WO2018208113A1 - 랜덤 접속 과정을 수행하는 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

랜덤 접속 과정을 수행하는 방법 및 이를 위한 장치 Download PDF

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WO2018208113A1
WO2018208113A1 PCT/KR2018/005416 KR2018005416W WO2018208113A1 WO 2018208113 A1 WO2018208113 A1 WO 2018208113A1 KR 2018005416 W KR2018005416 W KR 2018005416W WO 2018208113 A1 WO2018208113 A1 WO 2018208113A1
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WO
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random access
signal
preamble
nprach
frequency hopping
Prior art date
Application number
PCT/KR2018/005416
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English (en)
French (fr)
Inventor
김재형
신석민
안준기
박창환
황승계
Original Assignee
엘지전자 주식회사
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L5/00—Arrangements affording multiple use of the transmission path
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W74/00—Wireless channel access, e.g. scheduled or random access
    • H04W74/08—Non-scheduled or contention based access, e.g. random access, ALOHA, CSMA [Carrier Sense Multiple Access]

Definitions

  • the present invention relates to a wireless communication system, and more particularly, to a method and apparatus for performing a random access procedure for effective range improvement.
  • NR new RAT
  • An object of the present invention is to provide a method and apparatus for performing a random access process for effective range improvement in a wireless communication system.
  • an object of the present invention is the structure or format and / or random structure of a random access preamble for effectively transmitting and receiving a random access preamble for narrowband Internet of Things (NB-IoT) communication in a wireless communication system supporting an extended cell radius
  • the present invention provides a method and apparatus for performing the access process.
  • a method for performing a random access procedure by a terminal in a wireless communication system comprising: generating a narrowband physical random access channel (NPRACH) signal; And transmitting the generated NPRACH signal, wherein the NPRACH signal is frequency hopping for each symbol group, the minimum frequency hopping interval between the symbol groups is set to 3.75 / N kHz, and N may be an integer of 3 or more. have.
  • NPRACH narrowband physical random access channel
  • a terminal for performing a random access procedure in a wireless communication system includes: an RF transceiver; And a processor operatively connected to the RF transceiver, the processor configured to generate a narrowband physical random access channel (NPRACH) signal and to transmit the generated NPRACH signal, wherein the NPRACH signal is a symbol Frequency hopping for each group, the minimum frequency hopping interval between the symbol group is set to 3.75 / N kHz, N may be an integer of 3 or more.
  • NPRACH narrowband physical random access channel
  • the frequency hopping interval between the symbol groups may be set to an integer multiple of 3.75 / N kHz.
  • the symbol group may include a cyclic prefix portion corresponding to three symbols and a sequence portion corresponding to three symbols.
  • the NPRACH signal is generated by setting a single tone based on an NxM-point Fast Fourier Transform (FFT) in the frequency domain, and applying an NxM-point Inverse FFT (IFFT) to the set single tone, M May represent an integer greater than one.
  • FFT Fast Fourier Transform
  • IFFT Inverse FFT
  • the NPRACH signal when the NPRACH signal is transmitted at 3.75 / N * M kHz, the NPRACH signal generates a random access signal for the symbol group using an integer portion of M / N, and a fractional portion of M / N. Based on the generated random access signal may be generated by frequency conversion.
  • the range can be effectively improved in performing the random access procedure in the wireless communication system.
  • NB-IoT narrowband Internet of Things
  • FIG. 1 illustrates a structure of a radio frame that can be used in the present invention.
  • FIG. 2 illustrates a resource grid for a downlink slot that may be used in the present invention.
  • FIG 3 illustrates a structure of a downlink subframe that can be used in the present invention.
  • FIG. 4 illustrates a structure of an uplink subframe that can be used in the present invention.
  • FIG. 6 illustrates an NPRACH preamble transmission method.
  • FIG. 9 illustrates a frequency hopping interval and hopping pattern of a legacy preamble.
  • FIG. 10 illustrates the frequency hopping interval of an enhanced preamble according to the present invention.
  • FIG. 11 illustrates a method of generating a frequency domain preamble according to the present invention.
  • FIG. 12 illustrates a time domain preamble generation method according to the present invention.
  • FIG. 13 illustrates a random access procedure according to the present invention.
  • FIG. 14 illustrates a base station and a terminal to which the present invention can be applied.
  • 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 Network (UTRAN) 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 UTRAN (E-UTRAN), and the like.
  • UTRAN is part of the Universal Mobile Telecommunications System (UMTS).
  • the 3rd Generation Partnership Project (3GPP) long term evolution (LTE) system is part of Evolved UMTS (E-UMTS) using E-UTRAN
  • 3GPP LTE-A (Advanced) system is an evolution of 3GPP LTE and LTE-A Pro system is an evolution of 3GPP LTE-A.
  • 3GPP LTE / LTE-A / LTE-A Pro 3GPP LTE / LTE-A / LTE-A Pro
  • specific terms used in the following description are provided to help the understanding of the present invention, and the use of the specific terms may be modified in other forms without departing from the technical principles of the present invention.
  • the present invention can be applied not only to a system according to 3GPP LTE / LTE-A / LTE-A Pro standard, but also to a system according to another 3GPP standard, IEEE 802.xx standard, or 3GPP2 standard, and 3GPP 5G or NR (New It can also be applied to next generation communication systems such as RAT.
  • a user equipment may be fixed or mobile, and includes various devices that communicate with a base station (BS) to transmit and receive data and / or control information.
  • the UE is a terminal, a mobile station (MS), a mobile terminal (MT), a user terminal (UT), a subscriber station (SS), a wireless device, a personal digital assistant (PDA), a wireless modem. ), Handheld devices, and the like.
  • the UE may be mixed with the terminal.
  • a base station generally refers to a fixed station that communicates with a UE and / or another BS, and communicates with the UE and another BS to exchange various data and control information.
  • the BS is an Advanced Base Station (ABS), a Node-B (NB), an evolved-NodeB (NB), an next generation NodeB (gNB), a Base Transceiver System (BTS), an Access Point, an PS Server, node, and TP (Transmission Point) may be called other terms.
  • ABS Advanced Base Station
  • NB Node-B
  • NB evolved-NodeB
  • gNB next generation NodeB
  • BTS Base Transceiver System
  • Access Point an PS Server
  • node node
  • TP Transmission Point
  • the base station BS may be mixed with an eNB or a gNB.
  • a terminal receives information from a base station through downlink (DL) and transmits information to the base station through uplink (UL).
  • the information transmitted and received by the base station and the terminal includes general data information and various control information, and various physical channels exist according to the type / use of the information they transmit and receive.
  • an initial cell search operation such as synchronization with a base station is performed.
  • the UE receives a Primary Synchronization Signal (PSS) and a Secondary Synchronization Signal (SSS) from the base station, synchronizes with the base station, and obtains information such as a cell identity.
  • PSS Primary Synchronization Signal
  • SSS Secondary Synchronization Signal
  • the terminal may obtain system information broadcast in the cell through a physical broadcast channel (PBCH) from the base station.
  • PBCH physical broadcast channel
  • the terminal may check a downlink channel state by receiving a downlink reference signal (DL RS) in an initial cell search step.
  • DL RS downlink reference signal
  • the UE After the initial cell search, the UE receives a physical downlink shared channel (PDSCH) according to physical downlink control channel (PDCCH) and physical downlink control channel information to receive more specific system information. Can be obtained.
  • PDSCH physical downlink shared channel
  • PDCCH physical downlink control channel
  • the terminal may perform a random access procedure to complete the access to the base station.
  • the UE transmits a preamble through a physical random access channel (PRACH), and receives a response message for the preamble through a physical downlink control channel and a corresponding physical downlink shared channel.
  • PRACH physical random access channel
  • contention resolution procedure such as transmission of an additional physical random access channel and reception of a physical downlink control channel and a corresponding physical downlink shared channel may be performed. .
  • the UE After performing the above-described procedure, the UE subsequently receives a physical downlink control channel / physical downlink shared channel and a physical uplink shared channel (PUSCH) / physical uplink as a general uplink / downlink signal transmission procedure.
  • Physical Uplink Control Channel (PUCCH) transmission may be performed.
  • the control information transmitted from the terminal to the base station is collectively referred to as uplink control information (UCI).
  • UCI includes Hybrid Automatic Repeat and reQuest Acknowledgment / Negative-ACK (HARQ ACK / NACK), Scheduling Request (SR), Channel State Information (CSI), and the like.
  • HARQ ACK / NACK Hybrid Automatic Repeat and reQuest Acknowledgment / Negative-ACK
  • SR Scheduling Request
  • CSI Channel State Information
  • the CSI includes a Channel Quality Indicator (CQI), a Precoding Matrix Indicator (PMI), a Rank Indication (RI), and the like.
  • CQI Channel Quality Indicator
  • PMI Precoding Matrix Indicator
  • RI Rank Indication
  • UCI is generally transmitted through PUCCH, but may be transmitted through PUSCH when control information and traffic data should be transmitted at the same time. In addition, the UCI may be aperiodically transmitted through the PUSCH by the request / instruction of the network.
  • FIG. 1 illustrates a structure of a radio frame that can be used in the present invention.
  • OFDM orthogonal frequency division multiplexing
  • SFs subframes
  • a subframe is defined as a predetermined time interval including a plurality of OFDM symbols.
  • the LTE (-A) system supports a type 1 radio frame structure applicable to frequency division duplex (FDD) and a type 2 radio frame structure applicable to time division duplex (TDD).
  • FDD frequency division duplex
  • TDD time division duplex
  • a downlink radio frame consists of 10 subframes, and one subframe consists of two slots in the time domain.
  • the time taken for one subframe to be transmitted is called a Transmission Time Interval (TTI).
  • TTI may refer to the time taken for one slot to be transmitted.
  • one subframe may have a length of 1 ms, and one slot may have a length of 0.5 ms.
  • One slot includes a plurality of OFDM symbols in the time domain and a plurality of resource blocks (RBs) in the frequency domain.
  • RBs resource blocks
  • an OFDM symbol represents one symbol period.
  • An OFDM symbol may also be referred to as an SC-FDMA symbol or symbol period.
  • the resource block RB as a resource allocation unit may include a plurality of consecutive subcarriers in one slot.
  • the number of OFDM symbols included in one slot may vary depending on the configuration of a cyclic prefix (CP).
  • CP has an extended CP (normal CP) and a normal (normal CP).
  • normal CP when an OFDM symbol is configured by a normal CP, the number of OFDM symbols included in one slot may be seven.
  • the OFDM symbol is configured by the extended CP, since the length of one OFDM symbol is increased, the number of OFDM symbols included in one slot is smaller than that of the normal CP.
  • the number of OFDM symbols included in one slot may be six.
  • an extended CP may be used to further reduce intersymbol interference.
  • Type 2 radio frame is composed of two half frames, each half frame is composed of five subframes, downlink period (eg, downlink pilot time slot (DwPTS), guard period, GP) ), And an uplink period (eg, UpPTS (Uplink Pilot Time Slot)).
  • Downlink period eg, downlink pilot time slot (DwPTS), guard period, GP
  • UpPTS Uplink Pilot Time Slot
  • One subframe consists of two slots.
  • the downlink period eg, DwPTS
  • the downlink period is used for initial cell search, synchronization, or channel estimation in the terminal.
  • an uplink period eg, UpPTS
  • UpPTS is used to synchronize channel estimation at the base station with uplink transmission synchronization of the terminal.
  • a SRS Sounding Reference Signal
  • PRACH transport random access preamble
  • Physical Random Access Channel Physical Random Access Channel
  • the structure of the radio frame described above is merely an example, and the number of subframes included in the radio frame, the number of slots included in the subframe, and the number of symbols included in the slot may be variously changed.
  • FIG. 2 illustrates a resource grid for a downlink slot that may be used in the present invention.
  • the downlink slot includes a plurality of OFDM symbols in the time domain.
  • one downlink slot includes 7 OFDM symbols and one resource block (RB) is illustrated as including 12 subcarriers in the frequency domain.
  • Each element on the resource grid is referred to as a resource element (RE).
  • One RB contains 12x7 REs.
  • the number N DL of RBs included in the downlink slot depends on the downlink transmission band.
  • the structure of the uplink slot may be the same as the structure of the downlink slot.
  • the resource grid of the slot described above is merely an example, and the number of symbols, resource elements, and RBs included in the slot may vary.
  • FIG 3 illustrates a structure of a downlink subframe that can be used in the present invention.
  • up to three (or four) OFDM symbols located in front of the first slot in a subframe correspond to a control region for control channel allocation.
  • the remaining OFDM symbols correspond to a data region to which a Physical Downlink Shared Channel (PDSCH) is allocated, and the basic resource unit of the data region is RB.
  • PDSCH Physical Downlink Shared Channel
  • Examples of the downlink control channel used in the LTE (-A) system include a Physical Control Format Indicator Channel (PCFICH), a Physical Downlink Control Channel (PDCCH), a Physical Hybrid ARQ Indicator Channel (PHICH), and the like.
  • the PCFICH is transmitted in the first OFDM symbol of a subframe and carries information about the number of OFDM symbols used for transmission of a control channel within the subframe.
  • the PCFICH is composed of four Resource Element Groups (REGs), and each REG is evenly distributed in the control region based on the cell ID.
  • REG Resource Element Group
  • One REG may be composed of four resource elements.
  • PCFICH indicates a value of 1 to 3 (or 2 to 4) and is modulated by Quadrature Phase Shift Keying (QPSK).
  • PHICH carries a HARQ ACK / NACK signal in response to the uplink transmission.
  • the PHICH is allocated on the remaining REG except for the CRS and the PCFICH (first OFDM symbol).
  • the PHICH is allocated to three REGs that are distributed as much as possible in the frequency domain. The PHICH will be described in more detail below.
  • the PDCCH is allocated within the first n OFDM symbols (hereinafter, control regions) of the subframe.
  • n is indicated by the PCFICH as an integer of 1 or more.
  • Control information transmitted through the PDCCH is referred to as downlink control information (DCI).
  • the PDCCH includes a transmission format and resource allocation information of a downlink shared channel (DL-SCH), a transmission format and resource allocation information of an uplink shared channel (UL-SCH), a paging channel, Resource allocation information of higher layer control messages such as paging information on PCH), system information on DL-SCH, random access response transmitted on PDSCH, Tx power control command set for individual terminals in a terminal group, Tx power control command, It carries information on activation instruction of VoIP (Voice over IP).
