WO2017150889A1 - 무선 통신 시스템에서 동기화 서브프레임을 이용한 동기 신호 전송 방법 - Google Patents

무선 통신 시스템에서 동기화 서브프레임을 이용한 동기 신호 전송 방법 Download PDF

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WO2017150889A1
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synchronization signal
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occ
sequence
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이길봄
김기준
정재훈
채혁진
김규석
안민기
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엘지전자 주식회사
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    • H04L7/00—Arrangements for synchronising receiver with transmitter
    • H04L7/04—Speed or phase control by synchronisation signals
    • H04L7/08—Speed or phase control by synchronisation signals the synchronisation signals recurring cyclically

Definitions

  • the following description relates to a wireless communication system, and more particularly, to a method and apparatus for transmitting a synchronization signal using a synchronization subframe structure.
  • Ultra-high frequency wireless communication systems using millimeter wave are configured such that the center frequency operates at a few GHz to several tens of GHz. Due to the characteristics of the center frequency, path loss may be prominent in the shadow area in the mmWave communication system. Considering that the synchronization signal should be stably transmitted to all terminals located within the coverage of the base station, the mmWave communication system designs and transmits the synchronization signal in consideration of the potential deep-null phenomenon that may occur due to the characteristics of the ultra-high frequency band described above. Should be.
  • an object of the present invention is to improve the transmission efficiency of the synchronization signal by improving the synchronization process between the base station and the terminal in a wireless communication system using an ultra-high frequency band such as mmWave .
  • Another object of the present invention is to propose a synchronization transmission method using an antenna array structure composed of a plurality of sub arrays.
  • Another object of the present invention is to propose a synchronization signal transmission scheme suitable for an antenna structure by defining a synchronization subframe in a communication system using an ultra high frequency band.
  • the synchronization signal transmission method for solving the technical problem, generating a PSS group by applying an orthogonal cover code (OCC) to a combination of different primary synchronization signal (PSS) sequences to be transmitted over a plurality of time intervals, PSS Disposing an SSS in a region adjacent to the resource region allocated to the group on the frequency axis, generating a synchronization signal consisting of the PSS group and the SSS, and transmitting the synchronization signal over a plurality of time intervals,
  • the PSS group corresponds to the physical layer ID.
  • the PSS group is transmitted in one basic synchronization signal block included in the synchronization subframe, and the one basic synchronization signal block may correspond to a wide beam area by a plurality of antenna subarrays.
  • the PSS group may be generated by applying an OCC to a combination of PSS sequences in a conjugate relationship.
  • the PSS group is generated by applying an OCC to a combination of a first PSS sequence and a second PSS sequence, and the first PSS sequence and the second PSS sequence are not conjugated to each other, and the first PSS sequence and the first PSS sequence are not conjugated.
  • One of the plurality of PSS sequences that are conjugated to each of the 2 PSS sequences may be applied.
  • PSS groups of different sizes may be configured to satisfy nested properties.
  • OCC is applied to the SSS, and different OCCs may be applied to the SSSs transmitted in different basic sync signal blocks.
  • the base station for solving the technical problem includes a transmitter, a receiver, and a processor operating in connection with the transmitter and the receiver, the processor, a combination of different primary synchronization signal (PSS) sequences to be transmitted over a plurality of time intervals Create an PSS group by applying an orthogonal cover code (OCC) to the PSS group, arrange an SSS in an adjacent region on a resource axis and a frequency axis allocated to the PSS group, generate a synchronization signal composed of the PSS group and the SSS, The synchronization signal is transmitted over a time interval, and the PSS group corresponds to a physical layer ID.
  • PSS primary synchronization signal
  • OCC orthogonal cover code
  • the synchronization process between the base station and the terminal in the wireless communication system is improved to enable efficient transmission and reception of the synchronization signal between the base station and the terminal.
  • a suitable synchronization signal transmission scheme may be achieved in an antenna array structure including a plurality of sub arrays, thereby improving efficiency of the synchronization process.
  • Figure 1 shows a sub-array based antenna structure and the resulting RF beam structure.
  • FIG. 2 shows a sub-array based antenna structure and another RF beam structure accordingly.
  • FIG. 4 shows a structure of a synchronization subframe considering repeated transmission of a synchronization signal.
  • FIG. 5 illustrates a process of defining a physical layer identity according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining synchronization performance improvement according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 7 and 8 are diagrams illustrating still another exemplary embodiment proposed.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an exemplary embodiment of the SSS.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating a synchronization signal transmission method according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of a terminal and a base station related to the proposed embodiment.
  • each component or feature may be considered to be optional unless otherwise stated.
  • Each component or feature may be embodied in a form that is not combined with other components or features.
  • some of the components and / or features may be combined to form an embodiment of the present invention.
  • the order of the operations described in the embodiments of the present invention may be changed. Some components or features of one embodiment may be included in another embodiment, or may be replaced with corresponding components or features of another embodiment.
  • the base station is meant as a terminal node of a network that directly communicates with a mobile station.
  • the specific operation described as performed by the base station in this document may be performed by an upper node of the base station in some cases.
  • various operations performed for communication with a mobile station in a network consisting of a plurality of network nodes including a base station may be performed by the base station or network nodes other than the base station.
  • the 'base station' may be replaced by terms such as a fixed station, a Node B, an eNode B (eNB), an advanced base station (ABS), or an access point.
  • a 'mobile station (MS)' may be a user equipment (UE), a subscriber station (SS), a mobile subscriber station (MSS), a mobile terminal, an advanced mobile station (AMS), a terminal. (Terminal) or a station (STAtion, STA) and the like can be replaced.
  • UE user equipment
  • SS subscriber station
  • MSS mobile subscriber station
  • AMS advanced mobile station
  • Terminal or a station (STAtion, STA) and the like can be replaced.
  • the transmitting end refers to a fixed and / or mobile node that provides a data service or a voice service
  • the receiving end refers to a fixed and / or mobile node that receives a data service or a voice service. Therefore, in uplink, a mobile station may be a transmitting end and a base station may be a receiving end. Similarly, in downlink, a mobile station may be a receiving end and a base station may be a transmitting end.
  • the description that the device communicates with the 'cell' may mean that the device transmits and receives a signal with the base station of the cell. That is, a substantial target for the device to transmit and receive a signal may be a specific base station, but for convenience of description, it may be described as transmitting and receiving a signal with a cell formed by a specific base station.
  • the description of 'macro cell' and / or 'small cell' may not only mean specific coverage, but also 'macro base station supporting macro cell' and / or 'small cell supporting small cell', respectively. It may mean 'base station'.
  • Embodiments of the present invention may be supported by standard documents disclosed in at least one of the wireless access systems IEEE 802.xx system, 3GPP system, 3GPP LTE system and 3GPP2 system. That is, obvious steps or parts which are not described among the embodiments of the present invention may be described with reference to the above documents.
  • FIG. 1 shows a subarray (subbarray) based antenna structure and its RF beam structure.
  • one single RF beam using four antenna sub arrays is defined.
  • Two antenna subarrays (or simply subarrays) constitute one antenna array (or simply arrays), with one array having 8 (H) * 8 (V) * 2 (P) antennas It consists of.
  • H means horizontal axis
  • V means vertical axis
  • the left side of FIG. 1 shows a total of four subarrays, in which two arrays in which two subarrays overlap are arranged adjacent to each other.
  • One array in which a plurality of antennas are overlapped in a cross polarity form is also referred to as a patch antenna structure.
  • other antennas may be overlapped to form a cross polarity form.
  • one RF chain corresponds to one sub array and may control 8 * 8 antennas having a single polarity. That is, the antenna structure shown in the left side of FIG. 1 is a form in which two arrays are arranged adjacent to each other, and the four sub arrays constituting the two arrays are respectively controlled by four RF chains.
  • four sub-arrays generate a single beam by the four RF chains. In this case, the width of the illustrated beam may be 15 '(H) * 15' (V).
  • FIG. 2 shows a sub-array based antenna structure and another RF beam structure accordingly. Unlike FIG. 1, FIG. 2 illustrates a process in which four RF chains independently form an RF beam, and thus four sub-arrays form four multi-beams. In this case, four beams can each cover different areas.
