KR20180049967A - 셀룰라 통신 시스템의 동기 신호 송수신 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 개시는 LTE와 같은 4G 통신 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 5G 또는 pre-5G 통신 시스템에 관련된 것이다.
본 발명은 무선통신 시스템에 대한 것으로서, 보다 구체적으로 차세대 이동 통신에서 요구하는 다양한 요구사항 및 운영 시나리오를 하나의 통합된 시스템에서 만족시키기 위해 복수의 서브캐리어 간격 값을 지원하는 경우 효율적으로 초기 동기를 수행하게 하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 방법은, 단말의 초기 접속을 위한 신호 송신 방법으로, 시스템 운영에 필요한 동기 신호와 마스터 정보 블록(Master Information Block, MIB) 및 시스템 정보 블록(System Information Block, SIB)을 미리 설정된 동일한 주파수 영역에 매핑하는 단계; 및 상기 매핑된 정보를 송신하는 단계;를 포함할 수 있다.

Description

셀룰라 통신 시스템의 동기 신호 송수신 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR TRANSMITTING AND RECEIVING SYNCHRONIZATION SIGNALS IN CELLULAR COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 무선통신 시스템에 대한 것으로서, 보다 구체적으로 차세대 이동 통신에서 요구하는 다양한 요구사항 및 운영 시나리오를 하나의 통합된 시스템에서 만족시키기 위해 복수의 서브캐리어 간격 값을 지원하는 경우 효율적으로 초기 동기를 수행하게 하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.

4G 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템은 4G 네트워크 이후 (Beyond 4G Network) 통신 시스템 또는 LTE 시스템 이후 (Post LTE) 시스템이라 불리어지고 있다.

높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파(mmWave) 대역 (예를 들어, 60기가(60GHz) 대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서의 전파의 경로손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO), 전차원 다중입출력(Full Dimensional MIMO: FD-MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beam-forming), 및 대규모 안테나 (large scale antenna) 기술들이 논의되고 있다.

또한 시스템의 네트워크 개선을 위해, 5G 통신 시스템에서는 진화된 소형 셀, 개선된 소형 셀 (advanced small cell), 클라우드 무선 액세스 네트워크 (cloud radio access network: cloud RAN), 초고밀도 네트워크 (ultra-dense network), 기기 간 통신 (Device to Device communication: D2D), 무선 백홀 (wireless backhaul), 이동 네트워크 (moving network), 협력 통신 (cooperative communication), CoMP (Coordinated Multi-Points), 및 수신 간섭제거 (interference cancellation) 등의 기술 개발이 이루어지고 있다.

이 밖에도, 5G 시스템에서는 진보된 코딩 변조(Advanced Coding Modulation: ACM) 방식인 FQAM (Hybrid FSK and QAM Modulation) 및 SWSC (Sliding Window Superposition Coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC(Filter Bank Multi Carrier), NOMA(non orthogonal multiple access), 및SCMA(sparse code multiple access) 등이 개발되고 있다.

무선 통신 시스템은 초기의 음성 위주의 서비스를 제공하던 것에서 벗어나 예를 들어, 3GPP의 HSPA(High Speed Packet Access), LTE(Long Term Evolution 혹은 E-UTRA(Evolved Universal Terrestrial Radio Access)), LTE-Advanced(LTE-A), LTE-Pro, 3GPP2의 HRPD(High Rate Packet Data), UMB(Ultra Mobile Broadband), 및 IEEE의 802.16e 등의 통신 표준과 같이 고속, 고품질의 패킷 데이터 서비스를 제공하는 광대역 무선 통신 시스템으로 발전하고 있다.

상기 광대역 무선 통신 시스템의 대표적인 예로, LTE 시스템에서는 하향링크(Downlink; DL)에서는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식을 채용하고 있고, 상향링크(Uplink; UL)에서는 SC-FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access) 방식을 채용하고 있다. 상향링크는 단말(UE(User Equipment) 혹은 MS(Mobile Station))이 기지국(eNode B, 혹은 base station(BS))으로 데이터 혹은 제어신호를 전송하는 무선링크를 뜻하고, 하향링크는 기지국이 단말로 데이터 혹은 제어신호를 전송하는 무선링크를 뜻한다. 상기와 같은 다중 접속 방식은, 통상 각 사용자 별로 데이터 혹은 제어정보를 실어 보낼 시간-주파수 자원을 서로 겹치지 않도록, 즉 직교성(Orthogonality)이 성립하도록, 할당 및 운용함으로써 각 사용자의 데이터 혹은 제어정보를 구분한다.

5 세대 무선 셀룰러 통신시스템(5^th Generation Wireless Cellular Communication System: 5G 통신시스템)에서는 사용자의 다양한 요구 사항 및 서비스를 만족시키기 위해 하나의 시스템에서 서로 다른 송수신 기법, 송수신 파라미터를 갖는 다양한 서비스를 지원이 필요하다. 또한 5G 통신시스템은 향후에 제공될 새로운 통신 서비스 및 어플리케이션이 현재 시스템의 설계사항에 따라 제약 사항이 발생하지 않도록 향후 호환성(Forward compatibility)을 제공할 수 있어야 한다. 이와 같은 5G의 설계 요구사항을 기반으로 각기 다른 송수신 기법 및 송수신 파라미터를 지원하는 단말들을 위한 단일화된 효율적인 초기 접속 방안을 제공해야 할 필요가 있다. 또한, 향후 호환성을 고려하여, 초기 접속을 위한 신호 전송에 의해 향후 호환성(forward compatibility)이 제한되지 않도록 초기 접속 신호를 설계할 필요가 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 방법은, 단말의 초기 접속을 위한 신호 송신 방법으로, 시스템 운영에 필요한 동기 신호와 마스터 정보 블록(Master Information Block, MIB) 및 시스템 정보 블록(System Information Block, SIB)을 미리 설정된 동일한 주파수 영역에 매핑하는 단계; 및 상기 매핑된 정보를 송신하는 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명은 서로 다른 송수신 기법, 송수신 파라미터를 갖는 서비스를 지원하고, 향후 호환성을 고려하여 설계된 5G 시스템에서 단말이 효율적으로 초기 접속을 수행할 수 있다.

도 1은 5G 통신시스템에서 고려되는 서비스들이 하나의 시스템으로 전송되는 경우 자원의 할당 예를 도시하는 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 OFDM을 사용하는 5G 통신 시스템에서 서로 다른 서브캐리어 간격을 사용하는 경우에 대한 예시를 보여주는 도면이다.
도 3은 5G 통신시스템에서 향후 호환성을 고려하기 위해 5G 통신시스템의 시간-주파수 자원 영역을 향후 서비스를 위해 할당한 경우를 예시한 도면이다.
도 4는 5G 통신시스템에서 본 발명의 제1실시 예에 따른 향후 호환성을 고려했을 때 단말의 초기 접속 시 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시 예에 따라 동기 신호가 전송될 수 있는 주파수 위치에 따라 다른 서브캐리어 간격을 갖는 동기 신호가 전송되는 예를 도시한 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 각각 동기 신호 전송을 위해 고려되고 있는 시간영역 다중화와 주파수 영역 다중화를 예시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 기지국 송신부의 기능적 블록 구성도이다.
도 8은 본 발명에 따른 단말 수신부의 기능적 블록 구성도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 다양한 실시 예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면들에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 이하에 첨부된 본 발명의 도면은 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공되는 것으로, 본 발명의 도면에 예시된 형태 또는 배치 등에 본 발명이 제한되지 않음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 하기의 설명에서는 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

이하에서는 LTE 이후의 향후 통신 시스템으로서, 즉, 5G 통신시스템에 대하여 살펴보기로 한다. 5G 통신시스템은 사용자 및 서비스 제공자 등의 다양한 요구 사항을 자유롭게 반영할 수 있어야 하기 때문에 다양한 요구사항을 만족하는 서비스가 지원되어야 한다. 5G 통신시스템을 위해 고려되는 서비스로는 증가된 모바일 광대역 통신(enhanced Mobile Broadband: eMBB), 대규모 기계형 통신(massive machine type communication: mMTC), 초신뢰 저지연 통신(Ultra Reliability Low Latency Communciation: URLLC) 등이 있다.

