WO2024071978A1 - 비지상 네트워크에서 초기 접속 방법 및 장치 - Google Patents

비지상 네트워크에서 초기 접속 방법 및 장치 Download PDF

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WO2024071978A1
WO2024071978A1 PCT/KR2023/014797 KR2023014797W WO2024071978A1 WO 2024071978 A1 WO2024071978 A1 WO 2024071978A1 KR 2023014797 W KR2023014797 W KR 2023014797W WO 2024071978 A1 WO2024071978 A1 WO 2024071978A1
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random access
access preamble
primary
terminal
base station
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PCT/KR2023/014797
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김희욱
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한국전자통신연구원
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    • H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
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    • H04W84/00—Network topologies
    • H04W84/02—Hierarchically pre-organised networks, e.g. paging networks, cellular networks, WLAN [Wireless Local Area Network] or WLL [Wireless Local Loop]
    • H04W84/04—Large scale networks; Deep hierarchical networks
    • H04W84/06—Airborne or Satellite Networks

Definitions

  • This disclosure relates to initial access technology in a system with a large cell radius, and more specifically, to initial access technology in a non-terrestrial network.
  • LTE long term evolution
  • NR new radio
  • 6G 6th generation
  • 3GPP 3rd generation partnership project
  • LTE may be a wireless communication technology among 4G (4th Generation) wireless communication technologies
  • NR may be a wireless communication technology among 5G (5th Generation) wireless communication technologies.
  • the frequency band of the 4G communication system e.g., a frequency band below 6 GHz
  • a 5G communication system e.g., a communication system supporting NR
  • the 5G communication system can support enhanced Mobile BroadBand (eMBB), Ultra-Reliable and Low Latency Communication (URLLC), and massive Machine Type Communication (mMTC).
  • eMBB enhanced Mobile BroadBand
  • URLLC Ultra-Reliable and Low Latency Communication
  • mMTC massive Machine Type Communication
  • Such a communication network may be a terrestrial network because it can provide communication services to terminals located on the ground (terrestrial).
  • a communication network may be a terrestrial network because it can provide communication services to terminals located on the ground (terrestrial).
  • NTN non-terrestrial network
  • NTN non-terrestrial networks
  • TN terrestrial networks
  • NTN non-terrestrial networks
  • 3GPP Third Generation Partnership Project
  • NR/LTE/NB-IoT-based NTN wireless interface standardization and research are in progress based on these matters.
  • non-orthogonal multiplexing improves frequency efficiency by simultaneously transmitting signals for multiple users on the same time, frequency, and space resources.
  • Research on access technology is also actively underway as a core technology for next-generation mobile communications after 5G.
  • Initial (random) access channel structure in an NR-based mobile communication system for the UE to support asynchronous, grant-free, non-orthogonal multiple access in a very large cell such as NTN or NTN. and its initial (random) access method is required.
  • the purpose of the present disclosure to solve the above needs is to provide an initial NR/LTE standard with minimal impact on the existing NR/LTE standard in a situation where there is no Global Navigation Satellite System (GNSS) information of the terminal and orbital information of the satellite.
  • the aim is to provide an initial (random) access channel and an initial (random) access method in an NR/LTE-based mobile communication system to improve (random) access performance.
  • GNSS Global Navigation Satellite System
  • a method for achieving the above object includes obtaining random access preamble generation information from a base station by a terminal method; generating a primary random access preamble based on the random access preamble generation information; Transmitting the generated primary random access preamble to the base station; Receiving a primary random access response including primary uplink timing advance (TA) information from the base station; generating a secondary random access preamble based on the primary random access response; Transmitting the secondary random access preamble to the base station based on the primary TA information; Receiving a secondary random access response including secondary TA information from the base station; And transmitting a connection request to the base station at the time of transmission based on the first TA information and the second TA information, wherein the first random access preamble and the second random access preamble may have different configurations. there is.
  • TA uplink timing advance
  • the first random access preamble When the first random access preamble is repeatedly configured in units of the CP length, the first random access preamble is transmitted on a subcarrier with an index of the product of n and k in the frequency domain of the OFDM symbol, and k is an integer. You can.
  • the Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) symbol length of the first random access preamble is the length of the cyclic prefix (CP) of the first random access preamble. If it is not n times, the first random access preamble is generated by repeating the OFDM symbols in units of the greatest common divisor of the sample number of the CP and the sample number of the OFDM symbol, and n may be a natural number.
  • OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing
  • the primary random access preamble in the subcarrier having an index corresponding to an integer multiple of the repetition number value p within the OFDM symbol of the primary random access preamble
  • p may be a natural number
  • Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) symbols excluding the cyclic prefix (CP) of the secondary random access preamble, can be generated by repeating twice in time. there is.
  • OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing
  • the primary TA information may be information for adjusting uplink timing within the CP length section, and the secondary TA information may be information for correcting the primary TA information.
  • the first random access preamble and the second random access preamble are transmitted in different frames, and the first random access preamble is transmitted in a plurality of preset subframes within a frame in which the first random access preamble is configured to be transmitted, , the secondary random access preamble may be transmitted through some symbols within a frame in which the secondary random access preamble is set to be transmitted.
  • a method for achieving the above object includes broadcasting random access preamble generation information by a method of a base station; When reception of a primary random access preamble is detected from a terminal, generating primary uplink timing advance (TA) information based on the structure of the primary random access preamble; Transmitting a primary random access response including a primary random access preamble identifier (ID), a connection approval message, and the primary TA information to the terminal; When reception of a secondary random access preamble is detected from the terminal, generating secondary TA information based on the structure of the secondary random access preamble; Transmitting a secondary random access response including a secondary random access preamble ID, a connection approval message, and the secondary TA information to the terminal; and establishing a connection with the terminal when a connection request is received from the terminal, wherein the first random access preamble and the second random access preamble may have different configurations.
  • TA uplink timing advance
  • the first random access preamble has an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) symbol length of the first random access preamble n times the cyclic prefix (CP) length of the first random access preamble.
  • OFDM orthogonal frequency division multiplexing
  • CP cyclic prefix
  • the first random access preamble has a repeated structure in units of the CP length, and n may be a natural number.
  • the first random access preamble When the first random access preamble is repeatedly configured in units of the CP length, the first random access preamble can be received on a subcarrier having an index of the product of n and k in the frequency domain of the OFDM symbol, and the k may be an integer.
  • the Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) symbol length of the first random access preamble is n times the cyclic prefix (CP) length of the first random access preamble. Otherwise, the OFDM symbols have a structure repeated in units of the greatest common divisor of the sample number of the CP and the sample number of the OFDM symbol, and n may be a natural number.
  • OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing
  • the primary random access preamble in the subcarrier having an index corresponding to an integer multiple of the repetition number value p within the OFDM symbol of the primary random access preamble
  • p may be a natural number
  • Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) symbols excluding the cyclic prefix (CP) of the secondary random access preamble may be repeated twice in time.
  • OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing
  • the primary TA information may be information for adjusting uplink timing within the CP length section, and the secondary TA information may be information for correcting the primary TA information.
  • the first random access preamble and the second random access preamble are transmitted in different frames, and the first random access preamble is transmitted in a plurality of preset subframes within a frame in which the first random access preamble is configured to be transmitted, , the secondary random access preamble may be transmitted through some symbols within a frame in which the secondary random access preamble is set to be transmitted.
  • a terminal for achieving the above object includes a processor, and the processor includes the terminal,
  • TA uplink timing advance
  • the first random access preamble and the second random access preamble may have different configurations.
  • the processor is the terminal
  • the Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) symbol length of the first random access preamble is the length of the cyclic prefix (CP) of the first random access preamble. If it is n times, it can cause the first random access preamble to be repeatedly generated in units of the CP length,
  • the first random access preamble When the first random access preamble is repeatedly configured in units of the CP length, the first random access preamble can be transmitted on a subcarrier with an index of the product of n and k in the frequency domain of the OFDM symbol,
  • the n may be a natural number, and the k may be an integer.
  • the processor is the terminal
  • the Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) symbol length of the first random access preamble is the length of the cyclic prefix (CP) of the first random access preamble. If it is not n times, the OFDM symbols are repeated in units of the greatest common divisor of the sample number of the CP and the sample number of the OFDM symbol to generate the primary random access preamble, and n may be a natural number.
  • OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing
  • the processor is the terminal
  • Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) symbols excluding the cyclic prefix (CP) of the secondary random access preamble are configured to be repeated twice in time. It can cause you to have it.
  • OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing
  • the present disclosure in the case of Asynchronous Grant-free uplink transmission in a mobile communication network with a cell size of 100 km or more in radius or in which multiple users simultaneously use the same resource, in a situation where there is no GNSS information of the terminal and orbit information of the satellite It is possible to improve initial (random) connection performance with minimal impact on existing NR/LTE standards. Additionally, the present disclosure can solve the problem of uncertainty in uplink timing for a terminal that does not know its own location information in a satellite-based NTN. Additionally, according to the present disclosure, it is possible to solve the problem of interference occurring due to incorrect reception timing at the base station.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing a first embodiment of a non-terrestrial network.
  • Figure 2 is a conceptual diagram showing a second embodiment of a non-terrestrial network.
  • Figure 3 is a block diagram showing a first embodiment of entities constituting a non-terrestrial network.
  • Figure 4 is a flowchart illustrating the initial access procedure of 3GPP NR/LTE.
  • Figure 5a is a conceptual diagram to explain the time difference of the initial access preamble based on distance in 3GPP LTE.
  • Figure 5b is a conceptual diagram for comparing and explaining the formats of the initial access preamble.
  • Figure 6a is a conceptual diagram illustrating the distance between a satellite and a terminal in NTN.
  • Figure 6b is a conceptual diagram illustrating the difference in propagation delay time according to the positions of the satellite and the terminal within spot beam coverage.
  • Figure 7 is a conceptual diagram to explain an example in which a random access preamble is transmitted.
  • Figure 8 is a flowchart illustrating the four-step random access procedure specified in the 3GPP standard.
  • Figure 9a is a conceptual diagram illustrating a subcarrier index through which a signal is transmitted on a subcarrier within a preamble.
  • Figure 9b is a conceptual diagram illustrating a configuration having a repetitive structure on the time axis of the preamble symbol.
  • Figure 10 is a conceptual diagram of the structure of a random access preamble with a subcarrier spacing of 15 kHz in NR.
  • Figure 11a is a conceptual diagram illustrating a subcarrier index through which a signal is transmitted on a subcarrier within a random access preamble.
  • Figure 11b is a conceptual diagram illustrating a configuration having a repetitive structure on the time axis of a random access preamble symbol.
  • Figure 12a is a conceptual diagram to explain a case in which there is no inter-carrier interference when receiving a preamble at a base station.
  • Figure 12b is a conceptual diagram to explain a case where there is some inter-carrier interference when receiving a preamble at a base station.
  • Figure 13 is a conceptual diagram to explain a case where the base station predicts the transmission delay timing while moving the DFT window by the CP length.
  • Figure 14a is a conceptual diagram illustrating a subcarrier index through which a signal is transmitted on a subcarrier within a random access preamble.
  • Figure 14b is a conceptual diagram illustrating the structure of a repetitive preamble within one OFDM symbol.
  • Figure 15 is a conceptual diagram to explain the timing when receiving a secondary random access preamble at the base station.
  • Figure 16 is a flowchart illustrating the random access procedure when using the secondary random access preamble.
  • Figure 17 is a flowchart in a terminal during a 6-step random access procedure according to the present disclosure.
  • Figure 18 is a flowchart at the base station during the six-step random access procedure according to the present disclosure.
  • Figure 19 is a conceptual diagram for explaining the transmission timing of the first PRACH preamble and the second PRACH preamble based on the six-step random access procedure according to the present disclosure.
  • first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may be referred to as a first component without departing from the scope of the present disclosure.
  • the term and/or includes any of a plurality of related stated items or a combination of a plurality of related stated items.
  • “at least one of A and B” may mean “at least one of A or B” or “at least one of combinations of one or more of A and B.” Additionally, in embodiments of the present disclosure, “one or more of A and B” may mean “one or more of A or B” or “one or more of combinations of one or more of A and B.”
  • the communication system includes a non-terrestrial network (NTN), a 4th Generation (4G) communication network (e.g., a long-term evolution (LTE) communication network), and a 5th Generation (5G) communication network (e.g., , NR (new radio) communication network), 6G (6th Generation) communication network, etc.
  • 4G communication networks, 5G communication networks, and 6G communication networks can be classified as terrestrial networks (TN) networks.
  • Non-terrestrial networks may operate based on LTE technology and/or NR technology.
  • Non-terrestrial networks can support communications in frequency bands below 6 GHz as well as above 6 GHz.
  • 4G communications networks can support communications in frequency bands below 6GHz.
  • the 5G communication network can support communication not only in frequency bands below 6 GHz, but also in frequency bands above 6 GHz.
  • Communication networks to which embodiments according to the present disclosure are applied are not limited to those described below, and embodiments according to the present disclosure can be applied to various communication networks.
  • communication network may be used in the same sense as communication system.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing a first embodiment of a non-terrestrial network.
  • the non-terrestrial network may include a satellite 110, a communication node 120, a gateway 130, a data network 140, etc.
  • the non-terrestrial network shown in FIG. 1 may be a transparent payload-based non-terrestrial network.
  • the satellite 110 is a LEO (low earth orbit, altitude 300 to 1,500 km) satellite, MEO (medium earth orbit, altitude 7,000 to 25,000 km) satellite, GEO (geostationary earth orbit, altitude approximately 35,786 km) satellite, and HEO (high elliptical satellite). It may be a satellite, or an unmanned aircraft system (UAS) platform.
  • the UAS platform may include a high altitude platform station (HAPS).
  • HAPS high altitude platform station
  • the communication node 120 may include a communication node located on the ground (eg, a user equipment (UE), a terminal) and a communication node located on the non-ground (eg, an airplane, a drone).
  • a service link may be established between the satellite 110 and the communication node 120, and the service link may be a radio link.
  • Satellite 110 may provide communication services to communication node 120 using one or more beams.
  • the shape of the beam reception range (footprint) of the satellite 110 may be oval.
  • the communication node 120 may perform communication (eg, downlink communication, uplink communication) with the satellite 110 using LTE technology and/or NR technology. Communication between the satellite 110 and the communication node 120 may be performed using the NR-Uu interface. If dual connectivity (DC) is supported, the communication node 120 can be connected not only to the satellite 110 but also to other base stations (e.g., base stations supporting LTE and/or NR functions), and can be connected to LTE and/or NR functions. DC operation can be performed based on technology defined in the standard.
  • DC dual connectivity
  • the gateway 130 may be located on the ground, and a feeder link may be established between the satellite 110 and the gateway 130.
  • the feeder link may be a wireless link.
  • Gateway 130 may be referred to as a “non-terrestrial network (NTN) gateway.” Communication between the satellite 110 and the gateway 130 may be performed based on an NR-Uu interface or a satellite radio interface (SRI).
  • the gateway 130 may be connected to the data network 140.
  • a “core network” may exist between the gateway 130 and the data network 140. In this case, the gateway 130 may be connected to the core network, and the core network may be connected to the data network 140.
  • the core network can support NR technology.
  • the core network may include an access and mobility management function (AMF), a user plane function (UPF), a session management function (SMF), etc. Communication between the gateway 130 and the core network may be performed based on the NG-C/U interface.
  • AMF access and mobility management function
  • UPF user plane function
  • SMF session management function
  • a base station and a core network may exist between the gateway 130 and the data network 140.
  • the gateway 130 may be connected to the base station, the base station may be connected to the core network, and the core network may be connected to the data network 140.
  • Base stations and core networks can support NR technology. Communication between the gateway 130 and the base station may be performed based on the NR-Uu interface, and communication between the base station and the core network (e.g., AMF, UPF, SMF) may be performed based on the NG-C/U interface. You can.
  • Figure 2 is a conceptual diagram showing a second embodiment of a non-terrestrial network.
  • the non-terrestrial network may include satellite #1 (211), satellite #2 (212), communication node 220, gateway 230, data network 240, etc.
  • the non-terrestrial network shown in FIG. 2 may be a regenerative payload-based non-terrestrial network.
  • each of Satellites #1-2 (211, 212) is connected to a payload received from another entity (e.g., communication node 220, gateway 230) constituting a non-terrestrial network.
  • a regeneration operation eg, a demodulation operation, a decoding operation, a re-encoding operation, a re-modulation operation, and/or a filtering operation
  • the regenerated payload may be transmitted.
  • Each of Satellites #1-2 may be a LEO satellite, MEO satellite, GEO satellite, HEO satellite, or UAS platform.
  • the UAS platform may include HAPS.
  • Satellite #1 (211) may be connected to satellite #2 (212), and an inter-satellite link (ISL) may be established between satellite #1 (211) and satellite #2 (212).
  • ISL can operate at radio frequency (RF) frequencies or optical bands.
  • RF radio frequency
  • ISL can be set as optional.
  • the communication node 220 may include a communication node located on the ground (eg, UE, terminal) and a communication node located on the non-ground (eg, airplane, drone).
  • a service link eg, wireless link
  • Satellite #1 (211) may provide communication services to the communication node 220 using one or more beams.
  • the communication node 220 may perform communication (eg, downlink communication, uplink communication) with satellite #1 211 using LTE technology and/or NR technology. Communication between satellite #1 (211) and communication node 220 may be performed using the NR-Uu interface. If DC is supported, communication node 220 can be connected to satellite #1 211 as well as other base stations (e.g., base stations that support LTE and/or NR functions) and comply with LTE and/or NR specifications. DC operations can be performed based on defined technologies.
  • Gateway 230 may be located on the ground, and a feeder link may be established between satellite #1 (211) and gateway 230, and a feeder link may be established between satellite #2 (212) and gateway 230. there is.
  • the feeder link may be a wireless link. If ISL is not set between satellite #1 (211) and satellite #2 (212), a feeder link between satellite #1 (211) and gateway 230 may be set mandatory.
  • Communication between each of satellites #1-2 (211, 2122) and the gateway 230 may be performed based on the NR-Uu interface or SRI.
  • the gateway 230 may be connected to the data network 240.
  • a “core network” may exist between the gateway 230 and the data network 240.
  • the gateway 230 may be connected to the core network, and the core network may be connected to the data network 240.
  • the core network can support NR technology.
  • the core network may include AMF, UPF, SMF, etc. Communication between the gateway 230 and the core network may be performed based on the NG-C/U interface.
  • a base station and a core network may exist between the gateway 230 and the data network 240.
  • the gateway 230 may be connected to the base station, the base station may be connected to the core network, and the core network may be connected to the data network 240.
  • Base stations and core networks can support NR technology. Communication between the gateway 230 and the base station may be performed based on the NR-Uu interface, and communication between the base station and the core network (e.g., AMF, UPF, SMF) may be performed based on the NG-C/U interface. You can.
  • entities eg, satellites, communication nodes, gateways, etc.
  • entities eg., satellites, communication nodes, gateways, etc.
  • Figure 3 is a block diagram showing a first embodiment of entities constituting a non-terrestrial network.
  • the entity 300 may include at least one processor 310, a memory 320, and a transceiver device 330 that is connected to a network and performs communication. Additionally, the entity 300 may further include an input interface device 340, an output interface device 350, a storage device 360, etc. Each component included in the entity 300 is connected by a bus 370 and can communicate with each other.
  • the processor 310 may execute a program command stored in at least one of the memory 320 and the storage device 360.
  • the processor 310 may refer to a central processing unit (CPU), a graphics processing unit (GPU), or a dedicated processor on which methods according to embodiments of the present disclosure are performed.
  • Each of the memory 320 and the storage device 360 may be comprised of at least one of a volatile storage medium and a non-volatile storage medium.
  • the memory 320 may be comprised of at least one of read only memory (ROM) and random access memory (RAM).
  • NTN shown in Figure 1 NTN shown in Figure 2
  • GEO Scenario A Scenario B LEO (tunable beam)
  • Scenario C1 Scenario D1 LEO (beam moving with satellite)
  • Scenario C2 Scenario D2
  • Satellite 110 in the non-terrestrial network shown in FIG. 1 is a GEO satellite (e.g., a GEO satellite supporting transparent functionality), this may be referred to as “Scenario A.”
  • satellites #1-2 (211, 212) in the non-terrestrial network shown in Figure 2 are GEO satellites (e.g., GEO supporting regenerative functionality), this may be referred to as "Scenario B”. there is.
  • Satellite 110 in the non-terrestrial network shown in FIG. 1 is a LEO satellite with steerable beams, this may be referred to as “Scenario C1”. If satellite 110 in the non-terrestrial network shown in FIG. 1 is a LEO satellite with beams moving with the satellite, this may be referred to as “Scenario C2.” If satellite #1-2 (211, 212) in the non-terrestrial network shown in Figure 2 is a LEO satellite with steerable beams, this may be referred to as “Scenario D1”. If satellite #1-2 (211, 212) in the non-terrestrial network shown in FIG. 2 is a LEO satellite with beams moving with the satellite, this may be referred to as “Scenario D2.” Parameters for the scenarios defined in Table 1 can be defined as Table 2 below.
  • delay constraints can be defined as shown in Table 3 below.
  • the present disclosure described below relates to an initial (random) access channel structure and an initial (random) access method in a satellite cell of a non-terrestrial network (NTN) or an NR cell with a cell size of 100 km or more in radius.
  • NTN non-terrestrial network
  • NR NR cell with a cell size of 100 km or more in radius.
  • the initial (random) The access channel structure and its initial (random) access method will be explained.
  • an initial NTN with a cell size of 100 km or more is used, such as a Geostationary Equatorial Orbit (GEO) satellite cell with a cell radius of about 1000 km and a Low Earth Orbit (LEO) satellite cell of 200 km or more.
  • GEO Geostationary Equatorial Orbit
  • LEO Low Earth Orbit
  • Post-5G mobile communication networks are expected to evolve toward combining or cooperating with terrestrial networks and satellite networks (non-terrestrial networks, NTN).
  • NTN non-terrestrial networks
  • commonality between satellite and terrestrial wireless interfaces must be considered very important when considering the cost of the terminal.
  • NR-based NTN standardization is currently actively underway in 3GPP.
  • the delay time difference within cell coverage and power limitations to reflect characteristics such as long round-trip delay time, delay time difference between terminals, large cell coverage, large Doppler shift between the base station and terminal Considering the satellite environment, NR/LTE/NB-IoT-based NTN wireless interface standardization and research are in progress.
  • NR/LTE downlink includes primary synchronization signals (PSS) and secondary synchronization signals (SSS). Two special signals are transmitted.
  • PSS primary synchronization signals
  • SSS secondary synchronization signals
  • Two special signals are transmitted.
  • PSSs within one Synchronization Signal Block (SSB) are identical to each other.
  • the PSS of one cell may have three different values depending on the cell's physical layer cell identifier (identifier, ID). More specifically, within one cell ID group, each of the three cell IDs is different. Corresponds to PSS.
  • initial access or random access is used for several purposes:
  • initial connection or random connection may be used with the same meaning and may be used interchangeably.
  • initial access preamble or random access preamble have the same meaning and can be used interchangeably.
  • the main goal is to establish uplink synchronization during initial connection.
  • the random access process also serves the purpose of assigning a unique identifier, C-RNTI, to the terminal.