  • DL-SCH downlink shared channel
  • UL-SCH uplink shared channel
  • paging channel Resource allocation information of higher layer control messages
  • system information on DL-SCH random access response transmitted on PDSCH
  • the DCI format includes a hopping flag, RB allocation, Modulation Coding Scheme (MCS), Redundancy Version (RV), New Data Indicator (NDI), Transmit Power Control (TPC), and cyclic shift depending on the purpose. It optionally includes information such as a DM-RS (DeModulation Reference Signal), a CQI (Channel Quality Information) request, a HARQ process number, a transmitted precoding matrix indicator (TPMI), and a precoding matrix indicator (PMI) confirmation.
  • MCS Modulation Coding Scheme
  • RV Redundancy Version
  • NDI New Data Indicator
  • TPC Transmit Power Control
  • the base station determines the PDCCH format according to the DCI to be transmitted to the terminal, and adds a cyclic redundancy check (CRC) to the control information.
  • the CRC is masked with an identifier (eg, a radio network temporary identifier (RNTI)) according to the owner or purpose of use of the PDCCH.
  • RNTI radio network temporary identifier
  • an identifier eg, cell-RNTI (C-RNTI)
  • C-RNTI cell-RNTI
  • a paging identifier eg, paging-RNTI (P-RNTI)
  • P-RNTI paging-RNTI
  • a system information RNTI (SI-RNTI) may be masked to the CRC. If the PDCCH is for a random access response, a random access-RNTI (RA-RNTI) may be masked to the CRC.
  • a TPC-RNTI Transmit Power Control-RNTI
  • the TPC-RNTI is a TPC-PUCCH-RNTI for PUCCH power control and a TPC-PUSCH- for PUSCH power control.
  • RNTI may be included.
  • MCCH multicast control channel
  • M-RNTI multimedia broadcast multicast service-RNTI
  • DCI downlink control information
  • Various DCI formats are defined depending on the application. Specifically, DCI formats 0 and 4 (hereinafter, UL grants) are defined for uplink scheduling, and DCI formats 1, 1A, 1B, 1C, 1D, 2, 2A, 2B, and 2C (hereinafter, DL grant) is defined.
  • the DCI format includes a hopping flag, RB allocation, Modulation Coding Scheme (MCS), Redundancy Version (RV), New Data Indicator (NDI), Transmit Power Control (TPC), and cyclic shift DM-RS ( It optionally includes information such as a DeModulation Reference Signal (CQI), Channel Quality Information (CQI) request, HARQ process number, Transmitted Precoding Matrix Indicator (TPMI), Precoding Matrix Indicator (PMI) confirmation.
  • MCS Modulation Coding Scheme
  • RV Redundancy Version
  • NDI New Data Indicator
  • TPC Transmit Power Control
  • cyclic shift DM-RS It optionally includes information such as a DeModulation Reference Signal (CQI), Channel Quality Information (CQI) request, HARQ process number, Transmitted Precoding Matrix Indicator (TPMI), Precoding Matrix Indicator (PMI) confirmation.
  • CQI DeModulation Reference Signal
  • CQI Channel Quality Information
  • TPMI Transmitted
  • a limited set of CCE locations where a PDCCH can be located for each UE is defined.
  • the limited set of CCE locations where the UE can find its own PDCCH may be referred to as a search space (SS).
  • the search space has a different size according to each PDCCH format.
  • UE-specific and common search spaces are defined separately. Since the base station does not provide the terminal with information about where the PDCCH is in the search space, the terminal finds its own PDCCH by monitoring a set of PDCCH candidates in the search space. Here, monitoring means that the UE attempts to decode the received PDCCH candidates according to each DCI format. Finding the PDCCH in the search space is called blind decoding or blind detection. Through blind detection, the UE simultaneously performs identification of the PDCCH transmitted to itself and decoding of control information transmitted through the corresponding PDCCH.
  • FIG. 4 illustrates a structure of an uplink subframe that can be used in the present invention.
  • the uplink subframe includes a plurality of slots (eg, two).
  • the slot may include different numbers of SC-FDMA symbols according to the CP length. For example, in case of a normal CP, a slot may include 7 SC-FDMA symbols.
  • the uplink subframe is divided into a data region and a control region in the frequency domain.
  • the data area includes a PUSCH and is used to transmit data signals such as voice.
  • the control region contains a PUCCH and is used to transmit control information.
  • the random access procedure is used to transmit data (short length) on the uplink.
  • the random access procedure is performed at the initial access in the RRC_IDLE state, the initial access after the radio link failure, the handover requiring the random access process, and the generation of uplink / downlink data requiring the random access process in the RRC_CONNECTED state.
  • Some RRC messages such as a Radio Resource Control (RRC) Connection Request Message, a Cell Update Message, and an URA Update Message, are also transmitted using a random access procedure.
  • the logical channels Common Control Channel (CCCH), Dedicated Control Channel (DCCH), and Dedicated Traffic Channel (DTCH) may be mapped to the transport channel RACH.
  • CCCH Common Control Channel
  • DCCH Dedicated Control Channel
  • DTCH Dedicated Traffic Channel
  • the transport channel RACH is mapped to the physical channel physical random access channel (PRACH).
  • PRACH physical channel physical random access channel
  • the terminal physical layer first selects one access slot and one signature and transmits the PRACH preamble in uplink.
  • the random access process is divided into a contention based process and a non-contention based process.
  • a terminal receives and stores information about a random access from a base station through system information. After that, if a random access is required, the UE transmits a random access preamble (also referred to as message 1 or Msg1) to the base station (S510). When the base station receives the random access preamble from the terminal, the base station transmits a random access response message (also referred to as message 2 or Msg2) to the terminal (S520).
  • the downlink scheduling information on the random access response message may be CRC masked with a random access-RNTI (RA-RNTI) and transmitted on an L1 / L2 control channel (PDCCH).
  • the UE may receive and decode a random access response message from a physical downlink shared channel (PDSCH). Thereafter, the terminal checks whether the random access response message includes random access response information indicated to the terminal. Whether the random access response information indicated to the presence of the self may be determined by whether there is a random access preamble ID (RAID) for the preamble transmitted by the terminal.
  • the random access response information includes a timing advance (TA) indicating timing offset information for synchronization, radio resource allocation information used for uplink, and a temporary identifier (eg, Temporary C-RNTI) for identifying a terminal. do.
  • the UE When the UE receives the random access response information, the UE performs uplink transmission (also referred to as message 3 or Msg3) including an RRC connection request message on an uplink shared channel (SCH) according to radio resource allocation information included in the response information. It performs (S530).
  • the base station After receiving the uplink transmission from the terminal, the base station transmits a message for contention resolution (also referred to as message 4 or Msg4) to the terminal (S540).
  • the message for contention resolution may be referred to as a contention resolution message and may include an RRC connection establishment message.
  • the terminal After receiving the contention resolution message from the base station, the terminal completes the connection setup and transmits a connection setup complete message (also called message 5 or Msg5) to the base station (S550).
  • the base station may allocate a non-contention random access preamble to the terminal before the terminal transmits the random access preamble (S510).
  • the non-competitive random access preamble may be allocated through dedicated signaling such as a handover command or a PDCCH.
  • the UE may transmit the allocated non-competitive random access preamble to the base station similarly to step S510.
  • the base station may transmit a random access response to the terminal similarly to the step S520.
  • HARQ is not applied to the random access response (S520) in the above-described random access procedure, but HARQ may be applied to a message for uplink transmission or contention resolution for the random access response. Therefore, the UE does not need to transmit ACK / NACK for the random access response.
  • next generation system it is considered to configure a low-cost / low-spec terminal mainly for data communication such as meter reading, water level measurement, surveillance camera utilization, and inventory reporting of a vending machine.
  • these terminals have low device complexity and low power consumption, they seek to provide appropriate throughput between connected devices, and may be referred to as machine type communication (MTC) or Internet of Things (IoT) terminals for convenience.
  • MTC machine type communication
  • IoT Internet of Things
  • the terminal will be referred to collectively as UE.
  • the next generation system may perform narrowband communication (or NB-IoT communication) in utilizing a cellular network or a third network.
  • the narrow band may be 180 kHz.
  • the UE (or NB-IoT UE) or eNB may transmit multiplexed single or multiple physical channels in the corresponding area.
  • the NB-IoT UE may perform communication in an area where a channel environment is poor, such as under a bridge, under the sea, or at sea, and in this case, to compensate for this, the NB-IoT UE may repeatedly transmit a specific channel (for example, repeatedly transmit for several TTI) And / or perform power boosting.
  • An example of power amplification may be in the form of further reducing the frequency resource area to be transmitted in a specific band to drive power per hour to a specific resource.
  • a specific channel is transmitted through a resource block (RB) consisting of 12 REs
  • a specific RE (s) is allocated to power to be distributed through the entire RB by selecting and allocating a specific RE instead of an RB unit. You can also drive.
  • a method of performing communication by concentrating data and power in one RE in an RB may be referred to as a single-tone transmission method.
  • NB-IoT may be mixed with cellular IoT (or cIoT).
  • the NPRACH preamble refers to a PRACH preamble for NB-IoT supported by the LTE-A Pro system and may be collectively referred to as a PRACH preamble.
  • the random access symbol group of FIG. 6 may be referred to as a (N) PRACH symbol group and is referred to simply as a symbol group.
  • the NPRACH preamble is composed of four symbol groups (symbol group 0 to symbol group 3), and each symbol group may be composed of a cyclic prefix (CP) and a sequence part as illustrated in FIG. 6.
  • the sequence portion may consist of five subblocks, each subblock including the same symbol. For example, the same symbol may have a fixed symbol value 1.
  • the NPRACH preamble is transmitted within a designated frequency domain, which is a subcarrier offset (e.g., set via higher layer signals (e.g. RRC layer signals) or system information (e.g. SIB2). ) And the number of subcarriers (e.g., Can be determined by Each symbol group constituting the NPRACH preamble is transmitted without a gap, and frequency hops for each symbol group within a designated frequency domain.
  • a subcarrier offset e.g., set via higher layer signals (e.g. RRC layer signals) or system information (e.g. SIB2).
  • the number of subcarriers e.g., Can be determined by
  • Each symbol group constituting the NPRACH preamble is transmitted without a gap, and frequency hops for each symbol group within a designated frequency domain.
  • Equation 1 Is the starting subcarrier index of the NPRACH preamble and is determined by Equation 2.
  • Equation 1 Denotes a subcarrier offset and is determined by equation (3).
  • equation (2) Can be given as
  • equation (3) Denotes the subcarrier offset for symbol group 0 of the NPRACH preamble and is determined by equation (4).
  • equation (3) Is determined by Equation 5, silver Is a value selected from.
  • the NPRACH preamble may be repeatedly transmitted a specific number of times (eg, N of FIG. 6) for coverage enhancement or coverage extension.
  • the specific number of repetitions may be set through higher layer signals (eg, RRC layer signals) or system information (eg, SIB2).
  • Four symbol groups constituting the NPRACH preamble (symbol group 0 to symbol group 3) are transmitted while hopping to a frequency position determined using Equations 1 to 5 for each symbol group.
  • Each symbol group of the NPRACH preamble may also be frequency-hopped and transmitted based on Equations 1 to 5.
  • FIG. By applying the same scheme, the NPRACH preamble may be repeatedly transmitted a specific number of times (eg, N).
  • the frequency position of the first symbol group (ie, symbol group 0) of each NPRACH preamble repeatedly transmitted may be randomly determined.
  • the guard time is not applied to the NPRACH preamble. Accordingly, in the case of the NPRACH preamble illustrated in FIG. 6, the supporting cell radius may be determined by considering the CP length instead of the guard time.
  • Cell radius (beam) * (CP length / 2)
  • Table 1 illustrates an approximate value of CP length and cell radius according to the NPRACH preamble format.
  • the NPRACH preamble format may have formats 0 and 1, and each NPRACH preamble format may have the same sequence length and different CP lengths.
  • the CP length may be set through an upper layer signal (eg, RRC layer signal) or system information (eg, SIB2), and a corresponding NPRACH preamble format may be determined according to the CP length.
  • RRC layer signal eg, RRC layer signal
  • SIB2 system information
  • us represents microseconds and km represents kilometers.
  • a guard time GT may be given in consideration of a round trip delay (RTD) according to a cell radius.
  • RTD round trip delay
  • a terminal at the edge of a cell and a terminal at the center of the cell transmit a PRACH preamble in the same TTI (eg, a subframe or slot)
  • the base station can receive the PRACH preamble of each terminal within the corresponding TTI. Protection time can be given to ensure that
  • RTD round trip delay
  • (cell radius) (beam) * (RTD / 2) and RTD corresponds to guard time, so the relationship between cell radius and guard time It can be represented by the equation (7).
  • Table 2 illustrates the approximate values of CP length, GT length, and cell radius according to the preamble format of the existing LTE / LTE-A system.
  • the preamble format value is indicated by the PRACH configuration index.
  • Preamble format 0 can be transmitted in one TTI (eg 1 ms)
  • preamble formats 1 and 2 can be transmitted in two TTIs (eg 2 ms)
  • preamble format 3 has three TTIs (eg 3 ms). In ms, where ms represents milliseconds. In Table 2, us represents microseconds and km represents kilometers.
  • the maximum cell radius supported by the current LTE system is 100.2 km. Accordingly, the UE for NB-IoT needs to support at least the same level of cell radius in order to perform in-band operation using the LTE network.
  • the base station may need to manage or adjust uplink transmission timing of each terminal individually. As such, management or adjustment of the transmission timing performed by the base station may be referred to as timing advance or timing alignment.
  • Timing advance or timing alignment may be performed through a random access procedure as described above.
  • the base station may receive a random access preamble from the terminal and calculate a timing advance value using the received random access preamble.
  • the calculated timing advance value is transmitted to the terminal through a random access response, and the terminal may update the signal transmission timing based on the received timing advance value.
  • the base station may receive an uplink reference signal (eg, a sounding reference signal (SRS)) periodically or randomly transmitted from the terminal to calculate a timing advance, and the terminal may transmit a signal based on the calculated timing advance value. Can be updated.
  • SRS sounding reference signal
  • the base station can measure the timing advance of the terminal through a random access preamble or an uplink reference signal and can inform the terminal of the adjustment value for timing alignment.
  • the adjustment value for timing alignment may be referred to as a timing advance command (TAC) or a timing advance value (TA value).
  • the transmission of an uplink radio frame i from a terminal may be started (N TA + N TAoffset ) ⁇ T s seconds before the corresponding downlink radio frame starts.
  • N TA may be indicated by a timing advance command.
  • T s represents the sampling time.
  • the uplink transmission timing may be adjusted in units of multiples of 16T s .