  • the RF chains form a single beam
  • the amount of beams irradiated to a specific region is increased to increase the beam gain, while the beam scanning process required to cover the entire region is slow.
  • the beam gain is low because the amount of beam irradiated to a specific region is low, while the beam scanning process can proceed quickly.
  • the narrow beam may refer to respective beams formed by the antenna sub array in the multi-beam form described with reference to FIG. 2, and the wide beam may refer to the entire beam that the beams formed by the sub arrays are collected.
  • the wide beam may refer to the entire beam that the beams formed by the sub arrays are collected.
  • have. 3 shows a wide beam generated by four sub arrays corresponding to four RF chains.
  • the transmitter transmits a synchronization signal using the wide beam of FIG. 3. That is, all subarrays transmit the same PSS, SSS, and PBCH as synchronization signals.
  • the Primary Synchronization Signal (PSS) is a signal for matching timing between a transmitter and a receiver.
  • the Secondary Synchronization Signal (SSS) is a signal for a receiver to identify a cell of a transmitter, and the PBCH (Physical Broadcast Channel) transmits system information of a cell. Means a channel.
  • FIG. 4 illustrates a structure of a synchronization subframe on the premise of repetitive transmission of a synchronization signal.
  • the horizontal direction represents the time axis
  • the vertical direction represents the frequency axis.
  • One radio frame composed of 10ms consists of a plurality of subframes, and the proposed synchronization subframe may be transmitted every 5ms in each frame.
  • 4 shows an example in which a synchronization subframe is transmitted at the start of a frame.
  • one synchronization subframe may consist of a plurality of Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) symbols, and only 13 OFDM symbols are shown in FIG. 14, but fewer or more OFDM symbols are synchronized. It is also possible to configure a subframe.
  • OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing
  • Blocks marked with the same pattern and pattern in FIG. 4 refer to a resource region corresponding to a wide beam composed of a plurality of narrow beams in FIG. 3. That is, four OFDM symbols (eg, OFDM symbols # 0 to # 3) in FIG. 4 mean a time interval in which four antenna subarrays form a wide beam to transmit an RF beam in FIG. 3. Subsequently, the next four OFDM symbols mean a resource region corresponding to another wide beam. This is because the entire cell cannot be covered by an area corresponding to one wide beam.
  • FIG. 4 may mean that the PSS / SSS / PBCH is repeatedly transmitted over four OFDM symbols in one wide beam region.
  • a resource region corresponding to one wide beam region in which a synchronization signal is repeatedly transmitted by a plurality of RF chains is referred to as a 'basic synchronization signal block'.
  • a BRS Beam Reference Signal
  • FIG. 4 means a beam reference signal used in a synchronization process.
  • FIG. 5 illustrates a process of defining a physical layer identity according to an exemplary embodiment.
  • the PSS transmitted for synchronization may be defined by different sequence combinations, or may be defined by applying an orthogonal cover code (OCC) to the same or different sequence combinations.
  • OCC orthogonal cover code
  • the physical layer ID is defined by a combination of the sequence and the OCC as described above.
  • the PSS group refers to PSSs included in one elementary synchronization signal block in FIG. 4.
  • the basic sync signal block is composed of four OFDM symbols and four PSSs are repeatedly transmitted.
  • the basic sync signal block consists of two OFDM symbols will be described for convenience of description. That is, the synchronization signal is repeatedly transmitted twice in one narrow beam region.
  • 5 shows an example in which one basic sync signal block is composed of two OFDM symbols.
  • the proposed embodiment differs from the synchronization subframe structure of FIG. 4 in that PSSs transmitted in the basic synchronization signal block are different from each other.
  • the same PSS is repeatedly transmitted in the basic sync signal block.
  • the PSSs (ie, PSS groups) transmitted over a plurality of OFDM symbols in the basic sync signal block are composed of different sequence combinations, so that the OCC is different in the sequence itself or in a repetitive process. Can be applied so that the phases are different.
  • a combination of a sequence and an OCC applied to a PSS group may be defined as a physical layer ID.
  • Table 2 below shows an example of the implementation of the PSSs and the physical layer ID constituting the PSS group.
  • the physical layer ID being defined as three of 0, 1, and 2 means that one wide beam area covers an area of 120 'of the cell.
  • Sequence combination consisting of two sequences in Table 2 means PSS 1 and PSS 2 of FIG. That is, [ S 25 , S 29 ] means that the sequence S 25 is transmitted to PSS 1 of FIG. 5 and the sequence S 29 is transmitted to PSS 2.
  • the sequence itself of the PSS may be input differently for two repetitive transmissions (25, 29 or 34, 38), and the OCC may be applied to different phases ( S 25 , S 29 or S 25 , -S 29 ).
  • Each physical layer ID corresponds to a combination of different sequences and OCCs, and Table 2 shows an example in which three physical layer IDs are defined for two iterations.
  • Table 3 below shows examples in which the number of OFDM symbols (that is, the number of PSS transmissions) constituting the basic sync signal block is 3 and 4, respectively.
  • the PSS sequence and the OCC are changed during the synchronization signal repetitive transmission time interval according to the proposed embodiment, and the physical layer ID is defined by the combination of the PSS sequence and the OCC.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining synchronization performance improvement according to an exemplary embodiment.
  • the same PSS is repeatedly transmitted as shown in FIG. 4.
  • the receiver calculates the peak value during timing synchronization
  • the second value becomes larger than the maximum value.
  • the occurrence of this side lobe causes an ambiguity problem in the timing synchronization calculation result.
  • FIG. 7 and 8 are diagrams illustrating still another exemplary embodiment proposed.
  • the physical layer ID is defined by a combination of the PSS sequence and the OCC.
  • sequences having a ZC conjugate pair relationship with respect to one physical layer ID may be combined.
  • Table 4 below describes a process in which the synchronization signal is repeatedly transmitted two times in the basic synchronization signal block.
  • FIG. 7 illustrates a PSS estimation process of a receiver (ie, a terminal) when the sequences of ZC pair pair relationships are combined to define a physical layer ID. That is, one physical layer ID may be defined by applying an OCC to a combination of ⁇ S 25 , ⁇ S 38 ⁇ or ⁇ S 29 , S 34 ⁇ sequences that are in pairs with each other.
  • the receiver is configured to include one correlator, and one correlator may operate in mode 1 or mode 2.
  • the receiver of the terminal first operates in mode 1 to perform the estimation process for the physical layer IDs '0' and '1'.
  • the terminal determines the physical layer ID as 0 or 1 (with a maximum correlation).
  • the terminal operates in mode 2 to perform an estimation process for physical layer ID '2'.
  • sequences having a ZC pair pair relationship are automatically obtained when one correlation value is calculated. For example, when calculating the correlation value of the S 25 sequence, the correlation value of S 38 is obtained, and when calculating the value of the S 29 sequence, the correlation value of S 34 is obtained (or vice versa). to be).
  • the terminal operating as shown in FIG. 7 may perform the PSS estimation process even with low complexity.
  • this method requires a relatively long time to search the entire cell since the UE can inspect the entire sequence only by changing the operation mode of one correlator.
  • the sampling time is much faster than the conventional communication method in the broadband system such as mmWave, a high performance correlator is required, thereby minimizing the implementation cost and power consumption of the terminal.
  • sequences in the ZC pair pair relationship may be arranged in the same order in the PSS combination.
  • Table 5 shows a process of defining a physical layer ID according to this embodiment.
  • sequences in the conjugate pair relationship may be arranged in the same order in the PSS combination.
  • the pair-pair relationship S 25 and S 38 may be located first in the PSS combination repeated twice, and the pair-pair relationship S 29 and S 34 may be located second.
  • one physical layer ID assigns an OCC to a combination of a first located first PSS sequence (eg, S 25 , S 38 ) and a second located second PSS sequence (eg, ⁇ S 29 , S 34 ).
  • a first located first PSS sequence eg, S 25 , S 38
  • a second located second PSS sequence eg, ⁇ S 29 , S 34
  • the first PSS sequence and the second PSS sequence do not correspond to a conjugate relationship with each other.