  • the main purpose of preamble transmission is to inform the base station that there is a random access attempt from the terminal and to enable the base station to estimate the delay time between the terminal and the base station (cell or location of the terminal from the base station). Delay estimation is used to adjust uplink timing so that all terminals' uplink signals can be simultaneously received by the base station.
  • the time-frequency resource through which the initial access preamble is transmitted is called a physical random access channel (PRACH).
  • PRACH physical random access channel
  • the network broadcasts to all terminals which time-frequency resources can be used to transmit the initial access preamble. As an initial access process, the terminal selects one preamble to transmit on PRACH.
  • the length of the preamble area in the time domain varies depending on the preamble setting.
  • the basic initial connection resource is 1ms, but a longer preamble can be set.
  • the uplink scheduler of the base station may leave an arbitrarily long initial access area by simply avoiding scheduling UEs in a plurality of consecutive subframes.
  • Figure 4 is a flowchart illustrating the initial access procedure of 3GPP NR/LTE.
  • the base station 402 may broadcast PSS/SSS/broadcast channel (BCH) within the coverage of the base station 402 in step S410. Therefore, the terminal 401 located within the coverage of the base station 402 can receive PSS/SSS/BCH in step S410.
  • BCH PSS/SSS/broadcast channel
  • step S420 the terminal 401 can obtain synchronization from the received PSS/SSS and obtain system information from the received BCH.
  • Information included in the BCH transmitted by the base station 402 includes parameters for generating a random access (RA) preamble.
  • the terminal 401 may generate a random access (RA) preamble based on the parameters included in the BCH and transmit it to the base station 402.
  • the base station 402 may receive the random access preamble transmitted by the terminal 401 in step S430.
  • RA random access
  • the base station 402 can detect the sequence included in the random access preamble received from the terminal 401 based on the random access preamble received from the terminal 401 and estimate the transmission timing of the terminal 401. there is.
  • the transmission timing of the terminal 401 estimated by the base station 402 may be timing advance (Timing_Advanced) information.
  • Uplink timing estimation is an essential procedure in OFDM-based NR/LTE, and if uplink synchronization is not established between the base station 402 and the terminal 401, uplink data cannot be transmitted.
  • step S450 the base station 402 provides a preamble identifier (ID), timing advance (TA) information, and uplink (UL) access grant based on the random access preamble received from the terminal 401. can be transmitted to the terminal 401. Therefore, the terminal 401 can receive the preamble ID, TA information, and UL Grant from the base station 402 in step S450.
  • ID preamble identifier
  • TA timing advance
  • UL uplink
  • the initial connection procedure described above can be divided into four steps as follows.
  • the first step may be a step in which the terminal 401 receives PSS/SSS/BCH from the base station 402.
  • the second step may be a step in which the terminal 401 transmits an RA preamble to the base station 402.
  • the third step may be a step in which the base station 401 extracts parameters from the RA preamble received from the terminal 401.
  • the fourth step may be a step in which the base station 401 transmits the preamble ID, TA information, and UL Grant to the terminal 401.
  • step S460 the terminal 401 can adjust the uplink timing based on the TA information received from the base station 402. And in step S470, the terminal 401 may transmit a request for resources to the base station 402 based on the adjusted uplink timing.
  • Figure 5a is a conceptual diagram to explain the time difference of the initial access preamble based on distance in 3GPP LTE.
  • FIG. 5A it may be a diagram illustrating the difference in arrival time of the preamble between a user close to the base station and a user far from the base station.
  • the initial access preamble 510 defined in the initial access procedure is composed of a cyclic prefix (CP) 511, a preamble sequence 512, and a guard time (GT) 502, 503. You can.
  • CP cyclic prefix
  • GT guard time
  • the arrival time of the CP 511 at the base station may vary based on the distance between the user and the base station. For example, in the case of a distant user compared to a close user, the CP 511 may arrive at the base station with a time difference in the distance-based timing 501. In this way, distance-based timing 501 takes longer as the distance between the user and the base station increases. Additionally, the time intervals of the guard times 502 and 503 may vary based on the distance-based timing 501.
  • CP 511 is used to prevent inter-symbol interference (ISI) when signals are transmitted through distributed channels in the Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) method. This is a copy of part of the last part.
  • ISI inter-symbol interference
  • OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing
  • the initial access preamble 510 illustrated in FIG. 5A has four formats, as illustrated in FIG. 5B.
  • Figure 5b is a conceptual diagram for comparing and explaining the formats of the initial access preamble.
  • the initial access preamble of format 0 has a total length of 1 millisecond (ms), a CP of 0.1 milliseconds (ms), a preamble sequence of 0.8 milliseconds (ms), and a GT of 0.1 milliseconds. This is the case in seconds (ms).
  • Format 0 can support cases where the coverage of the base station is within 15km.
  • the initial access preamble in format 1 has a total length of 2 milliseconds (ms), a CP of 0.68 milliseconds (ms), a preamble sequence of 0.8 milliseconds (ms), and a GT of 0.52 milliseconds (ms). ) is the case.
  • Format 1 can support cases where the coverage of the base station is within 78km.
  • the initial access preamble of format 2 has a total length of 2 milliseconds (ms), a CP of 0.2 milliseconds (ms), a preamble sequence of 1.6 milliseconds (ms), and a GT of 0.52 milliseconds (ms). ) is the case.
  • Format 2 can support cases where the coverage of the base station is within 30km.
  • the initial access preamble in format 3 has a total length of 3 milliseconds (ms), a CP of 0.68 milliseconds (ms), a preamble sequence of 1.6 milliseconds (ms), and a GT of 0.72 milliseconds (ms). ) is the case.
  • Format 3 can support cases where the coverage of the base station is less than 100km.
  • the preamble sequence is transmitted repeatedly twice. The reason the preamble sequence is repeated twice is to increase energy gain.
  • GT is used to handle timing uncertainty in preamble transmission.
  • the terminal Before starting the initial access procedure, the terminal can obtain downlink synchronization from the cell search process. However, if uplink synchronization has not yet been established, the location of the terminal within the cell is unknown. Therefore, uncertainty still exists in uplink timing. As the cell size increases, the uncertainty in uplink timing also increases.
  • GT is used as part of preamble transmission to consider timing uncertainty and avoid interference with following subframes that were not used for initial access.
  • GT should be defined as a value greater than the sum of the round-trip delay time difference and the multipath channel delay time between the terminal closest to the base station, for example, eNodeB, and the terminal farthest away.
  • For Format 4 which has the longest GT length, a cell radius of 100km or less is being considered.
  • the existing preamble format cannot solve the problems of uplink timing uncertainty and interference in the following subframe.
  • Table 4 shows the initial access preamble format in NR.
  • NR also has difficulty supporting a cell radius of more than 100 km, like the initial access preamble of LTE.
  • one of the reasons for including CP in the initial access preamble of NR and LTE is that the complexity of frequency domain processing at the base station can be reduced by using CP. As described above, by eliminating ISI at the base station, the base station can increase processing efficiency in the frequency domain.
  • the length of CP should be defined as a value greater than the round-trip delay time difference between the terminal closest to the base station and the terminal at the furthest distance, and is preferably approximately the same as the length of GT.
  • NOMA Non-Orthogonal Multiple Access
  • the terminals know their own location information through a navigation (GNSS) receiver, and based on this location information, determine the uplink timing in advance so that they can receive simultaneously from the base station within the CP length.
  • GNSS navigation
  • the synchronous grant-based transmission method has the advantage of being able to reuse the existing NR/LTE preamble as is.
  • asynchronous grant-free based transmission may also be required depending on the service. Therefore, a random access method and preamble design for terminals without GNSS reception capabilities or in Asynchronous Grant-free situations are essential.
  • the present disclosure provides a mobile communication network with a wide cell area such as NTN and an Asynchronous Grant-free situation in which multiple users use the same resources simultaneously, while minimizing the impact on the existing NR/LTE standards. Details for providing the initial access channel and its access method will be described below. In addition, in the present disclosure, details to provide an initial access channel and an access method applicable while minimizing the impact on the existing NR/LTE standard in a mobile communication network with a non-orthogonal multiple access environment will be described below.
  • the existing Provides an initial access channel and initial access method with minimal impact on NR/LTE specifications.
  • it provides an initial access channel and an initial access method in an NR/LTE-based mobile communication system to improve initial access performance.
  • the present disclosure described below provides an initial access channel and an initial access method for solving at least one of the problems occurring in the following situations.
  • this disclosure provides a method for reducing uncertainty in uplink timing caused by a terminal not knowing its own location information when applying satellite-based NTN such as GEO or LEO to the existing terrestrial NR/LTE system. .
  • the present disclosure provides a preamble structure implementing a repetition structure suitable for Asynchronous Grant-free uplink transmission in a mobile communication network such as NTN with a large cell radius.
  • the round-trip delay time difference between terminals in a mobile communication network such as NTN exceeds the length of CP, and different non-GNSS terminal signals that do not know their own location information are transmitted due to Asynchronous Grant-free uplink transmission.
  • this disclosure provides a method to minimize the impact of the existing NR/LTE standard by presenting an iterative structure that fully utilizes the physical layer numerology of the existing NR/LTE.
  • Embodiments described below will be described using an NR-based satellite mobile communication system. However, it should be noted that embodiments of the present disclosure can be applied to any other mobile communication system with a large cell area.
  • Figure 6a is a conceptual diagram illustrating the distance between a satellite and a terminal in NTN.
  • the satellite 611 may have a certain coverage 610 on the ground as a communication area. Terminals 631 and 632 located within the satellite's coverage 610 may perform wireless communication with the satellite 611. Additionally, the ground station 621 is also referred to as a gateway, and the ground communicating with the satellite may be a node.
  • NTN has a network structure in which a ground station 621 is connected to terminals 631 and 632 on the ground again through a satellite 611. Since the satellite 611 is located at a very high altitude above the ground, it has a fairly wide service area, or coverage 610. In other words, the coverage 610 of the satellite 611 is so wide that it cannot be compared to the coverage of a general terrestrial base station.
  • the distance between the second terminal 632, which is a terminal directly under the satellite, and the satellite 611 may correspond to the “shortest distance” from the satellite to the ground. Additionally, the distance between the first terminal 631 located near the coverage boundary 610 and the satellite 611 may correspond to the “longest distance” from the satellite to the ground. Therefore, signal delay occurs depending on the distance difference between the satellite 611 and the second terminal 632 at the shortest distance and the satellite 611 and the longest distance first terminal 631.
  • Figure 6b is a conceptual diagram illustrating the difference in propagation delay time according to the positions of the satellite and the terminal within spot beam coverage.
  • a satellite 611, terminals 631 and 632, and a ground station 621 are illustrated as previously seen in FIG. 6A. Additionally, in 6b, the ground surface 640 may be additionally illustrated.
  • the parameter h is the satellite height and may be the distance from the ground surface 640 to the satellite 611.
  • r E means the Earth radius
  • d is the distance between the satellite and the terminals 631 and 632 (Satellite-terminal distance).
  • d 1 is the distance between the first terminal 631 and the satellite 611
  • d 2 is the distance between the second terminal 632 and the satellite 611.
  • ⁇ is the angle at which the terminals 631 and 632 are located relative to the vertical plane in the satellite.
  • ⁇ 1 is the angle between the first terminal 631 and the satellite 611
  • ⁇ 2 is the angle between the second terminal 632 and the satellite 611.
  • ⁇ is the angle at which the terminals 631 and 632 are located with respect to the vertical plane from the center of the Earth. Specifically, ⁇ 1 is the angle at which the first terminal 631 is located with respect to the vertical plane from the center of the Earth, and ⁇ 2 is the angle at which the second terminal 632 is located with respect to the vertical plane from the center of the Earth. Lastly, ⁇ is the elevation angle at the terminal or earth station. Specifically, ⁇ 1 is the elevation angle of the first terminal 631, ⁇ 2 is the elevation angle of the second terminal 632, and ⁇ 3 is the elevation angle of the ground station 621.
  • the ground station 621 and the first terminal 631 are located at the edge of the coverage 610 of the satellite 611, and the second terminal 632 has the largest spot beam. Assume it is in the innermost part of the coverage area.
  • the propagation delay times with the satellite 611 in each of the first terminal 631 and the second terminal 632 are t1 and t2, and the delay time difference ⁇ t 1,2 can be obtained by the following relational expression.
  • ⁇ 1 be the minimum elevation angle and ⁇ 1 be the satellite coverage angle.
  • ⁇ 1,2 is the angle between the first terminal 631 and the satellite 611 and the angle difference between the second terminal 632 and the satellite 611 ( ⁇ 1 - ⁇ 2 ), which is the spot beam angle ( Let’s call it beam angle.
  • ⁇ 1,2 is the difference between the angle at which the first terminal 631 is located with respect to the vertical plane from the center of the Earth and the angle at which the second terminal 632 is located with respect to the vertical plane from the center of the Earth ( ⁇ 1 - ⁇ 2 ) Let be the spot beam coverage angle with the maximum size.
  • Equation 1 the relationship between the coverage angle and the elevation angle.
  • Equation 1 i may mean terminal i within spot beam coverage.
  • the spot beam coverage diameter s 1,2 along the ground surface has a relationship with the maximum spot beam coverage angle ⁇ 1,2 as shown in Equation 2 below.
  • Equation 3 the distance between each terminal and the satellite has the relational expression shown in Equation 3 below.
  • i may mean terminal i within spot beam coverage.
  • Equation 3 Given the altitude h, minimum elevation angle ⁇ 1 , beam coverage diameter s 1,2 , and Earth radius r E , the distance d between the satellite and the terminal can be calculated as in Equation 3 from the above relations. If the distance d between the satellite and the terminal is calculated as shown in Equation 3, the propagation delay time t i is expressed as Equation 4 below.
  • Equation 4 i may mean terminal i within spot beam coverage, and c is the propagation speed.
  • Equation 5 the propagation time difference between two terminals within spot beam coverage
  • Equation 5 The propagation time difference in Equation 5 varies depending on satellite altitude and spot beam coverage. Therefore, the elevation angle of 40 o where the GEO satellites currently being considered for NTN and Korea are located must be considered.
  • random access channel format 1 which can support the largest cell in current NR, can support up to a 100km cell radius of the terrestrial mobile communication system.
  • the NTN system there is a problem that it can only support up to a cell radius of 75km.
  • overall system capacity can be maximized by making multiple beams as small as possible.
  • the smaller the CP and GT lengths in a random access channel the more data transmission capacity can be increased. Considering these points, it is efficient to make the satellite beam smaller.
  • the random access channel must consider the cell size and low elevation angle of GEO satellites and LEO satellites, which can be realistically considered in terms of current satellite antenna technology and system capacity. Additionally, in the GEO satellite system, when the satellite base station has a 500km cell size, the round trip delay time between the nearest terminal and the farthest terminal is up to 3.26ms. And in the LEO satellite system, when the satellite base station has a maximum cell size of 200km, the round-trip delay time that can be had between the nearest terminal and the farthest terminal is up to 1.308 ms. In order to solve the problem of increased round-trip delay time in NTN, an appropriate CP must be provided. Of course, as the cell size increases, the difference in round-trip delay time becomes larger and a CP of a larger length will be required accordingly.
  • a terminal that obtains information about a base station through a downlink signal transmitted through a satellite via a ground station must identify time-frequency resources more accurately than the initial access section when attempting to establish a communication link with the satellite base station. Should be. Additionally, the terminal must transmit an initial access request signal to the satellite base station during that period. This series of processes is called the initial connection process. In this process, in determining the initial access section for transmitting the initial access preamble for initial access, the difference in the arrival delay time of the uplink signal becomes an important factor.
  • the present disclosure proposes a new initial access method considering the NTN system or successor system operating based on 5G NR/LTE.
  • GNSS Global Navigation Satellite System
  • the existing NTN allows each terminal to determine the transmission time of its uplink random access signal by considering the delay time of the terminal expected to be at the furthest distance from the satellite.
  • resources for initial access generally use a portion of the frequency-time domain in the middle of the entire OFDM frame. And there are various types of random access preambles used in NR/LTE.
  • Figure 7 is a conceptual diagram to explain an example in which a random access preamble is transmitted.
  • a 10ms frame may include multiple subframes.
  • a preamble 701 may be transmitted in a time-frequency resource configured by higher layer signaling among a plurality of subframes, that is, PRACH.
  • Downlink data may be transmitted in time-frequency resources in which a preamble is not transmitted in a plurality of subframes.
  • the random access procedure is a four-step random access procedure and a two-step random access procedure as standard. It is defined as. The general four-step process among the four-step random access procedure and the two-step random access procedure will be examined below.
  • Figure 8 is a flowchart illustrating the four-step random access procedure specified in the 3GPP standard.
  • the terminal 401 and the base station 402 in FIG. 8 will use the same reference numerals as described in FIG. 4.
  • step S800 the base station 402 may broadcast the PRACH structure.
  • Step S800 is not included in the 4-step random access procedure, but may be a procedure that must be performed before the random access procedure. Therefore, we will briefly describe not only step S800 but also the overall operations performed before the random access procedure between the base station 402 and the terminal 401.
  • the base station 402 can perform downlink-based synchronization through SSB transmitted for downlink.
  • the terminal 401 that receives the SSB transmitted by the base station 402 can perform uplink synchronization with the base station 402.
  • the terminal 401 can receive a master information block (MIB) and a system information block (SIB) from the base station 402.
  • the terminal 401 can collect cell information by demodulating the MIB/SIB.
  • the terminal 401 can perform uplink k-based synchronization based on information collected by demodulating the MIB/SIB.
  • a general random access procedure may correspond to steps S810 to S840 described below.
  • the terminal 401 may transmit a random access preamble to the base station 402. Accordingly, the base station 402 can receive the random access preamble from the terminal 401 in step S810.
  • the base station 402 may transmit a random access response to the terminal 401.
  • the terminal 401 which has received the random access response sent by the base station 402, may transmit a connection request to the base station 402 in step S830.
  • the base station 402 that has received the connection request in step S830 may transmit a connection setup to the terminal 401 in step S840.
  • a four-step random access procedure can be achieved through the procedure described above. Additionally, the responses, requests and/or settings described in FIG. 8 may be transmitted as specific messages or signals.
  • the random access channel utilizes the resources of a portion of the entire uplink frame. Therefore, if the structure of the OFDM symbol can be utilized like the resources for other physical channels, efficient overall frame configuration is possible.
  • the OFDM symbol structure of the physical channel used in other NR/LTE is utilized as is, and the OFDM symbol is designed to have a repetitive structure.
  • FIG. 9A is a conceptual diagram illustrating a subcarrier index through which a signal is transmitted on a subcarrier within the preamble
  • FIG. 9B is a conceptual diagram illustrating a configuration having a repetitive structure on the time axis of the preamble symbol.
  • the horizontal axis illustrates the frequency index.
  • the subcarrier indices used to transmit the preamble are set in advance, and zero (0) is input to subcarrier indices other than the preset subcarriers, so that signals are not transmitted.
  • a random access preamble with a final (n+1) repetition structure can be generated.
  • multiple OFDM symbols can be used to configure a random access preamble of a desired length.
  • the random access preambles 911 and 912 including the CP and having a structure repeated (n+1) times, may be in a continuous form. In other words, it may have a structure in which the second random access preamble 912 is connected consecutively after the first random access preamble 911. By concatenating preambles including CP in this way, a random access preamble can be configured so that the total preamble length is the desired length.
  • preamble elements 911 and 912 including the CP and having a structure repeated (n+1) times
  • preamble elements a randomly connected preamble of a desired length by connecting preamble elements
  • connected preamble a randomly connected preamble of a desired length by connecting preamble elements
  • the terminal can generate a combined preamble by selecting one of the random access preamble elements described above. Therefore, the terminal can transmit the combined preamble generated based on the preamble element in the random access procedure to the base station.
  • the current NR/LTE standard requires 64 random access preambles in one cell. Therefore, the number of preamble elements based on the method described in this disclosure may exceed 64. In other words, the number of combinations of frequency indices may exceed 64. In this way, when the number of preamble elements exceeds 64, spreading codes used to distinguish users in the current NR/LTE standard protocol, such as Gold code or Walsh Hadamard code with a length of 64 or more, are used to differentiate between different users. A random access combining preamble can be generated.
  • the length of the random access combining preamble is long, that is, when the number of repetitions of preamble elements increases, and when the number of subcarriers transmitting signals is small, it is used to distinguish users in existing non-orthogonal multiple access (NOMA) such as SCMA. You can also use non-orthogonal multiple access codes.
  • NOMA non-orthogonal multiple access
  • Figure 10 is a conceptual diagram of the structure of a random access preamble with a subcarrier spacing of 15 kHz in NR.
  • numerology zero (0) with a subcarrier spacing of 15 kHz is illustrated. And within 0.5ms, which is the length of one sub-slot (usb-slot), seven OFDM symbols (1021, 1022, 1023) and CPs (1011, 1012, 1012) corresponding to each of the OFDM symbols (1021, 1022, 1023) 1013) is exemplified.
  • the CP 1011 of OFDM symbol 0 (1021) may have a sample number of 320
  • the CP of each OFDM symbol 1 (1022) to OFDM symbols 1023 may have a sample number of 288.
  • the example where the number of samples of one OFDM symbol is 4096 is exemplified.
  • the OFDM symbol length is not twice or an integer multiple of the CP length. Therefore, in the present disclosure, when the OFDM symbol length is not twice or an integer multiple of the CP length, repeatability can be achieved in units of the greatest common divisor of the sample number of the OFDM symbol and the sample number of CPs.
  • 320 samples which is the number of samples of CP 1011 corresponding to OFDM 1021
  • 288 samples which is the number of samples each of CPs 1012 and 1013 of OFDM symbol 1 (1022) to OFDM symbol 1023
  • the greatest common divisor of 4096 samples which is the number of samples of (1021, 1022, 1023) can be 32.
  • FIG. 11A is a conceptual diagram illustrating a subcarrier index through which a signal is transmitted on a subcarrier within a random access preamble
  • FIG. 11B is a conceptual diagram illustrating a configuration having a repetition structure on the time axis of the random access preamble symbol.
  • FIG. 11b it is a conceptual diagram for a case configured to have repeatability in units of 32 samples, which is the greatest common divisor of the number of symbols of CPs and the number of OFDM symbols. Since 320 symbols can be transmitted in the first CP area, 32 samples can be repeated 10 times. Additionally, since the OFDM symbol area consists of 4096 samples, it can be repeated 128 times. And since the CPs in the remaining areas other than the first CP consist of 288 samples, 32 samples can be repeated 9 times. Therefore, as previously seen in FIG.
  • the horizontal axis illustrates the frequency index.
  • only subcarriers with indexes that are multiples of 128 are used to transmit signals in the random access preamble. And, signals are not transmitted on subcarriers of the remaining indices.
  • 128 is the repetition number value p (p is a natural number) within the OFDM symbol illustrated in FIG. 11B. Therefore, in Figure 11a, only subcarriers with indices corresponding to integer multiples of 128, such as ⁇ 128, ⁇ 256, ⁇ 384, ⁇ 512, which are frequency indices corresponding to integer multiples of the repetition number p within the OFDM symbol, transmit signals in the random access preamble. Used for transmission. In this way, the subcarrier indices used to transmit the random access preamble are set in advance, and zero (0) is input to subcarrier indices other than the preset subcarriers, so that signals are not transmitted.
  • the base station When the terminal transmits the random access preamble described above, the base station must receive it and check whether the preamble is received.