  • the TAC may be given as 11 bits in the random access response and may indicate a value of 0-1282.
  • N TA can be given as TA * 16.
  • the TAC may be 6 bits and indicate a value of 0 to 63.
  • N TA may be given as N TA, old + (TA-31) * 16.
  • the timing advance command received in subframe n may be applied from subframe n + 6.
  • the existing NB-IoT system is designed based on the Global System for Mobile communications (GSM) network, which supports a cell radius of 35 km. Therefore, the cyclic prefix (CP) of the random access preamble is about 40 km. It is designed to support only cell radius.
  • GSM Global System for Mobile communications
  • CP cyclic prefix
  • the NB-IoT system includes a mobile autonomous reporting system in which humans are rare, that is, where the LTE network is not well equipped, and thus it is desirable to expand the supportable cell radius.
  • the CP length may be determined as 666.7 us (see Equation 6).
  • the extended CP is referred to as an extended CP (E-CP) to support the extended cell radius.
  • a time gap of the same length as the E-CP (eg, 666.7 us) may be required in order to avoid overlapping the random access preamble received from the UE and the next adjacent subframe from the base station perspective.
  • the time interval is called the guard time GT.
  • cyclic prefix and guard time have been added to avoid interference between symbols.
  • the cyclic prefix and the guard time are additional signals added in terms of performance, they can be classified as overhead in terms of system throughput. Therefore, for more efficient preamble transmission, reduce the percentage overhead of this cyclic prefix or guard time, and increase the portion (e.g., symbol or symbol group portion) corresponding to preamble information except cyclic prefix and guard time. May be considered.
  • timing advance As described with reference to FIG. 7, it is necessary for a base station to individually control uplink transmission timing of each UE for uplink orthogonal transmission and reception. This process is referred to as timing advance (TA) or timing alignment. .
  • Initial timing advance is performed through a random access procedure.
  • the base station estimates an uplink transmission delay from the received preamble and transmits the uplink transmission delay to the terminal through a random access response (RAR) message in the form of a timing advance command.
  • RAR random access response
  • the terminal adjusts the transmission timing by using the TA command received through the RAR message.
  • the random access preamble (or NPRACH preamble) for NB-IoT is transmitted in a single carrier frequency hopping scheme, and has both a timing estimation acquisition range and accuracy. It was designed with consideration in mind.
  • the subcarrier spacing of the conventional random access preamble (or NPRACH preamble) is designed to enable timing estimation without ambiguity up to a 40 km cell radius at 3.75 kHz.
  • a supportable cell radius without ambiguity may be calculated as follows.
  • the phase difference of the signal transmitted on the two subcarriers may be represented by 2 * pi * delta_f, and delta_f represents the subcarrier spacing in Hz (Hertz).
  • a phase difference of a signal transmitted on two subcarriers in consideration of the round trip delay may be represented by 2 * pi * delta_f * tau_RTT, and tau_RTT represents a round trip delay.
  • the cyclic prefix of the random access preamble should be extended to at least 666.7 us, and the subcarrier spacing of the random access preamble should be reduced to 1.5 kHz or less, or 3.75 to perform timing estimation without ambiguity.
  • the timing estimation ambiguity must be addressed while maintaining the kHz subcarrier spacing.
  • the present invention is to enable the NB-IoT system in the LTE network or the network supporting the maximum cell radius of the LTE system, specifically, NB-IoT in the network supporting the maximum cell radius of the LTE network or LTE system
  • NB-IoT in the network supporting the maximum cell radius of the LTE network or LTE system
  • the random access preamble supporting the extended cell radius (eg, 100 km) proposed in the present invention is defined as an 'enhanced' preamble, and the conventional random access preamble is referred to as a 'legacy'. (legacy) 'preamble.
  • the legacy preamble may be referred to herein as a first preamble format, and the enhanced preamble may be referred to as a second preamble format.
  • the random access preamble or the (N) PRACH preamble or the (N) PRACH signal or the (N) PRACH may be used interchangeably and may be referred to simply as a preamble.
  • the (N) PRACH symbol group or the random access symbol group may be used interchangeably and may be simply referred to as a symbol group.
  • the UE supporting the conventional NB-IoT (or legacy preamble) may be referred to as a legacy UE, and the UE supporting the enhanced preamble (or both the legacy preamble and the enhanced preamble) may be an enhanced terminal ( enhanced UE).
  • the present invention is described based on a terminal / base station / system supporting NB-IoT, but the present invention is not limited thereto.
  • the present invention can be equally applied to a terminal / base station / system that does not support NB-IoT communication.
  • the present invention may be equally applicable to terminals / base stations / systems supporting mMTC (massive machine type communication) as well as general terminals / base stations / systems not supporting IoT and MTC.
  • a terminal / base station / system may collectively refer to a terminal / base station / system supporting NB-IoT and a terminal / base station / system not supporting NB-IoT.
  • the simplest way to design an enhanced preamble is to consider using the same subcarrier spacing (eg 3.75 kHz) as the legacy preamble.
  • subcarrier spacing eg 3.75 kHz
  • CPs within a symbol group constituting a random access preamble (or NPRACH preamble) for example, see FIG. 6 and related description
  • NPRACH preamble for example, see FIG. 6 and related description
  • the first three symbols of the six symbols of the legacy preamble may be used as CPs.
  • the enhanced preamble according to the present invention may include an E-CP portion corresponding to three symbol lengths and a sequence portion corresponding to three symbol lengths.
  • the CP length is 800 us, which satisfies the condition of 666.7 us or more, but timing estimation ambiguity may occur due to the 3.75 kHz subcarrier spacing.
  • the legacy preamble is a form in which the same sine wave is repeated in a symbol group, and thus, the time domain correlation characteristic is not good, and thus the reliability of the result is not high when the hypothesis test is performed.
  • the present invention proposes a single tone 'fractional' frequency hopping scheme in which frequency hopping between symbol groups is a 'fractional' value of 3.75 kHz as a more fundamental solution for improving the NPRACH range. do.
  • the feature of the single-tone 'minor' frequency hopping method is to perform frequency hopping to a value smaller than the subcarrier spacing of each group of symbols constituting the legacy preamble, thereby extending the range of time of arrival (ToA) estimation to the cell. You can extend the cell range.
  • the fractional value may be expressed as M / N (M, where N is any integer where N> M> 1).
  • the decimal value can be limited to 1 / N (N is an integer greater than 1) in consideration of ease of implementation or interference with the 3.75 kHz subcarrier spacing of the legacy system.
  • the legacy preamble includes four symbol groups, each symbol group is transmitted with frequency hopping, and the position of each subcarrier during frequency hopping may be determined based on Equations 1 to 5.
  • the subcarrier spacing is 3.75 kHz, so the frequency hopping interval of the legacy preamble is set to 3.75 * n kHz (n is an integer greater than or equal to 1) and the minimum frequency hopping interval of the legacy preamble is 3.75 kHz.
  • the legacy preamble transmission scheme is referred to as a single tone 'integer' frequency hopping scheme.
  • the single tone 'minor' frequency hopping method proposed by the present invention performs fractional frequency hopping to solve timing estimation ambiguity.
  • frequency hopping may be performed by one-nth of the subcarrier spacing 3.75 kHz of the legacy preamble between symbol groups (N is an integer greater than 1).
  • the minimum frequency hopping interval between symbol groups constituting the preamble may be set to 3.75 / N kHz (N is an integer greater than 1), and the frequency hopping interval between symbol groups may be set to an integer multiple of 3.75 / N. .
  • FIG. 9 illustrates a frequency hopping interval and hopping pattern of a legacy preamble.
  • frequency resources for the legacy preamble are given from subcarrier 0 to subcarrier 11, and the first symbol group (ie, symbol group 0) of the legacy preamble is transmitted in subcarrier 1, and the second symbol group (I.e., symbol group 1) is transmitted on subcarrier 2, the third symbol group (i.e. symbol group 2) is transmitted on subcarrier 8, and the fourth symbol group (i.e. symbol group 3) is transmitted on subcarrier 7 Assume that it is sent.
  • the frequency hopping interval between symbol group 0 and symbol group 1 corresponds to a minimum frequency hopping interval, and is a symbol group of a legacy preamble.
  • the minimum frequency hopping interval between the livers is 3.75 kHz.
  • the frequency hopping interval between symbol group 1 and symbol group 2 corresponds to an integer multiple of 3.75 kHz
  • FIG. 10 illustrates the frequency hopping interval of an enhanced preamble according to the present invention.
  • the minimum frequency hopping interval is set to 3.75 kHz for the legacy preamble, whereas the minimum frequency hopping interval according to the present invention is set to 3.75 / N kHz (N is an integer greater than 1).
  • the frequency hopping interval between symbol group 1 and symbol group 2 is set to an integer multiple of 3.75 / N kHz (N is an integer greater than 1), and the symbol group is applied to the example of FIG. 9.
  • the frequency hopping interval between 1 and symbol group 2 is set to 3.75 / N * 6 kHz (N is an integer greater than 1).
  • an inverse Fourier transform (eg, inverse fast Fourier transform) may be performed by combining a plurality of symbols. For example, suppose that you perform an M-point inverse Fourier transform (e.g., IFFT) per symbol for legacy preamble generation, a fraction of 1 / N (N is an integer greater than 1) times the subcarrier spacing of the legacy preamble.
  • M-point inverse Fourier transform e.g., IFFT
  • N symbols may be bundled to perform an NxM-point inverse Fourier transform (eg, IFFT) to generate a preamble signal and to implement single-tone fractional frequency hopping.
  • FIG. 11 illustrates a method of generating a frequency domain preamble according to the present invention.
  • step S1102 after setting a single tone based on the NxM-point FFT in the frequency domain (step S1102), generating a time domain single tone fractional frequency hopping signal through the NxM-point IFFT (step S1104). In this case, a cyclic transpose is generated (step S1106) and repeated transmission is performed (step S1108).
  • Frequency translation can be used to implement fractional frequency hopping.
  • the center frequency for frequency mixing or conversion uses only a fractional value excluding an integer part of frequency hopping values of a corresponding symbol group. For example, to implement 1 / N fractional frequency hopping, a sine wave or cosine wave having the center frequency of the fractional frequency is multiplied for N symbol periods.
  • FIG. 12 illustrates a time domain preamble generation method according to the present invention.
  • the subcarrier position for symbol group transmission may be determined, for example, 3.75 / N * M kHz (M, N is an integer greater than 1), and M / N is an integer. It can be composed of parts and fractional parts.
  • M the number of bits in the M / N
  • step S1204 frequency mixing or conversion is performed based on the fractional part of the M / N (Step S1204) to generate a random access signal (or NPRACH preamble) for prime frequency hopping.
  • a preamble signal for fractional frequency hopping may be generated by multiplying a preamble generated in operation S1202 by a sine wave or cosine wave having a center frequency of 3.75 * B kHz. .
  • FIG. 13 illustrates a random access procedure according to the present invention.
  • the random access preamble may be mixed with the (N) PRACH preamble or the (N) PRACH signal and may be referred to simply as a preamble or a random access signal.
  • the UE may generate a random access preamble signal.
  • the random access preamble signal generated in step S1302 may have an enhanced preamble format proposed in the present invention (see, eg, FIG. 8 and related description).
  • the random access preamble signal generated in step S1302 may have the same format as the legacy preamble (see, for example, FIG. 6 and related description).
  • the random access preamble signal generated in step S1302 may support the single tone fractional frequency hopping scheme proposed in the present invention (see, for example, FIG. 10 and related description).
  • the frequency hopping interval between each symbol group of the random access preamble may be set to an integer multiple of 3.75 / N kHz (N is an integer greater than 1), and the minimum frequency hopping interval between each symbol group of the random access preamble is 3.75.
  • / N kHz (N is an integer greater than 1) can be set.
  • step S1302 may include applying the method for generating a frequency domain preamble proposed in the present invention (see, for example, FIG. 11 and related description).
  • step S1302 may include applying the time domain preamble generation method proposed in the present invention (see, for example, FIG. 12 and related description).
  • step S1304 the UE transmits the generated random access preamble signal to the base station.
  • steps S520 to S550 may be performed after step S1304.
  • FIG. 14 illustrates a base station and a terminal that can be applied to the present invention.
  • a wireless communication system includes a base station (BS) 1410 and a terminal (UE) 1420.
  • BS base station
  • UE terminal
  • the wireless communication system includes a relay
  • the base station or the terminal may be replaced with a relay.
  • Base station 1410 includes a processor 1412, a memory 1414, and a radio frequency (RF) transceiver 1416.
  • the processor 1412 may be configured to implement the procedures and / or methods proposed by the present invention.
  • the memory 1414 is connected with the processor 1412 and stores various information related to the operation of the processor 1412.
  • the RF transceiver 1416 is connected with the processor 1412 and transmits and / or receives wireless signals.
  • Terminal 1420 includes a processor 1422, memory 1424, and radio frequency unit 1426.
  • the processor 1422 may be configured to implement the procedures and / or methods proposed by the present invention.
  • the memory 1424 is connected to the processor 1422 and stores various information related to the operation of the processor 1422.
  • the RF transceiver 1426 is coupled with the processor 1422 and transmits and / or receives wireless signals.
  • Embodiments according to the present invention may be implemented by various means, for example, hardware, firmware, software, or a combination thereof.
  • an embodiment of the present invention may include one or more application specific integrated circuits (ASICs), digital signal processors (DSPs), digital signal processing devices (DSPDs), programmable logic devices (PLDs), FPGAs ( field programmable gate arrays), processors, controllers, microcontrollers, microprocessors, and the like.
  • ASICs application specific integrated circuits
  • DSPs digital signal processors
  • DSPDs digital signal processing devices
  • PLDs programmable logic devices
  • FPGAs field programmable gate arrays
  • processors controllers, microcontrollers, microprocessors, and the like.
  • the methods according to the invention may be implemented in software code such as modules, procedures, functions, etc. that perform the functions or operations described above.
  • the software code may be stored on a computer readable medium in the form of instructions and / or data and driven by the processor.
  • the computer readable medium may be located inside or outside the processor to exchange data with the processor by various means known in the art.
  • the present invention can be used in a wireless communication device such as a terminal, a base station, and the like.

Abstract

본 발명은 무선 통신 시스템에서 랜덤 접속 과정을 수행하는 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것으로서, NPRACH(Narrowband Physical Random Access Channel) 신호를 생성하는 단계; 및 상기 생성된 NPRACH 신호를 전송하는 단계를 포함하되, 상기 NPRACH 신호는 심볼 그룹 별로 주파수 호핑하며, 상기 심볼 그룹 간의 최소 주파수 호핑 간격은 3.75/N kHz으로 설정되며, N은 3 또는 그 이상인 정수인 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.