eMBB는 기존의 LTE, LTE-A 또는 LTE-Pro가 지원하는 데이터 전송 속도보다 더욱 향상된 데이터 전송 속도를 제공하는 것을 목표로 한다. 예를 들어, 5G 통신시스템에서 eMBB는 하나의 기지국 관점에서 하향링크에서는 20Gbps 최대 전송 속도(peak data rate), 상향링크에서는 10Gbps의 최대 전송 속도를 제공할 수 있어야 한다. 동시에, 증가된 단말의 실제 체감 전송 속도(User perceived data rate)를 제공해야 한다. 이와 같은 요구 사항을 만족시키기 위해, 더욱 향상된 다중 입력 다중 출력(Multi Input Multi Output: MIMO) 전송 기술을 포함하여 송수신 기술의 향상을 요구한다. 또한 현재의 LTE가 사용하는 2GHz 대역 대신에 3~6GHz 또는 6GHz 이상의 주파수 대역에서 20MHz 보다 넓은 주파수 대역폭을 사용함으로써 5G 통신시스템에서 요구하는 데이터 전송 속도를 만족시킬 수 있다.

동시에, 5G 통신시스템에서 사물 인터넷(Internet of Thing: IoT)과 같은 응용 서비스를 지원하기 위해 mMTC가 고려되고 있다. mMTC는 효율적으로 사물 인터넷을 제공하기 위해 셀 내에서 대규모 단말의 접속 지원, 단말의 커버리지 향상, 향상된 배터리 시간, 단말의 비용 감소 등이 요구된다. 사물 인터넷은 여러 가지 센서 및 다양한 기기에 부착되어 통신 기능을 제공하므로 셀 내에서 많은 수의 단말(예를 들어, 1,000,000 단말/km2)을 지원할 수 있어야 한다. 또한 mMTC를 지원하는 단말은 서비스의 특성상 건물의 지하와 같이 셀이 커버하지 못하는 음영지역에 위치할 가능성이 높으므로 5G 통신시스템에서 제공하는 다른 서비스 대비 더욱 넓은 커버리지를 요구한다. mMTC를 지원하는 단말은 저가의 단말로 구성되어야 하며, 단말의 배터리를 자주 교환하기 힘들기 때문에 매우 긴 배터리 생명시간(battery life time)이 요구된다.

마지막으로, URLLC의 경우, 특정한 목적(mission-critical)으로 사용되는 셀룰러 기반 무선 통신 서비스로서, 로봇(Robot) 또는 기계 장치(Machinery)에 대한 원격 제어(remote control), 산업 자동화(industrial automation), 무인 비행장치(Unmaned Aerial Vehicle), 원격 건강 제어(Remote health care), 비상 상황 알림(emergency alert) 등에 사용되는 서비스로서, 초 저지연 및 초 신뢰도를 제공하는 통신을 제공해야 한다. 예를 들어, URLLC을 지원하는 서비스는 0.5 밀리초보다 작은 무선 접속 지연시간(Air interface latency)를 만족해야 하며, 동시에 10^-5 이하의 패킷 오류율(Packet Error Rate)의 요구사항을 갖는다. 따라서, URLLC을 지원하는 서비스를 위해 5G 시스템은 다른 서비스보다 작은 전송 시간 구간(Transmit Time Interval: TTI)을 제공해야 하며, 동시에 주파수 대역에서 넓은 리소스를 할당해야 하는 설계사항이 요구된다.

상기에서 전술한 5G 통신시스템에서 고려되는 서비스들은 하나의 프레임워크(Framework) 기반으로 서로 융합되어 제공되어야 한다. 즉, 효율적인 리소스 관리 및 제어를 위해 각 서비스들이 독립적으로 운영되기 보다는 하나의 시스템으로 통합되어 제어되고 전송되는 것이 바람직하다.

도 1은 5G 통신시스템에서 고려되는 서비스들이 하나의 시스템으로 전송되는 경우 자원의 할당 예를 도시하는 도면이다.

도 1에서 5G 통신시스템이 사용하는 주파수-시간 축에서 정의된 자원(Resource, 이하 리소스라 함)은 주파수 축과 시간 축에 매핑될 수 있다. 주파수-시간 축에 매핑된 리소스는 주파수 축에서 복수개의 리소스 블록(Resource Block: RB) 단위로 구성되며, 시간 축에서는 연속된 서브프레임(subframe)으로 구성된다. 여기서, RB라 함은 LTE와 유사하게 OFDM을 구성하는 복수개의 서브캐리어(subcarrier)로 구성되는 주파수 영역에서 스케줄링의 최소 단위를 나타낸다. 또한, 여기서 서브프레임이라 함은 LTE와 유사하게 복수개의 OFDM 심볼로 구성된 시간 영역에서 스케줄링의 최소 단위를 나타낸다. 도 1에서는 5G 통신시스템이 하나의 프레임워크 안에서 eMBB(104), mMTC(105), URLLC(106)에 필요한 주파수 및 시간 자원을 운영하는 것을 예시하였다.

또한 5G 통신시스템에서 추가적으로 고려될 수 있는 서비스로서, 셀룰러 기반에서 방송 서비스를 제공하기 위한 증강된 이동 방송/멀티캐스트 서비스(enhanced Mobile Broadcast/Multicast Service: eMBMS, 107)를 고려할 수 있다. eMBB, mMTC, URLLC, eMBMS등, 5G 통신시스템에서 고려되는 서비스들은 5G 통신시스템이 운영하는 하나의 시스템 주파수 대역폭 내에서 시분할 다중화(Time-Division Multiplexing: TDM) 또는 주파수 분할 다중화(Frequency Division Multiplexing: FDM)를 통해 다중화되어 전송될 수 있으며, 또한 공간분할 다중화(Spatial Division Multiplexing)도 고려될 수 있다.

eMBB(104)의 경우, 상기에서 전술한 증가된 데이터 전송 속도를 제공하기 위해 특정 임의의 시간에 최대의 주파수 대역폭을 점유하여 전송하는 것이 바람직하다. 즉, 단말에게 데이터를 전송하기 위해 가능한 많은 RB를 할당하는 것이 바람직하다. 따라서, eMBB(104) 서비스의 경우 다른 서비스와 시스템이 제공하는 주파수-시간 리소스 내에서 TDM 되어 전송되는 것이 바람직하나, 다른 서비스들의 필요에 따라 상기 다른 서비스들과 시스템이 제공하는 주파수-시간 리소스 내에서 FDM되는 것도 고려할 수 있다.

mMTC(105)의 경우, 다른 서비스들과 달리 넓은 커버리지를 확보하기 위해 증가된 전송 구간이 요구되며, 전송 구간 내에서 동일한 패킷을 반복 전송함으로써 커버리지를 확보할 수 있다. 동시에 단말의 복잡도 및 단말 가격을 줄이기 위해 단말이 수신할 수 있는 전송 대역폭에 제한이 발생한다. 이와 같은 요구사항을 고려했을 때 mMTC(105)은 5G 통신 시스템이 제공하는 주파수-시간 리소스 내에서 다른 서비스들과 FDM되어 전송되는 것이 바람직하다.

URLLC(106)은 서비스가 요구하는 초 저지연 요구 사항을 만족시키기 위해 다른 서비스들과 비교했을 때 짧은 전송 시간 구간(Transmit Time Interval: TTI)을 갖는 것이 바람직하다. 동시에, 초신뢰 요구사항을 만족하기 위해서는 낮은 부호화율(coding rate)을 가져야 하므로, 주파수 측에서 넓은 대역폭을 갖는 것이 바람직하다. 이와 같은 URLLC(106)의 요구사항을 고려했을 때, URLLC(106)은 5G 통신시스템의 주파수-시간 리소스 내에서 다른 서비스들과 TDM되는 것이 바람직하다.

