KR20150023778A - 무선통신 시스템에서 TDD(Time Division Duplex) 프레임 구조를 이용하여 신호를 송수신하는 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

무선통신 시스템에서 TDD(Time Division Duplex) 프레임 구조를 이용하여 신호를 송수신하는 방법 및 이를 위한 장치 Download PDF

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Abstract

무선통신 시스템에서 기지국이 TDD(Time Division Duplex) 프레임 구조를 이용하여 신호를 송수신하는 방법은, 상기 TDD 프레임 구조에 따른 TDD 프레임을 이용하여 신호를 송수신하는 단계를 포함하되, 상기 TDD 프레임은 고정 하향링크 서브프레임 영역, 고정 상향링크 서브프레임 영역, 및 하향링크 서브프레임 또는 상향링크 서브프레임으로 변경가능한 변경 영역을 포함하고, 상기 TDD 프레임은 셀 내 단말의 위치를 고려하여 상기 단말에게 상기 고정 하향링크 서브프레임 영역, 상기 고정 상향링크 서브프레임 영역 및 상기 변경 영역 중 적어도 하나가 할당되도록 구성되며, 상기 할당된 영역을 통해 상기 단말과 신호를 송수신하는 것을 특징으로 한다.

Description

무선통신 시스템에서 TDD(Time Division Duplex) 프레임 구조를 이용하여 신호를 송수신하는 방법 및 이를 위한 장치{AN APPARATUS FOR TRANSCEIVING SIGNALS USING A TDD (TIME DIVISION DUPLEX) FRAME STRUCTURE IN A WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM AND METHOD THEREOF}
본 발명은 무선통신에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선통신 시스템에서 TDD(Time Division Duplex) 프레임 구조를 이용하여 신호를 송수신하는 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.
현재 모든 TDD 시스템에서 하향링크에서 상향링크로의 스위칭을 위한 보호시간(guard time)이 존재한다. 단말의 셀 내 위치에 따라 전송 지연이 발생하는 문제가 있고 그리고 모든 셀이 하향링크와 상향링크 타이밍을 맞추어야 하는 상황에서 현재의 TDD 프레임 구조는 자원을 효율적으로 사용하지 못하는 문제가 있다.
이로 인해 현재의 TDD 프레임 구조로는 효율적인 TDD 프레임 구조 운영이 어려운 문제가 있다. 그러나, 이러한 효율적인 TDD 프레임 구조 운영을 위한 방안들이 아직까지 제시되지 못하고 있는 실정이다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는 무선통신 시스템에서 기지국이 TDD(Time Division Duplex) 프레임 구조를 이용하여 신호를 송수신하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 무선통신 시스템에서 단말이 TDD(Time Division Duplex) 프레임 구조를 이용하여 신호를 전송하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 무선통신 시스템에서 TDD(Time Division Duplex) 프레임 구조를 이용하여 신호를 전송하는 기지국을 제공하는 데 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 무선통신 시스템에서 TDD(Time Division Duplex) 프레임 구조를 이용하여 신호를 전송하는 단말을 제공하는 데 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 상기 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 무선통신 시스템에서 기지국이 TDD(Time Division Duplex) 프레임 구조를 이용하여 신호를 송수신하는 방법은, 상기 TDD 프레임 구조에 따른 TDD 프레임을 이용하여 신호를 송수신하는 단계를 포함하되, 상기 TDD 프레임은 고정 하향링크 서브프레임 영역, 고정 상향링크 서브프레임 영역, 및 하향링크 서브프레임 또는 상향링크 서브프레임으로 변경가능한 변경 영역을 포함하고, 상기 TDD 프레임은 셀 내 단말의 위치를 고려하여 상기 단말에게 상기 고정 하향링크 서브프레임 영역, 상기 고정 상향링크 서브프레임 영역 및 상기 변경 영역 중 적어도 하나가 할당되도록 구성되며, 상기 할당된 영역을 통해 상기 단말과 신호를 송수신한다. 상기 단말이 셀 경계에 위치한 경우에는 상기 단말에게 상기 TDD 프레임 중 상기 고정 하향링크 서브프레임 영역 및 상기 고정 상향링크 서브프레임 영역을 할당할 수 있다. 상기 단말이 상기 기지국과 가까운 셀 중앙에 위치한 경우에는 상기 단말에게 상기 TDD 프레임 중 상기 변동 영역을 할당할 수 있다. 하향링크 서브프레임에서 상향링크 서브프레임으로의 스위칭 포인트는 상기 변동 영역에 할당할 수 있다. 상기 TDD 프레임에서 상기 영역들은 상기 고정 하향링크 서브프레임 영역, 상기 변동 영역 그리고 상기 고정 상향링크 서브프레임 영역 순서로 위치할 수 있다.