  • the reception situation at the base station for the random access preamble according to the present disclosure can be broadly divided into two cases depending on the reception timing of the preamble. Let's take a look at this with reference to the attached FIGS. 12A and 12B.
  • FIG. 12A is a conceptual diagram for explaining a case in which no inter-carrier interference exists when a preamble is received at a base station
  • FIG. 12B is a conceptual diagram for explaining a case where some inter-carrier interference exists when a preamble is received at a base station.
  • Figures 12a and 12b each illustrate the timing of receiving random access preambles from the satellite when the terminal transmits random access preambles consisting of two OFDM symbols to the satellite.
  • the timing illustrated in FIGS. 12A and 12B may vary depending on the distance between the terminal and the satellite.
  • FIG. 12A it illustrates the received OFDM symbol timing 1201 and the preamble reception timing 1202 at the base station.
  • the received OFDM symbol timing 1201 at the base station is the Discrete Fourier Transform (DFT) or Fast Fourier Transform (FFT) timing used to receive other uplink data from the base station and perform OFDM demodulation. It can mean.
  • the preamble reception timing 1202 may refer to the timing at which the preamble transmitted by the terminal is received. In other words, it may mean the point in time at which the preamble transmitted by the terminal is received at any point in time.
  • the base station may receive a preamble using the DFT window or FFT window (1210, 1211) as illustrated in FIG. 12A at the received OFDM symbol timing 1201 at the base station.
  • the base station may use either a DFT window or an FFT window.
  • the DFT windows 1210 and 1211 are used.
  • FIG. 12A illustrates a case where the preamble reception timing is within the CP length.
  • the reception timing of the preamble is within the CP length, demodulation is possible without inter-carrier interference (ICI) during OFDM demodulation at the base station.
  • ICI inter-carrier interference
  • received OFDM symbol timing 1201 and preamble reception timing 1202 at the base station are illustrated.
  • the DFT window or FFT window (1220, 1221) is illustrated.
  • either a DFT window or an FFT window can be used as previously described in FIG. 12A.
  • the description will be made assuming that the DFT windows 1220 and 1221 are used.
  • the preamble reception timing 1202 may be such that the DFT windows 1220 and 1221 exceed the CP length.
  • the first DFT window 1220 may be a section in which CP and preamble are not received from the start section of the DFT window 1220 to some point in time.
  • the preamble may be received from the start section to the last section of the DFT window 1220.
  • the preamble transmitted by the terminal is repeatedly transmitted based on the greatest common divisor of the number of samples of CP units or CPs and the number of OFDM samples constituting the preamble, in the second DFT window 1221 illustrated in FIG. 12b, even though only one CP Even if both and the corresponding OFDM symbol are not received, it can be recognized as having received one preamble.
  • ICI occurs in the first DFT window 1221 because the first OFDM symbol is received in the middle of the window, which deteriorates the demodulation performance of the preamble.
  • the base station according to the present disclosure can know the approximate delay of the OFDM symbol of the random access preamble based on the demodulation performance of two consecutive OFDM symbols. At this time, demodulation performance can also be confirmed based on the signal to interference plus noise ratio (SINR).
  • SINR signal to interference plus noise ratio
  • Figure 13 is a conceptual diagram to explain a case where the base station predicts the transmission delay timing while moving the DFT window by the CP length.
  • the reception OFDM symbol timing 1201 and preamble reception timing 1202 at the base station previously described in FIGS. 12A and 12B will be used as is.
  • the DFT window 1301 may have the same form as the first DFT window 1221 previously described in FIG. 12B. In other words, it may be the case that an OFDM symbol is received in the middle of the DFT window 1221. Additionally, it may be the case that the approximate delay of the OFDM symbol of the random access preamble is confirmed based on the second DFT window 1221.
  • the base station can shift the DFT window by the CP length to accurately predict the OFDM symbol delay of the random access preamble. For example, after moving to the position of reference number 1302 by one CP length, ICI occurrence information can be checked in the frequency domain. If the SINR value is used to check whether ICI has occurred in the frequency domain, it can be confirmed by comparing a preset threshold with the SINR value in the shifted DFT window 1302. In this way, by moving the DFT window in CP units, such as reference numeral 1301 -> 1302 -> 1303, the detailed (fine) transmission delay in CP units can be predicted by reporting ICI occurrence information in the frequency domain (or comparing it to the threshold).
  • the timing may be estimated using correlation after filtering only the band corresponding to PRACH.
  • the base station can predict the transmission delay of the random access terminal and transmit a command for random access timing adjustment (Timing Advance, TA) based on the predicted transmission delay to the terminal.
  • TA Random access timing adjustment
  • the UE receives a command for the TA, the next uplink transmission timing can be reduced to CP units or less.
  • FIG. 14A is a conceptual diagram illustrating a subcarrier index through which a signal is transmitted on a subcarrier within a random access preamble
  • FIG. 14B is a conceptual diagram illustrating the structure of a repetitive preamble within one OFDM symbol.
  • FIGS. 14A and 14B may be a conceptual diagram illustrating the configuration of a secondary random access preamble for precise timing adjustment within the CP length after timing adjustment in CP length units has been previously performed.
  • the secondary random access preamble illustrates a case in which signals are transmitted only on even subcarriers. If the signal is configured to transmit only on even subcarriers, it may have a form similar to the random access preamble previously described in FIG. 9A.
  • Figure 14a illustrates the case where the secondary random access preamble transmits signals only on even subcarriers, but it can also be configured to transmit signals only on odd subcarriers. If configured to transmit signals only on odd subcarriers, signals may be transmitted on subcarriers different from the random access preamble described above in FIG. 9A.
  • the random access preamble 1410 is composed of a CP 1411 and an OFDM symbol having a structure repeated twice on the time axis.
  • the first part of the OFDM symbol having a twice-repeated structure will be referred to as the first partial OFDM symbol 1412
  • the second part will be referred to as the second partial OFDM symbol 1413. Accordingly, the first partial OFDM symbol 1412 and the second partial OFDM symbol 1413 may have the same configuration.
  • the terminal may generate a secondary random access preamble based on the examples and descriptions in FIGS. 14A and 14B and transmit the generated secondary random access preamble to the base station.
  • Figure 15 is a conceptual diagram to explain the timing when receiving a secondary random access preamble at the base station.
  • FIG. 15 illustrates the received OFDM symbol timing 1501 and the preamble reception timing 1502 at the base station, as previously described in FIG. 12A. Since the reception OFDM symbol timing 1501 and the preamble reception timing 1502 at the base station are the same as previously described in FIG. 12A, duplicate descriptions will be omitted.
  • the base station may have a DFT window or FFT window used for OFDM demodulation.
  • a DFT window or FFT window used for OFDM demodulation.
  • the following description will also be made assuming that the base station uses the DFT window 1511.
  • a secondary random access preamble when received from a base station, it means a preamble received after first receiving the primary random access preamble.
  • the base station has already received the first random access preamble.
  • the base station may transmit a command for the TA to the terminal based on reception of the primary random access preamble. Therefore, the secondary random access preamble can be received with its timing adjusted within the CP length based on the command to the TA.
  • the secondary random access preamble arrives at the base station with only a timing error within the CP length.
  • Figure 15 illustrates secondary random access preambles 1521 and 1522 transmitted by terminals in different locations. Even if the terminals receive a command for the TA, the secondary random access preambles 1521 and 1522 are generally not received within the section of the DFT window 1511. This is because the command for TA is determined as a correction value in CP units.
  • the base station can easily calculate the arrival delay time of the random access secondary preamble using correlation.
  • the point in time at which the actual secondary random access preamble is received can be calculated (or inferred) using the CP 1411, the first partial OFDM symbol 1412, and the second partial OFDM symbol 1413 described in FIG. 14. there is.
  • the value calculated in this way can be secondary TA information, which will be described later.
  • Secondary TA information may be information for adjusting the transmission time of data (or signal or message) from the terminal to the uplink.
  • the primary TA is information for correcting the transmission time of uplink data (or signal or message) to have an error within the CP length
  • the secondary TA information is information for compensating for this. More strictly, the secondary TA can be correction information to estimate the exact location of the CP and preamble.
  • the structure of the secondary random access preamble is explained in the case of using a preamble with a repetitive structure in consideration of improved delay estimation performance and low complexity.
  • the secondary random access preamble may reuse the random access preamble defined in 3GPP LTE/NR. If the secondary random access preamble reuses the random access preamble defined in 3GPP LTE/NR, the present disclosure can be applied without the secondary random access preamble generation step.
  • Figure 16 is a flowchart illustrating the random access procedure when using the secondary random access preamble.
  • the base station 1602 may broadcast the PRACH structure. Additionally, the base station 1602 can perform downlink-based synchronization through SSB transmitted for downlink. In other words, the terminal 1601 that receives the SSB transmitted by the base station 1602 can perform uplink synchronization with the base station 1602. And the terminal 1601 can receive a master information block (MIB) and a system information block (SIB) from the base station 1602. The terminal 1601 can collect cell information by demodulating the MIB/SIB. The terminal 1601 can perform uplink synchronization based on information collected by demodulating the MIB/SIB.
  • MIB master information block
  • SIB system information block
  • the terminal 1601 may transmit a primary random access preamble to the base station 1602.
  • the first random access preamble may be a preamble generated based on the description of FIGS. 9A, 9B, and 10, or may be a preamble generated based on the description of FIGS. 11A and 11B.
  • the base station 1602 may receive the first random access preamble from the terminal 1061. Additionally, the base station 1602 may generate primary TA information for timing adjustment within the CP section based on the received primary random access preamble.
  • the base station 1602 may transmit a first random access response to the terminal 1601.
  • the primary random access response may include primary TA information for timing adjustment within the CP section. Additionally, the first random access response may further include a preamble identifier (ID) and a connection approval message.
  • the first TA information described in FIG. 16 may be a command for the TA described previously in FIG. 13. In other words, the first TA information and the command for the TA described in FIG. 13 may be the same information.
  • the terminal 1601 may receive a first random access response from the base station 1602.
  • the terminal 1601 can check whether it is a response to the first random access preamble it sent based on the preamble identifier (ID) and the access approval message included in the first random access response. If the first random access response is a response to the first random access preamble transmitted by the terminal 1601, the terminal 1601 can obtain the first TA information included in the first random access response. Accordingly, the terminal 1601 can determine the transmission time to have the reception timing within the CP interval for the preamble transmitted to the base station 1602. In other words, the terminal 1601 can adjust the uplink transmission timing based on the primary TA information. And the terminal 1601 can generate a secondary random access preamble. The secondary random access preamble can be generated based on what was previously described in FIGS. 14A and 14B.
  • the terminal 1601 may transmit the secondary random access preamble at a transmission time adjusted based on the primary TA information. Therefore, in step S1630, the base station 1602 can receive the secondary random access preamble at a time adjusted based on the primary TA information. The base station can generate secondary TA information for precise timing adjustment based on the received secondary random access preamble. In other words, secondary TA information can be generated to more precisely adjust the timing within the CP section.
  • the base station 1602 may transmit a secondary random access response to the terminal 1601.
  • the secondary random access response may include a preamble ID, a connection approval message, and secondary TA information for precise timing adjustment.
  • the terminal 1601 can receive a secondary random access response in step S1640. And the terminal 1601 can check whether the response was received based on the preamble ID and connection approval message included in the secondary random access response. Additionally, the terminal 1601 can obtain secondary TA information included in the secondary random access response.
  • the terminal 1601 may transmit a connection request to the base station 1602.
  • a connection request transmitted to the base station 1602 may be transmitted at a precisely adjusted transmission time based on primary TA information and secondary TA information.
  • the base station 1602 may receive a connection request from the terminal 1601.
  • the base station 1602 may transmit a connection setup to the terminal 1601 in response to a connection request received from the terminal 1601.
  • the response, request, and/or setting described in FIG. 16 described above may be transmitted as a specific message or signal.
  • the terminal can perform initial access using the first random access preamble and the second random access preamble according to the present disclosure.
  • the random access procedure according to the present disclosure asynchronous grant-free non-grant-free in a 5G NR/NTN mobile communication network with a large cell radius in a situation where there is no GNSS information of the terminal and orbital information of the satellite.
  • non-GNSS terminals transmit the primary random access preamble according to the present disclosure to obtain this CP.
  • the base station can estimate a transmission delay difference of more than a length.
  • the primary random access process that makes the transmission delay difference between terminals within the CP length can be further developed.
  • the first random access process may be a procedure of transmitting the first random access preamble and receiving the first random access response.
  • the secondary random access process may be a procedure in which the base station estimates the delay difference for the transmission delay within the CP length based on the secondary random access preamble transmission and issues a transmission timing adjustment command to the terminals. Therefore, the 6-step random access procedure according to the present disclosure can be understood as having an additional first random access process compared to the random access process of existing 5G NR/LTE.
  • the secondary random access preamble structure proposed in this disclosure can be used, and the random access preamble of the existing 5G NR/LTE can be reused as is.
  • Figure 17 is a flowchart in a terminal during a 6-step random access procedure according to the present disclosure.
  • the terminal may receive system information for initial access from the base station.
  • the terminal can acquire downlink-based synchronization through the SSB transmitted by the base station and collect cell information by receiving the MIB and SIB.
  • the terminal may generate a primary random access preamble based on the collected cell information and transmit it to the base station. Since the first random access preamble has already been seen in the previous drawings and descriptions, redundant description will be omitted.
  • the terminal may receive a first random access response including a preamble ID, a connection approval message, and first TA information from the base station.
  • the first TA information may be information for timing adjustment within the CP section. Additionally, based on the preamble ID and the connection approval message, the terminal can check whether the first random access response received by the terminal is the first random access response.
  • the terminal may generate a secondary random access preamble.
  • the secondary random access preamble may have a structure repeated twice as described above, or may have a preamble structure according to the current 3GPP NR standard or a preamble structure defined in LTE.
  • the terminal may transmit a secondary random access preamble to the base station based on the primary TA information previously received from the base station in step S1706.
  • the terminal may receive a secondary random access response including a preamble ID, a connection approval message, and secondary TA information.
  • the terminal can check whether the secondary random access response is the response received by the terminal based on the preamble ID and connection approval message. Additionally, if the secondary random access response is information received by the terminal, the terminal may further adjust (or correct) the uplink transmission timing based on the secondary TA information.
  • the terminal may transmit a connection request based on primary TA information and secondary TA information.
  • step S1712 the terminal can perform a connection setup procedure with the base station.
  • Figure 18 is a flowchart at the base station during the six-step random access procedure according to the present disclosure.
  • the base station may broadcast system information.
  • the base station can transmit SSB to provide downlink-based synchronization to terminals, and transmit MIB and SIB including cell information.
  • the base station may receive the first random access preamble. And the base station can generate primary TA information for timing adjustment within the CP section based on the received primary random access preamble.
  • the base station may transmit a primary random access response including a preamble ID, a connection approval message, and primary TA information to the terminal.
  • the first TA information may be information for timing adjustment within the CP section.
  • the base station may receive a secondary random access preamble from the terminal. Accordingly, the base station can generate secondary TA information based on the received secondary random access preamble.
  • the base station may transmit a secondary random access response including a preamble ID, a connection approval message, and secondary TA information to the terminal.
  • the base station may receive a connection request from the terminal.
  • the base station may perform connection setup with the terminal in response to the connection request received in step S1810.
  • Figure 19 is a conceptual diagram for explaining the transmission timing of the first PRACH preamble and the second PRACH preamble based on the six-step random access procedure according to the present disclosure.
  • the first random access preamble 1901 and the second random access preamble 1902 are illustrated.
  • the first random access preamble (1901) is transmitted in a section set to a 10ms frame
  • the second random access preamble (1902) is transmitted in a frame after the 10ms frame in which the first random access preamble (1901) is transmitted. .
  • the frame in which the first random access preamble is transmitted is referred to as the primary frame
  • the frame in which the secondary random access preamble is transmitted is referred to as the secondary frame.
  • interference between random access channels can be prevented by distinguishing between the primary frame and the secondary frame.
  • the time length of the primary PRACH in which the primary random access preamble is transmitted must be set larger than the maximum delay time difference between terminals considered in the operating environment of the corresponding mobile communication network, such as NTN with a large cell radius.
  • Figure 19 illustrates a case where the first random access preamble is transmitted in a section of 4 subframes.
  • the secondary PRACH time length in which the secondary random access preamble is transmitted is sufficient to secure only the length of two OFDM symbols, similar to existing NR/LTE.
  • Computer-readable recording media include all types of recording devices that store information that can be read by a computer system. Additionally, computer-readable recording media can be distributed across networked computer systems so that computer-readable programs or codes can be stored and executed in a distributed manner.
  • computer-readable recording media may include hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, etc.
  • Program instructions may include not only machine language code such as that created by a compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter, etc.
  • a block or device corresponds to a method step or feature of a method step.
  • aspects described in the context of a method may also be represented by corresponding blocks or items or features of a corresponding device.
  • Some or all of the method steps may be performed by (or using) a hardware device, such as a microprocessor, programmable computer, or electronic circuit, for example. In some embodiments, at least one or more of the most important method steps may be performed by such an apparatus.
  • a programmable logic device e.g., a field programmable gate array
  • a field-programmable gate array may operate in conjunction with a microprocessor to perform one of the methods described herein. In general, the methods are preferably performed by some hardware device.

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Abstract

본 개시에서는 임의 접속 방법을 제공한다. 본 개시의 일 실시예에 따른 방법은, 비동기 비승인 비-직교 다중 접속 방식을 사용하는 단말의 방법으로, 기지국으로부터 임의 접속 프리앰블 생성 정보를 획득하는 단계; 상기 임의 접속 프리앰블 생성 정보에 기초하여 1차 임의 접속 프리앰블을 생성하는 단계; 상기 생성된 1차 임의 접속 프리앰블을 상기 기지국으로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

비지상 네트워크에서 초기 접속 방법 및 장치
본 개시는 큰 셀 반경을 가지는 시스템에서 초기 접속 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비지상 네트워크에서 초기 접속 기술에 관한 것이다.
정보 통신 기술의 발전과 더불어 다양한 무선 통신 기술이 개발될 수 있다. 대표적인 무선 통신 기술로 3GPP(3rd generation partnership project) 표준에서 규정된 LTE(long term evolution), NR(new radio), 6G(6th Generation) 등이 있을 수 있다. LTE는 4G(4th Generation) 무선 통신 기술들 중에서 하나의 무선 통신 기술일 수 있고, NR은 5G(5th Generation) 무선 통신 기술들 중에서 하나의 무선 통신 기술일 수 있다.
4G 통신 시스템(예를 들어, LTE를 지원하는 통신 시스템)의 상용화 이후에 급증하는 무선 데이터의 처리를 위해, 4G 통신 시스템의 주파수 대역(예를 들어, 6GHz 이하의 주파수 대역)뿐만 아니라 4G 통신 시스템의 주파수 대역보다 높은 주파수 대역(예를 들어, 6GHz 이상의 주파수 대역)을 사용하는 5G 통신 시스템(예를 들어, NR을 지원하는 통신 시스템)이 고려될 수 있다. 5G 통신 시스템은 eMBB(enhanced Mobile BroadBand), URLLC(Ultra-Reliable and Low Latency Communication) 및 mMTC(massive Machine Type Communication)을 지원할 수 있다.
이와 같은 통신 네트워크는 지상(terrestrial)에 위치한 단말들에 통신 서비스를 제공할 수 있어 지상 네트워크일 수 있다. 최근 지상뿐만 아니라 비-지상(non-terrestrial)에 위치한 무인 비행체, 위성(satellite) 등을 위한 통신 서비스의 수요가 증가하고 있으며, 이를 위해 3GPP에서 비-지상 네트워크(non-terrestrial network, NTN)를 위한 기술들이 논의되고 있다.
한편, 5G 이후의 이동 통신 네트워크는 지상 네트워크(terrestrial network, TN)와 비-지상 네트워크(non-terrestrial network, NTN)인 위성 네트워크가 결합하거나 협력하는 방향으로 진화할 것으로 예상된다. 이러한 위성/지상 통합 시스템에서 위성과 지상 무선 인터페이스 간 공통성은 단말의 비용을 고려했을 때 매우 중요하게 고려되어야 한다. 이에 따라, 3GPP에서는 NR 기반의 NTN 표준화가 현재 활발히 진행 중에 있다. NTN은 지상 이동 통신 네트워크(TN)에 비해 긴 왕복 지연 시간, 단말들 간 지연 시간 차이, 큰 셀 커버리지, 기지국과 단말의 큰 도플러 천이와 같은 특성을 반영하기 위한 셀 커버리지 내 지연 시간 차이 및 전력 제한적인 위성 환경을 고려해야 한다. 이러한 3GPP 표준에서는 이러한 사항들에 기초하여 NR/LTE/NB-IoT 기반의 NTN 무선 인터페이스 표준화 및 연구가 진행 중에 있다.
또한, 주파수 자원이 한정적인 상황에서 셀 용량을 증대시키고 동시 지원 단말 수를 증가시키기 위해서, 동일한 시간, 주파수, 공간 자원 상에 다수의 사용자들을 위한 신호를 동시에 전송하여 주파수 효율을 향상시키는 비직교 다중 접속 기술에 대한 연구도 5G 이후의 차세대 이동통신 핵심 기술로 활발히 진행 중에 있다.
NTN 또는 NTN과 같이 매우 큰 셀에서 단말이 비동기(Asynchronous) 비승인(Grant-free) 비직교 다중접속(Non-orthogonal multiple access) 지원을 위한 NR 기반 이동 통신 시스템에서의 초기(임의) 접속 채널 구조 및 그 초기(임의) 접속 방법이 필요하다.
상기와 같은 요구를 해결하기 위한 본 개시의 목적은, 단말의 항법 위성 시스템(Global Navigation Satellite System, GNSS) 정보와 위성의 궤도 정보가 없는 상황에서 기존 NR/LTE 규격에 최소한의 영향을 가지면서 초기(임의) 접속 성능을 향상을 위한 NR/LTE기반 이동 통신 시스템에서의 초기(임의) 접속 채널 및 그 초기(임의) 접속 방법을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 개시의 일 실시예에 따른 방법은, 단말의 방법으로, 기지국으로부터 임의 접속 프리앰블 생성 정보를 획득하는 단계; 상기 임의 접속 프리앰블 생성 정보에 기초하여 1차 임의 접속 프리앰블을 생성하는 단계; 상기 생성된 1차 임의 접속 프리앰블을 상기 기지국으로 전송하는 단계; 상기 기지국으로부터 1차 상향링크 타이밍 조정(timing advance, TA) 정보를 포함하는 1차 임의 접속 응답을 수신하는 단계; 상기 1차 임의 접속 응답에 기초하여 2차 임의 접속 프리앰블을 생성하는 단계; 상기 1차 TA 정보에 기초하여 상기 2차 임의 접속 프리앰블을 상기 기지국으로 전송하는 단계; 2차 TA 정보를 포함하는 2차 임의 접속 응답을 상기 기지국으로부터 수신하는 단계; 및 상기 1차 TA 정보 및 상기 2차 TA 정보에 기초한 전송 시점에 상기 기지국으로 연결 요청을 전송하는 단계를 포함하며, 상기 1차 임의 접속 프리앰블과 상기 2차 임의 접속 프리앰블은 서로 다른 구성을 가질 수 있다.