상기에서 전술한 각 서비스들은 각 서비스들이 요구하는 요구사항을 만족시키기 위해 서로 다른 송수신 기법 및 송수신 파라미터를 가질 수 있다. 예를 들어 각각의 서비스는 각 서비스 요구사항에 따라 다른 Numerology를 가지는 것을 고려할 수 있다. 여기서 Numerology는 직교 다중 주파수 다중화 (Orthogonal Frequency Division Multiplexing: OFDM) 또는 직교 다중 주파수 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access: OFDMA) 기반의 통신 시스템에서 순환 전치(Cyclic Prefix: CP) 길이, 서브캐리어 간격(Subcarrier spacing), OFDM 심볼의 길이, 전송 구간 길이(TTI) 등을 포함한다. 상기의 서비스들 간에 서로 다른 Numerology를 갖는 예로서, eMBMS(107)은 다른 서비스에 비해 긴 CP 길이를 가질 수 있다. eMBMS(107)는 방송 기반의 상위 트래픽을 전송하므로, 모든 셀에서 동일한 데이터를 전송할 수 있다. 이때 단말 입장에서 복수개의 셀에서 수신되는 신호가 CP 길이 이내로 도달한다면, 단말은 이 신호들을 모두 수신하여 복호할 수 있기 때문에 단일 주파수 네트워크 다이버시티(Single Frequency Network Diversity : SFN Diversity) 이득을 얻을 수 있게 되어 셀 경계에 위치한 단말도 커버리지 제약 없이 방송 정보를 수신할 수 있는 장점이 있다.

하지만 5G 통신시스템에서 eMBMS(107)를 지원하는데 있어 CP 길이가 다른 서비스에 비해 상대적으로 길 경우에는 CP 오버헤드에 의한 낭비가 발생하므로, 동시에 다른 서비스에 비해 긴 OFDM 심볼 길이가 요구되며, 이는 동시에 다른 서비스에 비해 더욱 좁은 서브캐리어 간격을 요구하게 된다.

또한, 5G 통신 시스템에서 서비스들 간에 다른 Numerology가 사용되는 예로서, URLLC(106)의 경우, 다른 서비스에 비해 작은 TTI가 요구됨에 따라 더욱 짧은 OFDM 심볼 길이가 요구될 수 있으며, 동시에 더욱 넓은 서브캐리어 간격을 요구할 수 있다.

이상에서 살핀 바와 같이 각 서비스들마다 서로 다른 요구사항으로 인해, 5G 통신 시스템은 물리 신호 및 물리 채널의 전송을 위해 복수의 서브캐리어 간격을 지원해야 한다. 동시에 초기 동기 신호 전송 측면에서도 다양한 서브캐리어 간격을 사용하는 것이 유리하다.

도 2a 및 도 2b는 OFDM을 사용하는 5G 통신 시스템에서 서로 다른 서브캐리어 간격을 사용하는 경우에 대한 예시를 보여주는 도면이다.

도 2a는 15 kHz 서브캐리어 간격을 갖는 경우 시간-주파수 축에서 OFDM을 구성하는 서브캐리어의 구조를 예시하고 있으며, 도 2b는 30 kHz 서브캐리어 간격을 갖는 경우의 시간-주파수 축에서 OFDM을 구성하는 서브캐리어의 구조를 도시하는 도면이다. 도 2a와 도 2b를 대비하여 살펴볼 때, 15 kHz 서브캐리어 간격을 갖는 도 2a의 경우 하나의 서브캐리어(203)의 간격 (204)은 도 2b와 같이 30kHz 서브캐리어 간격을 갖는 경우의 하나의 서브캐리어(206)의 간격(207) 보다 1/2배 작은 주파수를 차지한다. 동시에 도 2a의 15 kHz 서브캐리어 간격을 갖는 경우 OFDM 심볼의 주기(205)는 도 2b의 30kHz 서브캐리어 간격을 갖는 경우의 OFDM 심볼 주기(208) 보다 2배 긴 시간 주기를 갖는다.

도 2b와 같이 동기 신호의 서브캐리어 간격이 넓으면, 단말의 셀 탐색을 하는 과정에서 주파수 옵셋 및 도플러 영향에 강건한 장점이 있다. 또한 소형 셀 상황에서 서브캐리어 간격이 넓으면 동기 신호의 시간 주기를 짧게 만들 수 있어 리소스 오버헤드를 작게 유지할 수 있는 장점이 있다. 반면에 도 2a와 같이 동기 신호의 서브캐리어 간격이 좁으면, 동기 신호를 구성하는 OFDM 심볼의 주기가 길기 때문에 동기 신호 전송을 위한 전송 전력을 더 사용할 수 있고 따라서 더욱 넓은 커버리지를 확보할 수 있는 장점이 있다. 또한 동기 신호의 서브캐리어 간격은 같은 시스템 전송 대역폭 내에서 데이터 전송에 사용하는 서브캐리어 간격에 따라 결정될 수 있다.

한편, 하나의 OFDM 시스템에 내에서 다른 서브캐리어 간격을 사용할 경우, 기지국은 동기 신호와 데이터 사이에 다른 서브캐리어 간격을 사용함으로써 발생하는 상호 간섭을 최소화하기 위해 아날로그 및 디지털 필터를 추가적으로 구현해야 하는 필요가 있다. 또한 신호 생성을 위한 역고속 퓨리에 변환기(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT)를 복수개 구현해야 하는 요구사항이 존재한다. 따라서 동기 신호 전송을 위한 서브캐리어 간격은 데이터 서브캐리어와 동일한 서브캐리어 간격을 사용하는 것이 유리할 수 있다. 따라서 본 발명에서는 기지국이 운영되는 상황에 따라 적절하게 동기 신호의 서브캐리어의 간격을 결정할 수 있다고 가정하고 이에 따라 요구되는 기술을 제안한다.

상기에서는 5G 통신 시스템의 다양한 요구사항을 만족시키기 위해 다양한 서비스의 필요성을 기술하고, 대표적으로 고려되고 있는 서비스들에 대한 요구사항을 기술하였다. 동시에 5G 통신시스템에서는 향후에 추가적으로 필요한 서비스의 제공을 위해 향후 호환성(forward compatibility)을 위한 기술들이 고려되어야 한다. 초기 LTE 표준화 단계에서는 향후 호환성에 대한 고려가 미비했기 때문에, LTE 프레임워크 내에서 새로운 서비스를 제공하는 데 있어 제약 사항이 발생할 수 있다. 예를 들어, LTE release-13에서 적용되었던 eMTC(enhanced Machine Type Communication)의 경우, 단말의 복잡도 절감을 통해 단말의 가격을 줄이기 위해 서빙 셀(Serving Cell)이 제공하는 시스템 전송대역폭(System Bandwidth)에 관계없이 1.4MHz에 해당하는 주파수에서만 통신이 가능하다. 따라서 eMTC를 지원하는 단말은 기존의 시스템 전송대역폭의 전 대역에서 전송되는 물리 하향링크 제어 채널(Physical Downlink Control Channel: PDCCH)를 수신할 수 없으므로, PDCCH가 전송되는 시간 구간(Time interval)에서는 신호를 수신할 수 없는 제약 사항이 발생되었다. 따라서, 5G 통신시스템 이후의 고려되는 서비스가 5G 통신시스템과 효율적으로 공존하면서 동작하도록 5G 통신시스템이 설계되어야 한다. 5G 통신시스템에서 향후 호환성을 위해서는 향후 고려되어야 하는 서비스들이 5G 통신시스템에서 지원하는 시간-주파수 자원 영역에서 자유롭게 전송될 수 있도록, 리소스 자원을 자유롭게 할당하고 전송할 수 있어야 한다.

도 3은 5G 통신시스템에서 향후 호환성을 고려하기 위해 5G 통신시스템의 시간-주파수 자원 영역을 향후 서비스를 위해 할당한 경우를 예시한 도면이다.