상기의 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 무선통신 시스템에서 단말이 TDD(Time Division Duplex) 프레임 구조를 이용하여 신호를 전송하는 방법은, 상기 TDD 프레임 구조에 따른 TDD 프레임 중 할당된 영역을 이용하여 신호를 송수신하는 단계를 포함하되, 상기 TDD 프레임은 고정 하향링크 서브프레임 영역, 고정 상향링크 서브프레임 영역, 및 하향링크 서브프레임 또는 상향링크 서브프레임으로 변경가능한 변경 영역을 포함하고, 상기 단말은 상기 단말의 위치를 고려하여 할당받은 상기 고정 하향링크 서브프레임 영역, 상기 고정 상향링크 서브프레임 영역 및 상기 변경 영역 중 적어도 하나의 영역을 통해 신호를 송수신한다. 상기 단말이 셀 경계에 위치한 경우에는 상기 단말에게 상기 TDD 프레임 중 상기 고정 하향링크 서브프레임 영역 및 상기 고정 상향링크 서브프레임 영역이 할당된다. 상기 단말이 상기 기지국과 가까운 셀 중앙에 위치한 경우에는 상기 단말에게 상기 TDD 프레임 중 상기 변동 영역이 할당된다.
상기의 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 무선통신 시스템에서 TDD(Time Division Duplex) 프레임 구조를 이용하여 신호를 송수신하는 기지국은, 송수신기; 및 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는 상기 TDD 프레임 구조에 따른 TDD 프레임을 이용하여 신호를 송수신하게 제어하며, 상기 TDD 프레임은 고정 하향링크 서브프레임 영역, 고정 상향링크 서브프레임 영역, 및 하향링크 서브프레임 또는 상향링크 서브프레임으로 변경가능한 변경 영역을 포함하고, 상기 TDD 프레임은 셀 내 단말의 위치를 고려하여 상기 단말에게 상기 고정 하향링크 서브프레임 영역, 상기 고정 상향링크 서브프레임 영역 및 상기 변경 영역 중 적어도 하나가 할당되도록 구성되며, 상기 프로세서는 상기 할당된 영역을 통해 상기 단말과 신호를 송수신하도록 제어한다.
상기의 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 무선통신 시스템에서 TDD(Time Division Duplex) 프레임 구조를 이용하여 신호를 전송하는 단말은, 송수신기; 및 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는 상기 TDD 프레임 구조에 따른 TDD 프레임 중 할당된 영역을 이용하여 신호를 송수신하도록 제어하며, 상기 TDD 프레임은 고정 하향링크 서브프레임 영역, 고정 상향링크 서브프레임 영역, 및 하향링크 서브프레임 또는 상향링크 서브프레임으로 변경가능한 변경 영역을 포함하고, 상기 프로세서는 상기 단말의 위치를 고려하여 할당받은 상기 고정 하향링크 서브프레임 영역, 상기 고정 상향링크 서브프레임 영역 및 상기 변경 영역 중 적어도 하나의 영역을 통해 신호를 송수신하도록 제어한다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 개선된 TDD 프레임 구조의 설계에 따라 각 셀 별로 자원을 효율적으로 사용할 수 있게 되며, 인접 셀(이종망포함)에서의 TDD 프레임 구조를 참고하여 스케줄링함으로써 효율적인 통신이 가능해진다.
본 발명에서 얻은 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 무선 통신 시스템(100)에서의 기지국(105) 및 단말(110)의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 개선된 TDD 프레임 구조의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 제 2 실시예에 따른 단말 별로 특정한 프레임 구조의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 TDD 프레임 구조의 일 예를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다. 예를 들어, 이하의 상세한 설명은 이동통신 시스템이 3GPP LTE, LTE-A 시스템인 경우를 가정하여 구체적으로 설명하나, 3GPP LTE, LTE-A의 특유한 사항을 제외하고는 다른 임의의 이동통신 시스템에도 적용 가능하다.
몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다. 또한, 본 명세서 전체에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.
아울러, 이하의 설명에 있어서 단말은 UE(User Equipment), MS(Mobile Station), AMS(Advanced Mobile Station) 등 이동 또는 고정형의 사용자단 기기를 통칭하는 것을 가정한다. 또한, 기지국은 Node B, eNode B, Base Station, AP(Access Point) 등 단말과 통신하는 네트워크 단의 임의의 노드를 통칭하는 것을 가정한다. 본 명세서에서는 IEEE 802.16 시스템에 근거하여 설명하지만, 본 발명의 내용들은 각종 다른 통신 시스템에도 적용가능하다.
이동 통신 시스템에서 단말(User Equipment)은 기지국으로부터 하향링크(Downlink)를 통해 정보를 수신할 수 있으며, 단말은 또한 상향링크(Uplink)를 통해 정보를 전송할 수 있다. 단말이 전송 또는 수신하는 정보로는 데이터 및 다양한 제어 정보가 있으며, 단말이 전송 또는 수신하는 정보의 종류 용도에 따라 다양한 물리 채널이 존재한다.