상기 1차 임의 접속 프리앰블을 생성 시, 상기 1차 임의 접속 프리앰블의 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 심볼 길이가 상기 1차 임의 접속 프리앰블의 사이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix, CP) 길이의 n배인 경우 상기 1차 임의 접속 프리앰블을 상기 CP 길이 단위로 반복하여 생성하고, 상기 n은 자연수일 수 있다.
상기 1차 임의 접속 프리앰블을 상기 CP 길이 단위로 반복하여 구성하는 경우 상기 OFDM 심볼의 주파수 영역에서 상기 n과 k의 곱의 인덱스를 갖는 부반송파에서 상기 1차 임의 접속 프리앰블을 전송하며, 상기 k는 정수일 수 있다.
상기 1차 임의 접속 프리앰블을 생성 시, 상기 1차 임의 접속 프리앰블의 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 심볼 길이가 상기 1차 임의 접속 프리앰블의 사이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix, CP) 길이의 n배가 아닌 경우, 상기 CP의 샘플 수와 상기 OFDM 심볼의 샘플 수의 최대공약수 단위로 상기 OFDM 심볼들을 반복하여 상기 1차 임의 접속 프리앰블을 생성하며, 상기 n은 자연수일 수 있다.
상기 최대공약수 단위로 상기 OFDM 심볼들을 반복하여 상기 1차 임의 접속 프리앰블을 생성할 시, 상기 1차 임의 접속 프리앰블의 상기 OFDM 심볼 내에서 반복 횟수 값 p의 정수배 대응하는 인덱스를 갖는 부반송파에서 상기 1차 임의 접속 프리앰블의 신호를 전송하며, 상기 p는 자연수일 수 있다.
상기 2차 임의 접속 프리앰블 생성 시, 상기 2차 임의 접속 프리앰블의 사이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix, CP)를 제외한 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 심볼들이 시간적으로 2회 반복하여 생성할 수 있다.
상기 1차 TA 정보는 상기 CP 길이 구간 이내로 상향링크 타이밍을 조정하기 위한 정보이고, 상기 2차 TA 정보는 상기 1차 TA 정보를 보정하기 위한 정보일 수 있다.
상기 1차 임의 접속 프리앰블과 상기 제2 임의 접속 프리앰블은 서로 다른 프레임에서 전송되며, 상기 1차 임의 접속 프리앰블은 상기 1차 임의 접속 프리앰블이 전송되도록 설정된 프레임 내의 미리 설정된 복수의 서브프레임들에서 전송되며, 상기 2차 입의 접속 프리앰블은 상기 2차 임의 접속 프리앰블이 전송되록 설정된 프래임의 내의 일부 심볼들을 통해 전송될 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 개시의 일 실시예에 따른 방법은, 기지국의 방법으로, 임의 접속 프리앰블 생성 정보를 방송하는 단계; 단말로부터 1차 임의 접속 프리앰블 수신이 검출될 시 상기 1차 임의 접속 프리앰블의 구조에 기초하여 1차 상향링크 타이밍 조정(timing advance, TA) 정보를 생성하는 단계; 1차 임의 접속 프리앰블 식별자(identifier, ID), 접속 승인 메시지 및 상기 1차 TA 정보를 포함하는 1차 임의 접속 응답을 상기 단말로 전송하는 단계; 상기 단말로부터 2차 임의 접속 프리앰블의 수신이 검출될 시, 2차 임의 접속 프리앰블의 구조에 기초하여 2차 TA 정보를 생성하는 단계; 2차 임의 접속 프리앰블 ID, 접속 승인 메시지 및 상기 2차 TA 정보를 포함하는 2차 임의 접속 응답을 상기 단말로 전송하는 단계; 및 상기 단말로부터 연결 요청이 수신될 시 상기 단말과 연결 설정하는 단계를 포함하며, 상기 1차 임의 접속 프리앰블과 상기 2차 임의 접속 프리앰블은 서로 다른 구성을 가질 수 있다.
상기 1차 임의 접속 프리앰블은, 상기 1차 임의 접속 프리앰블의 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 심볼 길이가 상기 1차 임의 접속 프리앰블의 사이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix, CP) 길이의 n배인 경우 상기 1차 임의 접속 프리앰블은 상기 CP 길이 단위로 반복된 구조를 가지며, 상기 n은 자연수일 수 있다.
상기 1차 임의 접속 프리앰블을 상기 CP 길이 단위로 반복하여 구성하는 경우 상기 OFDM 심볼의 주파수 영역에서 상기 n과 k의 곱의 인덱스를 갖는 부반송파에서 상기 1차 임의 접속 프리앰블을 수신할 수 있고, 상기 k는 정수일 수 있다.
상기 1차 임의 접속 프리앰블은, 상기 1차 임의 접속 프리앰블의 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 심볼 길이가 상기 1차 임의 접속 프리앰블의 사이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix, CP) 길이의 n배가 아닌 경우, 상기 CP의 샘플 수와 상기 OFDM 심볼의 샘플 수의 최대공약수 단위로 상기 OFDM 심볼들이 반복되는 구조를 가지며, 상기 n은 자연수일 수 있다.
상기 최대공약수 단위로 상기 OFDM 심볼들을 반복하여 상기 1차 임의 접속 프리앰블을 생성할 시, 상기 1차 임의 접속 프리앰블의 상기 OFDM 심볼 내에서 반복 횟수 값 p의 정수배 대응하는 인덱스를 갖는 부반송파에서 상기 1차 임의 접속 프리앰블이 전송되며, 상기 p는 자연수일 수 있다.
상기 2차 임의 접속 프리앰블은, 상기 2차 임의 접속 프리앰블의 사이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix, CP)를 제외한 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 심볼들이 시간적으로 2회 반복될 수 있다.
상기 1차 TA 정보는 상기 CP 길이 구간 이내로 상향링크 타이밍을 조정하기 위한 정보이고, 상기 2차 TA 정보는 상기 1차 TA 정보를 보정하기 위한 정보일 수 있다.
상기 1차 임의 접속 프리앰블과 상기 제2 임의 접속 프리앰블은 서로 다른 프레임에서 전송되며, 상기 1차 임의 접속 프리앰블은 상기 1차 임의 접속 프리앰블이 전송되도록 설정된 프레임 내의 미리 설정된 복수의 서브프레임들에서 전송되며, 상기 2차 입의 접속 프리앰블은 상기 2차 임의 접속 프리앰블이 전송되록 설정된 프래임의 내의 일부 심볼들을 통해 전송될 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 개시의 일 실시예에 따른 단말은, 프로세서(processor)를 포함하고, 상기 프로세서는 상기 단말이,
기지국으로부터 임의 접속 프리앰블 생성 정보를 획득하고; 상기 임의 접속 프리앰블 생성 정보에 기초하여 1차 임의 접속 프리앰블을 생성하고; 상기 생성된 1차 임의 접속 프리앰블을 상기 기지국으로 전송하고; 상기 기지국으로부터 1차 상향링크 타이밍 조정(timing advance, TA) 정보를 포함하는 1차 임의 접속 응답을 수신하고; 상기 1차 임의 접속 응답에 기초하여 2차 임의 접속 프리앰블을 생성하고; 상기 1차 TA 정보에 기초하여 상기 2차 임의 접속 프리앰블을 상기 기지국으로 전송하고; 2차 TA 정보를 포함하는 2차 임의 접속 응답을 상기 기지국으로부터 수신하고; 및 상기 1차 TA 정보 및 상기 2차 TA 정보에 기초한 전송 시점에 상기 기지국으로 연결 요청을 전송하도록 야기하며,
상기 1차 임의 접속 프리앰블과 상기 2차 임의 접속 프리앰블은 서로 다른 구성을 가질 수 있다.
상기 프로세서는 상기 단말이,
상기 1차 임의 접속 프리앰블을 생성 시, 상기 1차 임의 접속 프리앰블의 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 심볼 길이가 상기 1차 임의 접속 프리앰블의 사이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix, CP) 길이의 n배인 경우 상기 1차 임의 접속 프리앰블을 상기 CP 길이 단위로 반복하여 생성하도록 야기할 수 있고,
상기 1차 임의 접속 프리앰블을 상기 CP 길이 단위로 반복하여 구성하는 경우 상기 OFDM 심볼의 주파수 영역에서 상기 n과 k의 곱의 인덱스를 갖는 부반송파에서 상기 1차 임의 접속 프리앰블을 전송하도록 야기할 수 있으며,
상기 n은 자연수이고, 상기 k는 정수일 수 있다.
상기 프로세서는 상기 단말이,
상기 1차 임의 접속 프리앰블을 생성 시, 상기 1차 임의 접속 프리앰블의 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 심볼 길이가 상기 1차 임의 접속 프리앰블의 사이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix, CP) 길이의 n배가 아닌 경우, 상기 CP의 샘플 수와 상기 OFDM 심볼의 샘플 수의 최대공약수 단위로 상기 OFDM 심볼들을 반복하여 상기 1차 임의 접속 프리앰블을 생성하도록 야기하고, 상기 n은 자연수일 수 있다.
상기 프로세서는 상기 단말이,
상기 2차 임의 접속 프리앰블 생성할 시, 상기 2차 임의 접속 프리앰블의 사이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix, CP)를 제외한 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 심볼들이 시간적으로 2회 반복된 구성을 갖도록 야기할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 반경 100km 이상의 셀 크기를 가지는 이동통신망 또는 다중 사용자가 같은 자원을 동시에 사용하는 Asynchronous Grant-free 상향링크 전송 시, 단말의 GNSS 정보와 위성의 궤도 정보가 없는 상황에서 기존 NR/LTE 규격에 최소한의 영향을 가지면서 초기(임의) 접속 성능 향상이 가능한다. 또한, 본 개시는 위성 기반의 NTN에서 자신의 위치 정보를 알지 못하는 단말에 대해 상향링크 타이밍의 불확실성을 문제를 해결할 수 있다. 또한 본 개시에 따르면, 기지국에서의 수신 타이밍이 맞지 않아 간섭이 발생하는 문제점 해결이 가능하다.
도 1은 비-지상 네트워크의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 2는 비-지상 네트워크의 제2 실시예를 도시한 개념도이다.
도 3은 비-지상 네트워크를 구성하는 엔터티의 제1 실시예를 도시한 블록도이다.
도 4는 3GPP NR/LTE의 초기 접속 절차를 예시한 순서도이다.
도 5a는 3GPP LTE에서 거리에 기초한 초기 접속 프리앰블의 시간 차이를 설명하기 위한 개념도이다.
도 5b는 초기 접속 프리앰블의 포맷들을 비교하여 설명하기 위한 개념도이다.
도 6a는 NTN에서 위성과 단말 간의 거리를 예시한 개념도이다.
도 6b는 스폿 빔 커버리지 안에서 위성과 단말의 위치에 따른 전파 지연 시간 차이를 예시한 개념도이다.
도 7은 임의 접속 프리앰블이 전송되는 예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 8은 3GPP 표준에서 규정한 4단계 임의 접속 절차를 예시한 순서도이다.
도 9a는 프리앰블 내 부반송파에서 신호가 전송되는 부반송파 인덱스를 예시한 개념도이다.
도 9b는 프리앰블 심볼의 시간 축에서 반복 구조를 갖는 구성을 예시한 개념도이다.
도 10은 NR에서 부반송파 간격 15kHz를 갖는 임의 접속 프리앰블의 구조에 대한 개념도이다.
도 11a는 임의 접속 프리앰블 내 부반송파에서 신호가 전송되는 부반송파 인덱스를 예시한 개념도이다.
도 11b는 임의 접속 프리앰블 심볼의 시간 축에서 반복 구조를 갖는 구성을 예시한 개념도이다.
도 12a는 기지국에서 프리앰블 수신 시 캐리어 간 간섭이 존재하지 않는 경우를 설명하기 위한 개념도이다.
도 12b는 기지국에서 프리앰블 수신 시 캐리어 간 간섭이 일부 존재하는 경우를 설명하기 위한 개념도이다.
도 13은 기지국에서 DFT 윈도우를 CP 길이만큼 이동하면서 전송 지연 타이밍을 예측하는 경우를 설명하기 위한 개념도이다.
도 14a는 임의 접속 프리앰블 내 부반송파에서 신호가 전송되는 부반송파 인덱스를 예시한 개념도이다.
도 14b는 하나의 OFDM 심볼 내에서 반복 프리앰블의 구조를 예시한 개념도이다.
도 15는 기지국에서 2차 임의 접속 프리앰블을 수신하는 경우의 타이밍을 설명하기 위한 개념도이다.
도 16은 2차 임의 접속 프리앰블을 사용하는 경우 임의 접속 절차를 예시한 순서도이다.
도 17은 본 개시에 따른 6단계 임의 접속 절차 시 단말에서의 흐름도이다.
도 18은 본 개시에 따른 6단계 임의 접속 절차 시 기지국에서의 흐름도이다.
도 19는 본 개시에 따른 6단계 임의 접속 절차에 기초한 1차 PRACH 프리앰블 및 2차 PRACH 프리앰블의 전송 타이밍을 설명하기 위한 개념도이다.
본 개시는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 개시를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 개시의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 개시의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 개시의 실시예들에서, "A 및 B 중에서 적어도 하나"는 "A 또는 B 중에서 적어도 하나" 또는 "A 및 B 중 하나 이상의 조합들 중에서 적어도 하나"를 의미할 수 있다. 또한, 본 개시의 실시예들에서, "A 및 B 중에서 하나 이상"은 "A 또는 B 중에서 하나 이상" 또는 "A 및 B 중 하나 이상의 조합들 중에서 하나 이상"을 의미할 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 개시에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 개시를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 개시에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 개시에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 개시의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 개시를 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
본 개시에 따른 실시예들이 적용되는 통신 네트워크(communication network)가 설명될 것이다. 통신 시스템은 비-지상 네트워크(non-terrestrial network; NTN), 4G(4th Generation) 통신 네트워크(예를 들어, LTE(long-term evolution) 통신 네트워크), 5G(5th Generation) 통신 네트워크(예를 들어, NR(new radio) 통신 네트워크), 6G(6th Generation) 통신 네트워크 등일 수 있다. 4G 통신 네트워크, 5G 통신 네트워크 및 6G 통신 네트워크는 지상 네트워크(terrestrial network, TN) 네트워크로 분류될 수 있다.
비-지상 네트워크는 LTE 기술 및/또는 NR 기술에 기초하여 동작할 수 있다. 비-지상 네트워크는 6GHz 이하의 주파수 대역뿐만 아니라 6GHz 이상의 주파수 대역에서 통신을 지원할 수 있다. 4G 통신 네트워크는 6GHz 이하의 주파수 대역에서 통신을 지원할 수 있다. 5G 통신 네트워크는 6GHz 이하의 주파수 대역뿐만 아니라 6GHz 이상의 주파수 대역에서 통신을 지원할 수 있다. 본 개시에 따른 실시예들이 적용되는 통신 네트워크는 아래 설명된 내용에 한정되지 않으며, 본 개시에 따른 실시예들은 다양한 통신 네트워크에 적용될 수 있다. 여기서, 통신 네트워크는 통신 시스템과 동일한 의미로 사용될 수 있다.
도 1은 비-지상 네트워크의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 비-지상 네트워크는 위성(110), 통신 노드(120), 게이트웨이(gateway)(130), 데이터 네트워크(140) 등을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 비-지상 네트워크는 트랜스패런트(transparent) 페이로드 기반의 비-지상 네트워크일 수 있다. 위성(110)은 LEO(low earth orbit, 고도 300 내지 1,500km) 위성, MEO(medium earth orbit, 고도 7,000 내지 25,000km) 위성, GEO(geostationary earth orbit, 고도 약 35,786km) 위성, HEO(high elliptical orbit) 위성, 또는 UAS(unmanned aircraft system) 플랫폼일 수 있다. UAS 플랫폼은 HAPS(high altitude platform station)를 포함할 수 있다.
통신 노드(120)는 지상에 위치한 통신 노드(예를 들어, UE(user equipment), 단말(terminal)) 및 비-지상에 위치한 통신 노드(예를 들어, 비행기, 드론)를 포함할 수 있다. 위성(110)과 통신 노드(120) 간에 서비스 링크(service link)가 설정될 수 있으며, 서비스 링크는 무선 링크(radio link)일 수 있다. 위성(110)은 하나 이상의 빔들을 사용하여 통신 노드(120)에 통신 서비스를 제공할 수 있다. 위성(110)의 빔의 수신 범위(footprint)의 형상은 타원형일 수 있다.
통신 노드(120)는 LTE 기술 및/또는 NR 기술을 사용하여 위성(110)과 통신(예를 들어, 하향링크 통신, 상향링크 통신)을 수행할 수 있다. 위성(110)과 통신 노드(120) 간의 통신은 NR-Uu 인터페이스를 사용하여 수행될 수 있다. DC(dual connectivity)가 지원되는 경우, 통신 노드(120)는 위성(110)뿐만 아니라 다른 기지국(예를 들어, LTE 및/또는 NR 기능을 지원하는 기지국)과 연결될 수 있고, LTE 및/또는 NR 규격에 정의된 기술에 기초하여 DC 동작을 수행할 수 있다.
게이트웨이(130)는 지상에 위치할 수 있으며, 위성(110)과 게이트웨이(130) 간에 피더(feeder) 링크가 설정될 수 있다. 피더 링크는 무선 링크일 수 있다. 게이트웨이(130)는 "NTN(non-terrestrial network) 게이트웨이"로 지칭될 수 있다. 위성(110)과 게이트웨이(130) 간의 통신은 NR-Uu 인터페이스 또는 SRI(satellite radio interface)에 기초하여 수행될 수 있다. 게이트웨이(130)는 데이터 네트워크(140)와 연결될 수 있다. 게이트웨이(130)와 데이터 네트워크(140)의 사이에 "코어 네트워크"가 존재할 수 있다. 이 경우, 게이트웨이(130)는 코어 네트워크와 연결될 수 있고, 코어 네트워크는 데이터 네트워크(140)와 연결될 수 있다. 코어 네트워크는 NR 기술을 지원할 수 있다. 예를 들어, 코어 네트워크는 AMF(access and mobility management function), UPF(user plane function), SMF(session management function) 등을 포함할 수 있다. 게이트웨이(130)와 코어 네트워크 간의 통신은 NG-C/U 인터페이스에 기초하여 수행될 수 있다.
또는, 게이트웨이(130)와 데이터 네트워크(140) 사이에 기지국과 코어 네트워크가 존재할 수 있다. 이 경우, 게이트웨이(130)는 기지국과 연결될 수 있고, 기지국은 코어 네트워크와 연결될 수 있고, 코어 네트워크는 데이터 네트워크(140)와 연결될 수 있다. 기지국 및 코어 네트워크는 NR 기술을 지원할 수 있다. 게이트웨이(130)와 기지국 간의 통신은 NR-Uu 인터페이스에 기초하여 수행될 수 있고, 기지국과 코어 네트워크(예를 들어, AMF, UPF, SMF) 간의 통신은 NG-C/U 인터페이스에 기초하여 수행될 수 있다.
도 2는 비-지상 네트워크의 제2 실시예를 도시한 개념도이다.
도 2를 참조하면, 비-지상 네트워크는 위성 #1(211), 위성 #2(212), 통신 노드(220), 게이트웨이(230), 데이터 네트워크(240) 등을 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 비-지상 네트워크는 재생성(regenerative) 페이로드 기반의 비-지상 네트워크일 수 있다. 예를 들어, 위성 #1-2(211, 212) 각각은 비-지상 네트워크를 구성하는 다른 엔터티(entity)(예를 들어, 통신 노드(220), 게이트웨이(230))로부터 수신한 페이로드에 대한 재생성 동작(예를 들어, 복조 동작, 복호화 동작, 재-부호화 동작, 재-변조 동작, 및/또는 필터링 동작)을 수행할 수 있고, 재생성된 페이로드를 전송할 수 있다.
위성 #1-2(211, 212) 각각은 LEO 위성, MEO 위성, GEO 위성, HEO 위성, 또는 UAS 플랫폼일 수 있다. UAS 플랫폼은 HAPS를 포함할 수 있다. 위성 #1(211)은 위성 #2(212)와 연결될 수 있고, 위성 #1(211)과 위성 #2(212) 간에 ISL(inter-satellite link)이 설정될 수 있다. ISL은 RF(radio frequency) 주파수 또는 광(optical) 대역에서 동작할 수 있다. ISL은 선택적(optional)으로 설정될 수 있다. 통신 노드(220)는 지상에 위치한 통신 노드(예를 들어, UE, 단말) 및 비-지상에 위치한 통신 노드(예를 들어, 비행기, 드론)를 포함할 수 있다. 위성 #1(211)과 통신 노드(220) 간에 서비스 링크(예를 들어, 무선 링크)가 설정될 수 있다. 위성 #1(211)은 하나 이상의 빔들을 사용하여 통신 노드(220)에 통신 서비스를 제공할 수 있다.
통신 노드(220)는 LTE 기술 및/또는 NR 기술을 사용하여 위성 #1(211)과 통신(예를 들어, 하향링크 통신, 상향링크 통신)을 수행할 수 있다. 위성 #1(211)과 통신 노드(220) 간의 통신은 NR-Uu 인터페이스를 사용하여 수행될 수 있다. DC가 지원되는 경우, 통신 노드(220)는 위성 #1(211)뿐만 아니라 다른 기지국(예를 들어, LTE 및/또는 NR 기능을 지원하는 기지국)과 연결될 수 있고, LTE 및/또는 NR 규격에 정의된 기술에 기초하여 DC 동작을 수행할 수 있다.
게이트웨이(230)는 지상에 위치할 수 있으며, 위성 #1(211)과 게이트웨이(230) 간에 피더 링크가 설정될 수 있고, 위성 #2(212)와 게이트웨이(230) 간에 피더 링크가 설정될 수 있다. 피더 링크는 무선 링크일 수 있다. 위성 #1(211)과 위성 #2(212) 간에 ISL이 설정되지 않은 경우, 위성 #1(211)과 게이트웨이(230) 간의 피더 링크는 의무적으로(mandatory) 설정될 수 있다.
위성 #1-2(211, 2122) 각각과 게이트웨이(230) 간의 통신은 NR-Uu 인터페이스 또는 SRI에 기초하여 수행될 수 있다. 게이트웨이(230)는 데이터 네트워크(240)와 연결될 수 있다. 게이트웨이(230)와 데이터 네트워크(240)의 사이에 "코어 네트워크"가 존재할 수 있다. 이 경우, 게이트웨이(230)는 코어 네트워크와 연결될 수 있고, 코어 네트워크는 데이터 네트워크(240)와 연결될 수 있다. 코어 네트워크는 NR 기술을 지원할 수 있다. 예를 들어, 코어 네트워크는 AMF, UPF, SMF 등을 포함할 수 있다. 게이트웨이(230)와 코어 네트워크 간의 통신은 NG-C/U 인터페이스에 기초하여 수행될 수 있다.
또는, 게이트웨이(230)와 데이터 네트워크(240) 사이에 기지국과 코어 네트워크가 존재할 수 있다. 이 경우, 게이트웨이(230)는 기지국과 연결될 수 있고, 기지국은 코어 네트워크와 연결될 수 있고, 코어 네트워크는 데이터 네트워크(240)와 연결될 수 있다. 기지국 및 코어 네트워크는 NR 기술을 지원할 수 있다. 게이트웨이(230)와 기지국 간의 통신은 NR-Uu 인터페이스에 기초하여 수행될 수 있고, 기지국과 코어 네트워크(예를 들어, AMF, UPF, SMF) 간의 통신은 NG-C/U 인터페이스에 기초하여 수행될 수 있다.