  • the first PSS sequence is one of a plurality of PSS sequences (eg, S 25 and S 38 ) that are conjugated to each other
  • the second PSS sequence is also a plurality of PSS sequences (eg, ⁇ S) that are conjugated to each other. 29 , S 34 ) may be applied.
  • the physical layer ID '0' is equal to ⁇ S 25 , S 29 ⁇
  • the physical layer ID '1' is equal to ⁇ S 25 , -S 29 ⁇
  • the physical layer ID '2' is equal to ⁇ S 38 . This may correspond to a value obtained by applying the OCC to S 34 ⁇ .
  • the terminal in the embodiment of FIG. 8 is configured to include two correlators, the first correlator measures only correlations for sequences S 25 and S 38 , and the second correlator for sequences S 29 and S 34 . Only measure correlation.
  • two correlators of the terminal may simultaneously check received signals of two consecutive OFDM symbol lengths.
  • the terminal does not need to store a result value previously calculated while operating two correlators, and thus does not require a buffer (or a memory).
  • Table 6 shows an example in which the example of Table 5 is extended to four repetitions.
  • the receiver When implemented as shown in Table 6, unlike the number of two iterations, the receiver requires a buffer. However, since the buffer only needs to store the result values of S 38 and S 34 , the size of the buffer is relatively small.
  • the nested property refers to a structure in which elements of a set having a small size are included in a set having a large size as it is.
  • the proposed embodiment proposes a method in which a small sized PSS group is included in a large sized PSS group.
  • Tables 7 and 8 below it can be seen that the PSS group of the second iteration number of Table 8 is included in the PSS group of the fourth iteration number of Table 7 in the same manner.
  • PSS groups may be defined to have nested characteristics as shown in Tables 7 and 8. According to this method, even if only one matching table having a large size is stored as shown in Table 7, Table 8 can be automatically derived, so that a plurality of PSS groups of different sizes are defined at once.
  • the receiver may perform timing synchronization from received synchronization signals. That is, the receiver can distinguish the exact timing of the synchronization signal received in the basic synchronization signal block.
  • an ambiguity problem may occur in which the receiver cannot distinguish which basic synchronization signal block in the synchronization subframe belongs to the synchronization signal received by the receiver.
  • the process for solving this problem may be referred to as a process for detecting a symbol location or a subframe boundary.
  • the OCC applied to each basic sync signal block is different.
  • the SSS may be repeatedly transmitted with the PSS as illustrated in FIG. 5, and different OCCs are applied to each basic sync signal block.
  • OCC 0 ⁇ 1 1 1 1 ⁇ may be applied to the four SSSs included in the preceding basic synchronization signal block.
  • OCC 1 ⁇ 1 -1 1 -1 ⁇ may be applied to four SSSs included in the back basic sync signal block.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating a synchronization signal transmission method according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 10 illustrates a series of processes in which a transmitter (ie, a base station) configures a synchronization signal and transmits the synchronization signal to a receiver (ie, a terminal) according to the embodiments described above.
  • a transmitter ie, a base station
  • a receiver ie, a terminal
  • a combination of a PSS sequence and an OCC for distinguishing a physical layer ID is shared between a transmitter and a base station (S1010). That is, the synchronization between the transmitter and the receiver must be shared in advance about which PSS sequence and OCC combination is defined for the physical layer ID corresponding to the number of repetitive transmissions of the synchronization signal (or the number of OFDM symbols constituting the basic synchronization signal block).
  • the process can be performed. Accordingly, information about the combination of the PSS sequence and the OCC defining the physical layer ID may be transmitted from the transmitter to the receiver or may be shared in a preset manner between the two entities.
  • the transmitter generates a synchronization signal by applying an OCC to the PSS sequence in the synchronization subframe (S1020).
  • the synchronization signal is transmitted to the receiver over a plurality of OFDM symbols in the basic synchronization signal block of the synchronization subframe (S1030), and the receiver performs synchronization using the received synchronization signal (S1040). That is, the receiver checks the synchronization timing by using the sequence combination of the PSS of the synchronization signal and the OCC applied to the PSS.
  • the receiver may identify which basic synchronization signal block within the synchronization subframe by checking the SSS. This process may be understood as a beam scanning process.
  • a beam scanning based synchronization subframe structure and a synchronization signal configuration method are proposed.
  • a physical layer ID and a symbol position (or subframe boundary) detection method may be newly defined.
  • the terminal 100 and the base station 200 may include radio frequency (RF) units 110 and 210, processors 120 and 220, and memories 130 and 230, respectively.
  • RF radio frequency
  • 11 illustrates only a 1: 1 communication environment between the terminal 100 and the base station 200, a communication environment may be established between a plurality of terminals and a plurality of base stations.
  • the base station 200 illustrated in FIG. 11 may be applied to both the macro cell base station and the small cell base station.
  • Each RF unit 110, 210 may include a transmitter 112, 212 and a receiver 114, 214, respectively.
  • the transmitting unit 112 and the receiving unit 114 of the terminal 100 are configured to transmit and receive signals with the base station 200 and other terminals, and the processor 120 is functionally connected with the transmitting unit 112 and the receiving unit 114.
  • the transmitter 112 and the receiver 114 may be configured to control a process of transmitting and receiving signals with other devices.
  • the processor 120 performs various processes on the signal to be transmitted and transmits the signal to the transmitter 112, and performs the process on the signal received by the receiver 114.
  • the processor 120 may store information included in the exchanged message in the memory 130.
  • the terminal 100 can perform the method of various embodiments of the present invention described above.
  • the transmitter 212 and the receiver 214 of the base station 200 are configured to transmit and receive signals with other base stations and terminals, and the processor 220 is functionally connected to the transmitter 212 and the receiver 214 to transmit the signal. 212 and the receiver 214 may be configured to control the process of transmitting and receiving signals with other devices.
  • the processor 220 may perform various processing on the signal to be transmitted, transmit the signal to the transmitter 212, and may perform processing on the signal received by the receiver 214. If necessary, the processor 220 may store information included in the exchanged message in the memory 230. With such a structure, the base station 200 may perform the method of the various embodiments described above.
  • Processors 120 and 220 of the terminal 100 and the base station 200 respectively instruct (eg, control, coordinate, manage, etc.) the operation in the terminal 100 and the base station 200.
  • Respective processors 120 and 220 may be connected to memories 130 and 230 that store program codes and data.
  • the memories 130 and 230 are coupled to the processors 120 and 220 to store operating systems, applications, and general files.
  • the processor 120 or 220 of the present invention may also be referred to as a controller, a microcontroller, a microprocessor, a microcomputer, or the like.
  • the processors 120 and 220 may be implemented by hardware or firmware, software, or a combination thereof.
  • ASICs application specific integrated circuits
  • DSPs digital signal processors
  • DSPDs digital signal processing devices
  • PLDs programmable logic devices
  • FPGAs Field programmable gate arrays
  • the above-described method may be written as a program executable on a computer, and may be implemented in a general-purpose digital computer which operates the program using a computer readable medium.
  • the structure of the data used in the above-described method can be recorded on the computer-readable medium through various means.
  • Program storage devices that may be used to describe storage devices that include executable computer code for performing the various methods of the present invention should not be understood to include transient objects, such as carrier waves or signals. do.
  • the computer readable medium includes a storage medium such as a magnetic storage medium (eg, a ROM, a floppy disk, a hard disk, etc.), an optical reading medium (eg, a CD-ROM, a DVD, etc.).
  • the synchronization signal transmission method as described above can be applied to various wireless communication systems including not only 3GPP LTE and LTE-A systems, but also IEEE 802.16x and 802.11x systems. Furthermore, the proposed method can be applied to mmWave communication system using ultra high frequency band.

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Abstract

복수의 시간 구간에 걸쳐서 전송될 서로 다른 PSS 시퀀스들의 조합에 OCC를 적용하여 PSS 그룹을 생성하고, PSS 그룹에 할당된 자원 영역과 주파수축 상에서 인접한 영역에 SSS를 배치하고, PSS 그룹 및 SSS로 구성되는 동기 신호를 생성하고, 복수의 시간 구간에 걸쳐서 동기 신호를 전송하는 동기 신호 전송 방법 및 기지국이 개시된다.