이하의 기술은 CDMA(code division multiple access), FDMA(frequency division multiple access), TDMA(time division multiple access), OFDMA(orthogonal frequency division multiple access), SC-FDMA(single carrier frequency division multiple access) 등과 같은 다양한 무선 접속 시스템에 사용될 수 있다. CDMA는 UTRA(Universal Terrestrial Radio Access)나 CDMA2000과 같은 무선 기술(radio technology)로 구현될 수 있다. TDMA는 GSM(Global System for Mobile communications)/GPRS(General Packet Radio Service)/EDGE(Enhanced Data Rates for GSM Evolution)와 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. OFDMA는 IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802-20, E-UTRA(Evolved UTRA) 등과 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. UTRA는 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)의 일부이다. 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(long term evolution)는 E-UTRA를 사용하는 E-UMTS(Evolved UMTS)의 일부로서 하향링크에서 OFDMA를 채용하고 상향링크에서 SC-FDMA를 채용한다. LTE-A(Advanced)는 3GPP LTE의 진화된 버전이다.
또한, 이하의 설명에서 사용되는 특정(特定) 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 이러한 특정 용어의 사용은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다.
도 1은 무선 통신 시스템(100)에서의 기지국(105) 및 단말(110)의 구성을 도시한 블록도이다.
무선 통신 시스템(100)을 간략화하여 나타내기 위해 하나의 기지국(105)과 하나의 단말(110)(D2D 단말을 포함)을 도시하였지만, 무선 통신 시스템(100)은 하나 이상의 기지국 및/또는 하나 이상의 단말을 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 기지국(105)은 송신(Tx) 데이터 프로세서(115), 심볼 변조기(120), 송신기(125), 송수신 안테나(130), 프로세서(180), 메모리(185), 수신기(190), 심볼 복조기(195), 수신 데이터 프로세서(197)를 포함할 수 있다. 그리고, 단말(110)은 송신(Tx) 데이터 프로세서(165), 심볼 변조기(175), 송신기(175), 송수신 안테나(135), 프로세서(155), 메모리(160), 수신기(140), 심볼 복조기(155), 수신 데이터 프로세서(150)를 포함할 수 있다. 송수신 안테나(130, 135)가 각각 기지국(105) 및 단말(110)에서 하나로 도시되어 있지만, 기지국(105) 및 단말(110)은 복수 개의 송수신 안테나를 구비하고 있다. 따라서, 본 발명에 따른 기지국(105) 및 단말(110)은 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 시스템을 지원한다. 또한, 본 발명에 따른 기지국(105)은 SU-MIMO(Single User-MIMO) MU-MIMO(Multi User-MIMO) 방식 모두를 지원할 수 있다.
기지국(105)에서 송신기(125) 및 수신기(190)는 하나의 송수신기로도 구현되어 대체될 수 있으며, 마찬가지로 단말(110)에서도 송신기(175) 및 수신기(140)는 하나의 송수신기로 구현되어 대체될 수 있다.
하향링크 상에서, 송신 데이터 프로세서(115)는 트래픽 데이터를 수신하고, 수신한 트래픽 데이터를 포맷하여, 코딩하고, 코딩된 트래픽 데이터를 인터리빙하고 변조하여(또는 심볼 매핑하여), 변조 심볼들("데이터 심볼들")을 제공한다. 심볼 변조기(120)는 이 데이터 심볼들과 파일럿 심볼들을 수신 및 처리하여, 심볼들의 스트림을 제공한다.
심볼 변조기(120)는, 데이터 및 파일럿 심볼들을 다중화하여 이를 송신기 (125)로 전송한다. 이때, 각각의 송신 심볼은 데이터 심볼, 파일럿 심볼, 또는 제로의 신호 값일 수도 있다. 각각의 심볼 주기에서, 파일럿 심볼들이 연속적으로 송신될 수도 있다. 파일럿 심볼들은 주파수 분할 다중화(FDM), 직교 주파수 분할 다중화(OFDM), 시분할 다중화(TDM), 또는 코드 분할 다중화(CDM) 심볼일 수 있다.
송신기(125)는 심볼들의 스트림을 수신하여 이를 하나 이상의 아날로그 신호들로 변환하고, 또한, 이 아날로그 신호들을 추가적으로 조절하여(예를 들어, 증폭, 필터링, 및 주파수 업 컨버팅(upconverting) 하여, 무선 채널을 통한 송신에 적합한 하향링크 신호를 발생시킨다. 그러면, 송신 안테나(130)는 발생된 하향링크 신호를 단말로 전송한다.
단말(110)의 구성에서, 수신 안테나(135)는 기지국으로부터의 하향링크 신호를 수신하여 수신된 신호를 수신기(140)로 제공한다. 수신기(140)는 수신된 신호를 조정하고(예를 들어, 필터링, 증폭, 및 주파수 다운컨버팅(downconverting)), 조정된 신호를 디지털화하여 샘플들을 획득한다. 심볼 복조기(145)는 수신된 파일럿 심볼들을 복조하여 채널 추정을 위해 이를 프로세서(155)로 제공한다.