Description

랜덤 접속 과정을 수행하는 방법 및 이를 위한 장치
본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 효과적인 범위 향상을 위한 랜덤 접속 과정 수행 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.
더욱 많은 통신 기기들이 더욱 큰 통신 용량을 요구하게 됨에 따라 기존의 무선 접속 기술(radio access technology, RAT)에 비해 향상된 광대역 이동 통신(mobile broadband communication)에 대한 필요성이 대두되고 있다. 또한 다수의 기기 및 사물들을 연결하여 언제 어디서나 다양한 서비스를 제공하는 대규모 MTC(massive Machine Type Communications) 역시 차세대 통신에서 고려될 주요 이슈 중 하나이다. 뿐만 아니라 신뢰성(reliability) 및 지연(latency)에 민감한 서비스/단말(UE)를 고려한 통신 시스템 디자인이 논의되고 있다. 이와 같이 향상된 광대역 이동 통신(enhanced mobile broadband communication), 대규모 MTC(massive MTC, mMTC), URLLC(Ultra-Reliable and Low Latency Communication) 등을 고려한 차세대 무선 접속 기술의 도입이 논의되고 있으며, 편의상 이러한 기술을 NR(new RAT)이라고 지칭한다.
본 발명의 목적은 무선 통신 시스템에서 효과적인 범위 향상을 위한 랜덤 접속 과정 수행 방법 및 이를 위한 장치를 제공하는 데 있다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 확장된 셀 반경을 지원하는 무선 통신 시스템에서 협대역 사물인터넷(NB-IoT) 통신을 위한 랜덤 접속 프리앰블을 효과적으로 송수신하기 위한 랜덤 접속 프리앰블의 구조 또는 포맷 및/또는 랜덤 접속 과정 수행 방법 및 이를 위한 장치를 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.
본 발명의 제1 양상으로, 무선 통신 시스템에서 단말이 랜덤 접속 과정을 수행하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 NPRACH(Narrowband Physical Random Access Channel) 신호를 생성하는 단계; 및 상기 생성된 NPRACH 신호를 전송하는 단계를 포함하되, 상기 NPRACH 신호는 심볼 그룹 별로 주파수 호핑하며, 상기 심볼 그룹 간의 최소 주파수 호핑 간격은 3.75/N kHz으로 설정되며, N은 3 또는 그 이상인 정수일 수 있다.
본 발명의 제2 양상으로, 무선 통신 시스템에서 랜덤 접속 과정을 수행하는 단말이 제공되며, 상기 단말은 RF 송수신기(Radio Frequency transceiver); 및 상기 RF 송수신기에 동작시 연결되는(operatively connected) 프로세서를 포함하며, 상기 프로세서는 NPRACH(Narrowband Physical Random Access Channel) 신호를 생성하고, 상기 생성된 NPRACH 신호를 전송하도록 구성되며, 상기 NPRACH 신호는 심볼 그룹 별로 주파수 호핑하며, 상기 심볼 그룹 간의 최소 주파수 호핑 간격은 3.75/N kHz으로 설정되며, N은 3 또는 그 이상인 정수일 수 있다.
바람직하게는, 상기 심볼 그룹 간의 주파수 호핑 간격은 3.75/N kHz의 정수 배로 설정될 수 있다.
바람직하게는, 상기 심볼 그룹은 3개 심볼에 해당하는 순환 전치 부분과 3개 심볼에 해당하는 시퀀스 부분을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 NPRACH 신호는 주파수 영역에서 NxM-포인트 FFT(Fast Fourier Transform)에 기초하여 단일 톤을 설정하고, 상기 설정된 단일 톤에 대해 NxM-포인트 IFFT(Inverse FFT)를 적용하여 생성되며, M은 1보다 큰 정수를 나타낼 수 있다.
바람직하게는, 상기 NPRACH 신호가 3.75/N*M kHz에서 전송되는 경우, 상기 NPRACH 신호는 M/N의 정수 부분을 이용하여 상기 심볼 그룹을 위한 랜덤 접속 신호를 생성하고, M/N의 소수 부분에 기초하여 상기 생성된 랜덤 접속 신호를 주파수 변환하여 생성될 수 있다.
[발명의 효과]
본 발명에 따르면, 무선 통신 시스템에서 랜덤 접속 과정을 수행함에 있어서 효과적으로 범위를 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따르면, 확장된 셀 반경을 지원하는 무선 통신 시스템에서 협대역 사물인터넷(NB-IoT) 통신을 위한 랜덤 접속 프리앰블을 효과적으로 송수신할 수 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.
첨부 도면은 본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되며, 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 본 발명에서 이용될 수 있는 무선 프레임(radio frame)의 구조를 예시한다.
도 2는 본 발명에서 이용될 수 있는 하향링크 슬롯을 위한 자원 그리드를 예시한다.
도 3은 본 발명에서 이용될 수 있는 하향링크 서브프레임의 구조를 예시한다.
도 4는 본 발명에서 이용될 수 있는 상향링크 서브프레임의 구조를 예시한다.
도 5는 랜덤 접속 과정(Random Access Procedure)을 예시한다.
도 6은 NPRACH 프리앰블 전송 방법을 예시한다.
도 7은 상향링크-하향링크 타이밍 관계(timing relation)을 예시한다.
도 8은 본 발명에 따른 향상된 프리앰블 포맷을 예시한다.
도 9는 레거시 프리앰블의 주파수 호핑 간격과 호핑 패턴을 예시한다.
도 10은 본 발명에 따른 향상된 프리앰블의 주파수 호핑 간격을 예시한다.
도 11은 본 발명에 따른 주파수 영역 프리앰블 생성 방법을 예시한다.
도 12는 본 발명에 따른 시간 영역 프리앰블 생성 방법을 예시한다.
도 13은 본 발명에 따른 랜덤 접속 과정을 예시한다.
도 14는 본 발명이 적용될 수 있는 기지국 및 단말을 예시한다.
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 UTRAN(Universal Terrestrial Radio Access Network)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 Data 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-UTRAN(Evolved UTRAN) 등과 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. UTRAN는 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)의 일부이다. 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(long term evolution) 시스템은 E-UTRAN을 사용하는 E-UMTS(Evolved UMTS)의 일부이고 3GPP LTE-A(Advanced) 시스템은 3GPP LTE의 진화된 버전이며 LTE-A 프로 시스템은 3GPP LTE-A의 진화된 버전이다.
설명을 명확하게 하기 위해, 3GPP LTE/LTE-A/LTE-A 프로를 위주로 기술하지만 본 발명의 기술적 원리가 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 이하의 설명에서 사용되는 특정(特定) 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 이러한 특정 용어의 사용은 본 발명의 기술적 원리를 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 3GPP LTE/LTE-A/LTE-A 프로 표준에 따른 시스템 뿐만 아니라 다른 3GPP 표준, IEEE 802.xx 표준 또는 3GPP2 표준에 따른 시스템에도 적용될 수 있으며, 3GPP 5G 또는 NR(New RAT)과 같은 차세대 통신 시스템에도 적용될 수 있다.
본 명세서에서, 사용자기기(user equipment, UE)는 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, 기지국(base station, BS)과 통신하여 데이터 및/또는 제어 정보를 송수신하는 각종 기기들을 포함한다. UE는 단말(Terminal), MS(Mobile Station), MT(Mobile Terminal), UT(User Terminal), SS(Subscribe Station), 무선기기(wireless device), PDA(Personal Digital Assistant), 무선 모뎀(wireless modem), 휴대기기(handheld device) 등으로 지칭될 수 있다. 이하에서, UE는 단말과 혼용될 수 있다.
본 명세서에서, 기지국(BS)은 일반적으로 UE 및/또는 다른 BS와 통신하는 고정국(fixed station)을 말하며, UE 및 다른 BS와 통신하여 각종 데이터 및 제어정보를 교환한다. 기지국(BS)은 ABS(Advanced Base Station), NB(Node-B), eNB(evolved-NodeB), gNB(next generation NodeB), BTS(Base Transceiver System), 액세스 포인트(Access Point), PS(Processing Server), 노드(node), TP(Transmission Point) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 이하에서, 기지국(BS)은 eNB 또는 gNB와 혼용될 수 있다.
무선 접속 시스템에서 단말은 하향링크(DL: Downlink)를 통해 기지국으로부터 정보를 수신하고, 상향링크(UL: Uplink)를 통해 기지국으로 정보를 전송한다. 기지국과 단말이 송수신하는 정보는 일반 데이터 정보 및 다양한 제어 정보를 포함하고, 이들이 송수신 하는 정보의 종류/용도에 따라 다양한 물리 채널이 존재한다.
전원이 꺼진 상태에서 다시 전원이 켜지거나, 새로이 셀에 진입한 단말은 기지국과 동기를 맞추는 등의 초기 셀 탐색(initial cell search) 작업을 수행한다. 이를 위해 단말은 기지국으로부터 주동기 채널(Primary Synchronization Signal, PSS) 및 부동기 채널(Secondary Synchronization Signal, SSS)을 수신하여 기지국과 동기를 맞추고, 셀 ID(cell identity) 등의 정보를 획득한다. 그 후, 단말은 기지국으로부터 물리 브로드캐스트 채널(Physical Broadcast Channel, PBCH)을 통해 셀 내에서 브로드캐스트되는 시스템 정보를 획득할 수 있다. 한편, 단말은 초기 셀 탐색 단계에서 하향링크 참조 신호(Downlink Reference Signal, DL RS)를 수신하여 하향링크 채널 상태를 확인할 수 있다.
초기 셀 탐색을 마친 단말은 물리 하향링크 제어 채널(Physical Downlink Control Channel, PDCCH) 및 물리 하향링크 제어 채널 정보에 따른 물리 하향링크 공유 채널(Physical Downlink Shared Channel, PDSCH)을 수신하여 좀더 구체적인 시스템 정보를 획득할 수 있다.
이후, 단말은 기지국에 접속을 완료하기 위해 랜덤 접속 과정(Random Access Procedure)을 수행할 수 있다. 이를 위해 단말은 물리 랜덤 접속 채널(Physical Random Access Channel, PRACH)을 통해 프리앰블(preamble)을 전송하고, 물리 하향링크 제어 채널 및 이에 대응하는 물리 하향링크 공유 채널을 통해 프리앰블에 대한 응답 메시지를 수신할 수 있다. 경쟁 기반 랜덤 접속(contention based random access)의 경우 추가적인 물리 랜덤 접속 채널의 전송과 물리 하향링크 제어 채널 및 이에 대응하는 물리 하향링크 공유 채널 수신과 같은 충돌 해결 절차(contention Resolution Procedure)를 수행할 수 있다.
상술한 바와 같은 절차를 수행한 단말은 이후 일반적인 상향링크/하향링크 신호 전송 절차로서 물리 하향링크 제어 채널/물리 하향링크 공유 채널 수신 및 물리 상향링크 공유 채널(Physical Uplink Shared Channel, PUSCH)/물리 상향링크 제어 채널(Physical Uplink Control Channel, PUCCH) 전송을 수행할 수 있다. 단말이 기지국으로 전송하는 제어 정보를 통칭하여 상향링크 제어 정보(Uplink Control Information, UCI)라고 지칭한다. UCI는 HARQ ACK/NACK(Hybrid Automatic Repeat and reQuest Acknowledgement/Negative-ACK), SR(Scheduling Request), CSI(Channel State Information) 등을 포함한다. CSI는 CQI(Channel Quality Indicator), PMI(Precoding Matrix Indicator), RI(Rank Indication) 등을 포함한다. UCI는 일반적으로 PUCCH를 통해 전송되지만, 제어 정보와 트래픽 데이터가 동시에 전송되어야 할 경우 PUSCH를 통해 전송될 수 있다. 또한, 네트워크의 요청/지시에 의해 PUSCH를 통해 UCI를 비주기적으로 전송할 수 있다.
도 1은 본 발명에서 이용될 수 있는 무선 프레임(radio frame)의 구조를 예시한다. 셀룰라 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 무선 패킷 통신 시스템에서, 상향/하향링크 데이터 패킷 전송은 서브프레임(subframe, SF) 단위로 이루어지며, 서브프레임은 다수의 OFDM 심볼을 포함하는 일정 시간 구간으로 정의된다. LTE(-A) 시스템에서는 FDD(Frequency Division Duplex)에 적용 가능한 타입 1 무선 프레임(radio frame) 구조와 TDD(Time Division Duplex)에 적용 가능한 타입 2 무선 프레임 구조를 지원한다.
도 1은 타입 1 무선 프레임의 구조를 예시한다. 예를 들어, 하향링크 무선 프레임은 10개의 서브프레임으로 구성되고, 하나의 서브프레임은 시간 도메인(time domain)에서 2개의 슬롯(slot)으로 구성된다. 하나의 서브프레임이 전송되는 데 걸리는 시간을 TTI(Transmission Time Interval)라 한다. 혹은 TTI는 하나의 슬롯이 전송되는 데 걸리는 시간을 지칭할 수 있다. 예를 들어 하나의 서브프레임의 길이는 1 ms이고, 하나의 슬롯의 길이는 0.5 ms 일 수 있다. 하나의 슬롯은 시간 도메인에서 복수의 OFDM 심볼을 포함하고, 주파수 도메인(frequency domain)에서 다수의 자원 블록(resource block, RB)을 포함한다. LTE(-A) 시스템에서는 하향링크에서 OFDM을 사용하므로, OFDM 심볼이 하나의 심볼 구간을 나타낸다. OFDM 심볼은 또한 SC-FDMA 심볼 또는 심볼 구간으로 지칭될 수 있다. 자원 할당 단위로서의 자원 블록(RB)은 하나의 슬롯에서 복수의 연속적인 서브캐리어(subcarrier)를 포함할 수 있다.
하나의 슬롯에 포함되는 OFDM 심볼의 수는 순환 전치(Cyclic Prefix, CP)의 구성(configuration)에 따라 달라질 수 있다. CP에는 확장 CP(extended CP)와 표준(normal) CP(normal CP)가 있다. 예를 들어, OFDM 심볼이 표준(normal) CP에 의해 구성된 경우, 하나의 슬롯에 포함되는 OFDM 심볼의 수는 7개일 수 있다. OFDM 심볼이 확장 CP에 의해 구성된 경우, 한 OFDM 심볼의 길이가 늘어나므로, 한 슬롯에 포함되는 OFDM 심볼의 수는 표준(normal) CP인 경우보다 적다. 예를 들어, 확장 CP의 경우, 하나의 슬롯에 포함되는 OFDM 심볼의 수는 6개일 수 있다. 단말이 빠른 속도로 이동하는 등의 경우와 같이 채널상태가 불안정한 경우, 심볼간 간섭을 더욱 줄이기 위해 확장 CP가 사용될 수 있다.