Description

무선 통신 시스템에서 동기화 서브프레임을 이용한 동기 신호 전송 방법
이하의 설명은 무선 통신 시스템에 대한 것으로, 보다 구체적으로는 동기화 서브프레임 구조를 이용하여 동기 신호를 전송하는 방법 및 그 장치에 대한 것이다.
밀리미터 웨이브(mmWave)를 이용한 초고주파 무선 통신 시스템은 중심 주파수가 수 GHz 내지 수십 GHz에서 동작하도록 구성된다. 이러한 중심 주파수의 특성으로 인하여 mmWave 통신 시스템에서는 음영 지역에서 경로 감쇄(path loss)가 두드러지게 나타날 수 있다. 동기 신호는 기지국의 커버리지 내에 위치하는 모든 단말에 안정적으로 전송되어야 한다는 점을 고려할 때, mmWave 통신 시스템에서는 상술한 초고주파 대역의 특성상 발생할 수 있는 잠재적인 deep-null 현상을 고려하여 동기 신호를 설계 및 송신해야 한다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 mmWave와 같은 초고주파 대역을 이용한 무선 통신 시스템에서 기지국과 단말 간의 동기화 과정을 개선하여 동기 신호의 전송 효율을 개선하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 복수의 서브 어레이로 구성되는 안테나 어레이 구조를 이용한 동기화 전송 방식을 제안하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 초고주파 대역을 이용하는 통신 시스템에서 동기화 서브프레임을 정의함으로써 안테나 구조에 적합한 동기 신호 전송 방식을 제안하는 것이다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 목적들은 이상에서 언급한 사항들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 이하 설명할 본 발명의 실시 예들로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 고려될 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 동기 신호 전송 방법은, 복수의 시간 구간에 걸쳐서 전송될 서로 다른 PSS(Primary Synchronization Signal) 시퀀스들의 조합에 OCC(Orthogonal Cover Code)를 적용하여 PSS 그룹을 생성하는 단계, PSS 그룹에 할당된 자원 영역과 주파수축 상에서 인접한 영역에 SSS를 배치하는 단계, PSS 그룹 및 SSS로 구성되는 동기 신호를 생성하는 단계, 및 복수의 시간 구간에 걸쳐서 동기 신호를 전송하는 단계를 포함하며, PSS 그룹은 물리 계층 ID에 대응된다.
PSS 그룹은 동기화 서브프레임에 포함된 하나의 기초 동기 신호 블록(basic synchronization signal block)에서 전송되며, 하나의 기초 동기 신호 블록은 복수의 안테나 서브어레이에 의한 광폭 빔 영역에 대응할 수 있다.
상기 PSS 그룹은 켤레(conjugate) 관계에 있는 PSS 시퀀스들의 조합에 OCC를 적용하여 생성될 수 있다.
상기 PSS 그룹은 제1 PSS 시퀀스 및 제2 PSS 시퀀스들의 조합에 OCC를 적용하여 생성되고, 상기 제1 PSS 시퀀스 및 제2 PSS 시퀀스는 서로 켤레(conjugate) 관계가 아니며, 상기 제1 PSS 시퀀스 및 제2 PSS 시퀀스는 각각 켤레(conjugate) 관계에 있는 복수의 PSS 시퀀스들 중 하나가 적용될 수 있다.
서로 다른 크기의 PSS 그룹들은 네스티드 특성(nested property)을 만족하도록 구성될 수 있다.
SSS에는 또 다른 OCC가 적용되며, 서로 다른 기초 동기 신호 블록에 전송되는 SSS들에는 서로 다른 OCC가 적용될 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 기지국은, 송신부, 수신부, 및 송신부 및 수신부와 연결되어 동작하는 프로세서를 포함하되, 프로세서는, 복수의 시간 구간에 걸쳐서 전송될 서로 다른 PSS(Primary Synchronization Signal) 시퀀스들의 조합에 OCC(Orthogonal Cover Code)를 적용하여 PSS 그룹을 생성하고, PSS 그룹에 할당된 자원 영역과 주파수축 상에서 인접한 영역에 SSS를 배치하고, PSS 그룹 및 SSS로 구성되는 동기 신호를 생성하고, 복수의 시간 구간에 걸쳐서 동기 신호를 전송하며, PSS 그룹은 물리 계층 ID에 대응된다.
[발명의 효과]
본 발명의 실시 예들에 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
첫째로, 무선 통신 시스템에서 기지국과 단말 간의 동기화 과정이 개선되어 기지국과 단말 간의 효율적인 동기 신호 송수신이 가능하게 된다.
둘째로, 복수의 서브 어레이로 구성되는 안테나 어레이 구조에서 적합한 동기 신호 전송 방식이 이루어져, 동기화 과정의 효율이 개선될 수 있다.
셋째로, 간단한 변경만으로도 동기화 방식을 다양하게 구현할 수 있어, 다양한 단말 종류에 적합한 동기화가 수행될 수 있다.
본 발명의 실시 예들에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 이하의 본 발명의 실시 예들에 대한 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 도출되고 이해될 수 있다. 즉, 본 발명을 실시함에 따른 의도하지 않은 효과들 역시 본 발명의 실시 예들로부터 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 도출될 수 있다.
이하에 첨부되는 도면들은 본 발명에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 본 발명에 대한 실시 예들을 제공한다. 다만, 본 발명의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시 예로 구성될 수 있다. 각 도면에서의 참조 번호(reference numerals)들은 구조적 구성요소(structural elements)를 의미한다.
도 1은 서브 어레이 기반의 안테나 구조와 그에 따른 RF 빔 구조를 도시한다.
도 2는 서브 어레이 기반의 안테나 구조와 그에 따른 또 다른 RF 빔 구조를 도시한다.
도 3은 협폭 빔을 이용하여 생성된 광폭 빔을 도시한다.
도 4는 동기 신호의 반복 전송을 고려한 동기화 서브프레임의 구조를 도시한다.
도 5는 제안하는 실시 예에 따라 물리 계층 ID(Physical Layer Identity)를 정의하는 과정을 도시한다.
도 6은 제안하는 실시 예에 따른 동기화 성능 향상을 설명하는 도면이다.
도 7 및 도 8은 제안하는 또 다른 실시 예를 도시하는 도면이다.
도 9는 SSS에 대해 제안하는 실시 예를 도시하는 도면이다.
도 10은 제안하는 실시 예에 따른 동기 신호 전송 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 11은 제안하는 실시 예와 관련된 단말 및 기지국의 구성을 도시하는 도면이다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
이하의 실시 예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들을 소정 형태로 결합한 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려될 수 있다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시 예를 구성할 수도 있다. 본 발명의 실시 예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시 예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시 예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시 예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다.
도면에 대한 설명에서, 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 절차 또는 단계 등은 기술하지 않았으며, 당업자의 수준에서 이해할 수 있을 정도의 절차 또는 단계는 또한 기술하지 아니하였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함(comprising 또는 including)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, "일(a 또는 an)", "하나(one)", "그(the)" 및 유사 관련어는 본 발명을 기술하는 문맥에 있어서(특히, 이하의 청구항의 문맥에서) 본 명세서에 달리 지시되거나 문맥에 의해 분명하게 반박되지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
본 명세서에서 본 발명의 실시 예들은 기지국과 이동국 간의 데이터 송수신 관계를 중심으로 설명되었다. 여기서, 기지국은 이동국과 직접적으로 통신을 수행하는 네트워크의 종단 노드(terminal node)로서의 의미가 있다. 본 문서에서 기지국에 의해 수행되는 것으로 설명된 특정 동작은 경우에 따라서는 기지국의 상위 노드(upper node)에 의해 수행될 수도 있다.
즉, 기지국을 포함하는 다수의 네트워크 노드들(network nodes)로 이루어지는 네트워크에서 이동국과의 통신을 위해 수행되는 다양한 동작들은 기지국 또는 기지국 이외의 다른 네트워크 노드들에 의해 수행될 수 있다. 이때, '기지국'은 고정국(fixed station), Node B, eNode B(eNB), 발전된 기지국(Advanced Base Station, ABS) 또는 액세스 포인트(access point) 등의 용어에 의해 대체될 수 있다.