또한, 심볼 복조기(145)는 프로세서(155)로부터 하향링크에 대한 주파수 응답 추정치를 수신하고, 수신된 데이터 심볼들에 대해 데이터 복조를 수행하여, (송신된 데이터 심볼들의 추정치들인) 데이터 심볼 추정치를 획득하고, 데이터 심볼 추정치들을 수신(Rx) 데이터 프로세서(150)로 제공한다. 수신 데이터 프로세서 (150)는 데이터 심볼 추정치들을 복조(즉, 심볼 디-매핑(demapping))하고, 디인터리빙(deinterleaving)하고, 디코딩하여, 전송된 트래픽 데이터를 복구한다.
심볼 복조기(145) 및 수신 데이터 프로세서(150)에 의한 처리는 각각 기지국(105)에서의 심볼 변조기(120) 및 송신 데이터 프로세서(115)에 의한 처리에 대해 상보적이다.
단말(110)은 상향링크 상에서, 송신 데이터 프로세서(165)는 트래픽 데이터를 처리하여, 데이터 심볼들을 제공한다. 심볼 변조기(170)는 데이터 심볼들을 수신하여 다중화하고, 변조를 수행하여, 심볼들의 스트림을 송신기(175)로 제공할 수 있다. 송신기(175)는 심볼들의 스트림을 수신 및 처리하여, 상향링크 신호를 발생시킨다. 그리고 송신 안테나(135)는 발생된 상향링크 신호를 기지국(105)으로 전송한다.
기지국(105)에서, 단말(110)로부터 상향링크 신호가 수신 안테나(130)를 통해 수신되고, 수신기(190)는 수신한 상향링크 신호를 처리되어 샘플들을 획득한다. 이어서, 심볼 복조기(195)는 이 샘플들을 처리하여, 상향링크에 대해 수신된 파일럿 심볼들 및 데이터 심볼 추정치를 제공한다. 수신 데이터 프로세서(197)는 데이터 심볼 추정치를 처리하여, 단말(110)로부터 전송된 트래픽 데이터를 복구한다.
단말(110) 및 기지국(105) 각각의 프로세서(155, 180)는 각각 단말(110) 및 기지국(105)에서의 동작을 지시(예를 들어, 제어, 조정, 관리 등)한다. 각각의 프로세서들(155, 180)은 프로그램 코드들 및 데이터를 저장하는 메모리 유닛(160, 185)들과 연결될 수 있다. 메모리(160, 185)는 프로세서(180)에 연결되어 오퍼레이팅 시스템, 어플리케이션, 및 일반 파일(general files)들을 저장한다.
프로세서(155, 180)는 컨트롤러(controller), 마이크로 컨트롤러(microcontroller), 마이크로 프로세서(microprocessor), 마이크로 컴퓨터(microcomputer) 등으로도 호칭될 수 있다. 한편, 프로세서(155, 180)는 하드웨어(hardware) 또는 펌웨어(firmware), 소프트웨어, 또는 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어를 이용하여 본 발명의 실시예를 구현하는 경우에는, 본 발명을 수행하도록 구성된 ASICs(application specific integrated circuits) 또는 DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays) 등이 프로세서(155, 180)에 구비될 수 있다.
한편, 펌웨어나 소프트웨어를 이용하여 본 발명의 실시예들을 구현하는 경우에는 본 발명의 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차 또는 함수 등을 포함하도록 펌웨어나 소프트웨어가 구성될 수 있으며, 본 발명을 수행할 수 있도록 구성된 펌웨어 또는 소프트웨어는 프로세서(155, 180) 내에 구비되거나 메모리(160, 185)에 저장되어 프로세서(155, 180)에 의해 구동될 수 있다.
단말과 기지국이 무선 통신 시스템(네트워크) 사이의 무선 인터페이스 프로토콜의 레이어들은 통신 시스템에서 잘 알려진 OSI(open system interconnection) 모델의 하위 3개 레이어를 기초로 제 1 레이어(L1), 제 2 레이어(L2), 및 제 3 레이어(L3)로 분류될 수 있다. 물리 레이어는 상기 제 1 레이어에 속하며, 물리 채널을 통해 정보 전송 서비스를 제공한다. RRC(Radio Resource Control) 레이어는 상기 제 3 레이어에 속하며 UE와 네트워크 사이의 제어 무선 자원들을 제공한다. 단말, 기지국은 무선 통신 네트워크와 RRC 레이어를 통해 RRC 메시지들을 교환할 수 있다.
본 발명에서 단말의 프로세서(155)와 기지국의 프로세서(180)는 각각 단말(110) 및 기지국(105)이 신호를 수신하거나 송신하는 기능을 제외한 그 이외의 신호 및 데이터를 처리하는 동작을 수행하지만, 설명의 편의를 위하여 이하에서 특별히 프로세서(155, 180)를 언급하지 않는다. 특별히 프로세서(155, 180)의 언급이 없더라도 신호를 수신하거나 송신하는 기능이 아닌 데이터 처리, 제어 등의 일련의 동작들을 수행한다고 할 수 있다.