타입 2 무선 프레임은 2개의 하프 프레임(half frame)으로 구성되며, 각 하프 프레임은 5개의 서브프레임으로 구성되며 하향링크 구간(예, DwPTS(Downlink Pilot Time Slot)), 보호 구간(Guard Period, GP), 상향링크 구간(예, UpPTS(Uplink Pilot Time Slot))을 포함한다. 1개의 서브프레임은 2개의 슬롯으로 구성된다. 예를 들어, 하향링크 구간(예, DwPTS)는 단말에서의 초기 셀 탐색, 동기화 또는 채널 추정에 사용된다. 예를 들어, 상향링크 구간(예, UpPTS)은 기지국에서의 채널 추정과 단말의 상향링크 전송 동기를 맞추는 데 사용된다. 예를 들어, 상향링크 구간(예, UpPTS)은 기지국에서 채널 추정을 위한 SRS(Sounding Reference Signal)이 전송될 수 있고, 상향링크 전송 동기를 맞추기 위한 랜덤 접속 프리앰블(random access preamble)을 나르는 PRACH(Physical Random Access Channel)이 전송될 수 있다. 보호 구간은 상향링크와 하향링크 사이에 하향링크 신호의 다중경로 지연으로 인해 상향링크에서 생기는 간섭을 제거하기 위한 구간이다.
상기 설명된 무선 프레임의 구조는 예시에 불과하고, 무선 프레임에 포함되는 서브프레임의 수 또는 서브프레임에 포함되는 슬롯의 수, 슬롯에 포함되는 심볼의 수는 다양하게 변경될 수 있다.
도 2는 본 발명에서 이용될 수 있는 하향링크 슬롯을 위한 자원 그리드를 예시한다.
도 2를 참조하면, 하향링크 슬롯은 시간 도메인에서 복수의 OFDM 심볼을 포함한다. 여기서, 하나의 하향링크 슬롯은 7개의 OFDM 심볼을 포함하고, 하나의 자원 블록(RB)은 주파수 도메인에서 12개의 서브캐리어를 포함하는 것으로 예시되었다. 그러나, 본 발명이 이로 제한되는 것은 아니다. 자원 그리드 상에서 각각의 요소는 자원 요소(Resource Element, RE)로 지칭된다. 하나의 RB는 12×7 RE들을 포함한다. 하향링크 슬롯에 포함된 RB의 개수 NDL는 하향링크 전송 대역에 의존한다. 상향링크 슬롯의 구조는 하향링크 슬롯의 구조와 동일할 수 있다.
상기 설명된 슬롯의 자원 그리드는 예시에 불과하고, 슬롯에 포함되는 심볼, 자원 요소, RB의 수는 다양하게 변경될 수 있다.
도 3은 본 발명에서 이용될 수 있는 하향링크 서브프레임의 구조를 예시한다.
도 3을 참조하면, 서브프레임 내에서 첫 번째 슬롯의 앞에 위치한 최대 3(또는 4)개의 OFDM 심볼이 제어 채널 할당을 위한 제어 영역에 해당한다. 나머지 OFDM 심볼은 PDSCH(Physical Downlink Shared Channel)가 할당되는 데이터 영역에 해당하며, 데이터 영역의 기본 자원 단위는 RB이다. LTE(-A) 시스템에서 사용되는 하향링크 제어 채널의 예는 PCFICH(Physical Control Format Indicator Channel), PDCCH(Physical Downlink Control Channel), PHICH(Physical Hybrid ARQ Indicator Channel) 등을 포함한다.
PCFICH는 서브프레임의 첫 번째 OFDM 심볼에서 전송되고 서브프레임 내에서 제어 채널의 전송에 사용되는 OFDM 심볼의 개수에 관한 정보를 나른다. PCFICH는 4개의 자원 요소 그룹(Resource Element Group, REG)으로 구성되고, 각각의 REG는 셀 ID에 기초하여 제어 영역 내에 균등하게 분산된다. 하나의 REG(Resource Element Group)는 4개의 자원 요소로 구성될 수 있다. PCFICH는 1 내지 3(또는 2 내지 4)의 값을 지시하며 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)로 변조된다. PHICH는 상향링크 전송에 대한 응답으로 HARQ ACK/NACK 신호를 나른다. PHICH 기간(duration)에 의해 설정된 하나 이상의 OFDM 심볼들에서 CRS 및 PCFICH(첫 번째 OFDM 심볼)를 제외하고 남은 REG 상에 PHICH가 할당된다. PHICH는 주파수 도메인 상에서 최대한 분산된 3개의 REG에 할당된다. PHICH에 대해서는 이하에서 보다 자세히 설명한다.
PDCCH는 서브프레임의 처음 n개 OFDM 심볼(이하, 제어 영역) 내에 할당된다. 여기에서, n은 1 이상의 정수로서 PCFICH에 의해 지시된다. PDCCH를 통해 전송되는 제어 정보를 DCI(Downlink Control Information)라고 한다. PDCCH는 하향링크 공유 채널(downlink shared channel, DL-SCH)의 전송 포맷 및 자원 할당 정보, 상향링크 공유 채널(uplink shared channel, UL-SCH)의 전송 포맷 및 자원 할당 정보, 페이징 채널(paging channel, PCH) 상의 페이징 정보, DL-SCH 상의 시스템 정보, PDSCH 상에서 전송되는 랜덤 접속 응답과 같은 상위 계층 제어 메시지의 자원 할당 정보, 단말 그룹 내의 개별 단말들에 대한 Tx 파워 제어 명령 세트, Tx 파워 제어 명령, VoIP(Voice over IP)의 활성화 지시 정보 등을 나른다. 더욱 구체적으로, DCI 포맷은 용도에 따라 호핑 플래그(hopping flag), RB 할당, MCS(Modulation Coding Scheme), RV(Redundancy Version), NDI(New Data Indicator), TPC(Transmit Power Control), 사이클릭 쉬프트 DM-RS(DeModulation Reference Signal), CQI(Channel Quality Information) 요청, HARQ 프로세스 번호, TPMI(Transmitted Precoding Matrix Indicator), PMI(Precoding Matrix Indicator) 확인(confirmation) 등의 정보를 선택적으로 포함한다.
기지국은 단말에게 전송될 DCI에 따라 PDCCH 포맷을 결정하고, 제어 정보에 CRC(cyclic redundancy check)를 부가한다. CRC는 PDCCH의 소유자 또는 사용 목적에 따라 식별자(예, RNTI(radio network temporary identifier))로 마스킹 된다. 예를 들어, PDCCH가 특정 단말을 위한 것일 경우, 해당 단말의 식별자(예, cell-RNTI (C-RNTI))가 CRC에 마스킹 될 수 있다. PDCCH가 페이징 메시지를 위한 것일 경우, 페이징 식별자(예, paging-RNTI (P-RNTI))가 CRC에 마스킹 될 수 있다. PDCCH가 시스템 정보(보다 구체적으로, 시스템 정보 블록(system information block, SIC))를 위한 것일 경우, SI-RNTI(system information RNTI)가 CRC에 마스킹 될 수 있다. PDCCH가 랜덤 접속 응답을 위한 것일 경우, RA-RNTI(random access-RNTI)가 CRC에 마스킹 될 수 있다. PDCCH가 상향링크 전력 제어를 위한 것일 경우, TPC-RNTI(Transmit Power Control-RNTI)가 이용될 수 있으며 TPC-RNTI는 PUCCH 전력 제어를 위한 TPC-PUCCH-RNTI와 PUSCH 전력 제어를 위한 TPC-PUSCH-RNTI를 포함할 수 있다. PDCCH가 멀티캐스트 제어 채널(Multicast Control Channel, MCCH)을 위한 것일 경우, M-RNTI(Multimedia Broadcast Multicast Service-RNTI)가 이용될 수 있다.
PDCCH를 통해 전송되는 제어 정보는 DCI(Downlink Control Information)라고 지칭된다. 다양한 DCI 포맷이 용도에 따라 정의된다. 구체적으로, 상향링크 스케줄링을 위해 DCI 포맷 0, 4(이하, UL 그랜트)가 정의되고, 하향링크 스케줄링을 위해 DCI 포맷 1, 1A, 1B, 1C, 1D, 2, 2A, 2B, 2C(이하, DL 그랜트)가 정의된다. DCI 포맷은 용도에 따라 호핑 플래그(hopping flag), RB 할당, MCS(Modulation Coding Scheme), RV(Redundancy Version), NDI(New Data Indicator), TPC(Transmit Power Control), 사이클릭 쉬프트 DM-RS(DeModulation Reference Signal), CQI(Channel Quality Information) 요청, HARQ 프로세스 번호, TPMI(Transmitted Precoding Matrix Indicator), PMI(Precoding Matrix Indicator) 확인(confirmation) 등의 정보를 선택적으로 포함한다.
LTE(-A) 시스템에서는 각각의 단말을 위해 PDCCH가 위치할 수 있는 제한된 세트의 CCE 위치를 정의한다. 단말이 자신의 PDCCH를 찾을 수 있는 제한된 세트의 CCE 위치는 검색 공간(Search Space, SS)으로 지칭될 수 있다. LTE(-A) 시스템에서, 검색 공간은 각각의 PDCCH 포맷에 따라 다른 사이즈를 갖는다. 또한, UE-특정(UE-specific) 및 공통(common) 검색 공간이 별도로 정의된다. 기지국은 단말에게 PDCCH가 검색 공간의 어디에 있는지에 관한 정보를 제공하지 않기 때문에 단말은 검색 공간 내에서 PDCCH 후보(candidate)들의 집합을 모니터링 하여 자신의 PDCCH를 찾는다. 여기서, 모니터링(monitoring)이란 단말이 수신된 PDCCH 후보들을 각각의 DCI 포맷에 따라 복호화를 시도하는 것을 말한다. 검색 공간에서 PDCCH를 찾는 것을 블라인드 검출(blind decoding 또는 blind detection)이라 한다. 블라인드 검출을 통해, 단말은 자신에게 전송된 PDCCH의 식별(identification)과 해당 PDCCH를 통해 전송되는 제어 정보의 복호화를 동시에 수행한다.
도 4는 본 발명에서 이용될 수 있는 상향링크 서브프레임의 구조를 예시한다.
도 4를 참조하면, 상향링크 서브프레임은 복수(예, 2개)의 슬롯을 포함한다. 슬롯은 CP 길이에 따라 서로 다른 수의 SC-FDMA 심볼을 포함할 수 있다. 일 예로, 표준(normal) CP의 경우 슬롯은 7개의 SC-FDMA 심볼을 포함할 수 있다. 상향링크 서브프레임은 주파수 도메인에서 데이터 영역과 제어 영역으로 구분된다. 데이터 영역은 PUSCH를 포함하고 음성 등의 데이터 신호를 전송하는 데 사용된다. 제어 영역은 PUCCH를 포함하고 제어 정보를 전송하는 데 사용된다. PUCCH는 주파수 축에서 데이터 영역의 양끝 부분에 위치한 RB 쌍(RB pair)(예, m=0,1,2,3)을 포함하며 슬롯을 경계로 호핑한다.
도 5는 랜덤 접속 과정(Random Access Procedure)을 예시한다.
랜덤 접속 과정은 상향링크로 (짧은 길이의) 데이터를 전송하기 위해 사용된다. 예를 들어, 랜덤 접속 과정은 RRC_IDLE 상태에서의 초기 접속, 무선 링크 실패 후의 초기 접속, 랜덤 접속 과정을 요구하는 핸드오버, RRC_CONNECTED 상태 중에 랜덤 접속 과정이 요구되는 상향링크/하향링크 데이터 발생시에 수행된다. RRC(Radio Resource Control) 연결 요청 메시지(RRC Connection Request Message)와 셀 갱신 메시지(Cell Update Message), URA 갱신 메시지(URA Update Message) 등의 일부 RRC 메시지도 랜덤 접속 과정을 이용하여 전송된다. 논리채널 CCCH(Common Control Channel), DCCH(Dedicated Control Channel), DTCH(Dedicated Traffic Channel)가 전송채널 RACH에 매핑될 수 있다. 전송채널 RACH는 물리채널 PRACH(Physical Random Access Channel)에 매핑된다. 단말의 MAC 계층이 단말 물리계층에 PRACH 전송을 지시하면, 단말 물리계층은 먼저 하나의 접속 슬롯(access slot)과 하나의 시그너처(signature)를 선택하여 PRACH 프리앰블을 상향링크로 전송한다. 랜덤 접속 과정은 경쟁 기반(contention based) 과정과 비경쟁 기반(non-contention based) 과정으로 구분된다.
도 5를 참조하면, 단말은 시스템 정보를 통해 기지국으로부터 랜덤 접속에 관한 정보를 수신하여 저장한다. 그 후, 랜덤 접속이 필요하면, 단말은 랜덤 접속 프리앰블(Random Access Preamble; 메시지 1 또는 Msg1이라고도 함)을 기지국으로 전송한다(S510). 기지국이 상기 단말로부터 랜덤 접속 프리앰블을 수신하면, 상기 기지국은 랜덤 접속 응답 메시지(Random Access Response; 메시지 2 또는 Msg2라고도 함)를 단말에게 전송한다(S520). 구체적으로, 상기 랜덤 접속 응답 메시지에 대한 하향 스케줄링 정보는 RA-RNTI(Random Access-RNTI)로 CRC 마스킹되어 L1/L2 제어 채널(PDCCH) 상에서 전송될 수 있다. RA-RNTI로 마스킹된 하향 스케줄링 신호를 수신한 단말은 PDSCH(Physical Downlink Shared Channel)로부터 랜덤 접속 응답 메시지를 수신하여 디코딩할 수 있다. 그 후, 단말은 상기 랜덤 접속 응답 메시지에 자신에게 지시된 랜덤 접속 응답 정보가 있는지 확인한다. 자신에게 지시된 랜덤 접속 응답 정보가 존재하는지 여부는 단말이 전송한 프리앰블에 대한 RAID(Random Access preamble ID)가 존재하는지 여부로 확인될 수 있다. 상기 랜덤 접속 응답 정보는 동기화를 위한 타이밍 옵셋 정보를 나타내는 타이밍 어드밴스(Timing Advance; TA), 상향링크에 사용되는 무선자원 할당정보, 단말 식별을 위한 임시 식별자(예: Temporary C-RNTI) 등을 포함한다. 단말은 랜덤 접속 응답 정보를 수신하면, 상기 응답 정보에 포함된 무선자원 할당 정보에 따라 상향링크 SCH(Uplink Shared Channel)로 RRC 연결 요청 메시지를 포함하는 상향링크 전송(메시지 3 또는 Msg3이라고도 함)을 수행한다(S530). 기지국은 단말로부터 상기 상향링크 전송을 수신한 후에, 경쟁 해결(contention resolution)을 위한 메시지(메시지 4 또는 Msg4라고도 함)를 단말에게 전송한다(S540). 경쟁 해결을 위한 메시지는 경쟁 해결 메시지라고 지칭될 수 있으며, RRC 연결 설정 메시지를 포함할 수 있다. 단말은 기지국으로부터 경쟁 해결 메시지를 수신한 후에, 연결 설정을 완료한 후 연결 설정 완료 메시지(메시지 5 또는 Msg5라고도 함)를 기지국으로 전송한다(S550).