또한, '이동국(Mobile Station, MS)'은 UE(User Equipment), SS(Subscriber Station), MSS(Mobile Subscriber Station), 이동 단말(Mobile Terminal), 발전된 이동단말(Advanced Mobile Station, AMS), 단말(Terminal) 또는 스테이션(STAtion, STA) 등의 용어로 대체될 수 있다.
또한, 송신단은 데이터 서비스 또는 음성 서비스를 제공하는 고정 및/또는 이동 노드를 말하고, 수신단은 데이터 서비스 또는 음성 서비스를 수신하는 고정 및/또는 이동 노드를 의미한다. 따라서, 상향링크에서는 이동국이 송신단이 되고, 기지국이 수신단이 될 수 있다. 마찬가지로, 하향링크에서는 이동국이 수신단이 되고, 기지국이 송신단이 될 수 있다.
또한, 디바이스가 '셀'과 통신을 수행한다는 기재는 디바이스가 해당 셀의 기지국과 신호를 송수신하는 것을 의미할 수 있다. 즉, 디바이스가 신호를 송신하고 수신하는 실질적인 대상은 특정 기지국이 될 수 있으나, 기재의 편의상 특정 기지국에 의해 형성되는 셀과 신호를 송수신하는 것으로 기재될 수 있다. 마찬가지로, '매크로 셀' 및/또는 '스몰 셀' 이라는 기재는 각각 특정한 커버리지(coverage)를 의미할 수 있을 뿐 아니라, '매크로 셀을 지원하는 매크로 기지국' 및/또는 '스몰 셀을 지원하는 스몰 셀 기지국'을 의미할 수도 있다.
본 발명의 실시 예들은 무선 접속 시스템들인 IEEE 802.xx 시스템, 3GPP 시스템, 3GPP LTE 시스템 및 3GPP2 시스템 중 적어도 하나에 개시된 표준 문서들에 의해 뒷받침될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 예들 중 설명하지 않은 자명한 단계들 또는 부분들은 상기 문서들을 참조하여 설명될 수 있다.
또한, 본 문서에서 개시하고 있는 모든 용어들은 상기 표준 문서에 의해 설명될 수 있다. 특히, 본 발명의 실시 예들은 IEEE 802.16 시스템의 표준 문서인 P802.16e-2004, P802.16e-2005, P802.16.1, P802.16p 및 P802.16.1b 표준 문서들 중 하나 이상에 의해 뒷받침될 수 있다.
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.
또한, 본 발명의 실시 예들에서 사용되는 특정 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 이러한 특정 용어의 사용은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다.
1. 초고주파 대역을 이용한 통신 시스템
mmWave와 같은 초고주파 대역을 이용하는 차세대 통신 시스템이 논의됨에 따라, 새로운 안테나 구조와 RF 빔 구조가 제안된다. 도 1은 서브 어레이(subarray, 부배열) 기반의 안테나 구조와 그에 따른 RF 빔 구조를 도시한다.
도 1에 도시된 안테나 구조에서는 4개의 안테나 서브 어레이를 이용한 1개의 단일 RF 빔이 정의된다. 2개의 안테나 서브 어레이(또는, 단순하게 서브 어레이)가 1개의 안테나 어레이(또는, 단순하게 어레이)를 구성하며, 1개의 어레이는 8(H)*8(V)*2(P)개의 안테나들로 구성된다. H는 수평 방향(horizontal) 축을 의미하고, V는 수직 방향(vertical) 축을 의미하고, P는 안테나의 극성(polarization)을 의미한다. 즉, 1개의 어레이는 단일 극성을 갖는 8*8=64 개의 안테나들로 구성되는 서브 어레이가 2개 겹쳐서 배치되는 형태이며, 도 1의 우측에 도시된 바와 같이 2개의 서브 어레이가 직교하도록 겹쳐져서 교차 극성(cross polarization) 형태로 구현된다. 이와 유사하게, 도 1의 좌측에는 2개의 서브 어레이가 겹쳐진 1개의 어레이가 2개 인접하여 배치된, 총 4개의 서브 어레이를 도시한다.
이와 같이 복수의 안테나들이 교차 극성 형태로 겹쳐진 1개의 어레이를 패치 안테나(patch antenna) 구조라고도 하며, 8*8 개의 안테나뿐 아니라 다른 개수의 안테나들도 겹쳐져서 교차 극성 형태를 구성할 수도 있다. 한편, 도 1에 도시된 바와 같이 1개의 RF 체인은 1개의 서브 어레이에 대응되며, 단일 극성을 갖는 8*8 개의 안테나들을 제어할 수 있다. 즉, 도 1의 좌측에 도시된 안테나 구조는 2개의 어레이가 인접하여 배치되는 형태이며, 2개의 어레이를 구성하는 4 개의 서브 어레이들은 총 4개의 RF 체인들에 의해 각각 제어된다. 도 1에서는 이러한 4 개의 RF 체인들에 의해 4개의 서브 어레이가 단일 빔(single beam)을 생성하는 과정이 도시된다. 이때, 도시된 빔의 폭은 15'(H)*15'(V) 일 수 있다.
도 2는 서브 어레이 기반의 안테나 구조와 그에 따른 또 다른 RF 빔 구조를 도시한다. 도 2는 도 1과는 달리 4개의 RF 체인들이 각각 독립적으로 RF 빔을 형성하며, 이에 따라 4개의 서브 어레이가 4개의 멀티 빔(multi beam)을 형성되는 과정을 도시한다. 이러한 경우, 4개의 빔들이 각각 서로 다른 지역을 커버할 수 있게 된다.
도 1과 도 2에 따른 방식은 아래의 표 1과 같은 장단점이 있다.
표 1
단일 빔 멀티 빔
장점 빔 이득이 높음 빔 스캐닝이 빠름
단점 빔 스캐닝이 느림 빔 이득이 낮음
즉, RF 체인들이 단일 빔을 형성하는 경우, 특정 영역에 조사되는 빔 양이 증가하여 빔 이득이 높은 반면에, 전체 영역을 커버하기 위해서 요구되는 빔 스캐닝 과정이 느리게 진행된다. 상대적으로, RF 체인들이 멀티 빔을 형성하는 경우, 특정 영역에 조사되는 빔 양이 적어 빔 이득은 낮은 반면에, 빔 스캐닝 과정은 빠르게 진행될 수 있다.
도 3은 협폭 빔을 이용하여 생성된 광폭 빔을 도시한다. 도 3에서 협폭 빔이란 앞서 도 2에서 설명한 멀티 빔 형태에서 안테나 서브 어레이에 의해 형성되는 각각의 빔들을 의미할 수 있으며, 광폭 빔이란 서브 어레이들이 형성하는 빔들이 모여 구성하는 전체 빔을 의미할 수 있다. 도 3은 4개의 RF 체인에 대응되는 4개의 서브 어레이들이 생성하는 광폭 빔을 도시한다.
이하에서는 송신기가 도 3의 광폭 빔을 이용하여 동기 신호를 전송하는 것을 전제로 설명한다. 즉, 모든 서브 어레이는 동기 신호로써 동일한 PSS, SSS, PBCH를 전송한다. PSS(Primary Synchronization Signal)는 송신기와 수신기 간의 타이밍을 맞추기 위한 신호이며, SSS(Secondary Synchronization Signal)는 수신기가 송신기의 셀을 식별하기 위한 신호이며, PBCH(Physical Broadcast Channel)는 셀의 시스템 정보가 전송되는 채널을 의미한다.
표 1에서 설명한 바와 같이, 멀티 빔을 이용한 광폭 빔이 이용되는 경우, 넓은 영역을 커버할 수 있는 대신 빔 이득이 낮아지게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 시간축 상으로 동기 신호들을 반복하여 전송함으로써 수신기에 추가적인 이득을 제공할 수 있게 된다.
도 4는 동기 신호의 반복 전송을 전제로 하는 동기화 서브프레임(synchronization subframe)의 구조를 도시한다. 도 4에서 가로 방향은 시간축을 나타내며, 세로 방향은 주파수축을 나타낸다.
10ms로 구성되는 1개의 무선 프레임(radio frame)은 복수의 서브프레임들로 구성되며, 제안하는 동기화 서브프레임은 각 프레임에서 5ms 마다 전송될 수 있다. 도 4에는 동기화 서브프레임이 프레임의 시작 시점에 전송되는 예를 도시한다.