한편, 도 1 및 도 2에 도시된 비-지상 네트워크를 구성하는 엔터티들(예를 들어, 위성, 통신 노드, 게이트웨이 등)은 다음과 같이 구성될 수 있다.
도 3은 비-지상 네트워크를 구성하는 엔터티의 제1 실시예를 도시한 블록도이다.
도 3을 참조하면, 엔터티(300)는 적어도 하나의 프로세서(310), 메모리(320) 및 네트워크와 연결되어 통신을 수행하는 송수신 장치(330)를 포함할 수 있다. 또한, 엔터티(300)는 입력 인터페이스 장치(340), 출력 인터페이스 장치(350), 저장 장치(360) 등을 더 포함할 수 있다. 엔터티(300)에 포함된 각각의 구성 요소들은 버스(bus)(370)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.
다만, 엔터티(300)에 포함된 각각의 구성요소들은 공통 버스(370)가 아니라, 프로세서(310)를 중심으로 개별 인터페이스 또는 개별 버스를 통하여 연결될 수도 있다. 예를 들어, 프로세서(310)는 메모리(320), 송수신 장치(330), 입력 인터페이스 장치(340), 출력 인터페이스 장치(350) 및 저장 장치(360) 중에서 적어도 하나와 전용 인터페이스를 통하여 연결될 수도 있다.
프로세서(310)는 메모리(320) 및 저장 장치(360) 중에서 적어도 하나에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 프로세서(310)는 중앙 처리 장치(central processing unit, CPU), 그래픽 처리 장치(graphics processing unit, GPU), 또는 본 개시의 실시예들에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 메모리(320) 및 저장 장치(360) 각각은 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(320)는 읽기 전용 메모리(read only memory, ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.
한편, 비-지상 네트워크에서 시나리오들은 아래 표 1과 같이 정의될 수 있다.
도 1에 도시된 NTN 도 2에 도시된 NTN
GEO 시나리오 A 시나리오 B
LEO(조정 가능한 빔) 시나리오 C1 시나리오 D1
LEO(위성과 함께 이동하는 빔) 시나리오 C2 시나리오 D2
도 1에 도시된 비-지상 네트워크에서 위성(110)이 GEO 위성(예를 들어, 트랜스패런트(transparent) 기능을 지원하는 GEO 위성)인 경우, 이는 "시나리오 A"로 지칭될 수 있다. 도 2에 도시된 비-지상 네트워크에서 위성 #1-2(211, 212)가 GEO 위성인(예를 들어, 재생성(regenerative) 기능을 지원하는 GEO)경우, 이는 "시나리오 B"로 지칭될 수 있다.
도 1에 도시된 비-지상 네트워크에서 위성(110)이 조정 가능한(steerable) 빔들을 가지는 LEO 위성인 경우, 이는 "시나리오 C1"로 지칭될 수 있다. 도 1에 도시된 비-지상 네트워크에서 위성(110)이 위성과 함께 이동하는 빔들(beams move with satellite)을 가지는 LEO 위성인 경우, 이는 "시나리오 C2"로 지칭될 수 있다. 도 2에 도시된 비-지상 네트워크에서 위성 #1-2(211, 212)가 조정 가능한 빔들을 가지는 LEO 위성인 경우, 이는 "시나리오 D1"로 지칭될 수 있다. 도 2에 도시된 비-지상 네트워크에서 위성 #1-2(211, 212)가 위성과 함께 이동하는 빔들을 가지는 LEO 위성인 경우, 이는 "시나리오 D2"로 지칭될 수 있다. 표 1에 정의된 시나리오들을 위한 파라미터들은 아래 표 2와 같이 정의될 수 있다.
시나리오 A 및 B 시나리오 C 및 D
고도 35,786km 600km1,200km
스펙트럼(서비스 링크) < 6GHz (e.g. 2GHz)
> 6GHz (e.g. DL 20GHz, UL 30GHz)
최대 채널 대역폭 캐퍼빌러티(서비스 링크) 30MHz for band < 6GHz
1GHz for band > 6GHz
최소 고각(elevation angle)에서 위성과 통신 노드(e.g., UE) 간의 최대 거리 40,581km 1,932km (600km 고도)
3,131km (1,200km 고도)
최대 RTD(round trio delay)(오직 전파 지연) 시나리오 A: 541.46ms (서비스 및 피더 링크들)

시나리오 B: 270.73ms (오직 서비스 링크)		 시나리오 C: (트랜스페런트 페이로드: 서비스 피더 링크들)
- 5.77ms(600km 고도)
- 41.77ms (1,200km 고도)

시나리오 D: (재생성 페이로드: 오직 서비스 링크)
- 12.89ms (600km 고도)
- 20.89ms (1,200km 고도)
하나의 빔 내에서 최대 지연 변화(variation) 16ms 4.44ms (600km 고도)6.44ms (1,200km 고도)
하나의 셀 내에서 최대 차이 (differential) 지연 10.3m 3.12ms (600km 고도)3.18ms (1,200km 고도)
서비스 링크 3GPP에서 정의된 NR
피더 링크 3GPP 또는 비(non)-3GPP에서 정의된 무선 인터페이스
또한, 표 1에 정의된 시나리오들에서 지연 제약(delay constraint)은 아래 표 3과 같이 정의될 수 있다.
시나리오 A 시나리오 B 시나리오 C 시나리오 D
위성 고도 35,786km 600km
기지국과 UE 간의 무선 인터페이스에서 최대 RTD 541.75ms
(최악의 케이스)		 270.57ms 28.41ms 12.88ms
기지국과 UE 간의 무선 인터페이스에서 최소 RTD 477.14ms 238.57ms 8ms 4ms
한편, 이하에서 설명되는 본 개시는 비지상 네트워크(non-terrestrial network, NTN)의 위성 셀 또는 반경 100km 이상의 셀 크기를 갖는 NR 셀에서 초기(임의) 접속 채널 구조 및 그 초기(임의) 접속 방법에 대하여 설명할 것이다. 특히 단말이 GNSS 정보와 위성의 궤도 정보가 없는 상황에서 비동기(Asynchronous), 비승인(Grant-free), 비직교 다중접속(Non-orthogonal multiple access) 지원을 위한 NR 기반 이동 통신 시스템에서 초기(임의) 접속 채널 구조 및 그 초기(임의) 접속 방법에 대해 설명할 것이다. 또한 본 개시의 실시예에서는 1000km 정도의 셀 반경을 가지는 정지 궤도(Geostationary Equatorial Orbit, GEO) 위성 셀 및 200km 이상의 저궤도(Low Earth Orbit, LEO) 위성 셀과 같이 반경 100km 이상의 셀 크기를 갖는 NTN에서 초기(임의) 접속에 관한 기술에 대해서 설명할 것이다.
5G 이후의 이동 통신 네트워크는 지상 네트워크와 위성 네트워크(비-지상 네트워크, NTN)가 결합하거나 협력하는 방향으로 진화할 것으로 예상된다. 이러한 위성/지상 통합 시스템에서 위성과 지상 무선 인터페이스 간 공통성은 단말의 비용을 고려했을 때 매우 중요하게 고려되어야 한다. 이에 따라, 3GPP에서는 NR기반의 NTN 표준화가 현재 활발히 진행 중에 있다. 특히 지상 이동 통신 네트워크(TN)에 비해 긴 왕복 지연 시간, 단말들 간 지연 시간 차이, 큰 셀 커버리지, 기지국과 단말의 큰 도플러 천이와 같은 특성을 반영하기 위한 셀 커버리지 내 지연 시간 차이 및 전력 제한적인 위성 환경을 고려하여 NR/LTE/NB-IoT 기반의 NTN 무선 인터페이스 표준화 및 연구가 진행 중에 있다.
또한, 주파수 자원이 한정적인 상황에서 셀 용량을 증대시키고, 동시 지원 단말 수를 증가시키기 위해서, 동일한 시간, 주파수, 공간 자원 상에 다수의 사용자들을 위한 신호를 동시에 전송하여 주파수 효율을 향상시키는 비직교 다중 접속 기술에 대한 연구도 5G 이후의 차세대 이동통신 핵심 기술로 활발히 진행 중에 있다.
한편, 단말이 네트워크 내의 셀과의 동기 획득 과정에서 셀 탐색을 도와주기 위하여 NR/LTE 하향링크에는 1차 동기 신호(Primary Synchronization Signal, PSS) 및 2차 동기 신호(Secondary Synchronization Signal, SSS)와 같이 2개의 특수한 신호가 전송된다. 한 셀 내에서 한 동기 신호 블록(Synchronization Signal Block, SSB) 내의 두 PSS는 서로 동일하다. 아울러, 한 셀의 PSS는 셀의 물리계층 셀 식별자((identifier, ID)에 따라 3개의 서로 다른 값을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 하나의 셀 ID 그룹 내에서 3개의 셀 ID 각각은 서로 다른 PSS에 대응된다.
한편, 어떠한 셀룰러 시스템에서든 기본적인 요구 조건은 단말이 흔히 임의 접속(random access)라고 불리는 과정을 통하여 네트워크와의 연결 설정을 요청할 수 있어야 한다는 것이다. LTE/NR에서 초기 접속 또는 임의 접속은 다음과 같은 몇 가지 목적으로 사용된다. 이하의 설명에서 초기 접속 또는 임의 접속은 동일한 의미로 사용될 수 있으며, 혼용되어 사용될 수 있다. 그리고 초기 접속 프리앰블 또는 임의 접속 프리앰블도 동일한 의미이며, 혼용되어 사용될 수 있다.
- 초기 접속으로서 무선링크를 형성하려는 목적(RRC_IDLE에서 RRC_CONNECTED로 이동)
- 무선링크 실패 이후 무선링크를 재형성하려는 목적
- 핸드오버로써 새로운 셀과의 상향링크 동기를 형성하려는 목적
- 단말이 RRC_CONNECTED 상태에 있으나 상향링크는 동기화되지 않았을 때, 상향링크 혹은 하향링크 데이터가 도달하는 경우에 상향링크 동기를 형성하려는 목적
- 물리 상향링크 제어 채널(Physical Uplink Control Channel, PUCCH)상으로 지정된 스케줄링 요청 자원이 없는 경우에 스케줄링 요청을 하는 목적
물론 위의 모든 경우에 초기 접속 시 상향링크 동기를 형성하는 것이 가장 주요한 목적이다. 또한, 임의 접속 과정은 단말에 유일한 식별자인 C-RNTI를 할당하는 목적도 수행한다.
한편, 프리앰블 전송의 주요 목적은 기지국에 단말에서 임의 접속 시도가 있음을 기지국에 알리고, 기지국이 단말과 기지국 사이의 지연 시간(셀 또는 기지국으로부터 단말의 위치)을 추정할 수 있도록 하는 것이다. 지연에 대한 추정은 모든 단말의 상향링크 신호가 기지국에 동시에 수신될 수 있도록 상향링크 타이밍을 조절하는데 사용된다. 초기 접속 프리앰블이 전송되는 시간-주파수 자원을 물리적 임의 접속 채널(Physical Random Access Channel, PRACH)이라 부른다. 네트워크는 어떤 시간-주파수 자원이 초기 접속 프리앰블 전송에 사용될 수 있는지를 모든 단말에게 방송한다. 초기 접속 과정으로서 단말은 PRACH 상으로 전송할 하나의 프리앰블을 선택한다.
시간 영역에서 프리앰블 영역의 길이는 프리앰블 설정에 따라 달라진다. 기본적인 초기 접속 자원은 1ms이지만 더 긴 프리앰블을 설정할 수도 있다. 또한, 이론적으로는 기지국의 상향링크 스케줄러가 단순히 복수 개의 연속된 서브 프레임들에서 단말들의 스케줄링을 피함으로써 임의의 긴 초기 접속 영역을 남 겨둘 수도 있다.
도 4는 3GPP NR/LTE의 초기 접속 절차를 예시한 순서도이다.
도 4를 참조하면, 기지국(402)은 S410단계에서 PSS/SSS/방송 채널(Broadcast channel, BCH)을 기지국(402)의 커버리지 내에서 방송할 수 있다. 따라서 기지국(402)의 커버리지 내에 위치한 단말(401)은 S410단계에서 PSS/SSS/BCH를 수신할 수 있다.
S420단계에서 단말(401)은 수신된 PSS/SSS로부터 동기를 획득할 수 있으며, 수신된 BCH로부터 시스템 정보를 획득할 수 있다. 기지국(402)이 송신하는 BCH에 포함된 정보는 임의 접속(Random Access, RA) 프리앰블(preamble)을 생성하기 위한 파라미터들이 포함되어 있다.
S430단계에서 단말(401)은 BCH에 포함된 파라미터에 기초하여 임의 접속(RA) 프리앰블을 생성하고, 기지국(402)으로 전송할 수 있다. 기지국(402)은 S430단계에서 단말(401)이 송신한 임의 접속 프리앰블을 수신할 수 있다.
S440단계에서 기지국(402)은 단말(401)로부터 수신된 임의 접속 프리앰블에 기초하여 단말(401)로부터 수신한 임의 접속 프리앰블에 포함된 시퀀스를 검출하고, 단말(401)의 전송 타이밍을 추정할 수 있다. 기지국(402)에서 추정하는 단말(401)의 전송 타이밍은 타이밍 어드밴스(Timing_Advanced) 정보일 수 있다. 상항링크 타이밍 추정은 OFDM 기반인 NR/LTE에서 필수적으로 필요한 절차이며, 기지국(402)과 단말(401) 간 상향링크 동기가 설정되지 않는다면 상향링크 데이터의 전송을 할 수 없다.
S450단계에서 기지국(402)은 단말(401)로부터 수신된 임의 접속 프리앰블에 기초하여, 프리앰블 식별자(ID), 타이밍 어드밴스(Timing Advance, TA) 정보 및 상향링크(uplink, UL) 접속 승인(Grant)을 단말(401)로 전송할 수 있다. 따라서 단말(401)은 S450단계에서 기지국(402)으로부터 프리앰블 ID, TA 정보 및 UL Grant를 수신할 수 있다.
이상에서 설명한 초기 접속 절차는 초기 접속 절차는 아래와 같이 4단계로 구분될 수 있다.
첫 번째 단계는 단말(401)이 기지국(402)으로부터 PSS/SSS/BCH를 수신하는 단계가 될 수 있다. 두 번째 단계는 단말(401)이 기지국(402)으로 RA 프리앰블을 전송하는 단계가 될 수 있다. 세 번째 단계는 기지국(401)이 단말(401)로부터 수신된 RA 프리앰블에서 파라미터를 추출하는 단계가 될 수 있다. 그리고 네 번째 단계는 기지국(401)이 단말(401)로 프리앰블 ID, TA 정보 및 UL Grant를 전송하는 단계가 될 수 있다.
이상의 절차에 기초하여 S460단계에서 단말(401)은 기지국(402)으로부터 수신된 TA 정보에 기초하여 상향링크 타이밍을 조정할 수 있다. 그리고 S470단계에서 단말(401)은 조정된 상향링크 타이밍에 기초하여 자원을 요청을 기지국(402)으로 전송할 수 있다.
도 5a는 3GPP LTE에서 거리에 기초한 초기 접속 프리앰블의 시간 차이를 설명하기 위한 개념도이다.
도 5a를 참조하면, 기지국으로부터 가까운 사용자와 기지국으로부터 먼 사용자의 프리앰블의 도착 시간 차이를 예시한 도면이 될 수 있다.
먼저 초기 접속 절차에서 정의하고 있는 초기 접속 프리앰블(510)은 사이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix, CP)(511)와 프리앰블 시퀀스(512) 그리고 가드 시간(Guard Time, GT)(502, 503)으로 구성될 수 있다.
도 5a를 참조하면, 사용자와 기지국 간의 거리에 기초하여 CP(511)가 기지국에 도착하는 시간이 달라질 수 있음을 예시하고 있다. 예를 들어, 가까운 사용자 대비 먼 사용자의 경우 거리 기반 타이밍(501)의 시간 차이를 갖고 CP(511)가 기지국에 도착할 수 있다. 이처럼 거리 기반 타이밍(501)은 사용자와 기지국 간의 거리가 멀어질수록 더 긴 시간이 소요된다. 또한 가드 시간(502, 503)은 거리 기반 타이밍(501)에 기초하여 그 시간 간격이 달라질 수 있다. CP(511)는 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 방식에서 신호가 분산 채널로 전송될 때, 심볼 간 간섭(Inter-Symbol Interference, ISI)을 방지하기 위해 사용되는 것으로, OFDM 심볼의 마지막 부분 중 일부를 복사한 것이다.
도 5a에 예시한 초기 접속 프리앰블(510)은 4가지 포맷을 가지며, 도 5b에 예시한 바와 같다.
도 5b는 초기 접속 프리앰블의 포맷들을 비교하여 설명하기 위한 개념도이다.
도 5b에서 포맷 0(format 0)의 초기 접속 프리앰블은 전체 길이가 1 밀리초(ms)이며, CP가 0.1 밀리초(ms)이고, 프리앰블 시퀀스가 0.8 밀리초(ms)이며, GT가 0.1 밀리초(ms)인 경우이다. 포맷 0는 기지국의 커버리지가 15km 이내인 경우를 지원할 수 있다.
포맷 1(format 1)의 초기 접속 프리앰블은 전체 길이가 2 밀리초(ms)이며, CP가 0.68 밀리초(ms)이고, 프리앰블 시퀀스가 0.8 밀리초(ms)이며, GT가 0.52 밀리초(ms)인 경우이다. 포맷 1은 기지국의 커버리지가 78km 이내인 경우를 지원할 수 있다.
포맷 2(format 2)의 초기 접속 프리앰블은 전체 길이가 2 밀리초(ms)이며, CP가 0.2 밀리초(ms)이고, 프리앰블 시퀀스가 1.6 밀리초(ms)이며, GT가 0.52 밀리초(ms)인 경우이다. 포맷 2는 기지국의 커버리지가 30km 이내인 경우를 지원할 수 있다.
포맷 3(format 3)의 초기 접속 프리앰블은 전체 길이가 3 밀리초(ms)이며, CP가 0.68 밀리초(ms)이고, 프리앰블 시퀀스가 1.6 밀리초(ms)이며, GT가 0.72 밀리초(ms)인 경우이다. 포맷 3은 기지국의 커버리지가 100km 이내인 경우를 지원할 수 있다.
이상에서 살펴본 포맷 2와 포맷 3은 프리앰블 시퀀스가 2번 반복하여 전송된다. 프리앰블 시퀀스가 2번 반복되는 것은 에너지 이득을 높이기 위함이다.
GT는 프리앰블 전송에서 타이밍의 불확실성을 다루기 위해 사용된다. 초기 접속 절차를 시작하기 이전에, 단말은 셀 탐색 과정으로부터 하향링크 동기를 획득할 수 있다. 그러나 상향링크 동기가 아직 형성되지 않았다면, 셀 내의 단말의 위치가 알려져 있지 않은 상태이다. 따라서 상향링크 타이밍에는 아직 불확실성이 존재한다. 셀 크기가 커질수록 상향링크 타이밍의 불확실성도 커지게 된다. 타이밍의 불확실성을 고려하고 초기 접속에 사용되지 않은 뒤따르는 서브프레임(Subframe)들과의 간섭을 피하기 위하여 GT가 프리앰블 전송의 일부로서 사용된다. 이를 위해 GT는 기지국 예를 들어, eNodeB에 가장 가까이에 있는 단말과 가장 멀리에 있는 단말 사이에 왕복지연시간 차와 다중경로 채널 지연 시간의 합보다 큰 값으로 정의되어야 한다. GT 길이가 가장 긴 Format 4의 경우 셀 반경 100km 이하를 고려하고 있다.
따라서 NTN과 같이 100km 이상의 셀 크기를 가지는 이동 통신 네트워크의 경우 기존의 프리앰블 포맷은 상향링크 타이밍 불확실성 및 뒤따르는 서브프레임에 간섭 문제를 해결할 수 없다.
다음으로 하기 표 4는 NR에서의 초기 접속 프리앰블 포맷을 보여준다.
포맷 프리앰블
시퀀스 길이		 부반송파 간격
(kHz)		 반복 횟수 CP 길이
(us)		 프리앰블 길이(us)
(CP 제외)
0 839 1.25 1 103.12 800
1 839 1.25 2 684.37 1600
2 839 1.25 4 152.60 3200
3 839 5 4 103.12 800
A1 139 15 2 9.37 133.33
A2 139 15 4 18.75 266.67
A3 139 15 6 28.12 400
B1 139 15 2 7.03 133.33
B2 139 15 4 11.71 266.67
B3 139 15 6 16.41 400
B4 139 15 12 30.47 800
C0 139 15 1 40.36 66.67
C2 139 15 4 66.67 266.67
위의 표 4에 예시한 바와 같이 NR 또한 LTE의 초기 접속 프리앰블과 같이 100 km 이상의 셀 반경 지원이 어려움을 알 수 있다.
또한, NR과 LTE의 초기 접속 프리앰블에 CP를 포함하는 이유 중 하나는 CP를 이용함으로써 기지국에서 주파수 영역 프로세싱의 복잡도를 낮출 수 있기 때문이다. 이는 위에서 설명한 바와 같이 기지국에서 ISI를 해소함으로써 기지국이 주파수 영역에서 프로세싱 효율을 높일 수 있다.
ISI 문제를 해결하기 위해 CP의 길이는 기지국에 가장 가까이에 있는 단말과 가장 먼 거리에 있는 단말 사이에 왕복지연시간 차보다 큰 값으로 정의되어야 하며 GT의 길이와 대략 같은 것이 바람직하다.
마지막으로 임의 접속 자원에 뒤따르는 서브프레임에 아무런 상향링크 전송도 스케줄링하지 않음으로써 도 5a 및 도 5b에 예시한 것보다 더 큰 보호 구간도 생성할 수 있다. 따라서 NTN과 같이 100km 이상의 셀 크기를 가질 경우 단말들 간의 왕복지연시간 차가 CP의 길이를 초과하기 때문에 한번의 고속 퓨리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT) 윈도우(Window)를 통한 주파수 영역 프로세싱을 할 수 없게 된다. 다시 말해 복수 개의 FFT 윈도우를 통해 시간 영역 프로세싱을 해야 한다. 이는 수신기의 복잡도 및 프리앰블 획득 시간이 길어지게 되는 문제를 초래한다.
또한, 차세대 이동통신 핵심 기술로 고려중인 비직교 다중 접속(Non-Orthogonal Multiple Access, 이하 NOMA) 기술을 LTE 또는 NR 기술에 적용할 경우, NOMA를 통해 동시에 동일 자원을 사용하는 사용자들은 사용자 신호 분리가 전력-도메인(Power-Domain) 뿐만 아니라 코드-도메인(Code-Domain) NOMA 모두 OFDM 수신 신호의 FFT 이후에 이루어지기 때문에 OFDM 심볼 단위의 동기가 필수적으로 요구된다.
