이터를 전송하는 데이터 그룹의 수를 지시(예를 들어, 한정 지시)하는 공통 제어(Common Control) 정보를 Common DCI 또는 RRC 단계에서 단말로 브로드 캐스트 할 수 있다. 예를 들어, 다음 표 1은 SR 검출 오류율에 대응하는 SR 신뢰도 지시 필드(혹은 SR 수신과 관련된 신뢰도 지시 필드)가 허용하는 데이터 그룹의 수를 지정하거나 혹은 허용하는 데이터 그룹을 지시하는 내용을 나타낸 표이다.
표 1
SR Detection Error Probability(Pr) SR Reliability Indication field Allowed 데이터 그룹
Pr < Threshold 1 00 1, 2, 3, 4
Threshold 1 <= Pr < Threshold 2 01 1, 3
Threshold 2 <= Pr < Threshold 3 10 1
Threshold 4 <= Pr 11 4
상기 표 1의 허용된 데이터 그룹(Allowed 데이터 그룹)은 시스템에서 미리 정의되어(predefined) 단말과 약속되어 있을 수 있다. 단말은 공통 DCI 혹은 RRC 시그널링을 통해 SR 신뢰도 지시 필드를 수신하고, SR 신뢰도 지시 필드가 지시하는 데이터 그룹에 할당된 자원을 통해서 데이터를 전송할 수 있다.
도 11에서 제안된 SR 및 데이터 중첩 방식에서, 데이터의 경우 CRC(Cyclic Redundancy Check)를 통해 데이터 전송에 대한 ACK/NACK을 판단할 수 있다. 반면에, SR 그룹은 스케줄링되지 않은 상태로 단말이 시퀀스를 전송하기 때문에, 데이터 그룹을 중첩시킴으로써 발생하는 간섭으로 인해, 검출 여부를 정확히 판단하기 어렵다. 이러한 이유로, SR 시퀀스에 대한 검출 정확도를 향상시키는 동작이 필요할 수 있다. 따라서, 데이터 그룹의 ACK 비율이 일정 임계치(threshold)를 넘어야 반복 검출 프로시저(예를 들어, SIC 기반의 그룹 검출)를 통해 SR 검출 정확도를 향상 시킬 수 있다.
또한, 상술한 SR 검출 오류 확률(Pr)를 대신하여, 데이터 그룹의 ACK 비율을 활용할 수 있다. 예를 들어, 전체 데이터 그룹에 포함된 전체 사용자의 데이터에 대한 CRC check을 기반으로 ACK 비율을 임계치로 두고 그룹 수 제어 동작을 수행할 수 있다.
표 2
ACK Ratio of 데이터 그룹 (Pa) SR Reliability Indication field Allowed 데이터 그룹
Pa < Threshold 1' 00 1, 2, 3, 4
Threshold 1' <= Pa < Threshold 2' 01 1, 3
Threshold 2' <= Pa < Threshold 3' 10 1
Threshold 4' <= Pa 11 4
상기 표 2의 허용된 데이터 그룹(Allowed 데이터 그룹)은 시스템에서 미리 정의되어(predefined) 단말과 약속되어 있을 수 있다.
표 2의 SR 신뢰도 지시 필드(SR Reliability Indication field)는 SR 존-특정 신뢰도 지시 필드로 정의될 수 있다. SR 신뢰도 지시 필드는 전체 SR 과 데이터 중첩 영역에 대해 지정하므로, SR과 데이터 중첩 영역이 다수 개 존재할 때, 각 영역을 제어하기 어려울 수 있다. 따라서, SR 존-특정 신뢰도 지시 필드를 통해, 각 중첩 영역을 동적으로 제어할 수 있다. 이 경우, SR 존-특정 신뢰도 지시 필드의 수는 존의 개수만큼 늘어나 제어 정보량이 늘어나지만, 각 중첩 영역의 동적 제어를 통해 각 영역의 신뢰도를 유지하면서 데이터 전송의 효율성을 향상시킬 수 있다.
상술한 SR 신뢰도(혹은 SR 수신과 관련된 신뢰도)에 따른 데이터 그룹 수의 동적 제어를 기반으로 PoMA 기반 상향링크 데이터 전송에 스케줄링 기반 MA가 적용될 경우되는 경우
기지국은 상기 데이터 그룹 수의 동적 제어를 기반으로 데이터 전송 영역 및 데이터 그룹을 결정하고, 단말(혹은 사용자)의 채널 상태 정보(Channel State Information, CSI)을 기반으로 상향링크 전송을 스케줄링 한다. 스케줄링된 상향링크 데이터 전송에 대한 정보를 UL grant(예를 들어, DCI format 0 or 4)로 단말에게 전송한다. 단말은 수신한 UL grant를 기준으로 상향링크 데이터 전송을 수행한다.