한편, 하나의 동기화 서브프레임은 복수의 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼로 구성될 수 있으며, 도 14에는 13 개의 OFDM 심볼만이 도시되어 있으나, 더 적거나 더 많은 수의 OFDM 심볼이 하나의 동기화 서브프레임을 구성할 수도 있다.
도 4에서 동일한 무늬와 패턴으로 표시된 블록들은 도 3에서 복수의 협폭 빔으로 구성되는 광폭 빔에 대응되는 자원 영역을 의미한다. 즉, 도 4에서 4개의 OFDM 심볼들(예를 들어, OFDM 심볼 #0 내지 #3)은 도 3에서 4개의 안테나 서브 어레이들이 광폭 빔을 형성하여 RF 빔을 전송하는 시간 구간을 의미한다. 이어서, 다음 4개의 OFDM 심볼들은 또 다른 광폭 빔에 대응하는 자원 영역을 의미한다. 이는, 하나의 광폭 빔에 해당하는 영역으로는 셀 전체를 커버할 수 없기 때문이다.
즉, 도 4는 하나의 광폭 빔 영역에 PSS/SSS/PBCH 가 4개의 OFDM 심볼에 걸쳐서 반복하여 전송되는 것을 의미할 수 있다. 이와 같이, 복수의 RF 체인에 의해 동기 신호가 반복 전송되는 하나의 광폭 빔 영역에 대응되는 자원 영역을 '기초 동기 신호 블록(basic synchronization signal block)'이라 한다. 이때, 도 4에서 BRS (Beam Reference Signal) 는 동기화 과정에서 이용되는 빔 기준 신호(Beam Reference Signal)를 의미한다.
2. 제안하는 동기 신호 구성 방법
이하에서는, 상술한 초고주파 대역을 이용하는 통신 시스템에 있어서 제안하는 동기 신호 구성 방법에 대해 설명한다.
도 5는 제안하는 실시 예에 따라 물리 계층 ID(Physical Layer Identity)를 정의하는 과정을 도시한다.
일 실시 예에 의하면, 동기화를 위해 전송되는 PSS는 서로 다른 시퀀스 조합에 의해 정의될 수 있으며, 또는 서로 동일하거나 다른 시퀀스 조합에 OCC(Orthogonal Cover Code)를 적용하여 정의될 수 있다. 또한, 물리 계층 ID는 상술한 바에 따른 시퀀스와 OCC의 조합에 의해 정의된다.
PSS 그룹은 도 4에서 하나의 기초 동기 신호 블록에 포함되는 PSS들을 의미한다. 도 4에서는 기초 동기 신호 블록이 4개의 OFDM 심볼로 구성되어 4개의 PSS가 반복 전송되는 것으로 설명한 바 있다. 반면에, 이하에서 제안하는 실시 예에서는 설명의 편의를 위해 기초 동기 신호 블록이 2개의 OFDM 심볼로 구성되는 예를 설명한다. 즉, 하나의 협폭 빔 영역에 동기 신호가 2번씩 반복하여 전송되는 것이다. 도 5에는 하나의 기초 동기 신호 블록이 2개의 OFDM 심볼로 구성되는 예가 도시된다.
제안하는 실시 예가 도 4의 동기화 서브프레임 구조와 다른 점은, 기초 동기 신호 블록 내에서 전송되는 PSS들이 서로 다르다는 점이다. 즉, 도 4에서는 동일한 PSS가 기초 동기 신호 블록 내에서 반복하여 전송된다고 설명한 바 있다. 반면에, 제안하는 실시 예에서는 기초 동기 신호 블록 내에서 복수의 OFDM 심볼에 걸쳐서 전송되는 PSS들(즉, PSS 그룹)은 서로 다른 시퀀스 조합으로 구성되어 시퀀스 자체가 다르거나, 반복하는 과정에서 OCC가 적용되어 위상이 다르도록 정의될 수 있다. 이와 같이 PSS 그룹에 적용되는 시퀀스와 OCC의 조합이 물리 계층 ID로 정의될 수 있다.
아래의 표 2는 PSS 그룹을 구성하는 PSS들 및 물리 계층 ID의 구현 예를 나타낸다. 표 2에서 물리 계층 ID가 0, 1, 2 의 3개로 정의된다는 것은 하나의 광폭 빔 영역이 셀의 120' 만큼의 영역을 커버함을 의미한다.
표 2
반복 Sequence physical layer identity
2 [S 25, S 29] 0
[S 25, -S 29] 1
[S 34, S 38] 2
표 2에서 2개의 시퀀스로 구성되는 시퀀스 조합은 도 5의 PSS 1 및 PSS 2를 의미한다. 즉, [S 25, S 29]은 도 5의 PSS 1으로 시퀀스 S25가 전송되고 PSS 2로 시퀀스 S29가 전송됨을 의미한다. 2번의 반복 전송에 대해 PSS의 시퀀스 자체가 다르게 입력될 수도 있으며(25, 29 또는 34, 38), OCC도 적용되어 위상이 다르게 적용될 수도 있다(S 25, S 29 또는 S 25, -S 29). 각각의 물리 계층 ID는 서로 다른 시퀀스와 OCC의 조합에 대응되며, 표 2에서는 2번의 반복에 대해 3개의 물리 계층 ID가 정의되는 예를 나타낸다.
아래의 표 3 은 기초 동기 신호 블록을 구성하는 OFDM 심볼의 수(즉, PSS 전송 횟수)가 각각 3, 4 인 예들을 도시한다. 표 3에서는 표 2와 유사하게, 제안하는 실시 예에 따라 동기 신호 반복 전송 시간 구간 동안에 PSS 시퀀스와 OCC가 달라지며, PSS 시퀀스와 OCC의 조합에 의해 물리 계층 ID가 정의되는 것이 나타난다.
표 3
반복 Sequence OCC physical layer identity
3 [ S 25, S 29, S 34 ] 1 1 1 0
1
Figure PCTKR2017002202-appb-I000001
Figure PCTKR2017002202-appb-I000002
 1
Figure PCTKR2017002202-appb-I000003
1
Figure PCTKR2017002202-appb-I000004
 2
4 [ S 25, S 29, S 34, S 38 ] 1 1 1 1 0
1 1 -1 -1 1
1 -1 -1 1 2
도 6은 제안하는 실시 예에 따른 동기화 성능 향상을 설명하는 도면이다.
종래의 LTE/LTE-A PSS 만으로 물리 계층 ID를 정의하는 경우, 도 4와 같이 동일한 PSS를 반복하여 전송하게 된다. 이러한 경우, 수신기가 타이밍 동기화를 수행하는 과정에서 피크 값을 계산할 때, 최대값 대비 2번째 값이 커지는 문제가 발생한다. 이러한 사이드 로브(side lobe)의 발생은 타이밍 동기화 계산 결과에서 모호성 문제(ambiguity problem)를 야기한다.
반면에, 제안하는 실시 예에 따라 PSS 시퀀스와 OCC가 달라지는 경우, 도 6과 같이 타이밍 동기화의 계산 결과에서 사이드 로브 발생이 최소화된다. 이에 따라, 잠재적인 모호성 문제 발생이 억제될 수 있어, 타이밍 동기화 추정의 성능과 물리 계층 ID 추정 성능이 향상될 수 있다.
도 7 및 도 8은 제안하는 또 다른 실시 예를 도시하는 도면이다.
앞서 제안한 실시 예에 의하면, PSS 시퀀스와 OCC의 조합에 의해 물리 계층 ID를 정의한 바 있다. 이에 더하여, 물리 계층 ID를 정의하는 과정에서 하나의 물리 계층 ID에 대해서 ZC 켤레 쌍(conjugate pair) 관계에 있는 시퀀스들을 조합할 수도 있다.
아래의 표 4는 기초 동기 신호 블록에서 동기 신호가 2번의 반복 전송되는 과정을 예로 들어 설명한다.