도 3에서 5G 통신시스템을 위한 시간-주파수 자원영역(301)들은 하나의 라디오프레임(Radio Frame, 302)과 5G 통신시스템이 지원하는 시스템 전송대역폭(303) 내에서 매핑될 수 있다. 하나의 패킷을 전송하는 기본 전송 단위인 전송 시간 구간(TTI, 304)은 하나의 라디오 프레임(302)안에서 복수개가 존재할 수 있으며, 본 발명에서는 일 예로 하나의 라디오 프레임(302)내에서 10개의 TTI(304)가 존재하는 구성을 예시하였다. 도 3에서 예시한 바와 같이 향후 서비스에 대한 호환성을 위해, 향후 고려될 서비스에 대한 TDM 방식의 자원 할당 또는 FDM 방식의 자원 할당을 고려할 수 있다. 도 3에서 특정 TTI 305 및 306은 TDM 방식으로 향후 서비스를 위해 할당하는 방식을 예시하였다. 또한 도 3에서 특정 주파수 자원 307은 FDM 방식으로 향후 서비스를 위해 할당하는 방식을 예시하였다. 도 3에서 도시하지는 않았지만, 5G 통신시스템에서는 TDM/FDM의 조합으로 구성되는 리소스 자원을 향후 서비스를 위해 할당할 수도 있다. 즉 향후 서비스는 시간과 주파수 영역에서 모두 제한된 리소스만 사용하도록 자원을 할당할 수 있다. 도 3에서 TDM 방식의 시간 자원(305, 306)을 향후 고려되는 서비스에 할당하고, 현재 5G 통신시스템에서 제공하는 다른 서비스들과 TDM으로 공존하는 방식은 향후에 고려되는 서비스가 광대역에서 상대적으로 높은 데이터 전송 속도와 적은 전송 지연 시간이 요구되는 서비스에 적합한 방식으로 고려되고 있다.

반면에, 도 3에서 FDM 방식의 주파수 자원(307)을 향후 고려되는 서비스에 할당하고, 현재 5G 통신시스템에서 제공하는 다른 서비스들과 TDM으로 공존하는 방식을 향후 고려되는 서비스가 협대역(Narrowband) 전송이 요구되는 경우, 전송 지연에 대한 요구사항이 상대적으로 민감하지 않은 경우, 상대적으로 넓은 커버리지를 요구하는 경우, 마지막으로 낮은 데이터 전송 속도를 요구하지만 끊김 없는 통신 자원을 요구하는 경우에 적합한 방식으로 고려되고 있다.

5G 통신시스템에서 향후에 고려될 서비스와 기존의 서비스 간에 FDM으로 다중화가 될 경우, 하기와 같은 사항이 고려되어야 한다.

첫 번째로, 5G 통신시스템에서 항상 전 대역으로 전송되는 물리 채널이나, 채널 등화나 동기화를 전송되는 기준신호가 존재할 경우에는 향후에 고려될 서비스와 기존의 서비스 간에 FDM 기반의 다중화가 어렵다. 즉, 현재 LTE에서 매 전송단위마다 전 대역에서 전송되는 신호의 예로서 채널 등화나 동기화를 위해 전송되는 셀 특정 기준신호(Cell-specific Reference Signal: CRS) 또는 물리 하향링크 제어 신호 등을 예로 들 수 있다. 이와 같은 신호는 항상 전 대역으로 전송되고, 단말은 해당 신호를 통해 채널 등화, 동기화 및 상, 하향링크 스케줄링 등 기본적인 동작을 수행하기 때문에 현재 LTE에서는 이러한 신호나 물리 채널을 전송하지 않고 특정 주파수 영역만을 별도로 다른 목적으로 사용하는 것이 어렵다. 따라서 5G 통신 시스템에서는 모든 물리 채널이나 기준 신호는 전 대역을 사용하지 않고, 임의의 주파수 대역에서만 전송되도록 고려될 수 있다.

두 번째로, 5G 통신시스템에서 향후 서비스를 위해 고려되는 서비스가 시스템 운영에 필요한 신호 또는 물리 채널과 중첩될 가능성이 존대할 수 있다. 즉, 향후 서비스를 위한 주파수 자원의 할당 시, 셀 내의 단말의 셀 탐색, 동기화 및 초기 접속을 위해 전송되는 동기 신호, 마스터 정보 블록(Master Information Block: MIB) 및 시스템 정보 블록(System Information Block: SIB) 등이 중첩될 가능성이 존재할 수 있다. 예를 들어, LTE 시스템에서와 같이 동기 신호, MIB 및 SIB가 시스템 전송 대역폭 내의 중간에 해당하는 특정 주파수 영역(LTE의 경우 시스템 전송대역폭의 중간에 위치한 6개의 리소스 블록)에서 고정되어 전송될 경우, 해당 주파수 자원에서는 향후 서비스에 대한 호환성을 고려할 수 없다. 즉 5G 통신시스템 이후에 고려되는 서비스는 시스템 전송 대역폭 중간에 위치하는 주파수 자원에서는 전송할 수 없는 문제가 발생할 수 있다. 다시 말하면, LTE와 유사하게 5G 통신시스템에서 시스템 운영에 필요한 동기 신호, MIB(Master Information Block) 및 SIB(System Information Block)이 시스템 전송 대역폭 내에서 고정된 주파수 자원을 사용한다고 하면, 5G 통신시스템에서 향후 호환성 측면에서 제약이 발생하게 된다.

상기에서 전술한 바와 같이 본 발명에서는 다양한 요구사항을 만족시키는 동시에 향후 호환성을 제공해야 하는 5G 통신시스템을 설계하는 데에 있어, 효율적인 초기 접속 과정을 제안하다.

상세하게 5G 통신시스템에서 다양한 요구사항을 만족시키기 위해 각 서비스들이 다른 Numerology와 전송 파라미터들을 가지게 될 때, 초기 접속에 필요한 물리 채널 및 신호의 구조 및 절차 등에 대해서 제안할 것이다.

또한 상세하게 5G 통신시스템에서 향후 서비스에 대한 더욱 자유로운 호환성을 고려했을 때, 초기 접속을 위해 필요한 물리 및 신호의 구조 및 절차에 대해서 제안할 것이다.

<제 1 실시 예>

제1실시 예에서는 5G 통신시스템에서 향후 서비스에 대한 더욱 자유로운 호환성을 고려하고자 하는 경우, 5G 통신시스템에서 제공하는 시스템 운영에 필요한 공통 신호에 의해 향후 호환성이 제약되는 경우를 회피하기 위한 효율적이 초기 접속 신호의 전송 방법 및 구조를 제안한다. 여기서 시스템 운영에 필요한 공통 신호는 단말이 기지국에 대해 시간 및 주파수 동기를 맞추고, 셀 탐색을 수행하기 위해 필요한 동기 신호, 이후 시스템에 대한 중요한 정보를 얻기 위한 MIB, SIB를 의미할 수 있다.

본 발명에서는 시스템 운영에 필요한 동기 신호와 MIB, 및 SIB은 동일한 주파수 영역에서 전송되도록 한다. 동기 신호와 MIB, SIB가 동일한 주파수 대역폭을 가질 경우에는 동일한 주파수 영역에서 각 신호가 전송될 수 있다. 또한 동기 신호와 MIB, SIB의 주파수 대역폭이 다른 경우에도, 각 신호의 대역폭은 대역폭의 중심이 서로 동일하도록 위치해야 한다.