상술한 SR 신뢰도에 따른 데이터 그룹 수의 동적 제어를 기반으로 PoMA 기반 상향링크 데이터 전송에 경쟁기반 MA(Contention based MA)가 적용될 경우, 다음과 같은 동작을 수행할 수 있다.
기지국은 데이터 그룹 데이터 그룹 수의 동적 제어를 기반으로 데이터 전송 영역 및 데이터 그룹을 결정하고, Contention based MA 영역을 설정한다. 기지국은 그룹-특정(Group Specific) DCI 또는 그룹 공통(Common DCI) 등을 통해 경쟁기반 MA가 수행되는 데이터 그룹을 단말로 브로드캐스트 해 준다(예를 들어, 상기 표 2에서 언급된 SR 신뢰도 지시 필드를 통해 허용된 데이터 그룹을 시그널링한다). 단말은 수신한 DCI에 기초하여 허용된 데이터 그룹 내에서 경쟁기반 상향링크 데이터 전송을 수행한다. 여기서, PoMA 기반 데이터 그룹들은 신뢰도(Reliability)에 차등이 있을 수 있다. 따라서, 단말은 허용된 데이터 그룹 중에서 임의로 또는 미리 정의된 규칙에 의해 신뢰도에 따른 데이터 그룹을 선택할 수 있다.
PoMA 기반 상향링크 데이터 전송에 경쟁기반 MA가 적용될 경우, 단말은 SR과 경쟁기반 상향링크 데이터 전송을 하나의 PoMA 영역에서 수행할 수 있다. 사전에 정의된 SR 영역이 PoMA 그룹에 존재하는 경우, 단말은 경쟁기반 MA 동작을 통해, 신뢰도에 따라 데이터 그룹을 선택하여 상향링크 데이터 전송을 수행하고, 최상위 그룹인 SR 그룹을 통해 스케줄링 요청을 위한 SR 시퀀스를 전송한다. 이 경우, 단말은 데이터와 SR 시퀀스를 다중화(Multiplexing) 하기 때문에 SR 시퀀스 전송에 대한 파워가 다중화가 없는 경우의 파워와 대비하여 감소할 수 있다. 따라서, 이 경우에 다음과 같은 동작을 수행할 수 있다.
하향링크 동기화 신호(DL Synchronization Signal) 또는 하향링크 제어 채널에 의한 경로손실(Path Loss) 추정에 의한 개루프 전력 제어(Open Loop Power Control)을 기반으로 선택한 SR 전송 파워가 최대 전송 파워(Maximum Transmit Power) 이상인 경우, 단말은 SR 시퀀스 전송만 수행하고 경쟁기반 상향링크 데이터 전송을 수행하지 않는다.
하향링크 동기화 신호(DL Synchronization Signal) 또는 하향링크 제어 채널에 의한 경로손실(Path Loss) 추정에 의한 개루프 전력 제어(Open Loop Power Control)을 기반으로 선택한 SR 전송 파워가 최대 전송 파워(Maximum Transmit Power) 이하인 경우, 단말은 SR 시퀀스 전송을 SR 그룹에서 수행하고, 경쟁 기반 상향링크 데이터 전송은 최대 전송 파워에서 SR 전송 파워를 차감한 나머지 파워로PoMA 데이터 그룹 내에서 상향링크 데이터 전송을 수행한다.
여기서, 최대 전송 파워에서 SR 전송 파워를 차감하여 남은 상향링크 데이터 전송 파워 값이 특정 임계치(임계치는 사전에 정의되거나 혹은 개루프 전력 제어를 기반으로 수신 측에서 수신이 불가능하다고 판단되는 값으로 정의될 수 있음) 이하인 경우, 단말은 경쟁 기반 상향링크 데이터 전송을 수행하지 않을 수 있다.
상술한 모든 방식에서 SR 그룹은 DMRS가 없을 수 있다. SR 시퀀스는 DMRS 없이 시퀀스 검출만으로도 수행될 수 있으므로, 이 경우, SR 그룹의 DMRS는 SR 시퀀스로 대체된다. 그러면, 기지국은 SR 그룹의 기존의 DMRS 위치에 해당하는 SR 시퀀스는 간섭 없이 수신이 가능하다. 그러나, 셀간 간섭 및 SNR(Signal to Noise Ratio) 부족으로 인하여 단일 SR 시퀀스로 검출 성능이 보장되지 않을 수 있으므로, 기지국은 그룹 간 간섭이 존재하는 SR 시퀀스(기존 DMRS 위치가 아닌 SR 시퀀스 위치)와 결합하여 검출할 수 있다.