반면, 이상에서 설명한 이슈를 해결할 수 있는 방법으로 단말들이 항법(GNSS) 수신기를 통해 자신의 위치정보를 알고, 이 위치 정보를 바탕으로 CP 길이 내에 기지국에 동시에 수신이 가능하도록 상향링크 타이밍을 미리 결정하여 전송하는 동기(Synchronous) 승인(Grant) 기반 전송 방법도 있다. 동기 승인 기반 전송 방법의 경우 기존 NR/LTE의 프리앰블을 그대로 재사용할 수 있는 장점이 있다. 하지만 모든 단말이 모든 상황에서 GNSS 수신 능력을 가지는 것이 어려울 뿐만 아니라 서비스에 따라 비동기(Asynchronous) 비승인(Grant-free) 기반 전송 또한 요구될 수 있다. 따라서 GNSS 수신 능력을 갖지 않은 단말 또는 Asynchronous Grant-free 상황에서의 임의 접속 방법 및 프리앰블 설계가 필수적으로 요구된다.
이러한 문제점들을 해결하기 위하여 본 개시에서는 NTN과 같이 넓은 셀 영역을 가지고, 다중 사용자가 같은 자원을 동시에 사용하는 Asynchronous Grant-free 상황의 이동 통신 네트워크에서 기존의 NR/LTE 규격에 영향을 최소화하면서 적용 가능한 초기 접속 채널 및 그 접속 방법을 제공하기 위한 내용이 이하에서 설명될 것이다. 또한 본 개시에서는 비직교 다중 접속 환경을 가지는 이동 통신 네트워크에서 기존의 NR/LTE 규격에 영향을 최소화하면서 적용 가능한 초기 접속 채널 및 그 접속 방법을 제공하기 위한 내용이 이하에서 설명될 것이다.
이하에서 설명되는 본 개시에서는 반경 100km 이상의 셀 크기를 가지는 이동 통신 네트워크 또는 다중 사용자가 같은 자원을 동시에 사용하는 Asynchronous Grant-free 상향링크 전송 시, 단말의 GNSS 정보와 위성의 궤도 정보가 없는 상황에서 기존 NR/LTE 규격에 최소한의 영향을 갖는 초기 접속 채널 및 초기 접속 방법을 제공한다. 특히, 초기 접속 성능을 향상을 위한 NR/LTE 기반 이동 통신 시스템에서의 초기 접속 채널 및 그 초기 접속 방법을 제공한다.
또한 이하에서 설명되는 본 개시는 아래의 상황에서 발생하는 문제들 중 적어도 하나를 해결하기 위한 초기 접속 채널 및 그 초기 접속 방법을 제공한다.
첫째, 본 개시는 GEO, LEO와 같은 위성 기반의 NTN을 기존의 지상 NR/LTE 시스템 적용할 때, 자신의 위치 정보를 알지 못하는 단말에 기인한 상향링크 타이밍의 불확실성을 감소시키기 위한 방법을 제공한다.
둘째, 본 개시는 큰 셀 반경을 가지는 NTN과 같은 이동 통신 네트워크에서 Asynchronous Grant-free 상향링크 전송에 적합한 반복 구조가 구현된 프리앰블 구조를 제공한다.
셋째, 본 개시에서는 NTN과 같은 이동 통신 네트워크에서 단말들 간의 왕복 지연 시간 차가 CP의 길이를 초과하고, 자신의 위치 정보를 알지 못하는 서로 다른 non-GNSS 단말 신호들이 Asynchronous Grant-free 상향링크 전송으로 인해 기지국에서의 간섭 문제를 해소하기 위한 방법을 제공한다.
넷째, 본 개시에서는 기존 NR/LTE의 물리계층 뉴머롤러지(Numerology)를 최대한 활용한 반복 구조를 제시함으로써 기존 NR/LTE 규격 영향을 최소화 하기 위한 방법을 제공한다.
이하에서 설명되는 실시예들에서는 NR 기반의 위성 이동통신 시스템을 이용하여 설명할 것이다. 하지만, 본 개시는 넓은 셀 영역을 가지는 다른 어떠한 이동 통신 시스템에도 본 개시의 실시예들을 적용할 수 있음에 유의해야 한다.
도 6a는 NTN에서 위성과 단말 간의 거리를 예시한 개념도이다.
도 6a를 참조하면, 위성(611)은 지상에 일정한 커버리지(610)을 통신 영역으로 가질 수 있다. 위성의 커버리지(610) 내에 위치한 단말들(631, 632)은 위성(611)과 무선 통신을 수행할 수 있다. 또한 지상국(621)은 게이트웨이로 지칭되기도 하며, 위성과 통신하는 지상이 노드가 될 수 있다.
도 6a에 예시한 바와 같이 NTN은 지상국(621)에서 위성(611)을 통하여 다시 지상에 단말들(631, 632)과 연결되는 네트워크의 구조를 갖는다. 위성(611)은 지상에서 매우 높은 고도에 위치하기 때문에 상당히 넓은 서비스 영역인 커버리지(610)를 갖는다. 다시 말해 위성(611)의 커버리지(610)는 일반 지상 기지국의 커버리지와 비교할 수 없을 정도로 넓다. 이 경우, 위성 바로 밑에 있는 단말인 제2 단말(632)과 위성(611) 간의 거리는 위성으로부터 지상으로의 "최단거리"에 해당할 수 있다. 또한 커버리지(610) 경계선 부근에 위치한 제1 단말(631)과 위성(611) 간의 거리는 위성으로부터 지상으로의 "최장거리"에 해당할 수 있다. 따라서 위성(611)과 최단 거리의 제2 단말(632)과 위성(611)과 최장 거리의 제1 단말(631) 간의 거리 차이에 따라 신호 지연이 발생하게 된다.
도 6b는 스폿 빔 커버리지 안에서 위성과 단말의 위치에 따른 전파 지연 시간 차이를 예시한 개념도이다.
도 6b를 참조하면, 앞서 도 6a에서 살핀 바와 같이 위성(611), 단말들(631, 632) 및 지상국(621)을 예시하고 있다. 또한 6b에서는 지표면(640)을 추가로 예시한 형태가 될 수 있다.
먼저 도 6b에 예시한 파라미터들에 대해서 살펴보기로 한다. 파라미터 h는 위성 고도(Satellite height)로, 지표면(640)으로부터 위성(611)까지의 거리가 될 수 있다. rE는 지구 반지름(Earth radius)을 의미하며, d는 위성과 단말들(631, 632)과의 거리(Satellite-terminal distance)이다. 구체적으로 d1은 제1 단말(631)과 위성(611) 간의 거리이며, 구체적으로 d2는 제2 단말(632)과 위성(611) 간의 거리이다. α는 위성에서 수직면을 기준으로 하여 단말들(631, 632)이 위치한 각도이다. 구체적으로 α1은 제1 단말(631)과 위성(611) 간의 각도이며, 구체적으로 α2는 제2 단말(632)과 위성(611) 간의 각도이다. β는 지구 중심에서 수직면을 기준으로 하여 단말들(631, 632)이 위치한 각도이다. 구체적으로 β1은 지구 중심에서 수직면을 기준으로 하여 제1 단말(631)이 위치한 각도이고, β2는 지구 중심에서 수직면을 기준으로 하여 제2 단말(632)이 위치한 각도이다. 마지막으로 θ는 단말 또는 지구국에서의 앙각(elevation angle)이다. 구체적으로 θ1은 제1 단말(631)의 앙각이고, θ2는 제2 단말(632)의 앙각이며, θ3는 지상국(621)의 앙각이다.
위에서 정의한 파라미터들를 이용하여 도 6a과 함께 살펴보면, 지상국(621)과 제1 단말(631)은 위성(611)의 커버리지(610)의 가장자리에 위치해 있으며, 제2 단말(632)는 가장 큰 스폿 빔 커버리지의 가장 안쪽에 있다고 가정한다. 그리고 제1 단말(631)과 제2 단말(632) 각각에서 위성(611)과의 전파 지연 시간을 t1 및 t2라 하고, 지연 시간 차 Δt1,2는 아래와 같은 관계식에 의해 구할 수 있다.
θ1을 최소 앙각(minimum elevation angle)이라 하고, β1을 위성 커버리지 각도(satellite coverage angle)라 하자. 또한 α1,2는 제1 단말(631)과 위성(611) 간의 각도와 제2 단말(632)과 위성(611) 간의 각도 차(α1 - α2)로 최대 크기를 갖는 스폿 빔 각도(beam angle)라 하자. 그리고, β1,2는 지구 중심에서 수직면을 기준으로 하여 제1 단말(631)이 위치한 각도와 지구 중심에서 수직면을 기준으로 하여 제2 단말(632)이 위치한 각도 간의 차(β1 - β2)로 최대 크기를 갖는 스폿 빔 커버리지 각도(beam coverage angle)라 하자.
그러면 커버리지 각과 앙각과의 관계는 하기 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2023014797-appb-img-000001
수학식 1에서 i는 스폿 빔 커버리지 내의 단말 i를 의미할 수 있다.
또한 최대 스폿 빔에 대해 지표면을 따른 스폿 빔 커버리지 지름 s1,2는 최대 스폿 빔 커버리지 각도 β1,2와 하기 수학식 2와 같은 관계식을 갖는다.
Figure PCTKR2023014797-appb-img-000002
또한, 각 단말과 위성과의 거리는 하기 수학식 3의 관계식을 갖는다.
Figure PCTKR2023014797-appb-img-000003
수학식 3에서도 i는 스폿 빔 커버리지 내의 단말 i를 의미할 수 있다.
고도 h, 최소 앙각 θ1, 빔 커버리지 지름 s1,2, 지구 반지름 rE가 주어졌을 때, 위의 관계식들로부터 위성과 단말과의 거리 d가 수학식 3과 같이 계산될 수 있다. 수학식 3과 같이 위성과 단말과의 거리 d를 구하면, 전파 지연 시간 ti는 하기 수학식 4와 같다.
Figure PCTKR2023014797-appb-img-000004
수학식 4에서도 i는 스폿 빔 커버리지 내의 단말 i를 의미할 수 있으며, c는 전파 속도이다.
위의 수학식 4에 기초하여 스폿 빔 커버리지 내의 두 단말 간의 전파 시간 차이는 아래 수학식 5와 같이 계산될 수 있다.
Figure PCTKR2023014797-appb-img-000005
수학식 5의 전파 시간 차는 위성 고도 및 스폿 빔 커버리지에 따라 달라진다. 따라서 현재 NTN을 위해 고려되고 있는 GEO 위성과 우리나라가 위치한 앙각 40o를 고려해야 한다.
한편, 앞서 살핀 바와 같이, 현재 NR에서 가장 큰 셀을 지원할 수 있는 랜덤 엑세스 채널 포맷 1의 경우, 지상 이동통신 시스템의 셀 반경 100km까지 지원이 가능하다. 하지만, NTN 시스템의 경우 셀 반경 75km까지만 지원가능한 문제점이 있다. NTN 시스템의 경우 다중 빔을 최대한 작게함으로써 전체 시스템 용량을 극대화할 수 있다. 또한, 임의 접속 채널에서 CP와 GT의 길이가 작을수록 데이터 전송 용량이 증대될 수 있다. 이러한 점들을 고려했을 때, 위성 빔의 크기를 작게 만드는 것이 효율적이다.
따라서 NR 기반 NTN에서 임의 접속 채널은 현재 위성 안테나 기술과 시스템 용량(capacity) 측면에서 현실적으로 고려될 수 있는 GEO 위성과 LEO 위성의 셀 크기와 낮은 앙각을 고려해야 한다. 또한 GEO 위성 시스템에서 위성 기지국이 500km셀 크기를 가지는 경우, 가장 가까이 있는 단말과 가장 멀리 있는 단말들 사이에 가질 수 있는 왕복 지연 시간(round trip delay time)은 최대 3.26ms이다. 그리고 LEO 위성 시스템에서 위성 기지국이 최대 200km 셀 크기를 가지는 경우, 가장 가까이 있는 단말과 가장 멀리 있는 단말들 사이에 가질 수 있는 왕복 지연 시간은 최대 1.308 ms이다. 이처럼 NTN에서 왕복 지연 시간이 커지는 문제를 해결하기 위해서는 적절한 CP가 제공될 수 있어야 한다. 물론 셀 크기가 커질 경우 왕복 지연 시간 차이는 더욱 커지며 이에 따라 보다 큰 길이의 CP가 요구될 것이다.
지상에 있는 단말들이 동시에 위성을 통하여 지상국에 상향링크 신호를 전송할 때, 이와 같은 큰 지연 시간 차이로 인하여 실제는 다른 시간에 위성에 신호가 도착하게 된다. 그리고, 이와 같은 도착 시간의 차이는 보다 큰 CP 길이 및 보호 구간이 요구되는 등 시스템 동작에 있어서 부담으로 작용한다. 어느 위치에 있는 단말이 상향링크 시도를 할 지 모르는 상황에서는, 위성 기지국은 모든 단말의 신호가 도착할 것으로 예상되는 시간 동안 계속 신호를 기다려야만 하는 비효율성이 존재한다.
이와 같은 환경에서 지상국을 거쳐 위성을 통하여 전송되는 하향링크 신호를 통하여 기지국에 대한 정보를 획득하는 단말은 위성 기지국과의 통신 링크를 형성하려 할 경우, 초기 접속 구간 보다 정확하게는 시간-주파수 자원을 파악해야 한다. 그리고, 단말은 그 구간 동안에 초기 접속 요청 신호를 위성 기지국으로 전송해야 한다. 이와 같은 일련의 과정을 초기 접속 과정이라고 한다. 이 과정에서 초기 접속을 위한 초기 접속 프리앰블을 전송하는 초기 접속 구간을 정하는데 있어서, 상향링크 신호의 도착 지연 시간의 차이가 중요한 요소가 된다.
따라서 위와 같은 상향링크 신호의 도착 지연 시간 차이로 인한 문제를 해소하기 위해 본 개시에서는 5G NR/LTE 기반으로 동작하는 NTN 시스템 또는 후속 시스템을 고려한 새로운 초기 접속 방식을 제안하고자 한다.
기존 NTN 표준에서는 이와 같은 단말과 위성 사이의 거리 차이에 의한 도착 지연 시간의 차이 문제를 극복하기 위해서 아래의 방법을 사용하였다.
첫째, 모든 단말이 항법 위성 시스템(Global Navigation Satellite System, GNSS) 수신기를 통하여 자신의 위치를 알고 있는 경우를 가정하였다.
둘째, 위성의 위치 역시 하향링크 신호의 시스템 정보 등을 통하여 알 수 있다고 가정하고 있다.
위의 2가지 가정에 기초하여 기존의 NTN에서는 위성에서 가장 먼 거리에 있을 것으로 예상되는 단말의 지연시간을 고려하여, 각 단말들은 자신의 상향링크 임의 접속 신호의 전송시점을 결정할 수 있도록 하였다.
5G NR/LTE에서 초기 접속을 위한 자원은 일반적으로 전체 OFDM 프레임 중간의 일부 주파수-시간 영역을 사용한다. 그리고 NR/LTE에서 사용하는 임의 접속 프리앰블은 여러가지 종류가 있다.
도 7은 임의 접속 프리앰블이 전송되는 예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 7을 참조하면, 가로 축은 시간이며, 세로 축은 주파수를 의미한다. 그리고 10ms 프레임 내에 복수의 서브프레임들을 포함할 수 있다. 복수의 서브프레임들 중 상위계층 시그널링에 의해 구성된 시간-주파수 자원 다시 말해 PRACH에서 프리앰블(701)이 전송될 수 있다. 복수의 서브프레임들에서 프리앰블이 전송되지 않는 시간-주파수 자원에서는 다운링크 데이터가 전송될 수 있다.
단말이 임의 접속 프리앰블을 기지국으로 전송하여 기지국이 단말의 상향링크 타이밍 정보를 획득하는 절차를 임의 접속 절차라 하며, 5G NR에서는 임의 접속 과정 절차는 4단계 임의 접속 절차와 2단계 임의 접속 절차를 표준으로 규정하고 있다. 4단계 임의 접속 절차와 2단계 임의 접속 절차 중 일반적인 4단계 과정을 이하에서 살펴보기로 한다.
도 8은 3GPP 표준에서 규정한 4단계 임의 접속 절차를 예시한 순서도이다.
도 8을 참조하기에 앞서 도 8의 단말(401)과 기지국(402)은 앞서 도 4에서 설명한 참조부호를 그대로 사용하기로 한다.
도 8을 참조하면, S800단계에서 기지국(402)은 PRACH 구조를 방송할 수 있다. S800단계는 4단계 임의 접속 절차에 포함되지는 않지만, 임의 접속 절차 전에 필수적으로 수행되어야 하는 절차가 될 수 있다. 따라서 S800단계 뿐 아니라 기지국(402)과 단말(401) 간에 임의 접속 절차 전에 수행되는 전반적으로 동작에 대해 간략히 설명하기로 한다.
기지국(402)은 하향링크를 위해 전송하는 SSB를 통해서, 하향링크 기준의 동기(Synchronization)를 진행할 수 있다. 다시 말해 기지국(402)이 전송하는 SSB를 수신한 단말(401)은 기지국(402)과 상향링크 동기화를 수행할 수 있다. 그리고 단말(401)은 기지국(402)으로부터 마스터 정보 블록(master information block, MIB) 및 시스템 정보 블록(system information block, SIB)를 수신할 수 있다. 단말(401)은 MIB/SIB를 복조하여 Cell의 정보들을 수집할 수 있다. 단말(401)은 MIB/SIB를 복조하여 수집한 정보에 기초하여, 상향링크 k 기준의 동기(Synchronization)를 진행할 수 있다.
일반적인 임의 접속 절차는 이하에서 설명하는 S810단계 내지 S840단계에 해당할 수 있다. S810단계에서 단말(401)은 임의 접속 프리앰블(random access preamble)을 기지국(402)으로 전송할 수 있다. 이에 따라 기지국(402)은 S810단계에서 단말(401)로부터 임의 접속 프리앰블을 수신할 수 있다. S820단계에서 기지국(402)는 단말(401)로 임의 접속 응답(random access response)을 전송할 수 있다. 기지국(402)이 전송한 임의 접속 응답을 수신한 단말(401)은 S830단계에서 연결 요청(connection request)을 기지국(402)으로 전송할 수 있다. S830단계에서 연결 요청을 수신한 기지국(402)은 S840단계에서 연결 설정(connection setup)을 단말(401)로 전송할 수 있다.
이상에서 설명한 절차를 통해 4단계 임의 접속 절차가 이루어질 수 있다. 또한 도 8에서 설명된 응답, 요청 및/또는 설정은 특정한 메시지 또는 신호로 전송될 수 있다.
본 개시에서는 위성 통신 네트워크에서 단말의 GNSS 정보와 위성의 궤도 정보가 없는 상황에서 임의 접속을 하는 과정 및 이를 위한 임의 접속 프리앰블을 제안하고자 한다.
앞서 설명한 도 7에서 보는 바와 같이, 임의 접속 채널(PRACH)은 상향링크 전체 프레임 중 일부의 자원을 활용한다. 따라서, 다른 물리채널을 위한 자원들과 같은 OFDM 심볼의 구조를 활용할 수 있다면 효율적인 전체 프레임 구성이 가능하다.
이에 따라, 본 개시에서는 다른 NR/LTE에서 사용하는 물리채널의 OFDM 심볼 구조를 그대로 활용하면서, OFDM 심볼 내에서 반복 구조를 갖도록 설계한다.
(1) OFDM 심볼 길이가 CP길이의 n배인 경우 프리앰블의 구조
도 9a는 프리앰블 내 부반송파에서 신호가 전송되는 부반송파 인덱스를 예시한 개념도이고, 도 9b는 프리앰블 심볼의 시간 축에서 반복 구조를 갖는 구성을 예시한 개념도이다.
먼저 도 9a를 참조하면, 가로축은 주파수 인덱스를 예시하였다. 도 9a에 예시한 바와 같이 프리앰블을 전송하기 위해 사용하는 부반송파 인덱스는 주파수 영역에서 ±(k x n) (k=0, 1, 2, 쪋.)의 인덱스를 갖는 부반송파만 활용한다. 그리고, 나머지 인덱스의 부반송파들에는 신호를 전송하지 않는다. 다시 말해 프리앰블을 전송하기 위해 사용하는 부반송파 인덱스들을 미리 설정하고, 미리 설정된 부반송파 이외의 부반송파 인덱스들에는 제로(zero, 0)를 입력함으로써, 신호를 전송하지 않도록 한다.
다음으로, 도 9b를 참조하면, OFDM 심볼 길이가 CP 길이의 n배(여기서 n은 자연수)일 경우, OFDM 심볼 길이 내에서 n번 반복하는 구조를 갖는 신호를 생성한다. 그리고 구현의 편의성을 위해서 n은 2의 지수 형태인 경우를 고려한다. 다시 말해 임의 접속 프리앰블을 구성하는 OFDM 심볼들을 CP 길이 단위로 반복되도록 구성할 수 있다.
도 9b와 같이, 시간 축에서 n번 반복 구조를 가지는 프리앰블 생성을 위해 앞서 도 9a에서 설명한 바와 같이 주파수 영역에서 미리 설정된 인덱스들을 갖는 부반송파들만 활용할 수 있다.
도 9b의 구조의 경우 CP까지 포함하면 최종 (n+1)번의 반복 구조를 가지는 임의 접속 프리앰블을 생성할 수 있다. 그리고 셀 크기가 크거나 수신 신호 세기가 약한 지역에서 임의 접속 성능 향상 등을 위해 이러한 OFDM 심볼을 여러 개를 사용하여 원하는 길이의 임의 접속 프리앰블을 구성할 수 있다. 이를 도 9b를 참조하여 살펴보면, CP를 포함하여 (n+1)번 반복 구조를 갖는 임의 접속 프리앰블들(911, 912)이 연속된 형태가 될 수 있다. 다시 말해 첫 번째 임의 접속 프리앰블(911)의 이후에 연속하여 두 번째 임이 접속 프리앰블(912)가 연결된 구조를 가질 수 있다. 이처럼 CP를 포함하는 프리앰블들을 연결함으로써 전체 프리앰블 길이가 원하는 길이가 되도록 임의 접속 프리앰블을 구성할 수 있다.
이하의 설명에서 설명의 편의를 위하여 CP를 포함하여 (n+1)번 반복 구조를 갖는 임의 접속 프리앰블들(911, 912)을 프리앰블 요소(element)라 칭하기로 한다. 또한 프리앰블 요소들을 연결하여 원하는 길이의 임의 접속 프리앰블을 결합(connected) 프리앰블이라 칭하기로 한다.
한편, 임의 접속 프리앰블 요소에서 ±(k x n), k=0, 1, 2, 쪋 의 인덱스를 갖는 부반송파에 단말 구별을 위해서로 다른 값을 매핑하여 여러 개의 다른 임의 접속 프리앰블 요소들을 만들 수 있다. 예를 들어 1, 2, 3의 k 값만을 사용하는 임의 접속 프리앰블 요소와 1, 2, 3, 4의 k값만을 사용하는 프리앰블 요소는 서로 식별될 수 있다. 또한, 1, 3, 5의 k 값만을 사용하는 프리앰블 요소도 위의 2가지 프리앰블 요소와 식별될 수 있다. 이처럼 k 값의 다양한 조합을 이용함으로써 서로 다른 종류의 임의 접속 프리앰블 요소들을 생성할 수 있다.