동시에 5G 통신시스템 이후에 추가적인 서비스 요구사항에 의해 고려되는 서비스가 동기 신호와 MIB, 및 SIB와 같은 신호에 의해 향후 호환성이 제약되지 않도록, 동기 신호와 MIB, 및 SIB과 같은 공통 신호가 시스템 전송 대역폭 내에 기지국이 설정할 수 있는 방법을 제안한다. 즉, 기존의 LTE에서는 동기 신호와 MIB의 경우에는 항상 시스템 전송 대역폭 내의 중간에 위치한 1.4MHz 전송대역폭 내에서만 전송되었지만, 5G 통신시스템에서는 향후 호환성에 더욱 자유도를 제공하기 위해 동기 신호 MIB 및 SIB가 시스템 전송대역폭 내에서 임의의 위치에 존재할 수 있도록 하는 것에 대해 제안한다. 이와 같이 공통신호가 시스템 전송대역폭 내에서 임의의 위치에 존재할 수 있기 위해서는 공통 신호가 전송될 수 있는 주파수 위치에 대한 후보 집합이 존재해야 하며, 기지국은 그 중 후보 집합 중에서 임의의 주파수 위치로 공통 신호를 전송할 수 있다. 여기서 공통 신호는 모든 단말이 초기 접속을 위해 수신해야 하는 동기 신호 MIB를 전송하는 신호 및 SIB를 전송하는 신호를 포함한다. 이때, 공통신호가 전송될 수 있는 주파수 집합은 하나의 리소스 블록 단위부터 복수개의 리소스 블록 단위로 결정할 수 있다. 여기서 리소스 블록은 주파수 영역에서 스케줄링을 위한 최소 단위로서, LTE에서와 동일하게 복수개의 서브캐리어로 구성될 수 있다. 이와 같은 초기 접속을 위한 공통 신호가 전송될 수 있는 위치는 시스템 대역폭 내에서 절대적으로 또는 상대적으로 존재할 수 있다. 일 예로, 초기 접속을 위한 공통신호를 전송하기 위해 기존 LTE와 동일하게 6개의 리소스 블록이 요구되고, 기지국이 공통신호를 시스템 전송 대역폭 내에서 10번째 리소스 블록에서부터 전송하기로 설정했다면, 공통신호는 10번째 리소스 블록부터 15번째 리소스 블록에 해당하는 전송 대역폭 내에서 전송될 수 있다.

상기와 같이 공통 신호를 전송하기 위한 리소스 블록이 시스템 전송 대역폭 내에서 임의의 위치에 존재하게 될 경우에는 기존 LTE와 달리 5G 통신시스템에서 지원하는 시스템 전송 대역폭에 대한 정보를 전송하기 위해 추가적인 정보가 요구된다. 즉, 기존 LTE의 경우에는, 단말은 항상 동기 신호(PSS/SSS), MIB와 같은 신호는 시스템 전송 대역폭에서 중심에서 전송된다고 가정할 수 있다. 따라서 MIB에서 알려주는 시스템 전송 대역폭에 대한 정보만 습득하면, 단말은 시스템 전송 대역폭에 대한 모든 설정을 파악할 수 있다. 즉, 단말은 시스템 전송 대역폭의 크기만 알면 단말이 속해 있는 기지국이 제공하는 시스템 전송 대역의 시작 주파수와 끝 주파수를 모두 파악할 수 있다.

하지만, 본 발명의 제1실시 예에서 제안하는 바와 같이 동기화 및 셀 탐색, 시스템 정보 전송을 위한 공통 신호가 시스템 전송 대역폭의 중심에서 전송되지 않을 경우에는 MIB에서 전송되는 시스템 전송 대역폭에 대한 정보만으로 시스템 전송 대역의 모든 구성을 파악할 수 없다. 즉, 기존 LTE와 달리 시스템 전송 대역폭의 크기 정보로 만으로는 시스템 전송 대역의 시작 주파수와 끝 주파수를 알 수 없다는 문제점이 발생한다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해서 제1실시 예에서는 MIB 또는 SIB을 통해 현재 전송되고 있는 공통 신호의 전송 위치 정보를 전송하는 방법을 고려할 수 있다.

본 발명의 제1실시 예에서 공통 신호의 전송 위치 정보를 전송하기 위한 첫 번째 방법으로서, 공통신호가 전송되는 주파수 위치에 해당하는 정보를 MIB 내에서 전송하는 방법을 고려할 수 있다. 즉, 5G 통신시스템의 MIB에서는 시스템 전송 대역폭, 공통 신호가 전송되는 주파수 영역에서의 위치를 모두 전송하는 방법을 고려할 수 있다. 이때 공통 신호가 전송되는 주파수 영역에서의 위치는 옵셋 또는 공통신호가 전송되는 대역폭의 중심 주파수로 단말에게 알려줄 수 있다. 공통 신호가 전송될 수 있는 주파수 옵셋 또는 전송 대역폭의 중심 위치에 대한 후보 집합의 크기는 5G 통신시스템이 지원하는 시스템 전송 대역폭에 따라 다를 수 있다. 하지만, MIB을 습득하는 과정에서 단말은 시스템 전송대역폭에 대한 정보 역시 알 수 없으므로, 공통 신호가 전송될 수 있는 주파수 위치에 대한 후보 집합의 크기를 알 수 없다. 따라서 단말은 MIB로부터 공통신호의 주파수 위치에 대한 정보를 전송하는 필드의 크기를 항상 최대 시스템 전송대역폭을 가정하여 결정해야 된다. 즉 MIB에 공통신호가 전송되는 주파수 위치를 알려주기 위한 필드는 항상 최대 시스템 전송대역폭을 가정하고 결정된 공동신호의 주파수 위치 후보 집합의 크기에 따라 결정되어야 한다.

이를 예를 들어 살펴보기로 하자. 5G 통신시스템이 지원하는 시스템 전송 대역폭이 N_RB개의 리소스 블록을 갖는다고 하고, N_RB개의 리소스 블록을 갖는 시스템 전송 대역폭에서의 공통신호 주파수 위치의 후보 집합 크기를

이라고 가정하면, 공통신호가 전송되는 주파수 위치를 알려주기 위한 필드는 해당 셀의 시스템 전송 대역폭과 관계없이 항상

의 값을 가져야 한다. 이때 만약 최대 시스템 전송 대역폭 보다 실제 시스템이 사용하는 전송 대역폭이 작을 경우 공통신호가 전송되는 주파수 위치를 알려주기 위한 필드에서 유효한 값은

보다 작으며, 나머지 값은 모두 0이 삽입될 수 있다.

또한 본 발명의 제1실시 예에서 공통 신호의 전송 위치 정보를 전송하기 위한 두 번째 방법으로서, 해당 정보를 SIB 내에서 전송하는 방법을 고려할 수 있다. 즉, 본 발명의 제1실시 예에서는 MIB을 통해 시스템 전송 대역폭을 파악하고, SIB을 통해 현재 전송되고 있는 공통 신호가 전송되는 주파수 영역에서의 위치를 파악하는 방법을 제안하다. 이때 공통 신호가 전송되는 주파수 영역에서의 위치는 옵셋 또는 공통신호가 전송되는 대역폭의 중심 주파수로 단말에게 알려줄 수 있다. 공통 신호가 전송될 수 있는 주파수 옵셋 또는 전송 대역폭의 중심 위치에 대한 후보 집합의 크기는 5G 통신시스템이 지원하는 시스템 전송 대역폭에 따라 다를 수 있다. 상기의 제1실시 예의 첫 번째 방법과 달리 단말은 이미 MIB을 통해 시스템 전송 대역폭에 대한 정보를 미리 습득하였으므로 SIB에 삽입되는 전송 대역폭의 중심 위치에 대한 필드의 크기는 해당 시스템 전송 대역폭에 따라 결정될 수 있다.

도 4는 5G 통신시스템에서 본 발명의 제1실시 예에 따른 향후 호환성을 고려했을 때 단말의 초기 접속 시 흐름도이다.

도 4에 따르면, 단말은 401단계에서 초기 접속을 시작하는데 있어, 공통 신호의 전송이 가능한 주파수 후보들 중에서 첫 번째 주파수로 이동하도록 단말의 중심 주파수를 이동한다. 여기서 첫 번째 주파수는 전체 시스템 전송 대역폭에서 가장 낮은 주파수가 될 수도 있고, 가장 높은 주파수가 될 수도 있고, 미리 설정된 특정한 주파수 대역이 될 수도 있고, 미리 설정된 주파수 대역들 중 하나를 선택할 수도 있고, 전체 시스템 전송 대역폭을 미리 설정된 기준으로 구분(분할)하고 분할된 대역폭을 임의로 선택할 수도 있다.