또한, 하나의 그룹 내에서 NOMA를 통해 데이터 전송을 수행하는 사용자의 수가 많을수록 SR 시퀀스의 복조가 어렵기 때문에, 시스템 환경이나 QoS 제약조건(Constraint)에 따라 데이터 그룹내 사용자의 수는 다를 수 있다. 또한, SR 그룹의 신뢰도를 향상 또는 보장하기 위하여 데이터 그룹의 수신 파워를 제어하여, 간섭의 양을 제어할 수 있다. 이 경우, 데이터 그룹을 위해 지정된 DCI의 grant가 파워 제어를 위한 power command를 포함하도록 하여, 단말은 상기 grant에 기초하여 파워 제어를 수행할 수 있다.
도 12는 PoMA 기반 SR과 데이터 중첩 방식을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 12에 도시한 바와 같이, PoMA 기반 SR과 데이터 중첩 방식은 특정 대역에 대해서 수행될 수 있다. 예를 들어 도 12에 도시한 패턴으로 SR only 영역(즉, 상향링크 데이터 없이 SR만 전송되는 영역)과 SR 및 데이터 영역(도 12에서 SR & Data로 표시)(즉, SR과 상향링크 데이터가 함께 중첩되어 전송되는 영역으로서 PoMA 중첩 영역), Data only 영역(즉, 상향링크 데이터만 전송되는 영역)으로 나누어 미리 정의된 패턴으로 기지국과 단말이 약속할 수 있다. 또한, 기지국은 도 12에서 도시한 주파수 대역 별로의 패턴에 대한 정보를 공통 DCI 또는 RRC 등의 시그널링을 통해 단말로 전송해 줄 수 있다. 이때, 기지국은 다수 개의 패턴에 대한 적응적 동작을 지정하는 필드를 단말에게 시그널링 할 수 있다.
SR only 영역과 SR 및 데이터 영역의 SR 시퀀스 검출에 대한 신뢰도는 다를 수 있다. 따라서, 단말의 SR 전송은 SR only 영역에만 tie되어 암시적인 전송을 하거나 또는 SR 및 데이터 영역에만 tie되어 암시적인 전송을 하지 않을 수 있다. 예를 들어, 단말의 SR 전송은 특정 주기를 가지고 SR only 영역과 SR 및 Data 영역에 교차로 tie되는 방식은 기지국에 SR 검출 신뢰도를 제공해 줄 수 있다.
NR의 Self-contained 서브프레임을 고려하면, SR only 영역의 패턴은 다를 수 있다.
도 13은 Self-contained 서브프레임을 고려한 SR 영역의 패턴을 도시한 도면이다.
도 13에 도시된 패턴은 미리 정의되어 단말이 알 수 있거나, 기지국이 공통 제어 정보를 통해 단말에게 브로드캐스팅 해 줄 수 있다. 데이터 그룹의 데이터 전송은 스케줄링 기반 상향링크 전송뿐만 아니라 경쟁기반 상향링크 전송에도 동일하게 적용될 수 있다.
상기 도 12 및 도 13과 관련된 설명에서의 전체 프로시저는 다음과 같다.
기지국과 단말은 SR only 영역을 사전에 약속하고 있으며, SR only 영역은 암시적인 방식으로 단말-특정하게 할당되어 있다.
기지국과 단말은 PoMA 기반 SR 및 Data 영역을 사전에 약속하고 있으며, 이 중에서 SR 그룹은 암시적인 방식으로 단말-특정하게 할당되어 있다.
단말의 SR 전송 영역은 SR only 영역과 PoMA 기반 SR 및 Data 영역에 동시에 할당되거나, 교차되어 순차적으로 한 곳에 할당되거나, 또는 SR only 영역과 PoMA 기반 SR 및 Data 영역 중 한 곳에만 할당될 수 있으며, 그 패턴은 사전에 약속된 규칙에 의해 결정되어 단말이 알거나, 기지국이 공통 제어 시그널링을 통해 단말들에게 브로드캐스팅해 주거나, RRC 연결(Connection) 단계에서 사전에 또는 주기적으로 단말에게 알려줄 수 있다.