비경쟁 기반 과정의 경우, 단말이 랜덤 접속 프리앰블을 전송(S510)하기 전에 기지국이 비경쟁 랜덤 접속 프리앰블(Non-contention Random Access Preamble)을 단말에게 할당할 수 있다. 비경쟁 랜덤 접속 프리앰블은 핸드오버 명령(handover command)나 PDCCH와 같은 전용 시그널링(dedicated signaling)을 통해 할당될 수 있다. 단말은 비경쟁 랜덤 접속 프리앰블을 할당받는 경우 S510 단계와 유사하게 할당받은 비경쟁 랜덤 접속 프리앰블을 기지국으로 전송할 수 있다. 기지국은 상기 단말로부터 비경쟁 랜덤 접속 프리앰블을 수신하면, S520 단계와 유사하게 상기 기지국은 랜덤 접속 응답을 단말에게 전송할 수 있다.
상기 설명된 랜덤 접속 과정에서 랜덤 접속 응답(S520)에 대해서는 HARQ가 적용되지 않지만 랜덤 접속 응답에 대한 상향링크 전송이나 경쟁 해결을 위한 메시지에 대해서는 HARQ가 적용될 수 있다. 따라서, 랜덤 접속 응답에 대해서 단말은 ACK/NACK을 전송할 필요가 없다.
한편, 차세대 시스템에서는 계량기 검침, 수위측정, 감시 카메라의 활용, 자판기의 재고보고 등의 데이터 통신을 위주로 하는 저가/저사양의 단말을 구성하는 것을 고려하고 있다. 이러한 단말은 낮은 기기 복잡도와 낮은 전력 소모를 가짐에도 불구하고 연결된 기기들 사이에 적절한 처리율을 제공할 수 있는 것을 추구하며, 편의상 MTC(Machine Type Communication) 혹은 IoT(Internet of Things) 단말이라고 지칭할 수 있으며, 본 명세서에서는 간략히 단말(UE)이라고 통칭한다.
또한, 차세대 시스템은 셀룰러 네트워크 혹은 제3의 네트워크를 활용함에 있어서 협대역(narrowband)을 이용한 통신(혹은 NB-IoT 통신)을 수행할 수 있다. 예를 들어, 협대역은 180kHz일 수 있다. 해당 영역 내에서 UE(혹은 NB-IoT UE) 혹은 eNB는 단일 혹은 복수의 물리 채널을 다중화하여 전송하는 것일 수 있다. 한편, NB-IoT UE는 교량 밑이나 해저, 해상 등 채널 환경이 좋지 않은 영역에서 통신을 수행할 수도 있으며, 이 경우에 이를 보상하기 위하여 특정 채널에 대한 반복 (예를 들어, 수 TTI 동안 반복 전송) 그리고/혹은 전력 증폭 (Power boosting)을 수행하는 것을 고려할 수 있다. 전력 증폭에 대한 일례로는 특정 대역 내에서 전송할 주파수 자원 영역을 더욱 줄여 시간당 전력을 특정 자원에 몰아주는 형태일 수 있다. 일례로, 12 RE로 구성된 RB(resource block)을 통해서 특정 채널을 전송할 때, RB 단위의 RE 할당 대신에 특정 RE를 선택하여 할당해주는 방식을 통해서 전체 RB를 통해서 분산될 전력을 특정 RE(들)에 몰아줄 수도 있다. 특히, RB 내에 하나의 RE에 데이터와 전력을 집중시켜 통신을 수행하는 방식을 단일-톤(Single-tone) 전송 방식이라고 통칭할 수 있다. NB-IoT는 셀룰라 IoT(또는 cIoT)와 혼용될 수 있다.
도 6은 NPRACH 프리앰블 전송 방법을 예시한다. NPRACH 프리앰블은 LTE-A 프로 시스템에서 지원하는 NB-IoT를 위한 PRACH 프리앰블을 지칭하며, PRACH 프리앰블이라고 통칭될 수 있다. 도 6의 랜덤 접속 심볼 그룹은 (N)PRACH 심볼 그룹으로 지칭될 수 있으며, 간략히 심볼 그룹이라고 지칭한다.
NPRACH 프리앰블은 4개의 심볼 그룹(심볼 그룹 0 내지 심볼 그룹 3)으로 구성되며, 각각의 심볼 그룹은 도 6에 예시된 바와 같이 CP(Cyclic Prefix)와 시퀀스 부분(sequence part)으로 구성될 수 있다. 시퀀스 부분은 5개의 서브블록으로 구성될 수 있는데, 각 서브블록은 동일한 심볼을 포함한다. 예를 들어, 동일한 심볼은 고정된 심볼 값 1을 가질 수 있다.
NPRACH 프리앰블은 지정된 주파수 영역 내에서 전송되며, 해당 주파수 영역은 상위 계층 신호(예, RRC 계층 신호) 또는 시스템 정보(예, SIB2)를 통해 설정된 서브캐리어 오프셋(예,
Figure PCTKR2018005416-appb-I000001
)과 서브캐리어 개수(예,
Figure PCTKR2018005416-appb-I000002
)에 의해 결정될 수 있다. NPRACH 프리앰블을 구성하는 각 심볼 그룹은 간격(gap) 없이 전송되며, 지정된 주파수 영역 내에서 심볼 그룹 마다 주파수 호핑한다. 주파수 호핑시 (i+1)번째 심볼 그룹(즉, 심볼 그룹 i, i=0, 1, 2, 3)의 주파수 위치는
Figure PCTKR2018005416-appb-I000003
로 나타내며 수학식 1에 의해 결정될 수 있다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2018005416-appb-I000004
수학식 1에서
Figure PCTKR2018005416-appb-I000005
는 NPRACH 프리앰블의 시작 서브캐리어 인덱스를 나타내며 수학식 2에 의해 결정된다. 수학식 1에서
Figure PCTKR2018005416-appb-I000006
는 서브캐리어 오프셋을 나타내며 수학식 3에 의해 결정된다. 수학식 2에서
Figure PCTKR2018005416-appb-I000007
로 주어질 수 있다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2018005416-appb-I000008
[수학식 3]
Figure PCTKR2018005416-appb-I000009
수학식 3에서
Figure PCTKR2018005416-appb-I000010
는 NPRACH 프리앰블의 심볼 그룹 0을 위한 서브캐리어 오프셋을 나타내고 수학식 4에 의해 결정된다. 수학식 3에서
Figure PCTKR2018005416-appb-I000011
은 수학식 5에 의해 결정되며, 수학식 4에서
Figure PCTKR2018005416-appb-I000012
은
Figure PCTKR2018005416-appb-I000013
으로부터 선택되는 값이다.
[수학식 4]
Figure PCTKR2018005416-appb-I000014
[수학식 5]
Figure PCTKR2018005416-appb-I000015
수학식 5에서
Figure PCTKR2018005416-appb-I000016
이고
Figure PCTKR2018005416-appb-I000017
로 주어질 수 있다.
NPRACH 프리앰블은 커버리지 향상 또는 커버리지 확장을 위해 특정 횟수(예, 도 6의 N)만큼 반복 전송될 수 있다. 특정 반복 횟수는 상위 계층 신호(예, RRC 계층 신호) 또는 시스템 정보(예, SIB2)를 통해 설정될 수 있다. NPRACH 프리앰블을 구성하는 4개의 심볼 그룹(심볼 그룹 0 내지 심볼 그룹 3)은 심볼 그룹 마다 수학식 1 내지 5를 이용하여 결정된 주파수 위치로 호핑하면서 전송되며, 이와 같이 NPRACH 프리앰블을 1번째 전송한 후 2번째 NPRACH 프리앰블의 각 심볼 그룹도 수학식 1 내지 5에 기초하여 주파수 호핑하며 전송할 수 있다. 동일한 방식을 적용하여 NPRACH 프리앰블을 특정 횟수(예, N)만큼 반복 전송할 수 있다. 반복 전송되는 각 NPRACH 프리앰블의 1번째 심볼 그룹(즉, 심볼 그룹 0)의 주파수 위치는 랜덤하게 결정될 수 있다.
도 6에 예시된 NPRACH 프리앰블의 심볼 그룹들은 간격(gap)없이 전송되므로 NPRACH 프리앰블에는 보호 시간이 적용되지 않는다. 따라서, 도 6에 예시된 NPRACH 프리앰블의 경우 보호 시간 대신 CP 길이를 고려하여 지원하는 셀 반경을 결정할 수 있다. 일반적으로 셀 반경과 라운드 트립 지연(RTD) 간의 관계는 (셀 반경)=(광속)*(RTD/2)에 의해 표현될 수 있고 RTD는 보호 시간에 해당하므로, 셀 반경과 CP 길이 간의 관계는 수학식 6에 의해 표현될 수 있다.
[수학식 6]
(셀 반경)=(광속)*(CP길이/2)
표 1은 NPRACH 프리앰블 포맷에 따른 CP 길이, 셀 반경의 대략적인 값을 예시한다. 표 1에 예시된 바와 같이 NPRACH 프리앰블 포맷은 포맷 0, 1을 가질 수 있으며, 각 NPRACH 프리앰블 포맷은 동일한 시퀀스 길이를 가지고 CP 길이가 상이하게 설정될 수 있다. CP 길이는 상위 계층 신호(예, RRC 계층 신호) 또는 시스템 정보(예, SIB2)를 통해 설정될 수 있으며, CP 길이에 따라 해당 NPRACH 프리앰블 포맷이 결정될 수 있다. 표 1에서 us는 마이크로초(microsecond)를 나타내고, km은 킬로미터를 나타낸다.
[표 1]
Figure PCTKR2018005416-appb-I000018
또한, 셀 반경에 따른 라운드 트립 지연(round trip delay, RTD)를 고려하여 보호 시간(guard time, GT)이 주어질 수 있다. 예를 들어, 셀의 가장자리에 있는 단말과 셀의 중심에 있는 단말이 동일한 TTI(예, 서브프레임 또는 슬롯)에서 PRACH 프리앰블을 전송하는 경우 기지국이 해당 TTI 내에서 각 단말의 PRACH 프리앰블을 수신할 수 있도록 하기 위해 보호 시간이 주어질 수 있다. 일반적으로 셀 반경과 라운드 트립 지연(RTD) 간의 관계는 (셀 반경)=(광속)*(RTD/2)에 의해 표현될 수 있고 RTD는 보호 시간에 해당하므로, 셀 반경과 보호 시간 간의 관계는 수학식 7에 의해 표현될 수 있다.
[수학식 7]
(셀 반경)=(광속)*(GT/2)
표 2는 기존 LTE/LTE-A 시스템의 프리앰블 포맷에 따른 CP 길이, GT 길이, 셀 반경의 대략적인 값을 예시한다. 표 2에서 프리앰블 포맷 값은 PRACH 구성 인덱스에 의해 지시된다. 프리앰블 포맷 0은 하나의 TTI(예, 1ms)에서 전송될 수 있고, 프리앰블 포맷 1, 2는 2개의 TTI(예, 2ms)에서 전송될 수 있고, 프리앰블 포맷 3은 3개의 TTI(예, 3ms)에서 전송될 수 있으며, ms는 밀리초(millisecond)를 나타낸다. 표 2에서 us는 마이크로초(microsecond)를 나타내고, km은 킬로미터를 나타낸다.
[표 2]
Figure PCTKR2018005416-appb-I000019
표 2에서 알 수 있듯이 현재 LTE 시스템에서 지원하는 최대 셀 반경은 100.2 km 이다. 따라서, NB-IoT를 위한 UE가 LTE 네트워크를 이용한 인밴드 동작(in-band operation)을 수행하기 위해서는 적어도 동일 수준의 셀 반경을 지원할 필요가 있다.
도 7은 상향링크-하향링크 타이밍 관계(timing relation)을 예시한다.
상향링크 직교(Uplink orthogonal) 송수신을 위해서 기지국이 각 단말의 상향링크 전송 타이밍을 개별적으로 관리(manage) 또는 조정(adjust)해야 할 수 있다. 이와 같이, 기지국에 의해 수행되는 전송 타이밍의 관리 또는 조정을 타이밍 어드밴스(timing advance) 또는 타이밍 정렬(time alignment)이라고 지칭할 수 있다.
타이밍 어드밴스 또는 타이밍 정렬은 앞에서 설명된 바와 같이 랜덤 접속 과정을 통해 수행될 수 있다. 랜덤 접속 과정 동안, 기지국은 단말로부터 랜덤 접속 프리앰블을 수신하고, 수신된 랜덤 접속 프리앰블을 이용하여 타이밍 어드밴스 값을 계산할 수 있다. 계산된 타이밍 어드밴스 값은 랜덤 접속 응답을 통해 단말에게 전송되며, 단말은 수신된 타이밍 어드밴스 값에 의거하여 신호 전송 타이밍을 갱신(update)할 수 있다. 혹은, 기지국은 단말로부터 주기적으로 또는 랜덤하게 전송되는 상향링크 참조신호(예, SRS(Sounding Reference Signal))를 수신하여 타이밍 어드밴스를 계산할 수 있으며, 단말은 계산된 타이밍 어드밴스 값에 의거하여 신호 전송 타이밍을 갱신할 수 있다.
앞서 설명된 바와 같이, 기지국은 랜덤 접속 프리앰블 또는 상향링크 참조신호를 통해 단말의 타이밍 어드밴스를 측정할 수 있고 타이밍 정렬을 위한 조정 값(adjustment value)을 단말에게 알려줄 수 있다. 이 경우, 타이밍 정렬을 위한 조정 값은 타이밍 어드밴스 명령(Timing Advance Command, TAC) 또는 타이밍 어드밴스 값(TA value)으로 지칭될 수 있다.