401단계가 완료되면, 단말은 402 단계로 이동하여 동기화 및 셀 탐색을 수행한다. 단말이 403 단계에서 셀 탐색 완료를 위한 모든 조건 중 하나라도 만족하지 못해서 셀 탐색이 완료되지 않았거나 또는 셀 탐색이 완료되지 않은 상황이 일정시간 지속될 경우 단말은 404 단계로 진행하여 공통 신호 전송이 가능한 주파수 후보 중에서 다음 주파수로 이동하고, 다시 402 단계의 동기화 및 셀 탐색을 수행한다. 만약 403 단계서 단말이 셀 탐색 완료를 위한 모든 조건을 만족하여 셀 탐색이 되었다고 판단한 경우에는 단말은 405 단계로 이동한다. 405 단계에서 단말은 상기의 셀 탐색이 완료된 동일한 주파수 대역에서 MIB에 대한 정보를 습득한다. 본 발명의 제1실시 예의 첫 번째 방법에 따라 MIB에서 공통 신호가 전송되는 주파수의 위치를 알려주기 위한 필드가 존재하는 경우에는 MIB에서 전송되는 공통 신호의 전송 주파수 위치와 시스템 전송 대역폭의 크기를 고려하여 시스템 전송 대역의 시작 주파수와 끝 주파수를 파악할 수 있다.

만약 본 발명의 제1실시 예의 두 번째 방법에 따라 공통 신호가 전송되는 주파수의 위치를 알려주기 위한 필드가 SIB에 포함되는 경우 단말은 단계 405에서 얻은 시스템 전송 대역폭과 406단계에서 얻은 공통 신호가 전송되는 주파수의 위치정보에 따라 시스템 전송 대역의 시작 주파수와 끝 주파수를 파악할 수 있다.

<제 2 실시 예>

본 발명의 제2실시 예에서는 동기 신호가 기지국 운영 상황이나 사용되는 주파수 밴드 상황에 따라 다른 서브캐리어 간격을 갖고 전송될 경우, 단말의 복잡도를 낮추기 위한 기지국의 동기 신호 전송 방법 및 장치를 제안한다.

단말은 초기 접속 과정에서 시스템 대역의 중심 주파수와 전송 대역폭을 알 수 없으므로 일정 주파수 간격(frequency raster)으로 초기 접속을 위한 동기 신호의 검출을 시도한다. 동기 신호가 검출되면 단말은 셀 식별자(Cell ID)를 검출하고 해당 셀 식별자를 기반으로 MIB를 전송하는 방송채널로부터 시스템 정보를 습득하게 된다. 단말이 MIB 정보를 에러 없이 습득하게 되면 단말은 동기 과정을 완료하였다고 판단하고 랜덤 액세스 과정을 수행할 수 있다. 해당 주파수 위치에서 동기 신호를 검출하지 못하거나, MIB 정보 습득을 완료하지 못한 경우에는, 주파수 간격에 따라 다음 주파수 위치에서 동기 신호를 검출을 시도하게 된다.

본 발명에서 가정한 바와 같이 기지국의 플렉서블한 운영을 위해 동기 신호의 서브캐리어 간격을 기지국이 기지국 운영상황 및 주파수 밴드를 고려하여 결정하게 된 경우, 단말은 동기 신호를 검출하는데 있어 동기 신호를 위해 사용된 서브캐리어 간격을 블라인드 검출해야 한다. 반면에 초기 동기 과정에서 서브캐리어 간격 검출을 위해 증가된 블라인드 검출 수는 단말의 복잡도를 높일 수 있다. 따라서 단말의 블라인드 검출을 최소화 하는 것이 바람직하다.

이와 같은 문제를 해결하기 위해 본 발명의 제2실시 예에서는 중심 주파수 따른 동기 신호가 전송될 수 있는 위치와 동기 신호에 사용되는 서브캐리어 간격을 매핑하는 방법을 제안한다. 동기 신호를 전송할 수 있는 주파수 위치는 하기 <수학식 1>에 따라 결정될 수 있다.

<수학식 1>에서 n은 동기 신호가 전송될 수 있는 위치의 index를 나타내며, F_raster는 동기 신호의 주파수 래스터(Raster)를 나타낸다. 여기서 동기 신호의 주파수 래스터라 함은, 주파수 대역에서 동기 신호가 전송될 수 있는 위치 사이의 간격을 나타낸다. F_offset은 주파수 옵셋 값으로 0 보다 크고 F_raster 보다 작은 값을 가질 수 있다. F_raster는 LTE에서는 100kHz의 값을 갖지만, 5 GHz에서는 더 큰 값을 갖는 것을 배제하지는 않는다. F_raster 및 F_offset는 단말과 기지국 사이에 미리 약속된 값으로 단말과 기지국의 소프트웨어 또는 하드웨어 미리 저장되어 있다. 본 발명에서는 특정 n 값을 갖는 f(n)을 특정 서브캐리어 간격을 갖는 동기 신호 전송에 사용하는 것을 제안한다. 예를 들어, 15kHz 서브캐리어 간격을 갖는 동기 신호는 n = 0, 3, 6, 9와 같이 n = 3 X k(여기서 k는 임의의 정수)의 값을 갖는 f(n)에서 전송되도록 한다. 또한 30kHz 서브캐리어 간격을 갖는 동기 신호는 n = 1, 4, 7, 10과 같이 n = 3 X k +1 (여기서 k는 임의의 정수)의 값을 갖는 f(n)에서 전송되도록 한다. 60kHz 서브캐리어 간격을 갖는 동기 신호는 n = 2, 5, 8, 11와 같이 n = 3 X k + 2 (여기서 k는 임의의 정수)의 값을 갖는 f(n)에서 전송되도록 한다. 단, 기지국은 하나의 시스템 대역폭 내에서 하나의 동기 신호만을 전송하는 것을 가정하고, 동기 신호 전송을 위해 어떤 서브캐리어 간격을 사용할 것인지는 기지국 운영 시나리오와 주파수 밴드의 위치에 따라 기지국이 결정할 수 있다.

상기와 같이 동기 신호가 전송되는 주파수 위치와 동기 신호가 사용하는 서브캐리어 간격을 서로 맵핑시킬 경우, 단말은 정해진 주파수 간격에 따라 동기 신호의 검출을 시도하는데 있어, 특정 주파수 위치에서는 특정 서브캐리어 간격을 가정할 수 있으므로 단말에 블라인드 검출이 필요하지 않은 장점이 있다. 예를 들어, 단말이 n = 0, 3, 6, 9 로 결정되는 주파수 위치 f(n)에서 검출을 시도할 경우, 단말은 동기 신호가 15kHz 서브캐리어 간격을 기준으로 전송된다고 가정할 수 있다. 또한 단말이 n = 1, 4, 7, 10 로 결정되는 주파수 위치 f(n)에서 검출을 시도할 경우, 단말은 동기 신호가 30 kHz 서브캐리어 간격을 기준으로 전송된다고 가정할 수 있다. 마지막으로 단말이 n = 2, 5, 8, 11 로 결정되는 주파수 위치 f(n)에서 검출을 시도할 경우, 단말은 동기 신호가 60 kHz 서브캐리어 간격을 기준으로 전송된다고 가정할 수 있다.

도 5는 본 발명의 제2실시 예에 따라 동기 신호가 전송될 수 있는 주파수 위치에 따라 다른 서브캐리어 간격을 갖는 동기 신호가 전송되는 예를 도시한 도면이다.

도 5에서 주어진 시스템 전송 대역폭(501)에서 동기 신호가 전송될 수 있는 복수의 후보 위치가 서로 다른 주파수 위치 f(0)(502), f(1)(503), …, f(8)(509)에 정의될 수 있다. 여기서 f(0)(502), f(1)(503), …, f(8)(5-09)의 위치는 주어진 F_raster, F_offset 및 상기 <수학식 1>에 따라 정의될 수 있다.