단말은 이상에서 설명된 임의 접속 프리앰블 요소들 중 하나를 선택하여 결합 프리앰블을 생성할 수 있다. 따라서 단말은 임의 접속 절차에서 프리앰블 요소에 기초하여 생성된 결합 프리앰블을 기지국으로 전송할 수 있다.
현재 NR/LTE 표준 규격에서는 한 셀에서 64개의 임의 접속 프리앰블이 요구된다. 따라서 본 개시에서 설명한 방식에 기초한 프리앰블 요소의 수가 64개를 초과할 수도 있다. 다시 말해 주파수 인덱스의 조합이 64개를 초과할 수도 있다. 이처럼 프리앰블 요소의 수가 64개를 초과하는 경우 64 길이 이상의 골드(Gold) 코드나 월시 하다마드(Walsh Hadamard) 코드 등과 같이 현재 NR/LTE 표준 규약에서 사용자 구분을 위해 사용되는 확산 코드들을 활용하여 서로 다른 임의 접속 결합 프리앰블을 생성할 수 있다.
또한 임의 접속 결합 프리앰블의 길이가 긴 경우, 다시 말해 프리앰블 요소들의 반복 횟수가 많아지는 경우, 신호를 전송하는 부반송파 수가 적을 경우에는 SCMA와 같은 기존의 비직교다중접속(NOMA)에서 사용자 구분을 위해 사용되는 비직교다중접속 코드들을 활용할 수도 있다.
(2) OFDM 심볼 길이가 CP길이의 n배가 아닌 경우 프리앰블의 구조
이하에서는 OFDM 심볼 길이가 CP 길이의 2배 또는 정수배가 아닌 경우, 프리앰블 구조에 대하여 살펴보기로 한다.
도 10은 NR에서 부반송파 간격 15kHz를 갖는 임의 접속 프리앰블의 구조에 대한 개념도이다.
도 10을 참조하면, 부반송파 간격 15kHz를 갖는 뉴머롤러지(Numerology) 제로(0)인 경우를 예시하였다. 그리고 하나의 서브 슬롯(usb-slot) 길이인 0.5ms 내에서 7개의 OFDM 심볼들(1021, 1022, 1023)과 OFDM 심볼들(1021, 1022, 1023) 각각에 대응하는 CP들(1011, 1012, 1013)을 예시하였다.
OFDM 심볼 0(1021)의 CP(1011)는 샘플 수가 320개인 경우이고, OFDM 심볼 1(1022) 내지 OFDM 심볼(1023) 각각의 CP는 샘플 수가 288개인 경우가 될 수 있다. 또한 하나의 OFDM 심볼의 샘플 수는 4096개인 경우를 예시하였다.
도 10에 예시한 바와 같이 부반송파 간격 15kHz를 갖는 뉴머롤러지 0인 경우 OFDM 심볼 길이가 CP 길이의 2배 또는 정수배가 아닌 경우이다. 따라서 본 개시에서는 OFDM 심볼 길이가 CP 길이의 2배 또는 정수배가 아닌 경우 OFDM 심볼의 샘플 수와 CP들의 샘플 수들의 최대공약수 단위로 반복성을 갖도록 할 수 있다. 따라서 OFDM(1021)에 대응하는 CP(1011)의 샘플 수인 320개의 샘플과 OFDM 심볼 1(1022) 내지 OFDM 심볼(1023)의 CP들(1012, 1013) 각각의 샘플 수인 288개의 샘플 및 OFDM 심볼들(1021, 1022, 1023)의 샘플 수인 4096 샘플의 최대공약수는 32가 될 수 있다.
도 11a는 임의 접속 프리앰블 내 부반송파에서 신호가 전송되는 부반송파 인덱스를 예시한 개념도이고, 도 11b는 임의 접속 프리앰블 심볼의 시간 축에서 반복 구조를 갖는 구성을 예시한 개념도이다.
먼저, 도 11b를 참조하면, CP들의 심볼 수와 OFDM 심볼 수의 최대 공약수인 32 샘플 단위로 반복성을 갖도록 구성된 경우 개념도이다. 첫 번째 CP 영역에서는 320 심볼들이 전송될 수 있으므로, 32개의 샘플들이 10회 반복된 형태가 될 수 있다. 또한 OFDM 심볼 영역은 4096 샘플들로 구성되므로, 128회 반복되는 형태가 될 수 있다. 그리고 첫 번째 CP가 아닌 나머지 영역의 CP들은 288 샘플들로 이루어지므로, 32개의 샘플들이 9회 반복된 형태가 될 수 있다. 따라서 앞서 도 10에서 살핀 바와 같이 5ms 내의 서브 슬롯에서 CP를 포함하는 첫 번째 프리앰블(1111)은 동일한 샘플들이 총 "10+128 = 138"회 반복되는 형태가 될 수 있고, CP를 포함하는 두 번째 프리앰블(1112)부터는 동일한 샘플들이 "9+128 = 137"회 반복되는 형태가 될 수 있다. 도 11b와 같이 최대공약수인 32 샘플 단위의 반복성을 갖도록 할 경우, 기존 3GPP NR/NTN 뉴머롤로지를 그대로 재활용할 수 있으며, 기존 NR/LTE의 프레임 구조에 쉽게 통합이 가능하다.
다음으로, 도 11a를 참조하면, 가로축은 주파수 인덱스를 예시하였다. 도 11a에 예시한 바에 따르면, 128의 배수의 인덱스를 갖는 부반송파만 임의 접속 프리앰블에서 신호를 전송하는데 활용한다. 그리고, 나머지 인덱스의 부반송파들에는 신호를 전송하지 않는다.
여기서 128은 도 11b에 예시한 OFDM 심볼 내에서 반복 회수 값 p(p는 자연수)이다. 따라서 도 11a에서는 OFDM 심볼 내에서 반복 회수 값 p의 정수배에 대응하는 주파수 인덱스들인 ±128, ±256, ±384, ±512 등과 같이 128의 정수배에 해당하는 인덱스를 갖는 부반송파만 임의 접속 프리앰블에서 신호를 전송하는데 사용한다. 이처럼 임의 접속 프리앰블을 전송하기 위해 사용하는 부반송파 인덱스들을 미리 설정하고, 미리 설정된 부반송파 이외의 부반송파 인덱스들에는 제로(zero, 0)를 입력함으로써, 신호를 전송하지 않도록 한다.
이상에서는 임의 접속 프리앰블을 전송하는 단말 관점에서의 동작을 설명하였다. 이상에서 설명한 임의 접속 프리앰블을 단말이 송신하는 경우 기지국은 이를 수신하여 프리앰블이 수신되는지 여부를 확인해야 한다.
본 개시에 따른 임의 접속 프리앰블에 대한 기지국에서의 수신 상황은 크게 프리앰블의 수신 타이밍에 따라 크게 두 가지 경우로 나눌 수 있다. 이를 첨부된 도 12a 및 도 12b를 참조하여 살펴보기로 한다.
도 12a는 기지국에서 프리앰블 수신 시 캐리어 간 간섭이 존재하지 않는 경우를 설명하기 위한 개념도이고, 도 12b는 기지국에서 프리앰블 수신 시 캐리어 간 간섭이 일부 존재하는 경우를 설명하기 위한 개념도이다.
도 12a 및 도 12b 각각은 단말이 두 개의 OFDM 심볼로 구성된 임의 접속 프리앰블들을 위성으로 전송할 경우, 위성에서 임의 접속 프리앰블들을 수신하는 타이밍을 예시하고 있다. 도 12a 및 도 12b에 예시된 타이밍은 단말과 위성 사이의 거리에 따라 달라질 수 있다.
먼저 도 12a를 참조하면, 기지국에서의 수신 OFDM 심볼 타이밍(1201)과 프리앰블 수신 타이밍(1202)를 예시하고 있다. 기지국에서의 수신 OFDM 심볼 타이밍(1201)은 기지국에서 다른 상향링크 데이터를 수신하여 OFDM 복조를 하기 위해 사용하는 이산 퓨리에 변환(Discrete Fourier Transform, DFT) 또는 고속 퓨리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT) 타이밍을 의미할 수 있다. 그리고 프리앰블 수신 타이밍(1202)은 단말이 송신한 프리앰블이 수신되는 타이밍을 의미할 수 있다. 다시 말해 임의의 시점에서 단말이 송신한 프리앰블이 수신되는 시점을 의미할 수 있다.
도 12a에서 기지국은 기지국에서의 수신 OFDM 심볼 타이밍(1201)에서 도 12a에 예시한 바와 같이 DFT 윈도우 또는 FFT 윈도우(1210, 1211)를 이용하여 프리앰블을 수신할 수 있다. 본 개시에서 기지국은 DFT 윈도우 또는 FFT 윈도우 중 어느 하나를 사용할 수 있다. 이하의 설명에서는 설명의 편의를 위해 DFT 윈도우(1210, 1211)가 사용되는 경우를 가정하여 설명하기로 한다.
도 12a의 예에서는 프리앰블의 수신 타이밍이 CP 길이 내에 있을 경우를 예시하고 있다. 도 12a에 예시한 바와 같이 프리앰블의 수신 타이밍이 CP 길이 내에 있을 경우 기지국에서 OFDM 복조 시 캐리어 간 간섭(Inter-Carrier Interference, ICI)이 없이 복조가 가능하다.
도 12b를 참조하면, 기지국에서의 수신 OFDM 심볼 타이밍(1201)과 프리앰블 수신 타이밍(1202)이 예시되어 있다. 또한 도 12b에서 DFT 윈도우 또는 FFT 윈도우(1220, 1221)를 함께 예시하고 있다. 도 12b에서도 앞서 도 12a에서 설명한 바와 같이 DFT 윈도우 또는 FFT 윈도우 중 어느 하나가 사용될 수 있으며, 설명의 편의를 위해 DFT 윈도우(1220, 1221)를 사용하는 경우를 가정하여 설명하기로 한다.
도 12b의 예시의 경우, 프리앰블의 수신 타이밍(1202)이 DFT 윈도우(1220, 1221)가 CP 길이를 초과하여 존재하는 경우가 될 수 있다. 도 12b에 예시된 바와 같이 첫 번째 DFT 윈도우(1220)에서는 DFT 윈도우(1220)의 시작 구간부터 일부 시점까지 CP 및 프리앰블이 수신되지 않는 구간이 될 수 있다. 반면에 두 번째 DFT 윈도우(1221)에서는 DFT 윈도우(1220)의 시작 구간부터 마지막 구간까지 프리앰블이 수신되는 구간이 될 수 있다.
앞서 단말이 송신하는 프리앰블은 CP 단위 또는 CP들의 샘플 수와 프리앰블을 구성하는 OFDM 샘플 수의 최대공약수에 기초하여 반복되어 전송되기 때문에 도 12b에 예시한 두 번째 DFT 윈도우(1221)에서 비록 하나의 CP와 그에 대응하는 OFDM 심볼이 모두 수신되지 않더라도, 동일하게 하나의 프리앰블을 수신한 것으로 인지할 수 있다.
다시 말해, 첫 번째 DFT 윈도우(1221)에서는 윈도우의 중간에서 첫 번째 OFDM 심볼이 수신되기 때문에 ICI가 발생하며, 이로 인해 프리앰블의 복조 성능이 저하된다. 하지만, 두 번째 DFT 윈도우(1221)에서는 본 개시에 따른 프리앰블의 구성 특징으로 인해 ICI가 없이 복조할 수 있다. 따라서 본 개시에 따른 기지국은 두 개의 연속적인 OFDM 심볼의 복조 성능에 기초하여 임의 접속 프리앰블의 OFDM 심볼의 대략적인(Course) 지연을 알 수 있다. 이때, 복조 성능은 신호 대비 간섭 잡음 비율(Signal to Interference plus Noise Ratio, SINR)에 기초하여 확인할 수도 있다.
도 13은 기지국에서 DFT 윈도우를 CP 길이만큼 이동하면서 전송 지연 타이밍을 예측하는 경우를 설명하기 위한 개념도이다.
도 13을 참조하면, 앞서 도 12a 및 도 12b에서 설명한 기지국에서의 수신 OFDM 심볼 타이밍(1201)과 프리앰블 수신 타이밍(1202)을 그대로 사용하기로 한다. 또한 DFT 윈도우(1301)는 앞서 도 12b에서 설명한 첫 번째 DFT 윈도우(1221)와 동일한 형태가 될 수 있다. 다시 말해, DFT 윈도우(1221)의 중간에서 OFDM 심볼이 수신되는 경우가 될 수 있다. 그리고 두 번째 DFT 윈도우(1221)에 기초하여 임의 접속 프리앰블의 OFDM 심볼의 대략적인(Course) 지연을 확인한 경우가 될 수 있다.
기지국은 정확한 임의 접속 프리앰블의 OFDM 심볼 지연을 예측하기 위해 DFT 윈도우를 CP 길이만큼 이동(shift)시킬 수 있다. 예를 들어, 참조부호 1302의 위치로 하나의 CP 길이만큼 이동시킨 후 주파수 영역에서 ICI 발생 정보를 확인할 수 있다. 만일 주파수 영역에서 ICI 발생 여부 확인을 SINR 값을 이용하는 경우 미리 설정된 임계값과 쉬프트된 DFT 윈도우(1302)에서의 SINR 값을 비교하여 확인할 수도 있다. 이처럼 DFT 윈도우를 참조부호 1301 -> 1302 -> 1303과 같이 CP 단위로 이동시키면서 주파수 영역에서 ICI 발생 정보를 보고(또는 임계값과 비교하여) CP 단위의 상세한(Fine) 전송 지연을 예측할 수 있다.
도 13에서 설명한 바와 같이 OFDM 복조 이후에 ICI 정보를 이용하여 타이밍을 예측하는 방법 외에 다른 방법을 사용할 수도 있다. 예를 들어, PRACH에 해당하는 대역만 필터링한 이후에 상관관계(correlation)을 이용하여 타이밍을 추정할 수도 있다.
이상에서 설명한 과정을 통해 기지국은 임의 접속 단말의 전송 지연을 예측할 수 있고, 예측된 전송 지연에 기초한 임의 접속 타이밍 조정(Timing Advance, TA)에 대한 명령을 단말로 전송할 수 있다. 단말은 TA에 대한 명령을 수신하면, 다음 상향링크 전송 타이밍을 CP 단위 이하로 줄일 수 있다.
도 14a는 임의 접속 프리앰블 내 부반송파에서 신호가 전송되는 부반송파 인덱스를 예시한 개념도이고, 도 14b는 하나의 OFDM 심볼 내에서 반복 프리앰블의 구조를 예시한 개념도이다.
도 14a 및 도 14b의 예시는 앞서 CP 길이 단위의 타이밍 조절이 이루어진 이후 CP 길이 내에서 정교한 타이밍 조절을 위한 2차 임의 접속 프리앰블의 구성을 예사한 개념도가 될 수 있다.
도 14a를 참조하면, 2차 임의 접속 프리앰블은 짝수 부반송파에서만 신호를 전송하는 경우를 예시하였다. 만일 짝수 부반송파에서만 신호를 전송하도록 구성하는 경우 앞서 도 9a에서 설명한 임의 접속 프리앰블과 유사한 형태가 될 수 있다.
도 14a에서는 2차 임의 접속 프리앰블이 짝수 부반송파에서만 신호를 전송하는 경우를 예시하였으나, 홀수 부반송파에만 신호를 전송하도록 구성할 수도 있다. 만일 홀수 부반송파에서만 신호를 전송하도록 구성하는 경우 앞서 도 9a에서 설명한 임의 접속 프리앰블과 다른 부반송파들에서 신호가 전송될 수 있다.
도 14b를 참조하면, 임의 접속 프리앰블(1410)은 CP(1411)와 시간 축에서 2회 반복 구조를 가지는 OFDM 심볼로 구성된다. 이하의 설명에서는 설명의 편의를 위해 2회 반복 구조를 가지는 OFDM 심볼의 첫 번째 부분을 제1 부분 OFDM 심볼(1412)이라 칭하고, 두 번째 부분을 제2 부분 OFDM 심볼(1413)이라 칭하기로 한다. 따라서 제1 부분 OFDM 심볼(1412)과 제2 부분 OFDM 심볼(1413)은 동일한 구성을 가질 수 있다.
단말은 도 14a 및 도 14b에 예시 및 설명에 기초하여 2차 임의 접속 프리앰블을 생성할 수 있으며, 생성된 2차 임의 접속 프리앰블을 기지국으로 송신할 수 있다.
그러면 기지국에서 2차 임의 접속 프리앰블을 수신하는 경우에 대하여 살펴보기로 한다.
도 15는 기지국에서 2차 임의 접속 프리앰블을 수신하는 경우의 타이밍을 설명하기 위한 개념도이다.
도 15에서는 앞서 도 12a에서 설명한 바와 같이 기지국에서의 수신 OFDM 심볼 타이밍(1501)과 프리앰블 수신 타이밍(1502)를 예시하고 있다. 기지국에서의 수신 OFDM 심볼 타이밍(1501)과 프리앰블 수신 타이밍(1502) 각각은 앞서 도 12a에서 설명한 바와 동일하므로, 중복 설명은 생략하기로 한다.
또한 기지국은 OFDM 복조를 하기 위해 사용하는 DFT 윈도우 또는 FFT 윈도우를 가질 수 있다. 이하의 설명에서도 설명의 편의를 위해 기지국에서 DFT 윈도우(1511)를 사용하는 경우를 가정하여 설명하기로 한다.
한편, 본 개시에서 기지국에서 2차 임의 접속 프리앰블이 수신되는 경우는 먼저 1차 임의 접속 프리앰블을 수신한 이후에 수신되는 프리앰블을 의미한다. 다시 말해, 기지국은 1차 임의 접속 프리앰블을 이미 수신한 경우이다. 기지국은 앞서 설명한 바와 같이 1차 임의 접속 프리앰블의 수신에 기초하여 TA에 대한 명령을 단말로 전송할 수 있다. 따라서 2차 임의 접속 프리앰블은 TA에 대한 명령에 기초하여 CP 길이 내로 타이밍이 조절된 상태로 수신될 수 있다.
도 15에 예시한 바와 같이 2차 임의 접속 프리앰블은 CP 길이 내의 타이밍 오차만을 가지고 기지국에 도착하게 된다. 도 15에서는 서로 다른 위치의 단말이 송신한 2차 임의 접속 프리앰블들(1521, 1522)을 예시하였다. 단말들이 비록 TA에 대한 명령을 수신하더라도, 대체로 2차 임의 접속 프리앰블들(1521, 1522)은 DFT 윈도우(1511)의 구간 내에서 수신되지 않는다. 이는 TA에 대한 명령이 CP 단위의 보정을 위한 값으로 결정되기 때문이다.
도 15에 예시한 바와 같이 CP 길이 내의 타이밍 오차만을 갖고 2차 임의 접속 프리앰블이 수신되는 경우 기지국은 상관관계를 이용하여 임의 접속 2차 프리앰블의 도착 지연 시간을 쉽게 계산할 수 있다. 다시 말해, 도 14에서 설명한 CP(1411)와 제1 부분 OFDM 심볼(1412) 및 제2 부분 OFDM 심볼(1413)을 이용하여 실제 2차 임의 접속 프리앰블이 수신되는 시점을 계산(또는 유추)할 수 있다. 이처럼 계산된 값은 이하에서 후술할 2차 TA 정보가 될 수 있다. 2차 TA 정보는 단말에서 상향링크로 데이터(또는 신호 또는 메시지)의 전송 시간을 조정하기 위한 정보가 될 수 있다. 또한 1차 TA는 상향링크로의 데이터(또는 신호 또는 메시지)의 전송 시점이 CP 길이 이내의 오차를 갖도록 보정하기 위한 정보이며, 2차 TA 정보는 이를 보상하기 위한 정보이다. 보다 엄밀하게 2차 TA는 CP와 프리앰블의 정확한 위치를 추정할 수 있도록 하기 위한 보정 정보가 될 수 있다.
한편, 도 14a와 도 14b 및 도 15에서 2차 임의 접속 프리앰블의 구조는 지연 추정 성능 향상 및 저 복잡도를 고려하여 반복 구조를 가지는 프리앰블을 사용하는 경우를 설명하였다. 하지만, 2차 임의 접속 프리앰블은 3GPP LTE/NR에서 정의된 임의 접속 프리앰블을 재사용할 수도 있다. 만일 2차 임의 접속 프리앰블은 3GPP LTE/NR에서 정의된 임의 접속 프리앰블을 재사용할 경우 2차 임의 접속 프리앰블 생성 단계 없이 본 개시가 적용될 수 있다.
도 16은 2차 임의 접속 프리앰블을 사용하는 경우 임의 접속 절차를 예시한 순서도이다.
S1600단계에서 기지국(1602)은 PRACH 구조를 방송할 수 있다. 또한 기지국(1602)은 하향링크를 위해 전송하는 SSB를 통해서, 하향링크 기준의 동기(Synchronization)를 진행할 수 있다. 다시 말해 기지국(1602)이 전송하는 SSB를 수신한 단말(1601)은 기지국(1602)과 상향링크 동기화를 수행할 수 있다. 그리고 단말(1601)은 기지국(1602)으로부터 마스터 정보 블록(master information block, MIB) 및 시스템 정보 블록(system information block, SIB)를 수신할 수 있다. 단말(1601)은 MIB/SIB를 복조하여 셀 정보를 수집할 수 있다. 단말(1601)은 MIB/SIB를 복조하여 수집한 정보에 기초하여, 상향링크 동기(Synchronization)를 진행할 수 있다.
S1610단계에서 단말(1601)은 1차 임의 접속 프리앰블(random access preamble)을 기지국(1602)으로 전송할 수 있다. 1차 임의 접속 프리앰블은 앞서 도 9a, 도 9b 및 도 10의 설명에 기초하여 생성된 프리앰블이거나 또는 도 11a 및 도 11b의 설명에 기초하여 생성된 프리앰블이 될 수 있다.
S1610단계에서 기지국(1602)은 단말(1061)로부터 1차 임의 접속 프리앰블을 수신할 수 있다. 그리고 기지국(1602)은 수신된 1차 임의 접속 프리앰블에 기초하여 CP 구간 내 타이밍 조정을 위한 1차 TA 정보를 생성할 수 있다.
S1620단계에서 기지국(1602)은 1차 임의 접속 응답(random access response)을 단말(1601)로 전송할 수 있다. 1차 임의 접속 응답은 CP 구간 내 타이밍 조정을 위한 1차 TA 정보를 포함할 수 있다. 또한 1차 임의 접속 응답은 프리앰블 식별자(ID) 및 접속 승인 메시지를 더 포함할 수 있다. 한편, 도 16에서 설명하는 1차 TA 정보는 앞서 도 13에서 설명한 TA에 대한 명령이 될 수 있다. 다시 말해 1차 TA 정보와 도 13에서 설명한 TA에 대한 명령은 동일한 정보일 수 있다.