도 7을 참조하면, 단말로부터의 상향링크 무선 프레임 i의 전송은 대응되는 하향링크 무선 프레임이 시작하기 (NTA + NTAoffset) × Ts 초 전에 시작할 수 있다. 0 ≤ NTA ≤ 20512일 수 있고, FDD 프레임 구조의 경우 NTAoffset = 0, TDD 프레임 구조의 경우 NTAoffset = 624일 수 있다. NTA는 타이밍 어드밴스 명령에 의해 지시될 수 있다. Ts는 샘플링 타임을 나타낸다. 상향링크 전송 타이밍은 16Ts의 배수 단위로 조정될 수 있다. TAC는 랜덤 접속 응답에서 11비트로서 주어질 수 있고 0 내지 1282의 값을 지시할 수 있다. NTA는 TA*16으로 주어질 수 있다. 혹은, TAC는 6 비트이고 0 내지 63의 값을 지시할 수 있다. 이 경우, NTA는 NTA,old+(TA-31)*16으로 주어질 수 있다. 서브프레임 n에서 수신된 타이밍 어드밴스 명령은 서브프레임 n+6부터 적용될 수 있다.
앞서 설명된 바와 같이, 기존의 NB-IoT 시스템은 셀 반경 35 km를 지원하는 GSM(Global System for Mobile communications) 네트워크를 기반으로 설계되었기 때문에 랜덤 접속 프리앰블의 순환 전치(CP)가 최대 40 km 정도의 셀 반경 까지만 지원하도록 설계되어 있다. 그러나, NB-IoT 시스템의 대표적인 전개 시나리오(deployment scenario) 중의 하나인 LTE 네트워크에서의 인밴드 동작(in-band operation)을 지원하기 위해서는 셀 반경 100 km까지 지원하는 것이 필요하다. 또한, NB-IoT 시스템은 인적이 드문, 다시 말해서 LTE 네트워크가 잘 갖추어 지지 않은 곳에서의 이동식 자율 보고(mobile autonomous reporting) 시스템 등을 포함하고 있기 때문에 지원 가능한 셀 반경을 확장하는 것이 바람직하다.
랜덤 접속 프리앰블의 지원 가능한 최대 셀 반경을 확장하기 위해서는 일반적으로 (NPRACH) 프리앰블의 CP와 보호 시간(GT)를 확장하는 것을 고려할 수 있다. 그리고/또는, CP 오버헤드의 증가를 억제하기 위해서 (NPRACH) 프리앰블의 서브캐리어 간격(subcarrier spacing)을 축소하는 것을 고려할 수 있다. 예를 들어, 셀 반경 100 km를 지원하기 위해서는 CP 길이가 666.7 us로 결정될 수 있다(수학식 6 참조). 이와 같이 확장된 셀 반경을 지원하기 위해서 확장된 CP를 확장 CP(extended CP, E-CP) 라고 지칭한다. 그리고, 기지국 관점에서 단말로부터 수신된 랜덤 접속 프리앰블과 바로 다음의 인접 서브프레임이 중첩되는 것을 피하기 위해서 E-CP와 동일한 길이(예, 666.7 us)의 시간 간격(time gap)이 필요할 수 있으며, 이러한 시간 간격을 보호 시간(GT)이라 한다.
순환 전치와 보호 시간은 모두 심볼 간의 간섭을 피하기 위해서 추가된 것이다. 다시 말해서 순환 전치와 보호 시간은 성능적인 측면에서 부수적으로 추가된 신호이기 때문에 시스템 전송률(system throughput) 차원에서 오버헤드로 분류될 수 있다. 따라서, 보다 효율적인 프리앰블 전송을 위해 이러한 순환 전치나 보호 시간의 퍼센트 오버헤드(% overhead)를 줄이고, 순환 전치와 보호 시간을 제외한 프리앰블 정보에 해당하는 부분(예, 심볼 또는 심볼 그룹 부분)을 증가시키는 것을 고려할 수 있다.
도 7을 참조하여 설명한 바와 같이, 상향링크 직교(uplink orthogonal) 송수신을 위해서 기지국이 각 UE들의 상향링크 전송 타이밍을 개별적으로 제어하는 것이 필요하며, 이 과정을 타이밍 어드밴스(TA) 또는 타이밍 정렬이라고 한다. 초기 타이밍 어드밴스는 랜덤 접속 과정을 통해서 수행된다. NB-IoT 시스템에서는 단말이 랜덤 접속 프리앰블을 전송하면, 기지국은 수신된 프리앰블로부터 상향링크 전송 지연(delay)를 추정하여 랜덤 접속 응답(RAR) 메시지를 통해 타이밍 어드밴스 명령 형태로 단말에게 전달한다. 단말은 RAR 메시지를 통해서 전달 받은 TA 명령을 이용하여 전송 타이밍을 조절한다.
도 6을 참조하여 설명한 바와 같이, NB-IoT를 위한 랜덤 접속 프리앰블(또는 NPRACH 프리앰블)은 단일 캐리어 주파수 호핑(single carrier frequency hopping) 방식으로 전송되며, 타이밍 추정(timing estimation) 획득 범위와 정확도를 모두 고려하여 설계되었다. 종래의 랜덤 접속 프리앰블(또는 NPRACH 프리앰블)의 서브캐리어 간격(subcarrier spacing)은 3.75 kHz로 40 km 셀 반경까지 모호함(ambiguity)없이 타이밍 추정이 가능하도록 설계되었다. 2개의 서브캐리어 간의 간격을 이용하여 타이밍 추정을 하고자 할 경우, 모호함 없이 지원 가능한 셀 반경은 다음과 같이 계산될 수 있다. 떨어진 두 서브캐리어 간의 간격을 이용하여 추정할 경우, 두 서브캐리어 상에서 전송되는 신호의 위상 차이는 2*pi*delta_f로 나타낼 수 있으며, delta_f는 서브캐리어 간격을 Hz(Hertz) 단위로 나타낸 것이다. 또한, 라운드 트립 지연을 고려한 두 서브캐리어 상에서 전송되는 신호의 위상 차이는 2*pi*delta_f*tau_RTT로 나타낼 수 있으며, tau_RTT는 라운드 트립 지연을 나타낸다. 위상 차이와 셀 반경이 일대일 대응 값을 가지려면 2*pi*delta_f*tau_RTT < 2*pi 인 관계가 성립해야 한다. 따라서, 모호함 없는 추정을 위해서는 tau_RTT < 1/delta_f 인 관계가 성립해야 한다. 라운드 트립 거리는 tau_RTT*(광속)/2, 광속=3E8 m/s이므로, 서브캐리어 간격이 3.75 kHz인 경우 셀 반경은 1/delta_f*3E8/2=1/3.75(kHz)*3E8(m/s)/2=40 km 이다. 종래의 랜덤 접속 프리앰블(또는 NPRACH 프리앰블)의 3.75 kHz 서브캐리어 간격으로 모호함 없이 타이밍 추정이 가능한 셀 반경이 40 km이므로, 100 km 셀 반경의 지원을 위해서는 서브캐리어 간격을 1.5 kHz이하로 축소해야 한다.
요약하면, 100 km 셀 반경을 지원하기 위해서는 랜덤 접속 프리앰블의 순환 전치를 최소 666.7 us 정도로 확장해야 하고, 모호함 없이 타이밍 추정을 수행하기 위해서 랜덤 접속 프리앰블의 서브캐리어 간격을 1.5 kHz 이하로 축소하거나, 3.75 kHz 서브캐리어 간격을 유지하면서 타이밍 추정 모호함을 해결해야 한다.
본 발명은 LTE 네트워크 또는 LTE 시스템의 최대 셀 반경을 지원하는 네트워크에서 NB-IoT 시스템을 사용할 수 있도록 하기 위한 것으로서, 구체적으로는 LTE 네트워크 또는 LTE 시스템의 최대 셀 반경을 지원하는 네트워크에서 NB-IoT를 위한 랜덤 접속 과정을 수행할 수 있도록 랜덤 접속 프리앰블(또는 NPRACH 프리앰블)을 향상시키기 위한 방법을 제안한다.
설명의 편의를 위해, 본 발명에서 제안된 확장된 셀 반경(예, 100 km)을 지원하는 랜덤 접속 프리앰블을 ‘향상된(enhanced)’ 프리앰블이라고 정의하고, 이와 대비하여 종래의 랜덤 접속 프리앰블을 ‘레거시(legacy)’ 프리앰블이라고 정의한다. 본 명세서에서 레거시 프리앰블은 제1 프리앰블 포맷으로 지칭될 수 있고, 향상된 프리앰블은 제2 프리앰블 포맷으로 지칭될 수 있다. 또한, 본 발명에서 랜덤 접속 프리앰블 또는 (N)PRACH 프리앰블 또는 (N)PRACH 신호 또는 (N)PRACH는 혼용될 수 있으며, 간략히 프리앰블로 지칭될 수 있다. 또한, 본 발명에서 (N)PRACH 심볼 그룹 또는 랜덤 접속 심볼 그룹은 혼용될 수 있으며, 간략히 심볼 그룹으로 지칭될 수 있다. 또한, 종래의 NB-IoT(또는 레거시 프리앰블)을 지원하는 단말(UE)은 레거시 단말(legacy UE)이라고 지칭될 수 있고, 향상된 프리앰블(또는 레거시 프리앰블 및 향상된 프리앰블 모두) 지원하는 단말은 향상된 단말(enhanced UE)이라고 지칭될 수 있다.
본 발명은 NB-IoT를 지원하는 단말/기지국/시스템에 기반하여 설명되지만, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 본 발명은 NB-IoT 통신을 지원하지 않는 단말/기지국/시스템에도 동일하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 mMTC(massive Machine Type Communication)를 지원하는 단말/기지국/시스템 뿐만 아니라 IoT 및 MTC를 지원하지 않는 일반적인 단말/기지국/시스템에도 동일하게 적용될 수 있다. 본 명세서에서 단말/기지국/시스템은 NB-IoT를 지원하는 단말/기지국/시스템과 NB-IoT를 지원하지 않는 단말/기지국/시스템을 통칭할 수 있다.
향상된 프리앰블 포맷(Enhanced preamble format)
향상된 프리앰블을 설계하는 가장 간단한 방법으로 레거시 프리앰블과 동일한 서브캐리어 간격(예, 3.75 kHz)을 사용하는 방법을 고려할 수 있다. 서브캐리어 간격을 줄이지 않고 순환 전치를 확장하기 위해서 종래의 NB-IoT를 위한 랜덤 접속 프리앰블(또는 NPRACH 프리앰블)(예, 도 6 및 관련 설명 참조)을 구성하는 심볼 그룹 내에서 CP로 사용되는 심볼의 개수를 늘릴 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 향상된 프리앰블 포맷을 예시한다.
도 8을 참조하면, 앞서 언급한 E-CP(> 666.7 us)를 지원하기 위해서 레거시 프리앰블의 여섯 심볼 중 앞 3개 심볼을 CP로 사용할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 향상된 프리앰블은 3개 심볼 길이에 해당하는 E-CP 부분과 3개 심볼 길이에 해당하는 시퀀스 부분을 포함할 수 있다. 표 1에 예시된 레거시 프리앰블 포맷 1을 가정하면, CP 길이가 3*266.7 us = 800 us가 될 수 있다. 이 경우, 앞서 언급한 셀 반경 100 km 지원 조건 중, CP 길이는 800 us로 666.7 us 이상의 조건을 만족하지만, 3.75 kHz 서브캐리어 간격으로 인해서 타이밍 추정 모호함이 발생할 수 있다. 기지국 수신기에서 가설 검정(hypothesis testing)을 통해서 타이밍 추정 모호함을 해결하는 방법을 고려할 수 있는데, 이는 기지국 수신기에 추가 동작을 요함으로써 기지국 수신기의 부담을 증가시키는 단점이 있다. 또한, 레거시 프리앰블은 심볼 그룹 내에서 동일한 사인파(sine wave)가 반복되는 형태이기 때문에, 시간 영역 상관도(time domain correlation) 특성이 좋지 않고, 이로 인해서 가설 검정 시 결과의 신뢰도가 높지 않은 단점이 있다.
단일 톤 소수 주파수 호핑(single tone fractional frequency hopping)
본 발명에서는 NPRACH 범위 향상을 위한 보다 근본적인 해결 방법으로 심볼 그룹 간 주파수 호핑을 3.75 kHz의 ‘소수(fractional)’ 값으로 하는 단일 톤 ‘소수’ 주파수 호핑(single tone ‘fractional’ frequency hopping) 방식을 제안한다. 단일 톤 ‘소수’ 주파수 호핑 방식의 특징은 레거시 프리앰블을 구성하는 각 심볼 그룹의 서브캐리어 간격보다 작은 값으로 주파수 호핑을 수행함으로써, 전파 도달 시간(Time of Arrival, ToA) 추정의 범위를 확장하여 셀 범위(cell range)를 확장할 수 있다는 것이다. 소수 값은 M/N(M, N은 N>M>1인 임의의 정수)으로 표현될 수 있다. 구현 용이성이나, 레거시 시스템의 3.75 kHz 서브캐리어 간격과의 간섭 등을 고려하여 소수 값을 1/N (N은 1보다 큰 정수)로 제한할 수 있다.
도 6을 참조하여 설명한 바와 같이, 레거시 프리앰블은 4개의 심볼 그룹을 포함하며, 각 심볼 그룹은 주파수 호핑하며 전송되고, 주파수 호핑시 각 서브캐리어의 위치는 수학식 1 내지 수학식 5에 기초하여 결정될 수 있다. 레거시 프리앰블의 경우 서브캐리어 간격이 3.75 kHz이므로 레거시 프리앰블의 주파수 호핑 간격은 3.75*n kHz (n은 1 또는 그 이상의 정수)으로 설정되고 레거시 프리앰블의 최소 주파수 호핑 간격은 3.75 kHz이다. 레거시 프리앰블의 경우, 3.75 kHz 서브캐리어의 정수 배 간격으로 주파수 호핑을 하기 때문에, 레거시 프리앰블 전송 방식을 단일 톤 ‘정수’ 주파수 호핑(single tone ‘integer’ frequency hopping) 방식이라 지칭한다.