표 4
Sequence Group Physical Layer Identity (PLI)
{S 25, S 38} 0
{S 25, -S 38} 1
{S 29, S 34} 2
도 7은 이와 같이 ZC 켤레쌍 관계의 시퀀스들이 조합되어 물리 계층 ID를 정의하는 경우, 수신기(즉, 단말)의 PSS 추정 과정을 도시한다. 즉, 서로 켤레 관계에 있는 {S 25, ±S 38} 또는 {S 29, S 34} 시퀀스들의 조합에 OCC를 적용하여 하나의 물리 계층 ID가 정의될 수 있다. 도 7에서 수신기는 하나의 코릴레이터(correlator)를 포함하도록 구성되며, 하나의 코릴레이터는 모드 1 또는 모드 2로 동작할 수 있다.
표 4와 같이 물리 계층 ID가 정의되어 있을 때, 단말의 수신기는 먼저 모드 1로 동작하여 물리 계층 ID '0', '1'에 대한 추정 과정을 수행한다. 모드 1로 동작하는 과정에서 PSS의 상관관계 값이 최대 값으로 얻어지는 경우, 단말은 물리 계층 ID를 0 또는 1로 결정한다(상관관계가 최대인 값으로). 반면에, 모드 1에서 상관관계가 최대로 감지되지 않은 경우, 단말은 모드 2로 동작하여 물리 계층 ID '2'에 대한 추정 과정을 수행한다.
한편, 이러한 과정에서, ZC 켤레쌍 관계의 시퀀스들의 조합으로 물리 계층 ID를 정의한 장점이 나타난다. 즉, ZC 켤레쌍 관계에 있는 시퀀스들은 어느 하나의 상관관계 값을 계산하는 경우 다른 하나의 상관관계 값이 자동적으로 얻어진다. 예를 들어, S25 시퀀스의 상관관계 값을 계산하는 경우, S38의 상관관계 값이 얻어지며, S29 시퀀스의 값을 계산하는 경우 S34의 상관관계 값이 얻어진다(반대의 경우도 마찬가지이다).
따라서, 도 7과 같이 동작하는 단말은 낮은 복잡도로도 PSS 추정 과정을 수행할 수 있다. 그러나, 이러한 방식은 단말이 하나의 코릴레이터의 동작 모드를 변경해야 전체 시퀀스를 검사할 수 있기 때문에, 전체 셀 검색 시간이 상대적으로 길게 소요된다. 그럼에도 불구하고, mmWave와 같은 광대역 시스템에서는 샘플링 타임이 종래 통신 방식에 비해 매우 빨라서 높은 성능의 코릴레이터가 요구된다는 점을 생각해보면, 단말의 구현 비용 및 전력 소모를 최소화할 수 있다는 장점이 있다.
또 다른 실시 예에 의하면, ZC 켤레쌍 관계에 있는 시퀀스들을 PSS 조합에서 같은 순서에 배치할 수도 있다. 표 5는 이러한 실시 예에 따른 물리 계층 ID 정의 과정을 도시한다.
표 5
Sequence Group Physical Layer Identity (PLI)
{S 25, S 29} 0
{S 25, -S 29} 1
{S 38, S 34} 2
표 5에 따른 구현 예에서는 켤레쌍 관계에 있는 시퀀스들이 PSS 조합에서 같은 순서에 배치될 수 있다. 예를 들어, 켤레쌍 관계인 S25 및 S38은 2번 반복되는 PSS 조합에서 각각 첫번째에 위치할 수 있으며, 켤레쌍 관계인 S29 및 S34는 두번째에 위치할 수 있다.
다시 말해, 본 발명에 따른 하나의 물리 계층 ID는 첫번째 위치한 제1 PSS 시퀀스 (예: S25, S38) 및 두번째 위치한 제2 PSS 시퀀스 (예: ±S29, S34) 들의 조합에 OCC를 적용하여 생성될 수 있다. 이때, 상기 제1 PSS 시퀀스 및 제2 PSS 시퀀스는 서로 켤레 관계에 해당되지는 않는다. 다만, 제1 PSS 시퀀스는 서로 켤레 관계에 있는 복수의 PSS 시퀀스들 (예: S25, S38) 중 하나이고, 제2 PSS 시퀀스도 서로 켤레 관계에 있는 복수의 PSS 시퀀스들 (예: ±S29, S34) 중 하나가 적용될 수 있다. 이에 따라 표 5와 같이 물리 계층 ID '0'은 {S25, S29}에, 물리 계층 ID '1'은 {S25, -S29}에, 물리 계층 ID '2'는 {S38, S34}에 OCC를 적용한 값에 대응될 수 있다.
도 8은 이러한 실시 예에서 PSS를 추정하는 단말의 동작 과정을 도시한다. 도 8의 실시 예에서의 단말은 2개의 코릴레이터를 포함하도록 구성되며, 첫번째 코릴레이터는 시퀀스 S25 및 S38에 대한 상관관계만을 측정하고, 두번째 코릴레이터는 시퀀스 S29 및 S34에 대한 상관관계만을 측정한다. 이러한 구현 예에서, 단말의 2개 코릴레이터는 2개의 연속된 OFDM 심볼 길이의 수신 신호를 동시에 검사할 수 있다.
상술한 실시 예에 따르면, 단말이 2개의 코릴레이터를 동작시키면서 이전에 계산했던 결과 값을 저장할 필요가 없게 되어 버퍼(또는, 메모리)가 필요 없다는 장점이 있다. 아래의 표 6은 표 5의 예시를 4번 반복 횟수에 대해 확장 적용하는 예를 도시한다.
표 6
Sequence Group Physical Layer Identity (PLI)
{S 25, S 29, S 38, S 34} 0
{S 25, -S 29, S 38, -S 34} 1
{S 25, -S 29, -S 38, S 34} 2
표 6과 같이 구현되는 경우, 2번 반복 횟수와는 달리 수신기에 버퍼가 필요하다. 그러나, 버퍼가 S38 및 S34의 결과 값만 저장하고 있으면 되기 때문에, 버퍼의 사이즈가 상대적으로 적게 필요하다는 장점이 있다.
또 다른 실시 예에 의하면, PSS 그룹의 사이즈에 따라 네스티드 특성(nested property)를 만족하도록 구현될 수도 있다. 네스티드 특성은 작은 크기를 갖는 집합의 요소들이 큰 크기를 갖는 집합에 그대로 포함되는 구조를 의미한다. 제안하는 실시 예에서는, 작은 크기의 PSS 그룹이 큰 크기의 PSS 그룹에 포함되는 방식을 제안한다. 아래의 표 7 및 표 8에서, 표 8의 2번 반복 횟수의 PSS 그룹이 표 7의 4번 반복 횟수의 PSS 그룹에 동일하게 포함됨을 확인할 수 있다.
표 7
Sequence Group Physical Layer Identity (PLI)
{S 25, S 29, S 34, S 38} 0
{S 25, -S 29, S 34, -S 38} 1
{-S 38, -S 34, S 29, S 25} 2
표 8
Sequence Group Physical Layer Identity (PLI)
{S 25, S 29} 0
{S 25, -S 29} 1
{-S 38, -S 34} 2
송신기가 각 서브캐리어 마다 서로 다른 크기의 PSS 그룹을 정의할 때, 표 7 및 표 8과 같이 네스티드 특성을 갖도록 PSS 그룹을 정의할 수 있다. 이러한 방식에 따르면, 표 7과 같이 큰 크기를 갖는 하나의 매칭 테이블만을 저장하더라도 표 8이 자동적으로 도출될 수 있어, 서로 다른 크기의 PSS 그룹들이 한꺼번에 복수 개 정의되는 효과가 있다.
이상에서는 PSS 시퀀스와 OCC의 조합에 의해 물리 계층 ID를 정의하는 실시 예를 설명한 바 있다. 이어서, 도 9에서는 SSS에 대한 실시 예를 설명한다.
상술한 실시 예에 따라 물리 계층 ID를 정의한 경우, 수신기는 수신되는 동기 신호들로부터 타이밍 동기화를 수행할 수 있다. 즉, 수신기는 기초 동기 신호 블록 내에서 수신되는 동기 신호의 정확한 타이밍을 구분해낼 수 있다. 한편, 수신기가 자신이 수신한 동기 신호가 동기화 서브프레임 내의 어떠한 기초 동기 신호 블록에 속하는지는 구분할 수 없는 모호성 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 과정을 심볼 위치(symbol location) 또는 서브프레임 바운더리(subframe boundary)의 검출 과정이라 칭할 수도 있다.