TDD(Time division duplex) 시스템에서는, 특정 단말이 기지국으로부터 신호를 수신하는 동안에 주변에서 큰 신호의 세기로 상향링크 신호를 송신하는 다른 단말이 존재할 경우에는 상기 특정 단말이 기지국으로부터 신호를 제대로 수신할 수 없는 문제가 있다. 이러한 문제를 방지하기 위해 모든 셀이 하향링크와 상향링크 타이밍을 맞추어야 한다. 그러나, 셀의 크기에 따라 전송 지연이 존재하고 다르기 때문에, 기지국으로부터 멀리 있는 단말은 기지국까지 도달하는 시간을 고려해서 전송지연 시간만큼 빨리 송신할 필요가 있다. 이러한 전송지연 시간을 타이밍 어드밴스(Timing Advance, TA)라 한다.
결국 특정 지점에서 하향링크 신호와 상향링크 신호가 겹치지 않기 위해서는 하향링크 전송 지연 시간(TA)과 상향링크 타이밍 어드밴스(TA)를 합한 값인 2 TA 만큼의 보호시간(guard time) 혹은 보호 구간(guard interval)이 존재해야 한다. TDD 시스템에서는 이를 위해 셀 반경을 고려하여 보호시간(guard time)이 존재한다. 일 예로서 3GPP LTE 시스템에서는 약 0.5ms (75km 반경을 지원)의 보호시간이 존재한다.
그러나, 이러한 보호시간은 셀이 매우 큰 경우 셀 경계 지역에 있는 단말을 위해 필요하지만, 대부분의 TDD 시스템은 셀 반경이 작은 경우를 고려하고 있기 때문에 TDD 시스템에 이러한 보호시간을 설정해 두는 것은 자원을 상당한 낭비하는 결과를 초래한다. 이러한 자원 낭비의 문제점뿐만 아니라, 각 셀의 데이터 트래픽 특성상 따른 자유도를 부여하는 것이 필요한 데 각 셀들은 하향링크/상향링크(DL/UL) 비율이 일치해야 하기 때문에 새로운 TDD 프레임 구조를 설계하는 것이 필요하다. 이하에서는 본 발명에서 제안하는 새로운 TDD 프레임 구조에 대한 다양한 실시예들을 기술한다.
제 1 실시예: 셀 내의 단말의 위치를 고려한 TDD 프레임 구조 설계
본 발명의 제 1 실시예에 따른 TDD 프레임 구조는, 셀 내의 단말의 위치를 고려한 새로운 TDD 프레임 구조로서 기존의 TDD 프레임 구조의 문제점을 해결할 수 있다.
우선, 셀 내 단말의 대략적인 위치를 기지국이 알 경우 단말마다 사용 가능한 서브프레임을 조정하는 방식으로 보호시간을 전체적으로 두지 않고 프레임을 구성할 수 있다. 예를 들어, 셀 중앙에 있는 단말은 CP(Cyclic Prefix) 범위 내에서 하향링크 전송지연 시간 및 상향링크 전송지연 시간(2TA)가 커버되므로, 기지국과 가까운 셀 중앙에 위치한 단말들은 따로 보호시간을 주지 않아도 된다. 한편, 셀 경계에 위치한 단말은 하나의 상향링크 서브프레임을 사용하지 않도록 약속을 하면 보호시간 없이 구현 가능하다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 개선된 TDD 프레임 구조의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, TDD 프레임은 고정 하향링크 서브프레임 영역(고정 DL), 고정 상향링크 서브프레임 영역(고정 UL), 변동 하향링크/상향링크 서브프레임 영역(변동 DL/UL)을 포함할 수 있다.
각 셀마다 하향링크/상향링크 타이밍을 맞추어야 하는 것은 셀 경계에 위치한 단말 때문이므로, 상기 TDD 프레임 구조에서 셀 경계에 위치한 단말을 위한 고정 (하향링크/상향링크) 서브프레임 영역을 설정하고, 나머지는 유동적으로 셀마다 알아서 결정할 수 있도록 한 후, 변동 하향링크/상향링크 영역(이하, 변동 영역이라고 약칭)에 주로 셀 중앙에 위치한 단말을 스케줄링하면 셀마다 하향링크/상향링크 서브프레임 비율(하향링크 대 상향링크 서브프레임 개수 비율)을 정확히 맞출 필요가 없다.
또한, 변동 영역에 주로 셀 중앙에 위치한 단말을 스케줄링함으로써, 변동 영역에서는 주로 낮은 파워의 전송이 이루어질 것이기 때문에, 셀(즉, 셀 내 기지국)마다 알아서 변동 영역 내에서의 임의의 지점에서 하향링크/상향링크 스위칭 포인트를 결정하면 된다. 이처럼 변동 영역에는 주로 셀 중앙에 위치한 단말을 스케줄링해 줌으로써 기지국과 가까운 단말의 상향링크 전송 전력을 제한할 수 있다.