단일 톤 정수 주파수 호핑 방식과 대비하여, 본 발명에서 제안하는 단일 톤 ‘소수’ 주파수 호핑 방식은 타이밍 추정 모호함을 해결하기 위해서 소수 주파수 호핑을 수행한다. 예를 들면, 심볼 그룹 간에 레거시 프리앰블의 서브캐리어 간격 3.75 kHz의 N분의 1만큼 주파수 호핑을 수행할 수 있다(N은 1보다 큰 정수). 이 경우, 프리앰블을 구성하는 심볼 그룹 간의 최소 주파수 호핑 간격은 3.75/N kHz (N은 1보다 큰 정수)로 설정될 수 있고, 심볼 그룹 간의 주파수 호핑 간격은 3.75/N의 정수 배로 설정될 수 있다.
또한, 예를 들어, 셀 범위(또는 셀 반경) 100 km 이상을 지원하기 위해서 N은 3 이상으로 설정될 수 있다. 보다 구체적인 예로, N=3 인 경우, 타이밍 추정을 위한 심볼 그룹 간 최소 주파수 호핑 간격은 1.25 kHz로 설정되고, 셀 범위(또는 셀 반경) 120 km까지 모호함 없이 타이밍 추정이 가능하다.
도 9는 레거시 프리앰블의 주파수 호핑 간격과 호핑 패턴을 예시한다.
도 9를 참조하면, 레거시 프리앰블을 위한 주파수 자원은 서브캐리어 0부터 서브캐리어 11까지 주어지며, 레거시 프리앰블의 1번째 심볼 그룹(즉, 심볼 그룹 0)은 서브캐리어 1에서 전송되고, 2번째 심볼 그룹(즉, 심볼 그룹 1)은 서브캐리어 2에서 전송되고, 3번째 심볼 그룹(즉, 심볼 그룹 2)은 서브캐리어 8에서 전송되고, 4번째 심볼 그룹(즉, 심볼 그룹 3)은 서브캐리어 7에서 전송된다고 가정한다. 도 9의 점선 부분에 도시된 바와 같이, 심볼 그룹 0과 심볼 그룹 1은 인접한 서브캐리어에서 전송되므로 심볼 그룹 0과 심볼 그룹 1 간의 주파수 호핑 간격은 최소 주파수 호핑 간격에 해당하며, 레거시 프리앰블의 심볼 그룹 간 최소 주파수 호핑 간격은 3.75 kHz이다. 또한, 심볼 그룹 1과 심볼 그룹 2 간의 주파수 호핑 간격은 3.75 kHz의 정수 배에 해당하며, 서브캐리어 2에서 서브캐리어 8로 주파수 호핑하므로 심볼 그룹 1과 심볼 그룹 2 간의 주파수 호핑 간격은 3.75*6=22.5 kHz이다.
도 10은 본 발명에 따른 향상된 프리앰블의 주파수 호핑 간격을 예시한다.
도 10을 참조하면, 도 9의 점선 부분에 포함된 심볼 그룹 0과 심볼 그룹 1만을 도시하였고, 레거시 프리앰블과 대비를 위해 도 9의 레거시 프리앰블의 심볼 그룹 1을 점선으로 도시하였다. 도 10에서 점선으로 표시된 바와 같이 레거시 프리앰블의 경우 최소 주파수 호핑 간격이 3.75 kHz으로 설정되는 반면, 본 발명에 따른 최소 주파수 호핑 간격은 3.75/N kHz (N은 1보다 큰 정수)로 설정된다.
도 10에서 도시하지는 않았지만, 심볼 그룹 1과 심볼 그룹 2 간의 주파수 호핑 간격은 3.75/N kHz (N은 1보다 큰 정수)의 정수 배로 설정되며, 도 9의 예에 본 발명을 적용할 경우 심볼 그룹 1과 심볼 그룹 2 간의 주파수 호핑 간격은 3.75/N*6 kHz (N은 1보다 큰 정수)으로 설정된다.
이하에서는, 본 발명에 따른 단일 톤 ‘소수’ 주파수 호핑 방식을 구현하기 위한 방법에 대해 설명한다.
주파수 영역 프리앰블 생성 방법
주파수 영역에서 소수 주파수 호핑 방식을 구현하기 위해서 복수의 심볼을 묶어서 역푸리에 변환(inverse Fourier transform)(예, IFFT(inverse fast Fourier transform))을 수행할 수 있다. 예를 들어, 레거시 프리앰블 생성을 위해 각 심볼 당 M-포인트 역푸리에 변환(예, IFFT)을 수행한다고 가정하면, 레거시 프리앰블의 서브캐리어 간격의 1/N(N은 1보다 큰 정수)배의 소수 주파수 호핑을 구현하기 위해서 N개의 심볼을 묶어서 NxM-포인트 역푸리에 변환(예, IFFT)을 수행하여 프리앰블 신호를 생성하고 단일 톤 소수 주파수 호핑을 구현할 수 있다.
도 11은 본 발명에 따른 주파수 영역 프리앰블 생성 방법을 예시한다.
도 11을 참조하면, 주파수 영역에서 NxM-포인트 FFT에 기초하여 단일 톤을 설정하고(S1102 단계), NxM-포인트 IFFT를 통해서 시간 영역 단일 톤 소수 주파수 호핑 신호를 생성한 후(S1104 단계), 필요에 따라서 순환 전치를 생성하고(S1106 단계) 반복 전송을 수행한다(S1108 단계).
시간 영역 프리앰블 생성 방법
단일 톤 소수 주파수 호핑 방식의 향상된 프리앰블 신호를 생성하는 방법으로, 레거시 프리앰블의 서브캐리어를 기준으로 시간 영역 단일 톤 정수 주파수 호핑 신호를 생성한 후, 시간 영역에서 주파수 혼합(frequency mixing) 또는 주파수 변환(frequency translation)을 통해서 소수 주파수 호핑을 구현할 수 있다. 여기서 주파수 혼합 또는 변환을 위한 중심 주파수는 해당 심볼 그룹의 주파수 호핑 값 중 정수 부분을 제외한 소수 값 만을 사용한다. 예를 들어, 1/N의 소수 주파수 호핑을 구현하기 위해서 N개의 심볼 구간 동안 소수 주파수의 중심주파수를 갖는 사인파(sine wave) 또는 코사인파(cosine wave)를 곱한다.
도 12는 본 발명에 따른 시간 영역 프리앰블 생성 방법을 예시한다.
본 발명에 따른 소수 주파수 호핑을 적용할 경우, 심볼 그룹 전송을 위한 서브캐리어 위치는 예를 들어 3.75/N*M kHz(M, N은 1보다 큰 정수)로 결정될 수 있으며, M/N은 정수 부분과 소수 부분으로 구성될 수 있다. 이 경우, M/N의 정수 부분에 기초하여 레거시 프리앰블과 동일한 방식으로 랜덤 접속 신호(또는 NPRACH 프리앰블)를 생성한 후(S1202 단계), M/N의 소수 부분에 기초하여 주파수 혼합 또는 변환을 수행하여(S1204 단계)하여 소수 주파수 호핑을 위한 랜덤 접속 신호(또는 NPRACH 프리앰블)를 생성할 수 있다. S1204 단계에서, M/N의 소수 부분을 B라고 가정하면, S1202 단계에서 생성된 프리앰블에 3.75*B kHz의 중심 주파수를 가지는 사인파 또는 코사인파를 곱하여 소수 주파수 호핑을 위한 프리앰블 신호를 생성할 수 있다.
도 13은 본 발명에 따른 랜덤 접속 과정을 예시한다.
앞서 언급한 바와 같이, 랜덤 접속 프리앰블은 (N)PRACH 프리앰블 또는 (N)PRACH 신호와 혼용될 수 있고, 간략히 프리앰블 또는 랜덤 접속 신호로 지칭될 수 있다.
도 13을 참조하면, S1302 단계에서 UE는 랜덤 접속 프리앰블 신호를 생성할 수 있다. S1302 단계에서 생성된 랜덤 접속 프리앰블 신호는 본 발명에서 제안된 향상된 프리앰블 포맷을 가질 수 있다(예, 도 8 및 관련 설명 참조). 혹은, S1302 단계에서 생성된 랜덤 접속 프리앰블 신호는 레거시 프리앰블과 동일한 포맷을 가질 수 있다(예, 도 6 및 관련 설명 참조).
및/또는, S1302 단계에서 생성된 랜덤 접속 프리앰블 신호는 본 발명에서 제안된 단일 톤 소수 주파수 호핑 방식을 지원할 수 있다(예, 도 10 및 관련 설명 참조). 예를 들어, 랜덤 접속 프리앰블의 각 심볼 그룹 간의 주파수 호핑 간격은 3.75/N kHz (N은 1보다 큰 정수)의 정수 배로 설정될 수 있고, 랜덤 접속 프리앰블의 각 심볼 그룹 간의 최소 주파수 호핑 간격은 3.75/N kHz (N은 1보다 큰 정수)으로 설정될 수 있다.
및/또는, S1302 단계는 본 발명에서 제안된 주파수 영역 프리앰블 생성 방법을 적용하는 것을 포함할 수 있다(예, 도 11 및 관련 설명 참조). 혹은, S1302 단계는 본 발명에서 제안된 시간 영역 프리앰블 생성 방법을 적용하는 것을 포함할 수 있다(예, 도 12 및 관련 설명 참조).
S1304 단계에서, UE는 생성된 랜덤 접속 프리앰블 신호를 기지국으로 전송한다.
도 13에 예시된 방법은 도 5에 예시된 랜덤 접속 과정 중에서 S510 단계에서 수행될 수 있다. 랜덤 접속 과정을 완료하기 위해 S1304 단계 이후에는 S520 단계 내지 S550 단계가 수행될 수 있다.
이상에서 설명된 방법들은 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 방법들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 방법에 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.
도 14는 본 발명에 적용될 수 있는 기지국 및 단말을 예시한다.
도 14를 참조하면, 무선 통신 시스템은 기지국(BS, 1410) 및 단말(UE, 1420)을 포함한다. 무선 통신 시스템이 릴레이를 포함하는 경우, 기지국 또는 단말은 릴레이로 대체될 수 있다.
기지국(1410)은 프로세서(1412), 메모리(1414) 및 무선 주파수(Radio Frequency: RF) 송수신기(transceiver)(1416)을 포함한다. 프로세서(1412)는 본 발명에서 제안한 절차 및/또는 방법들을 구현하도록 구성될 수 있다. 메모리(1414)는 프로세서(1412)와 연결되고 프로세서(1412)의 동작과 관련한 다양한 정보를 저장한다. RF 송수신기(1416)는 프로세서(1412)와 연결되고 무선 신호를 송신 및/또는 수신한다. 단말(1420)은 프로세서(1422), 메모리(1424) 및 무선 주파수 유닛(1426)을 포함한다. 프로세서(1422)는 본 발명에서 제안한 절차 및/또는 방법들을 구현하도록 구성될 수 있다. 메모리(1424)는 프로세서(1422)와 연결되고 프로세서(1422)의 동작과 관련한 다양한 정보를 저장한다. RF 송수신기(1426)는 프로세서(1422)와 연결되고 무선 신호를 송신 및/또는 수신한다.
본 발명에 따른 실시예는 다양한 수단, 예를 들어, 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 일 실시예는 하나 또는 그 이상의 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서, 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.
펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명에 따른 방법들은 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차, 함수 등과 같은 소프트웨어 코드로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 명령어 및/또는 데이터와 같은 형태로 컴퓨터 판독가능한 매체에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독가능한 매체는 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.
본 발명은 본 발명의 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.
본 발명은 단말, 기지국 등과 같은 무선 통신 장치에 사용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 무선 통신 시스템에서 단말이 랜덤 접속 과정을 수행하는 방법에 있어서,
    NPRACH(Narrowband Physical Random Access Channel) 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 생성된 NPRACH 신호를 전송하는 단계를 포함하되,
    상기 NPRACH 신호는 심볼 그룹 별로 주파수 호핑하며, 상기 심볼 그룹 간의 최소 주파수 호핑 간격은 3.75/N kHz으로 설정되며, N은 3 또는 그 이상인 정수인, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 심볼 그룹 간의 주파수 호핑 간격은 3.75/N kHz의 정수 배로 설정되는, 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 심볼 그룹은 3개 심볼에 해당하는 순환 전치 부분과 3개 심볼에 해당하는 시퀀스 부분을 포함하는, 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 NPRACH 신호는 주파수 영역에서 NxM-포인트 FFT(Fast Fourier Transform)에 기초하여 단일 톤을 설정하고, 상기 설정된 단일 톤에 대해 NxM-포인트 IFFT(Inverse FFT)를 적용하여 생성되며, M은 1보다 큰 정수를 나타내는, 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 NPRACH 신호가 3.75/N*M kHz에서 전송되는 경우, 상기 NPRACH 신호는 M/N의 정수 부분을 이용하여 상기 심볼 그룹을 위한 랜덤 접속 신호를 생성하고, M/N의 소수 부분에 기초하여 상기 생성된 랜덤 접속 신호를 주파수 변환하여 생성되는, 방법.
  6. 무선 통신 시스템에서 랜덤 접속 과정을 수행하는 단말에 있어서,
    RF 송수신기(Radio Frequency transceiver); 및
    상기 RF 송수신기에 동작시 연결되는(operatively connected) 프로세서를 포함하며, 상기 프로세서는
    NPRACH(Narrowband Physical Random Access Channel) 신호를 생성하고, 상기 생성된 NPRACH 신호를 전송하도록 구성되며,
    상기 NPRACH 신호는 심볼 그룹 별로 주파수 호핑하며, 상기 심볼 그룹 간의 최소 주파수 호핑 간격은 3.75/N kHz으로 설정되며, N은 3 또는 그 이상인 정수인, 단말.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 심볼 그룹 간의 주파수 호핑 간격은 3.75/N kHz의 정수 배로 설정되는, 단말.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 심볼 그룹은 3개 심볼에 해당하는 순환 전치 부분과 3개 심볼에 해당하는 시퀀스 부분을 포함하는, 단말.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 NPRACH 신호는 주파수 영역에서 NxM-포인트 FFT(Fast Fourier Transform)에 기초하여 단일 톤을 설정하고, 상기 설정된 단일 톤에 대해 NxM-포인트 IFFT(Inverse FFT)를 적용하여 생성되며, M은 1보다 큰 정수를 나타내는, 단말.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 NPRACH 신호가 3.75/N*M kHz에서 전송되는 경우, 상기 NPRACH 신호는 M/N의 정수 부분을 이용하여 상기 심볼 그룹을 위한 랜덤 접속 신호를 생성하고, M/N의 소수 부분에 기초하여 상기 생성된 랜덤 접속 신호를 주파수 변환하여 생성되는, 단말.
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