PoMA 기반 SR 및 Data 영역의 허용된 데이터 그룹은 본 발명에서 언급하는 SR 신뢰도 제어에 의해 동적으로 변경될 수 있다.
단말의 동작은 다음과 같다.
단말은 상술한 사전의 약속된 정보에 기초하여 SR을 전송하고, 기지국은 스케줄링에 따라 UL grant를 단말에게 전달하며, 이후 단말은 UL grant에 기초하여 상향링크 전송을 수행한다. 이때, UL grant는 Data Only 영역 또는 SR 및 데이터 영역을 지정할 수 있으며, 이 두 영역을 동시에 지정할 수도 있다.
단말은 상술한 사전의 약속된 정보에 기초하여 SR을 전송하면서, 경쟁기반 상향링크 데이터 전송을 SR 및 데이터 영역에서 수행할 수 있다. 이때, SR 및 데이터 영역의 허용된 데이터 그룹은 본 발명에서 언급하는 SR 신뢰도 제어에 의해 동적으로 변경된 데이터 그룹에서 수행할 수 있다. 기지국은 경쟁 기반 상향링크 데이터 전송의 검출 및 디코딩이 정상적으로 수행되지 않은 경우, SR에 대한 응답을 UL grant의 전송으로 수행한다. 이와 달리, 기지국이 경쟁기반 상향링크 데이터 전송의 검출 및 디코딩이 정상적으로 수행된 경우, SR에 대한 응답을 수행하지 않고 ACK 신호를 단말에게 전송한다.
또는, SR 및 경쟁기반 상향링크 데이터 전송의 검출 및 디코딩이 정상적으로 수행되지 않는 경우, 기지국은 어떠한 정보도 단말에게 송신할 수 없으며, 단말은 특정 임계치 동안 응답을 받지 못하면, SR 만을 재전송하거나 SR과 데이터의 동시 전송을 재수행 한다.
이상에서 설명된 실시예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들이 소정 형태로 결합된 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려되어야 한다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시예를 구성하는 것도 가능하다. 본 발명의 실시예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다. 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있음은 자명하다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
비직교 다중 접속 방식 기반 통신을 수행하는 방법 및 이를 위한 장치는 3GPP LTE/LTE-A, 차세대 5G 통신 시스템 등 다양한 통신 시스템에서 적용이 가능하다.

Claims (15)

  1. 기지국이 비직교 다중 접속 방식(Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA) 기반 통신을 수행하는 방법에 있어서,
    스케줄링 요청(Scheduling Request, SR) 수신 신뢰도에 기초하여 적어도 하나의 전송 데이터 자원 그룹을 결정하는 단계;
    상기 결정된 적어도 하나의 데이터 자원 그룹에 대한 정보를 단말로 전송하는 단계; 및
    상기 단말로부터 상기 적어도 하나의 데이터 자원 그룹에서 사전에 정의된 상향링크 데이터 전송 영역을 통해 상향링크 데이터를 수신하는 단계를 포함하되,
    상기 적어도 하나의 데이터 자원 그룹은 SR을 전송할 수 있는 SR 전송 영역을 포함하는 SR 자원 그룹과 물리 자원 영역에서 중첩적으로 할당되되,
    상기 물리 자원 영역에서 상기 적어도 하나의 데이터 자원 그룹 내 상기 사전에 정의된 상향링크 데이터 전송 영역과 상기 SR 자원 그룹의 상기 SR 전송 영역은 중첩되어 있는, NOMA 기반 통신 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 데이터 자원 그룹에서 상기 사전에 정의된 상향링크 데이터 전송 영역은 경쟁기반 데이터 전송 영역인, NOMA 기반 통신 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 결정된 적어도 하나의 데이터 자원 그룹에 대한 정보는 단말-그룹 특정 하향링크 제어 정보이거나 또는 단말-공통 하향링크 제어 정보인, NOMA 기반 통신 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 단말로부터 상기 상향링크 데이터와 함께 상기 SR 자원 그룹을 통해 상기 SR을 더 수신하는, NOMA 기반 통신 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 SR 수신 신뢰도는 상기 SR 자원 그룹에서의 상기 SR의 검출 오류율에 의해 결정되는, NOMA 기반 통신 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 SR 수신 신뢰도는 상기 적어도 하나의 데이터 자원 그룹에서의 ACK 비율로 결정되는, NOMA 기반 통신 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 SR 수신 신뢰도에 기초하여, 상기 적어도 하나의 데이터 자원 그룹의 개수가 결정되거나 또는 상기 적어도 하나의 데이터 자원 그룹이 지정되는, NOMA 기반 통신 방법.