도 5에서는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 하나의 예로서 n = 0, 3, 6에 해당하는 주파수 위치 f(0)(502), f(3)(505), f(6)(508)에서 15kHz 서브캐리어 간격에 해당하는 동기 신호가 전송될 수 있음을 보여준다. 또한 도 5에서는 제 2 실시 예에 따른 하나의 예로서 n = 1, 4, 7에 해당하는 주파수 위치 f(1)(503), f(4)(506), f(7)(509)에서 30kHz 서브캐리어 간격에 해당하는 동기 신호가 전송될 수 있음을 보여준다. 도 5에서 f(n)에 따른 모든 주파수 위치에서 동기 신호가 전송되지 않도록 구성할 수 있다. 기지국은 기지국 운영 상황이나 중심주파수에 따라 적절한 동기 신호의 서브캐리어 간격을 결정할 수 있으며, 각 동기 신호의 서브캐리어 간격에 매핑되는 주파수 위치 f(n)의 위치 중에서 임의의 값을 골라 동기 신호를 전송할 수 있다.

상기의 제2실시 예와 같이 기지국이 특정 서브캐리어 간격을 갖는 동기 신호를 특정한 주파수 위치에서 전송할 경우, 단말은 동기 신호를 검출하는데 있어 동기 신호의 서브캐리어 간격의 검출이 필요하지 않다는 장점이 발생한다. 즉, 예를 들어 단말은 f(2)(504)의 주파수 위치에서 동기 신호를 검색하는데 있어서는 항상 60kHz 서브캐리어 간격으로 정의된 동기 신호가 전송된다고 가정하고 동기 신호를 검출하게 된다. 만약 단말이 f(2)(504)에서 동기 신호 검출을 실패한 경우, 단말은 <수학식 1>에 따른 다음 주파수 위치인 f(3)에서 15kHz 서브캐리어 간격으로 정의된 동기 신호를 가정하고 동기 신호를 검출한다. 만약 해당 위치에서 동기 신호가 검출된 경우에는 단말은 이후 동기 신호 및 방송 정보를 수신하는데 있어 같은 서브캐리어 간격이 사용되었다고 가정하고 수신을 시도한다.

<제 3 실시 예>

본 발명의 제3실시 예에서 하나의 시스템 내에 복수개의 동기 신호 다중화 방법을 사용하고, 단말이 초기 동기 과정에서 기지국이 사용하는 동기 신호 다중화 방법을 알아야 하는 경우 단말의 복잡도를 낮추기 위한 기지국의 동기 신호 전송 방법을 제안한다.

도 6a 및 도 6b는 각각 동기 신호 전송을 위해 고려되고 있는 시간영역 다중화와 주파수 영역 다중화를 예시한 도면이다.

도 6a에서 동기 신호의 시간영역 다중화 방식(601)은 동기 신호를 구성하는 PSS(Primary Synchronization Signal, 602), SSS(Secondary Synchronization Signal, 603) 및 MIB를 전송하기 위한 PBCH(Physical Broadcast Channel, 604)가 서로 다른 시간에 전송되는 구조를 예시하였다. 즉 도 6a와 같이 시분할다중화 방식(601)을 사용하는 경우 PSS(602), SSS(603), PBCH(604)가 각각 서로 다른 OFDM 심볼에서 전송될 수 있다. 도 6a에서 동기 신호의 시간영역 다중화 방식(601)에 기반한 동기 신호의 전송은 좁은 전송 대역폭을 지원하는 기지국에서도 동기 신호를 전송할 수 있는 장점이 있다. 또한 동기신호가 전송되는 시간 구간에서 기지국이 사용할 수 있는 모든 전송 전력을 동기 신호에 사용할 수 있으므로 동기 신호의 커버리지를 증대시킬 수 있는 장점이 있다.

반면에 도 6b에서는 동기 신호의 주파수 영역 다중화 방식(605)에 따라 동기 신호를 구성하는 PSS(606), SSS(607), PBCH(608)가 서로 다른 주파수 자원에서 전송되는 구조를 예시하였다. 즉, PSS(606), SSS(607), PBCH(608)가 동일한 OFDM 심볼 내에서 서로 다른 리소스 블록에서 전송될 수 있다. 도 6b에서 동기 신호의 주파수 영역 다중화 방식(605)에 기반한 동기 신호의 전송은 동기 신호의 전송을 위해 기지국이 전송대역폭이 커야 하는 요구사항이 존재한다. 동시에, PSS(606), SSS(607), PBCH(608)가 동일한 시간에 동시에 전송되어야 하므로, 기지국이 가용한 전송전력을 공유하여 사용해야 한다. 따라서 커버리지 측면에서 시간영역 다중화 방식인 도 6a 작은 커버리지를 갖는다. 하지만, 28GHz 이상의 대역과 같이 밀리미터 웨이브(millimeter wave) 기반의 통신 시스템의 경우, 광대역폭을 사용할 수 있고 빔포밍 등으로 커버리지를 증대시킬 수 있기 때문에 상기에서 언급한 주파수 영역 다중화 방식(605)의 문제점은 극복될 수 있다. 또한 밀리미터 웨이브 기반의 통신에서는 빔 기반의 동기 신호를 전송하는 경우. 전방향으로 동기 신호를 전송하기 위해 빔 스위핑(beam sweeping) 기반의 동기 신호 전송이 요구된다.

빔 스위핑 기반의 동기 신호 전송은 특정 시간 구간 간격으로 다른 빔을 사용하여 동일한 동기 신호를 전송하는 방법으로, 도 6a의 시간영역 다중화 방식(601) 대비 도 6b의 주파수 영역 다중화 방식(605)이 동기 신호 전송을 위한 오버헤드를 최소화할 수 있는 장점이 있다.

한편, 기지국은 셀 운영 시나리오 및 빔 기반 전송 기법에 따라 동기 신호의 시간 영역 다중화와 주파수 영역 다중화를 선택적으로 결정하여 전송할 수 있는 경우, 단말은 동기화 과정에서 기지국이 어떤 다중화 방식으로 동기 신호를 전송하는지 검출해야 한다. 동기 신호의 다중화 방식을 단말이 초기 접속에서 처음 검출해야 하는 PSS를 기반으로 알아낼 수 있다면, PSS의 블라인드 검출이 요구되며 이는 단말의 복잡도를 증가시키거나 성능 열화를 야기할 수 있는 문제가 있다. 따라서 단말의 블라인드 검출을 최소화하는 것이 바람직하다.

이와 같은 문제를 해결하기 위해 본 발명에서는 중심 주파수 따른 동기 신호가 전송될 수 있는 위치와 동기 신호에 사용되는 다중화 방식을 매핑하는 방법을 제안한다. 동기 신호를 전송할 수 있는 주파수 위치는 앞에서 설명한 <수학식 1>에 따라 결정될 수 있다.

앞서 설명한 <수학식 1>을 이용하는 경우 앞에서 설명한 바와 같이 F_raster 및 F_offset은 단말과 기지국 사이에 미리 약속된 값으로 단말과 기지국의 소프트웨어 또는 하드웨어 미리 저장되어 있다. 또한 본 발명에서는 특정 n 값을 갖는 f(n)을 특정한 다중화 방식을 사용하여 동기 신호를 전송하는 것을 제안한다. 예를 들어, 시간 영역 다중화 방식을 이용하여 전송되는 동기 신호는 n = 0, 2, 4, 6, 8와 같이 n = 2 X k(여기서 k는 임의의 정수)의 값을 갖는 f(n)에서 전송되도록 한다. 또한 주파수 영역 다중화 방식을 이용하여 전송되는 동기 신호는 n = 1, 3, 5, 7, 9 같이 n = 2 X k +1 (여기서 k는 임의의 정수)의 값을 갖는 f(n)에서 전송되도록 한다. 단, 기지국은 하나의 시스템 대역폭 내에서 하나의 동기 신호만을 전송하는 것을 가정하고, 동기 신호 전송을 위해 어떤 다중화 방식을 사용할 것인지는 기지국 운영 시나리오와 주파수 밴드의 위치에 따라 기지국이 결정할 수 있다.