이와 같이, 단말의 위치를 고려하여 기지국 가까이에 위치한 단말들은 주로 변동 영역에서 스케줄링하도록 하고, 셀 경계에 위치한 단말에 대해서는 고정 하향링크/상향링크 영역에 스케줄링을 하며, 변동 영역에서 하향링크에서 상향링크로의 스위칭 포인트를 설정해 줌에 따라 기존의 보호시간 할당에 따른 많은 자원 낭비를 방지할 수 있다.
도 2에서는 고정 하향링크 서브프레임(고정 DL) 영역을 3개의 서브프레임, 고정 상향링크 서브프레임(고정 UL) 영역, 변동 영역(DL/UL)을 3개의 서브프레임으로 할당한 것을 예시하였으나, 각 영역 별로 할당된 서브프레임 개수는 변경될 수 있다.
제 2 실시예: 셀 반경과 단말의 위치를 고려한 단말-특정 TDD 프레임 구조 설계
도 3은 본 발명에 따른 제 2 실시예에 따른 단말 별로 특정한 프레임 구조의 일 예를 나타낸 도면이다.
예를 들어 TD-LTE(Time Division-Long Term Evolution)의 경우 1 프레임은 10ms이고, 1ms 서브프레임 마다 150km씩 커버리지 확징이 가능하다(0.5ms 서브프레임의 경우는 75km씩). 따로 스위칭 구간이 없는 CP 범위 내에서 사용 가능하다. LTE normal CP (약 5us) 이면 전송 지연 측면에서 약 1.4km 정도 되는데, 여러 가지 마진을 고려해도 약 400~500 m 정도의 반경을 커버할 수 있다.
단말은 자신의 TA를 기지국에 보고할 수 있는데, 이때 단말은 특정 값이 아니라 TA 범위만 정해주어 기지국에 보고할 수도 있다. 또는, TA를 기반으로 사용 불가능한 서브프레임의 개수를 기지국에 보고할 수도 있다. 이러한 보고는 TA가 사전에 정해진 임계치를 넘거나 그 이하로 줄어드는 경우 보고하거나, 혹은 주기적으로 보고할 수도 있다. 기지국은 단말로부터 보고받은 TA 관련 내용에 기초하여 단말을 스케줄링하고 타이밍을 조정한다. 또한, 기지국은 단말에게 이용가능한 서브프레임 개수에 대한 정보를 알려줄 수 있다.
도 3의 프레임 구조(310)에 예시한 바와 같이, 기지국은 셀 반경을 500m을 기준으로 TDD 프레임 구조를 설계할 수 있다. 즉, 첫 번째 서브프레임을 하향링크 서브프레임으로, 후속하는 5개의 서브프레임으로, 그리고 이어서 후속하는 4개의 서브프레임을 다시 하향링크 서브프레임으로 구성할 수 있다. 이 경우 셀 반경 500m 내외의 경우에는 비할당 영역이 존재하지 않는다. 따라서, 셀 반경 500m 내외에 위치한 단말에 대해서는 기지국은 프레임 구조(310)에 따라 스케줄링해 줄 수 있다.
또한, 도 3의 프레임 구조(320)는 TDD 프레임 구조가 반경 150km 내외까지 커버하는 경우를 도시하고 있다. 반경 150km 내외에 위치한 단말이 보고한 TA에 기초하여, 기지국은 첫 번째 상향링크 서브프레임 구간(321)을 비할당 영역으로 스케줄링할 수 있다. 이 경우 반경 150km 내외에 위치한 단말이 이용가능한 상향링크 서브프레임 개수는 4개로 줄어들었다.
또한, 도 3의 프레임 구조(330)는 TDD 프레임 구조가 반경 300km 내외까지 커버하는 경우를 도시하고 있다. 반경 300km 내외에 위치한 단말이 보고한 TA에 기초하여, 기지국은 첫 번째 상향링크 서브프레임 구간 및 두 번째 상향링크 서브프레임 구간(332, 333)을 비할당 영역으로 스케줄링할 수 있다. 이 경우 반경 300km 내외에 위치한 단말이 이용가능한 상향링크 서브프레임 개수는 3개로 줄어들었다.
이와 같이, 단말의 위치와 셀 반경을 고려하여 단말 별로 특정하게 TDD 프레임 구조를 가져갈 수 있도록 한다.