  8. 단말이 비직교 다중 접속 방식(Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA) 기반 통신을 수행하는 방법에 있어서,
    스케줄링 요청(Scheduling Request, SR) 수신 신뢰도에 기초하여 결정된 적어도 하나의 데이터 자원 그룹에 대한 정보를 기지국으로부터 수신하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 데이터 자원 그룹에서 사전에 정의된 상향링크 데이터 전송 영역을 통해 상향링크 데이터를 상기 기지국으로 전송하는 단계를 포함하되,
    상기 적어도 하나의 데이터 자원 그룹은 SR을 전송할 수 있는 SR 전송 영역을 포함하는 SR 자원 그룹과 물리 자원 영역에서 중첩적으로 할당되되,
    상기 물리 자원 영역에서 상기 적어도 하나의 데이터 자원 그룹 내 상기 사전에 정의된 상향링크 데이터 전송 영역과 상기 SR 자원 그룹의 상기 SR 전송 영역은 중첩되어 있는, NOMA 기반 통신 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 상향링크 데이터와 함께 상기 SR 자원 그룹을 통해 상기 SR을 상기 기지국으로 더 전송하는, NOMA 기반 통신 방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 데이터 자원 그룹이 복수 개인 경우,
    복수 개의 데이터 자원 그룹 중 수신 신뢰도가 더 높은 데이터 자원 그룹을 선택하고, 상기 선택된 데이터 자원 그룹에서 상기 사전에 정의된 상향링크 데이터영역을 통해 상향링크 데이터를 전송하는, NOMA 기반 통신 방법.
  11. 비직교 다중 접속 방식(Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA) 기반 통신을 수행하는 기지국에 있어서,
    스케줄링 요청(Scheduling Request, SR) 수신 신뢰도에 기초하여 적어도 하나의 전송 데이터 자원 그룹을 결정하도록 구성된 프로세서;
    상기 결정된 적어도 하나의 데이터 자원 그룹에 대한 정보를 단말로 전송하도록 구성된 송신기; 및
    상기 단말로부터 상기 적어도 하나의 데이터 자원 그룹에서 사전에 정의된 상향링크 데이터 전송 영역을 통해 상향링크 데이터를 수신하도록 구성된 수신기를 포함하되,
    상기 적어도 하나의 데이터 자원 그룹은 SR을 전송할 수 있는 SR 전송 영역을 포함하는 SR 자원 그룹과 물리 자원 영역에서 중첩적으로 할당되되,
    상기 물리 자원 영역에서 상기 적어도 하나의 데이터 자원 그룹 내 상기 사전에 정의된 상향링크 데이터 전송 영역과 상기 SR 자원 그룹의 상기 SR 전송 영역은 중첩되어 있는,기지국.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 수신기는 상기 단말로부터 상기 상향링크 데이터와 함께 상기 SR 자원 그룹을 통해 상기 SR을 더 수신하도록 구성되는, 기지국.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 SR 수신 신뢰도에 기초하여 상기 적어도 하나의 데이터 자원 그룹의 개수를 결정하도록 구성되거나 또는 상기 적어도 하나의 데이터 자원 그룹을 지정하도록 구성되는, 기지국.
  14. 비직교 다중 접속 방식(Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA) 기반 통신을 수행하는 단말에 있어서,
    스케줄링 요청(Scheduling Request, SR) 수신 신뢰도에 기초하여 결정된 적어도 하나의 데이터 자원 그룹에 대한 정보를 기지국으로부터 수신하도록 구성된 수신기; 및
    상기 적어도 하나의 데이터 자원 그룹에서 사전에 정의된 상향링크 데이터 전송 영역을 통해 상향링크 데이터를 상기 기지국으로 전송하도록 구성된 송신기를 포함하되,
    상기 적어도 하나의 데이터 자원 그룹은 SR을 전송할 수 있는 SR 전송 영역을 포함하는 SR 자원 그룹과 물리 자원 영역에서 중첩적으로 할당되되,
    상기 물리 자원 영역에서 상기 적어도 하나의 데이터 자원 그룹 내 상기 사전에 정의된 상향링크 데이터 전송 영역과 상기 SR 자원 그룹의 상기 SR 전송 영역은 중첩되어 있는, 단말.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 송신기는 상기 상향링크 데이터와 함께 상기 SR 자원 그룹을 통해 상기 SR을 더 전송하도록 구성되는, 단말.
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