상기와 같이 동기 신호가 전송되는 다중화 방식에 따라 동기 신호가 전송되는 주파수 위치가 결정되는 경우, 단말은 정해진 주파수 간격에 따라 동기 신호를 검출 시도 하는데 있어, 특정 주파수 위치에서는 특정 다중화 방법을 가정할 수 있으므로 단말에 블라인드 검출이 필요하지 않은 장점이 있다. 예를 들어, 단말이 n = 0, 2, 4, 6 로 결정되는 주파수 위치 f(n)에서 검출을 시도할 경우, 단말은 시간 영역 다중화방식을 기반으로 전송되는 동기 신호를 가정하고 동기화를 수행할 수 있다. 또한 단말이 n = 1, 3, 5, 7 로 결정되는 주파수 위치 f(n)에서 검출을 시도할 경우, 단말은 주파수 영역 다중화 방식을 기반으로 동기 신호가 전송된다고 가정할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시 예들을 수행하기 위해 기지국의 송신부, 단말의 수신부에 대하여 살펴보기로 한다. 도 7은 본 발명에 따른 기지국 송신부의 기능적 블록 구성도이며, 도 8은 본 발명에 따른 단말 수신부의 기능적 블록 구성도이다.

이상에서 설명한 제1실시 예, 제2실시 예 및 제3실시 예에서 제안한 5G 통신시스템의 초기 접속 방법 및 장치에 따라, 기지국의 송신부 및 단말의 수신부가 동작해야 한다.

그러면 먼저 도 7을 참조하여 기지국의 송신부의 구성 및 동작에 대하여 살펴보기로 한다. 도 7에서 도시되는 바와 같이, 본 발명의 기지국의 송신부는 각각의 서비스에 해당하는 신호들 예컨대, eMBB, mMTC, 공통신호 등과 같은 신호들을 전송하기 위한 각각의 리소스 맵핑부들(701, 704, 707), 각각의 리소스 맵핑부들(701, 704, 707)에 대응하는 각각의 OFDM 변조부들(702, 705, 708), 각각의 OFDM 변조부들(702, 705, 708)에 대응하는 각각의 필터들(703, 706, 709)을 포함한다. 각각의 리소스 맵핑부들(701, 704, 707)은 전송하고자 하는 데이터를 QPSK/QAM 변조하고, 시간-주파수 영역 리소스에 맵핑하는 동작을 수행한다. 각각의 OFDM 변조부들(702, 705, 708)은 각각의 리소스 맵핑부들(701, 704, 707)에서 맵핑된 신호를 기반으로, OFDM 변조를 수행한다. 여기서 OFDM 변조는 IFFT를 수행하고, 순환전치를 OFDM 심볼의 앞에 삽입하는 과정을 포함한다. 각각의 필터들(703, 706, 709)은 각각의 OFDM 변조부들(702, 705, 708)에서 생성된 신호의 주파수 대역 스펙트럼 마스크(spectrum mask) 규제를 만족시키기 위해 필터링을 수행하는 과정을 수행한다. 각 서비스는 각 서비스에 할당된 리소스 맵핑부들(701, 704, 707), OFDM 변조부들(702, 705, 708), 필터들(703, 705, 709)을 거쳐 물리 채널 및 신호가 생성될 수 있다. 예를 들어, eMBB 서비스를 지원하기 위한 물리 채널 및 신호를 전송하기 위해서는 eMBB 전송에 할당된 리소스 맵핑부(701), OFDM 심볼 변조부(702), 필터(703)를 통해 eMBB를 위한 물리 채널 및 신호를 생성할 수 있다. 이때, 리소스 맵핑부(701), OFDM 심볼 변조부(702), 필터(703)는 eMBB를 위해 정의된 Numerology를 사용하여 물리 채널 및 신호를 생성할 수 있다.

유사하게, 공통 신호는 단말의 동기화 및 시스템 정보 습득을 위한 신호를 포함하며 공통신호를 위해 할당된 리소스 맵핑부(707), OFDM 심볼 변조부(708), 필터(709)를 통해 공통신호를 위한 물리 채널 및 신호를 생성할 수 있다. 이때 공통신호를 위해 정의된 Numerology를 사용하여 공통 신호를 생성할 수 있다. 또한 리소스 맵핑부(707)는 공통신호가 전송되는 주파수 위치를 기존 LTE와 달리 자유롭게 설정할 수 있다. 기지국의 송신부는 각 필터 출력을 다중화하기 위한 다중화부(710)를 포함한다. 또한 기지국의 송신부는 리소스 맵핑부들(701, 704, 707), OFDM 변조부들(702, 705, 708), 필터들(703, 706, 709), 다중화부(710)를 효율적으로 제어하기 위한 제어부(711)를 포함한다. 마지막으로 기지국의 송신부는 다중화부(710)에서 상호 다중화된 각 서비스 단말들에게 전송하기 위한 RF부(712) 및 안테나를 포함한다.

다음으로, 본 발명에 따른 단말의 수신부의 기능적 블록 구성 및 동작을 첨부된 도 8을 참조하여 살펴보기로 한다.

단말 수신부는 안테나와 RF부(801), 필터들(802, 805), OFDM 복조부들(803, 806), 리소스 추출부들(804, 807), 제어부(808)를 포함한다. 필터들(802, 805), OFDM 복조부들(803, 806), 리소스 추출부들(804, 807)은 두 개 이상의 다른 Numerology를 갖는 서비스를 지원하기 복수개가 필요하며, 도 8에서는 2개의 다른 서비스를 지원하는 예를 도시하였다. 단말 수신부를 더욱 상세히 설명하면, 단말이 수신한 신호는 RF부(801)를 거쳐 통과대역에서 기저대역 신호로 변환된다. 기저대역으로 변환된 신호는 필터들(802, 805)로 입력된다. 단말이 수신하고자 하는 서비스에 따라 필터를 온/오프 할 수 있으며, 또는 필터의 Numerology를 변경할 수도 있다. 이때 필터는 인접 주파수영역에 FDM되어 있는 신호의 간섭을 제거하기 위해 사용된다. OFDM 복조부들(803, 806)은 필터링된 신호의 OFDM 복조를 위해 사용된다. OFDM 복조부들(803, 806)은 순환전치 제거부 및 FFT를 포함할 수 있다. 리소스 추출부들(804, 807)은 각 서비스가 차지하는 리소스에서 물리 채널 및 신호를 추출하는 과정을 수행한다. 제어부(808)는 상술한 본 발명의 각각의 실시 예에 따라 단말이 동작할 수 있도록 일련의 과정을 제어할 수 있다.

또한 상기 각각의 실시 예는 필요에 따라 서로 조합되어 운용할 수 있다. 예컨대, 본 발명의 제1실시 예와 제2실시 예, 그리고 제3실시 예의 일부분들이 서로 조합되어 기지국과 단말이 운용될 수 있다. 이러한 경우 단말의 제어부(808) 및 기지국의 제어부(711)은 각각의 실시 예의 조합에 따라 동작하도록 제어할 수 있다.

이상에서 설명한 본 명세서와 도면에 개시된 실시 예들은 본 발명의 내용을 쉽게 설명하고, 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 따라서 본 발명의 범위는 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

711 : 기지국 제어부
701, 704, 707 : 리소스 매핑부
702, 705, 708 : OFDM 변조부
703, 076, 709 : 기지국 필터
710 : 다중화부
712 : 기지국 RF부
801 : 단말 RF부
802, 805 : 단말 필터
803, 806 : OFDM 복조부
804, 807 : 리소스 추출부
808 : 단말 제어부

Claims (1)

1. 단말의 초기 접속을 위한 신호 송신 방법에 있어서,
   시스템 운영에 필요한 동기 신호와 마스터 정보 블록(Master Information Block, MIB) 및 시스템 정보 블록(System Information Block, SIB)을 미리 설정된 동일한 주파수 영역에 매핑하는 단계; 및
   상기 매핑된 정보를 송신하는 단계;를 포함하는, 단말의 초기 접속을 위한 신호 송신 방법.
   

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