제 3 실시예: 제 2 실시예의 일반화
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 TDD 프레임 구조의 일 예를 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 제 3 실시예는 상기 제 2 실시예를 더욱 일반화 하여, 도 4의 TDD 프레임 구조(410, 420)과 같이 설계할 수 있다. 상기 제 2 실시예에 따른 프레임 구조(310, 320, 330)에서 고정 하향링크 서브프레임/상향링크 서브프레임 영역(고정 DL/UL)을 일 예로서 도 4에 도시한 바와 같이 배치하되, 나머지 영역은 기지국 마다 정하여 사용하도록 할 수 있다. 프레임 구조(410)과 같이, 첫 번째 서브프레임을 고정 하향링크 서브프레임으로 그리고 마지막 서브프레임을 고정 상향링크 서브프레임으로 고정 할당할 수 있다. 또한, 프레임 구조(420)과 같이, 고정 상향링크 서브프레임과 고정 하향링크 서브프레임을 인접하도록 할 수 있고, 일 예로서 고정 상향링크 서브프레임을 여섯 번째 서브프레임에 고정 하향링크 서브프레임을 일곱 번째 서브프레임에 할 수 있다.
고정 하향링크/상향링크 서브프레임 영역을 제외한 나머지 영역에 대해서는 단말마다 TA(timing advance)에 따라 적합하게 사용하도록 할 수 있다. 상향링크 서브프레임에서 하향링크 서브프레임으로 스위칭하는 경우에는 2 TA 만큼 지연이 존재하므로, 간섭이 존재하지 않는다.
한편, 기지국은 각 상향링크 서브프레임에 최대 송신 전력을 정해서, 거기에 해당하는 단말이 사용할 수 있도록 할 수 있다. 예를 들어, 하향링크 서브프레임 대 상향링크 서브프레임 비율(DL/UL)이 6:4인 경우, 4개의 상향링크 서브프레임에 전송 파워 제한(Tx power limit)를 정할 때, 고정 상향링크 서브프레임(고정 UL)은 셀 내에 정한 값(예를 들어, MAX = 20dBm)으로 하고, 나머지 상향링크 서브프레임에 대해서는 1dB 단위로 감쇠할 수 있다. 최대 MAX 20dBm 값은 기지국이 단말로 RRC(Radio Resource Control) 시그널링해 줄 있다.
상향링크 서브프레임에 대한 감쇠를 -3, -2, -1, 0으로 하면, 단말은 각각 17dBm, 18dBm, 19dBm, 20dBm로 각 서브프레임에서 송신이 가능해진다. 이러한 감쇠에 따른 값들은 기지국이 방송채널(BCH) 등을 통해 단말에 시그널링해 줄 수 있다.
각 상향링크 서브프레임에 최대 송신 전력을 제한하는 경우와 달리, 기지국은 단말의 현재 전송 전력 기준으로 허용 상향링크 서브프레임 개수를 1,2,3,4와 같이 알려줄 수도 있다.
그리고, 기지국들은 하향링크 서브프레임 대 상향링크 서브프레임(DL/UL) 비율 정보를 공유하여 이를 기반으로 최대 전송 전력 기준을 정할 수 있다. 예를 들어, 만일 주변 기지국이 모두 2개 이상의 상향링크 서브프레임을 사용하는 경우 마지막 2개의 상향링크 서브프레임을 최대 전력으로 사용할 수 있도록 설정할 수 있다. 또한, 특정 서브프레임에서 각 기지국 별로 하향링크 서브프레임으로 사용하는 비율이 높으면, 해당 특정 서브프레임에서의 전송 전력 제한을 크게 두도록 설정할 수도 있다.
이러한 개선된 TDD 프레임 구조는 이종망(HetNet)에서도 적용이 가능하다. 이종망에서 상기 도 4에서의 고정 영역을 제외한 나머지 영역에 대해서는 스몰 셀(small cell)은 매크로 셀(macro cell)의 TDD 프레임 설정을 참고하여 자신의 설정을 만들 수 있다. 매크로 셀에서의 상향링크 서브프레임 최대 전송 전력을 참고하여, 스몰 셀에서 해당 서브프레엠에서 하향링크로 전송 가능한 지를 확인할 수 있다. 또한, 매크로 셀에서 수신되는 하향링크 전송 파워에 따라 스몰 셀에서 해당 서브프레임에서 하향링크 또는 상향링크로 쓸 수 있는지를 확인할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 다양한 실시예에 따른 개선된 TDD 프레임 구조의 설계에 따라 각 셀 별로 자원을 효율적으로 사용할 수 있게 되며, 인접 셀(이종망포함)에서의 TDD 프레임 구조를 참고하여 스케줄링함으로써 효율적인 통신이 가능해진다.
이상에서 설명된 실시예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들이 소정 형태로 결합된 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려되어야 한다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시예를 구성하는 것도 가능하다. 본 발명의 실시예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다. 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있음은 자명하다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
무선통신 시스템에서 기지국이 TDD(Time Division Duplex) 프레임 구조를 이용하여 신호를 송수신하는 방법은 3GPP LTE, LTE-A, IEEE 802 등 다양한 통신 시스템에서 산업상으로 이용가능하다.