S1620단계에서 단말(1601)은 기지국(1602)으로부터 1차 임의 접속 응답을 수신할 수 있다. 단말(1601)은 1차 임의 접속 응답에 포함된 프리앰블 식별자(ID) 및 접속 승인 메시지에 기초하여 자신이 전송한 1차 임의 접속 프리앰블에 대한 응답인지 확인할 수 있다. 1차 임의 접속 응답이 자신이 전송한 1차 임의 접속 프리앰블에 대한 응답인 경우, 단말(1601)은 1차 임의 접속 응답에 포함된 1차 TA 정보를 획득할 수 있다. 따라서 단말(1601)은 기지국(1602)으로 전송하는 프리앰블에 대하여 CP 구간 내의 수신 타이밍을 갖도록 전송 시점을 결정할 수 있다. 다시 말해 단말(1601)은 1차 TA 정보에 기초하여 상향링크 전송 시점을 조정할 수 있다. 그리고 단말(1601)은 2차 임의 접속 프리앰블을 생성할 수 있다. 2차 임의 접속 프리앰블은 앞서 도 14a 및 도 14b에서 설명된 내용에 기초하여 생성될 수 있다.
S1630단계에서 단말(1601)은 2차 임의 접속 프리앰블을 1차 TA 정보에 기초하여 조정된 전송 시점에 전송할 수 있다. 따라서 S1630단계에서 기지국(1602)은 1차 TA 정보에 기초하여 조정된 시점에서 2차 임의 접속 프리앰블을 수신할 수 있다. 기지국은 수신된 2차 임의 접속 프리앰블에 기초하여 정교한 타이밍 조정을 위한 2차 TA 정보를 생성할 수 있다. 다시 말해 CP 구간 내의 타이밍을 보다 정교하게 조정하기 위한 2차 TA 정보를 생성할 수 있다.
S1640단계에서 기지국(1602)은 단말(1601)로 2차 임의 접속 응답을 전송할 수 있다. 2차 임의 접속 응답은 프리앰블 ID, 접속 승인 메시지 및 정교한 타이밍 조정을 위한 2차 TA 정보를 포함할 수 있다. 이에 따라 단말(1601)은 S1640단계에서 2차 임의 접속 응답을 수신할 수 있다. 그리고 단말(1601)은 2차 임의 접속 응답에 포함된 프리앰블 ID 및 접속 승인 메시지에 기초하여 자신에게 수신된 응답인지를 확인할 수 있다. 또한 단말(1601)은 2차 임의 접속 응답에 포함된 2차 TA 정보를 획득할 수 있다.
S1650단계에서 단말(1601)은 연결 요청을 기지국(1602)으로 전송할 수 있다. 기지국(1602)으로 전송되는 연결 요청(connection request)은 1차 TA 정보 및 2차 TA 정보에 기초하여 정교하게 조정된 전송 시점에 전송될 수 있다. S1650단게에서 기지국(1602)은 단말(1601)로부터 연결 요청을 수신할 수 있다.
S1660단게에서 기지국(1602)은 단말(1601)로부터 수신된 연결 요청에 응답하여 연결 설정(connection setup)을 단말(1601)로 전송할 수 있다.
이상에서 설명한 도 16에서 설명된 응답, 요청 및/또는 설정은 특정한 메시지 또는 신호로 전송될 수 있다.
이상에서 살핀 바와 같이 본 개시에 따른 1차 임의 접속 프리앰블과 2차 임의 접속 프리앰블을 이용하여 단말은 초기 접속을 수행할 수 있다. 특히 본 개시에 따른 임의 접속 절차를 적용하면, 큰 셀 반경을 가지는 5G NR/NTN 이동 통신 네트워크에서 단말의 GNSS 정보와 위성의 궤도 정보가 없는 상황에서 비동기(Asynchronous) 비승인(Grant-free) 비-직교 다중 접속(Non-orthogonal multiple access) 지원할 수 있다.
본 개시에서는 큰 셀 반경에서의 Asynchronous Grant-free 전송으로 인해 Non-GNSS 단말들의 전송 지연 차가 CP 길이를 초과하는 상황에서, Non-GNSS 단말들이 본 개시에 따른 1차 임의 접속 프리앰블을 전송함으로써 이러한 CP 길이 이상의 전송 지연 차이를 기지국이 추정할 수 있다. 또한, Non-GNSS 단말들에게 1차 송신 타이밍 조절 명령을 전송함으로써, 단말들 간의 전송 지연 차이를 CP 길이 이내로 만드는 1차 임의 접속 과정이 더 갖는 형태가 될 수 있다.
1차 임의 접속 과정은 1차 임의 접속 프리앰블 전송과 1차 임의 접속 응답을 수신하는 절차가 될 수 있다. 또한 2차 임의 접속 과정은 2차 임의 접속 프리앰블 전송에 기초하여 CP 길이 이내의 전송 지연 차에 대한 지연 차이를 기지국이 추정하고, 단말들에게 송신 타이밍 조정 명령을 하는 절차가 될 수 있다. 따라서 본 개시에 따른 6단계의 임의 접속 절차는 기존 5G NR/LTE의 임의 접속 과정과 대비하여 1차 임의 접속 과정을 더 갖는 형태로 이해될 수 있다.
다만 2차 임의 접속 과정에서는 본 개시에서 제안하는 2차 임의 접속 프리앰블 구조를 사용할 수도 있으며, 기존 5G NR/LTE의 임의 접속 프리앰블을 그대로 재사용할 수도 있다.
도 17은 본 개시에 따른 6단계 임의 접속 절차 시 단말에서의 흐름도이다.
도 17을 참조하면, S1700단계에서 단말은 기지국으로부터 초기 접속을 위한 시스템 정보를 수신할 수 있다. 다시 말해, 단말은 기지국이 전송하는 SSB를 통해 하향링크 기준의 동기를 획득하고, MIB 및 SIB를 수신하여 셀 정보를 수집할 수 있다.
S1702단계에서 단말은 수집된 셀 정보에 기초하여 1차 임의 접속 프리앰블을 생성하고, 이를 기지국으로 전송할 수 있다. 1차 임의 접속 프리앰블은 앞선 도면과 그 설명들에서 이미 살펴보았으므로, 중복 설명은 생략하기로 한다.
S1704단계에서 단말은 기지국으로부터 프리앰블 ID, 접속 승인 메시지 및 1차 TA 정보를 포함하는 1차 임의 접속 응답을 수신할 수 있다. 1차 TA 정보는 앞서 설명한 바와 같이 CP 구간 내 타이밍 조정을 위한 정보일 수 있다. 또한 프리앰블 ID와 접속 승인 메시지에 기초하여 단말은 자신에게 수신된 1차 임의 접속 응답인지를 확인할 수 있다.
S1706단계에서 단말은 2차 임의 접속 프리앰블을 생성할 수 있다. 2차 임의 접속 프리앰블은 앞서 설명한 바와 같이 2회 반복된 구조를 갖거나, 현재 3GPP NR 표준에 따른 프리앰블 또는 LTE에서 정의한 프리앰블 구조를 가질 수 있다. 그리고 단말은 S1706단계에서 앞서 기지국으로부터 수신된 1차 TA 정보에 기초하여 2차 임의 접속 프리앰블을 기지국으로 전송할 수 있다.
S1708단계에서 단말은 프리앰블 ID, 접속 승인 메시지 및 2차 TA 정보를 포함하는 2차 임의 접속 응답을 수신할 수 있다. 단말은 프리앰블 ID, 접속 승인 메시지에 기초하여 2차 임의 접속 응답이 자신에게 수신된 응답인지를 확인할 수 있다. 또한 단말은 2차 임의 접속 응답이 자신에게 수신된 정보인 경우 2차 TA 정보에 기초하여 상향링크 전송 시점을 추가 조정(또는 보정)할 수 있다.
S1710단계에서 단말은 1차 TA 정보 및 2차 TA 정보에 기초하여 연결 요청(connection request)를 전송할 수 있다.
S1712단계에서 단말은 기지국과 연결 설정(connection setup) 절차를 수행할 수 있다.
도 18은 본 개시에 따른 6단계 임의 접속 절차 시 기지국에서의 흐름도이다.
도 18을 참조하면, S1800단계에서 기지국은 시스템 정보를 방송할 수 있다. 다시 말해, 기지국은 단말들에게 하향링크 기준의 동기를 제공하기 위한 SSB를 전송하고, 셀 정보를 포함하는 MIB 및 SIB를 송신할 수 있다.
S1802단계에서 기지국은 1차 임의 접속 프리앰블을 수신할 수 있다. 그리고 기지국은 수신된 1차 임의 접속 프리앰블에 기초하여 CP 구간 내 타이밍 조정을 위한 1차 TA 정보를 생성할 수 있다.
S1804단계에서 기지국은 단말로 프리앰블 ID, 접속 승인 메시지 및 1차 TA 정보를 포함하는 1차 임의 접속 응답을 송신할 수 있다. 1차 TA 정보는 앞서 설명한 바와 같이 CP 구간 내 타이밍 조정을 위한 정보일 수 있다.
S1806단계에서 기지국은 단말로부터 2차 임의 접속 프리앰블을 수신할 수 있다. 이에 따라 기지국은 수신된 2차 임의 접속 프리앰블에 기초하여 2차 TA 정보를 생성할 수 있다.
S1808단계에서 기지국은 프리앰블 ID, 접속 승인 메시지 및 2차 TA 정보를 포함하는 2차 임의 접속 응답을 단말로 전송할 수 있다.
S1810단계에서 기지국은 단말로부터 연결 요청(connection request)을 수신할 수 있다.
S1812단계에서 기지국은 S1810단계에서 수신된 연결 요청에 응답하여 단말과 연결 설정(connection setup)을 수행할 수 있다.
도 19는 본 개시에 따른 6단계 임의 접속 절차에 기초한 1차 PRACH 프리앰블 및 2차 PRACH 프리앰블의 전송 타이밍을 설명하기 위한 개념도이다.
도 19를 참조하면, 1차 임의 접속 프리앰블(1901)과 2차 임의 접속 프리앰블(1902)를 예시하고 있다. 1차 임의 접속 프리앰블(1901)은 10ms 프레임으로 설정된 구간에서 전송되고, 2차 임의 접속 프리앰블(1902)는 1차 임의 접속 프리앰블(1901)이 전송된 10ms 프레임 이후의 프레임에서 전송되는 형태를 예시하였다.
도 19와 같이 1차 임의 접속 프리앰블이 전송되는 프레임을 1차 프레임이라 칭하고, 2차 임의 접속 프리앰블이 전송되는 프레임을 2차 프레임이라 칭하기로 한다. 도 19에 예시한 바와 같이 1차 프레임과 2차 프레임을 구분함으로써 임의 접속 채널 간 간섭이 발생하지 않도록 할 수 있다.
또한 1차 임의 접속 프리앰블이 전송되는 1차 PRACH의 시간 길이는 큰 셀 반경을 가지는 NTN 등 해당 이동 통신 네트워크의 운용 환경에서 고려되는 단말들 간 최대 지연 시간차보다 크게 설정되어야 한다. 이를 예시하기 위해 도 19에서는 1차 임의 접속 프리앰블이 4개의 서브프레임들의 구간에서 전송되는 경우를 예시하였다.
1차 임의 접속 프리앰블과 대비하여, 2차 임의 접속 프리앰블이 전송되는 2차 PRACH 시간 길이는 기존 NR/LTE와 유사하게 2개의 OFDM 심볼 길이 정도만 확보해도 충분하다.
본 개시의 실시 예에 따른 방법의 동작은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 프로그램 또는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 정보가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산 방식으로 컴퓨터로 읽을 수 있는 프로그램 또는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 롬(rom), 램(ram), 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 포함할 수 있다. 프로그램 명령은 컴파일러(compiler)에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터(interpreter) 등을 사용해서 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다.
본 개시의 일부 측면들은 장치의 문맥에서 설명되었으나, 그것은 상응하는 방법에 따른 설명 또한 나타낼 수 있고, 여기서 블록 또는 장치는 방법 단계 또는 방법 단계의 특징에 상응한다. 유사하게, 방법의 문맥에서 설명된 측면들은 또한 상응하는 블록 또는 아이템 또는 상응하는 장치의 특징으로 나타낼 수 있다. 방법 단계들의 몇몇 또는 전부는 예를 들어, 마이크로프로세서, 프로그램 가능한 컴퓨터 또는 전자 회로와 같은 하드웨어 장치에 의해(또는 이용하여) 수행될 수 있다. 몇몇의 실시 예에서, 가장 중요한 방법 단계들의 적어도 하나 이상은 이와 같은 장치에 의해 수행될 수 있다.
실시 예들에서, 프로그램 가능한 로직 장치(예를 들어, 필드 프로그래머블 게이트 어레이)가 여기서 설명된 방법들의 기능의 일부 또는 전부를 수행하기 위해 사용될 수 있다. 실시 예들에서, 필드 프로그래머블 게이트 어레이(field-programmable gate array)는 여기서 설명된 방법들 중 하나를 수행하기 위한 마이크로프로세서(microprocessor)와 함께 작동할 수 있다. 일반적으로, 방법들은 어떤 하드웨어 장치에 의해 수행되는 것이 바람직하다.
이상 본 개시의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 개시의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 개시를 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (20)

  1. 단말의 방법에 있어서,
    기지국으로부터 임의 접속 프리앰블 생성 정보를 획득하는 단계;
    상기 임의 접속 프리앰블 생성 정보에 기초하여 1차 임의 접속 프리앰블을 생성하는 단계;
    상기 생성된 1차 임의 접속 프리앰블을 상기 기지국으로 전송하는 단계;
    상기 기지국으로부터 1차 상향링크 타이밍 조정(timing advance, TA) 정보를 포함하는 1차 임의 접속 응답을 수신하는 단계;
    상기 1차 임의 접속 응답에 기초하여 2차 임의 접속 프리앰블을 생성하는 단계;
    상기 1차 TA 정보에 기초하여 상기 2차 임의 접속 프리앰블을 상기 기지국으로 전송하는 단계;
    2차 TA 정보를 포함하는 2차 임의 접속 응답을 상기 기지국으로부터 수신하는 단계; 및
    상기 1차 TA 정보 및 상기 2차 TA 정보에 기초한 전송 시점에 상기 기지국으로 연결 요청을 전송하는 단계를 포함하며,
    상기 1차 임의 접속 프리앰블과 상기 2차 임의 접속 프리앰블은 서로 다른 구성을 갖는,
    단말의 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 1차 임의 접속 프리앰블을 생성 시, 상기 1차 임의 접속 프리앰블의 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 심볼 길이가 상기 1차 임의 접속 프리앰블의 사이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix, CP) 길이의 n배인 경우 상기 1차 임의 접속 프리앰블을 상기 CP 길이 단위로 반복하여 생성하는,
    상기 n은 자연수인,
    단말의 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 1차 임의 접속 프리앰블을 상기 CP 길이 단위로 반복하여 구성하는 경우 상기 OFDM 심볼의 주파수 영역에서 상기 n과 k의 곱의 인덱스를 갖는 부반송파에서 상기 1차 임의 접속 프리앰블을 전송하며,
    상기 k는 정수인,
    단말의 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 1차 임의 접속 프리앰블을 생성 시,
    상기 1차 임의 접속 프리앰블의 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 심볼 길이가 상기 1차 임의 접속 프리앰블의 사이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix, CP) 길이의 n배가 아닌 경우, 상기 CP의 샘플 수와 상기 OFDM 심볼의 샘플 수의 최대공약수 단위로 상기 OFDM 심볼들을 반복하여 상기 1차 임의 접속 프리앰블을 생성하며,
    상기 n은 자연수인,
    단말의 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 최대공약수 단위로 상기 OFDM 심볼들을 반복하여 상기 1차 임의 접속 프리앰블을 생성할 시, 상기 1차 임의 접속 프리앰블의 상기 OFDM 심볼 내에서 반복 횟수 값 p의 정수배 대응하는 인덱스를 갖는 부반송파에서 상기 1차 임의 접속 프리앰블을 전송하며,
    상기 p는 자연수인,
    단말의 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 2차 임의 접속 프리앰블 생성 시,
    상기 2차 임의 접속 프리앰블의 사이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix, CP)를 제외한 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 심볼들이 시간적으로 2회 반복하여 생성하는,
    단말의 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 1차 TA 정보는 상기 CP 길이 구간 이내로 상향링크 타이밍을 조정하기 위한 정보이고, 상기 2차 TA 정보는 상기 1차 TA 정보를 보정하기 위한 정보인,
    단말의 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 1차 임의 접속 프리앰블과 상기 제2 임의 접속 프리앰블은 서로 다른 프레임에서 전송되며,
    상기 1차 임의 접속 프리앰블은 상기 1차 임의 접속 프리앰블이 전송되도록 설정된 프레임 내의 미리 설정된 복수의 서브프레임들에서 전송되며,
    상기 2차 입의 접속 프리앰블은 상기 2차 임의 접속 프리앰블이 전송되록 설정된 프래임의 내의 일부 심볼들을 통해 전송되는,
    단말의 방법.
  9. 기지국의 방법에 있어서,
    임의 접속 프리앰블 생성 정보를 방송하는 단계;
    단말로부터 1차 임의 접속 프리앰블 수신이 검출될 시 상기 1차 임의 접속 프리앰블의 구조에 기초하여 1차 상향링크 타이밍 조정(timing advance, TA) 정보를 생성하는 단계;
    1차 임의 접속 프리앰블 식별자(identifier, ID), 접속 승인 메시지 및 상기 1차 TA 정보를 포함하는 1차 임의 접속 응답을 상기 단말로 전송하는 단계;
    상기 단말로부터 2차 임의 접속 프리앰블의 수신이 검출될 시, 2차 임의 접속 프리앰블의 구조에 기초하여 2차 TA 정보를 생성하는 단계;
    2차 임의 접속 프리앰블 ID, 접속 승인 메시지 및 상기 2차 TA 정보를 포함하는 2차 임의 접속 응답을 상기 단말로 전송하는 단계; 및
    상기 단말로부터 연결 요청이 수신될 시 상기 단말과 연결 설정하는 단계를 포함하며,
    상기 1차 임의 접속 프리앰블과 상기 2차 임의 접속 프리앰블은 서로 다른 구성을 가지는,
    기지국의 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 1차 임의 접속 프리앰블은,
    상기 1차 임의 접속 프리앰블의 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 심볼 길이가 상기 1차 임의 접속 프리앰블의 사이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix, CP) 길이의 n배인 경우 상기 1차 임의 접속 프리앰블은 상기 CP 길이 단위로 반복된 구조를 가지며,
    상기 n은 자연수인,
    기지국의 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 1차 임의 접속 프리앰블을 상기 CP 길이 단위로 반복하여 구성하는 경우 상기 OFDM 심볼의 주파수 영역에서 상기 n과 k의 곱의 인덱스를 갖는 부반송파에서 상기 1차 임의 접속 프리앰블을 수신하며,
    상기 k는 정수인,
    기지국의 방법.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 1차 임의 접속 프리앰블은,
    상기 1차 임의 접속 프리앰블의 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 심볼 길이가 상기 1차 임의 접속 프리앰블의 사이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix, CP) 길이의 n배가 아닌 경우, 상기 CP의 샘플 수와 상기 OFDM 심볼의 샘플 수의 최대공약수 단위로 상기 OFDM 심볼들이 반복되는 구조를 가지며,
    상기 n은 자연수인,
    기지국의 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 최대공약수 단위로 상기 OFDM 심볼들을 반복하여 상기 1차 임의 접속 프리앰블을 생성할 시, 상기 1차 임의 접속 프리앰블의 상기 OFDM 심볼 내에서 반복 횟수 값 p의 정수배 대응하는 인덱스를 갖는 부반송파에서 상기 1차 임의 접속 프리앰블이 수신되며,
    상기 p는 자연수인,
    기지국의 방법.
  14. 청구항 9에 있어서,
    상기 2차 임의 접속 프리앰블은,
    상기 2차 임의 접속 프리앰블의 사이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix, CP)를 제외한 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 심볼들이 시간적으로 2회 반복되는,
    기지국의 방법.
  15. 청구항 9에 있어서,
    상기 1차 TA 정보는 상기 CP 길이 구간 이내로 상향링크 타이밍을 조정하기 위한 정보이고, 상기 2차 TA 정보는 상기 1차 TA 정보를 보정하기 위한 정보인,
    기지국의 방법.
  16. 청구항 9에 있어서,
    상기 1차 임의 접속 프리앰블과 상기 제2 임의 접속 프리앰블은 서로 다른 프레임에서 전송되며,
    상기 1차 임의 접속 프리앰블은 상기 1차 임의 접속 프리앰블이 전송되도록 설정된 프레임 내의 미리 설정된 복수의 서브프레임들에서 전송되며,
    상기 2차 입의 접속 프리앰블은 상기 2차 임의 접속 프리앰블이 전송되록 설정된 프래임의 내의 일부 심볼들을 통해 전송되는,
    기지국의 방법.
  17. 단말에 있어서,
    프로세서(processor)를 포함하고,
    상기 프로세서는 상기 단말이,
    기지국으로부터 임의 접속 프리앰블 생성 정보를 획득하고;
    상기 임의 접속 프리앰블 생성 정보에 기초하여 1차 임의 접속 프리앰블을 생성하고;
    상기 생성된 1차 임의 접속 프리앰블을 상기 기지국으로 전송하고;
    상기 기지국으로부터 1차 상향링크 타이밍 조정(timing advance, TA) 정보를 포함하는 1차 임의 접속 응답을 수신하고;
    상기 1차 임의 접속 응답에 기초하여 2차 임의 접속 프리앰블을 생성하고;
    상기 1차 TA 정보에 기초하여 상기 2차 임의 접속 프리앰블을 상기 기지국으로 전송하고;
    2차 TA 정보를 포함하는 2차 임의 접속 응답을 상기 기지국으로부터 수신하고; 및
    상기 1차 TA 정보 및 상기 2차 TA 정보에 기초한 전송 시점에 상기 기지국으로 연결 요청을 전송하도록 야기하며,
    상기 1차 임의 접속 프리앰블과 상기 2차 임의 접속 프리앰블은 서로 다른 구성을 갖는,
    단말.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 단말이,
    상기 1차 임의 접속 프리앰블을 생성 시, 상기 1차 임의 접속 프리앰블의 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 심볼 길이가 상기 1차 임의 접속 프리앰블의 사이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix, CP) 길이의 n배인 경우 상기 1차 임의 접속 프리앰블을 상기 CP 길이 단위로 반복하여 생성하도록 야기하고,
    상기 1차 임의 접속 프리앰블을 상기 CP 길이 단위로 반복하여 구성하는 경우 상기 OFDM 심볼의 주파수 영역에서 상기 n과 k의 곱의 인덱스를 갖는 부반송파에서 상기 1차 임의 접속 프리앰블을 전송하도록 야기하며,
    상기 n은 자연수이고, 상기 k는 정수인,
    단말.
  19. 청구항 17에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 단말이,
    상기 1차 임의 접속 프리앰블을 생성 시,
    상기 1차 임의 접속 프리앰블의 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 심볼 길이가 상기 1차 임의 접속 프리앰블의 사이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix, CP) 길이의 n배가 아닌 경우, 상기 CP의 샘플 수와 상기 OFDM 심볼의 샘플 수의 최대공약수 단위로 상기 OFDM 심볼들을 반복하여 상기 1차 임의 접속 프리앰블을 생성하도록 야기하고,
    상기 n은 자연수인,
    단말.
  20. 청구항 17에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 단말이,
    상기 2차 임의 접속 프리앰블 생성할 시,
    상기 2차 임의 접속 프리앰블의 사이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix, CP)를 제외한 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) 심볼들이 시간적으로 2회 반복된 구성을 갖도록 야기하는,
    단말.
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