Claims (10)

  1. 무선통신 시스템에서 기지국이 TDD(Time Division Duplex) 프레임 구조를 이용하여 신호를 송수신하는 방법에 있어서,
    상기 TDD 프레임 구조에 따른 TDD 프레임을 이용하여 신호를 송수신하는 단계를 포함하되,
    상기 TDD 프레임은 고정 하향링크 서브프레임 영역, 고정 상향링크 서브프레임 영역, 및 하향링크 서브프레임 또는 상향링크 서브프레임으로 변경가능한 변경 영역을 포함하고,
    상기 TDD 프레임은 셀 내 단말의 위치를 고려하여 상기 단말에게 상기 고정 하향링크 서브프레임 영역, 상기 고정 상향링크 서브프레임 영역 및 상기 변경 영역 중 적어도 하나가 할당되도록 구성되며, 상기 할당된 영역을 통해 상기 단말과 신호를 송수신하는 것을 특징으로 하는, 신호 송수신 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 단말이 셀 경계에 위치한 경우에는 상기 단말에게 상기 TDD 프레임 중 상기 고정 하향링크 서브프레임 영역 및 상기 고정 상향링크 서브프레임 영역을 할당하는, 신호 송수신 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 단말이 상기 기지국과 가까운 셀 중앙에 위치한 경우에는 상기 단말에게 상기 TDD 프레임 중 상기 변동 영역을 할당하는, 신호 송수신 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    하향링크 서브프레임에서 상향링크 서브프레임으로의 스위칭 포인트는 상기 변동 영역에 할당하는, 신호 송수신 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 TDD 프레임에서 상기 영역들은 상기 고정 하향링크 서브프레임 영역, 상기 변동 영역 그리고 상기 고정 상향링크 서브프레임 영역 순서로 위치하는, 신호 송수신 방법.
  6. 무선통신 시스템에서 단말이 TDD(Time Division Duplex) 프레임 구조를 이용하여 신호를 전송하는 방법에 있어서,
    상기 TDD 프레임 구조에 따른 TDD 프레임 중 할당된 영역을 이용하여 신호를 송수신하는 단계를 포함하되,
    상기 TDD 프레임은 고정 하향링크 서브프레임 영역, 고정 상향링크 서브프레임 영역, 및 하향링크 서브프레임 또는 상향링크 서브프레임으로 변경가능한 변경 영역을 포함하고,
    상기 단말은 상기 단말의 위치를 고려하여 할당받은 상기 고정 하향링크 서브프레임 영역, 상기 고정 상향링크 서브프레임 영역 및 상기 변경 영역 중 적어도 하나의 영역을 통해 신호를 송수신하는 것을 특징으로 하는, 신호 송수신 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 단말이 셀 경계에 위치한 경우에는 상기 단말에게 상기 TDD 프레임 중 상기 고정 하향링크 서브프레임 영역 및 상기 고정 상향링크 서브프레임 영역이 할당되는, 신호 송수신 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 단말이 상기 기지국과 가까운 셀 중앙에 위치한 경우에는 상기 단말에게 상기 TDD 프레임 중 상기 변동 영역이 할당되는, 신호 송수신 방법.
  9. 무선통신 시스템에서 TDD(Time Division Duplex) 프레임 구조를 이용하여 신호를 송수신하는 기지국에 있어서,
    송수신기; 및
    프로세서를 포함하되,
    상기 프로세서는 상기 송수신기가 상기 TDD 프레임 구조에 따른 TDD 프레임을 이용하여 신호를 송수신하도록 제어하며,
    상기 TDD 프레임은 고정 하향링크 서브프레임 영역, 고정 상향링크 서브프레임 영역, 및 하향링크 서브프레임 또는 상향링크 서브프레임으로 변경가능한 변경 영역을 포함하고,
    상기 TDD 프레임은 셀 내 단말의 위치를 고려하여 상기 단말에게 상기 고정 하향링크 서브프레임 영역, 상기 고정 상향링크 서브프레임 영역 및 상기 변경 영역 중 적어도 하나가 할당되도록 구성되며,
    상기 프로세서는 상기 할당된 영역을 통해 상기 단말과 신호를 송수신하도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 기지국.
  10. 무선통신 시스템에서 TDD(Time Division Duplex) 프레임 구조를 이용하여 신호를 전송하는 단말에 있어서,
    송수신기; 및
    프로세서를 포함하되,
    상기 프로세서는 상기 송수신기가 상기 TDD 프레임 구조에 따른 TDD 프레임 중 할당된 영역을 이용하여 신호를 송수신하도록 제어하며,
    상기 TDD 프레임은 고정 하향링크 서브프레임 영역, 고정 상향링크 서브프레임 영역, 및 하향링크 서브프레임 또는 상향링크 서브프레임으로 변경가능한 변경 영역을 포함하고,
    상기 프로세서는 상기 단말의 위치를 고려하여 할당받은 상기 고정 하향링크 서브프레임 영역, 상기 고정 상향링크 서브프레임 영역 및 상기 변경 영역 중 적어도 하나의 영역을 통해 신호를 송수신하도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 단말.
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