이하에서는, 수신기가 각각의 기초 동기 신호 블록을 구분할 수 있도록 SSS에 OCC를 적용하는 실시 예를 제안한다. 각각의 기초 동기 신호 블록마다 적용되는 OCC가 다르다. SSS는 도 5와 같이 PSS와 FDM 되어 반복 전송될 수 있으며, 각각의 기초 동기 신호 블록마다 서로 다른 OCC가 적용된다.
도 9를 예로 들어 설명하면, 동기 신호의 반복 횟수가 4인 경우 앞쪽의 기초 동기 신호 블록에 포함되는 4개의 SSS에는 OCC 0 {1 1 1 1}가 적용될 수 있다. 반면에, 뒤쪽의 기초 동기 신호 블록에 포함되는 4개의 SSS에는 OCC 1 {1 -1 1 -1}이 적용될 수 있다. 이와 같이 SSS에 OCC를 적용함으로써, 추가적인 자원 할당 없이도 각 기초 동기 신호 블록들 간의 모호성 문제가 해결될 수 있다.
도 10은 제안하는 실시 예에 따른 동기 신호 전송 방법을 도시하는 흐름도이다. 도 10에서는 이상에서 설명한 실시 예들에 따라 송신기(즉, 기지국)가 동기 신호를 구성하고, 수신기(즉, 단말)로 전송하는 일련의 과정을 도시한다.
먼저, 송신기와 기지국 간에는 물리 계층 ID를 구별하기 위한 PSS 시퀀스와 OCC의 조합이 서로 공유된다(S1010). 즉, 송신기와 수신기 간에는 동기 신호의 반복 전송 횟수(또는, 기초 동기 신호 블록을 구성하는 OFDM 심볼의 개수)에 대응하여 물리 계층 ID가 어떠한 PSS 시퀀스 및 OCC의 조합으로 정의되는지에 대해서 미리 공유되어야 동기화 과정이 수행될 수 있다. 이에 따라, 물리 계층 ID를 정의하는 PSS 시퀀스와 OCC의 조합에 대한 정보가 송신기로부터 수신기로 전달되거나, 두 엔티티(entity) 간에 미리 설정되는 방식으로 공유될 수 있다.
이어서, 송신기는 동기화 서브프레임 내에서 PSS 시퀀스에 OCC를 적용하여 동기 신호를 생성한다(S1020). 이러한 동기 신호는 동기화 서브프레임의 기초 동기 신호 블록 내에서 복수의 OFDM 심볼에 걸쳐서 수신기로 전송되며(S1030), 수신기는 수신된 동기 신호를 이용하여 동기화를 수행한다(S1040). 즉, 수신기는 동기 신호의 PSS의 시퀀스 조합과 PSS에 적용된 OCC를 이용하여 동기화 타이밍을 확인한다. 한편, 동기화 서브프레임에서 PSS와 SSS가 FDM으로 다중화되어 전송되는 경우, 수신기는 SSS를 확인함으로써 수신된 동기 신호가 동기화 서브프레임 내의 어떠한 기초 동기 신호 블록에 해당하는지 확인할 수 있다. 이러한 과정은 빔 스캐닝 과정으로 이해될 수도 있다.
이상에서 설명한 실시 예에서는 빔 스캐닝 기반의 동기화 서브프레임 구조 및 동기 신호 구성 방법을 제안하였다. 상술한 실시 예들에 의하면 물리 계층 ID와 심볼 위치(또는, 서브프레임 바운더리) 검출 방법이 새롭게 정의될 수 있다.
3. 장치 구성
도 11은 본 발명의 일 실시 예와 관련된 단말 및 기지국의 구성을 도시하는 도면이다. 도 11에서 단말(100) 및 기지국(200)은 각각 무선 주파수(RF) 유닛(110, 210), 프로세서(120, 220) 및 메모리(130, 230)를 포함할 수 있다. 도 11에서는 단말(100)와 기지국(200) 간의 1:1 통신 환경만을 도시하였으나, 다수의 단말과 다수의 기지국 간에도 통신 환경이 구축될 수 있다. 또한, 도 11에 도시된 기지국(200)은 매크로 셀 기지국과 스몰 셀 기지국에 모두 적용될 수 있다.
각 RF 유닛(110, 210)은 각각 송신부(112, 212) 및 수신부(114, 214)를 포함할 수 있다. 단말(100)의 송신부(112) 및 수신부(114)는 기지국(200) 및 다른 단말들과 신호를 송신 및 수신하도록 구성되며, 프로세서(120)는 송신부(112) 및 수신부(114)와 기능적으로 연결되어 송신부(112) 및 수신부(114)가 다른 기기들과 신호를 송수신하는 과정을 제어하도록 구성될 수 있다. 또한, 프로세서(120)는 전송할 신호에 대한 각종 처리를 수행한 후 송신부(112)로 전송하며, 수신부(114)가 수신한 신호에 대한 처리를 수행한다.
필요한 경우 프로세서(120)는 교환된 메시지에 포함된 정보를 메모리(130)에 저장할 수 있다. 이와 같은 구조를 가지고 단말(100)은 이상에서 설명한 본 발명의 다양한 실시 형태의 방법을 수행할 수 있다.
기지국(200)의 송신부(212) 및 수신부(214)는 다른 기지국 및 단말들과 신호를 송신 및 수신하도록 구성되며, 프로세서(220)는 송신부(212) 및 수신부(214)와 기능적으로 연결되어 송신부(212) 및 수신부(214)가 다른 기기들과 신호를 송수신하는 과정을 제어하도록 구성될 수 있다. 또한, 프로세서(220)는 전송할 신호에 대한 각종 처리를 수행한 후 송신부(212)로 전송하며 수신부(214)가 수신한 신호에 대한 처리를 수행할 수 있다. 필요한 경우 프로세서(220)는 교환된 메시지에 포함된 정보를 메모리(230)에 저장할 수 있다. 이와 같은 구조를 가지고 기지국(200)은 앞서 설명한 다양한 실시 형태의 방법을 수행할 수 있다.
단말(100) 및 기지국(200) 각각의 프로세서(120, 220)는 각각 단말(100) 및 기지국(200)에서의 동작을 지시(예를 들어, 제어, 조정, 관리 등)한다. 각각의 프로세서들(120, 220)은 프로그램 코드들 및 데이터를 저장하는 메모리(130, 230)들과 연결될 수 있다. 메모리(130, 230)는 프로세서(120, 220)에 연결되어 오퍼레이팅 시스템, 어플리케이션, 및 일반 파일(general files)들을 저장한다.
본 발명의 프로세서(120, 220)는 컨트롤러(controller), 마이크로 컨트롤러(microcontroller), 마이크로 프로세서(microprocessor), 마이크로 컴퓨터(microcomputer) 등으로도 호칭될 수 있다. 한편, 프로세서(120, 220)는 하드웨어(hardware) 또는 펌웨어(firmware), 소프트웨어, 또는 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다.
하드웨어를 이용하여 본 발명의 실시 예를 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(120, 220)에 구비될 수 있다.
한편, 상술한 방법은, 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터 판독 가능 매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한, 상술한 방법에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터 판독 가능 매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다. 본 발명의 다양한 방법들을 수행하기 위한 실행 가능한 컴퓨터 코드를 포함하는 저장 디바이스를 설명하기 위해 사용될 수 있는 프로그램 저장 디바이스들은, 반송파(carrier waves)나 신호들과 같이 일시적인 대상들은 포함하는 것으로 이해되지는 않아야 한다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, DVD 등)와 같은 저장 매체를 포함한다.
본원 발명의 실시 예 들과 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아닌 설명적 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 발명의 상세한 설명이 아닌 특허청구 범위에 나타나며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
상술한 바와 같은 동기 신호 전송 방법은 3GPP LTE, LTE-A 시스템뿐 아니라, 그 외에도 IEEE 802.16x, 802.11x 시스템을 포함하는 다양한 무선 통신 시스템에 적용하는 것이 가능하다. 나아가, 제안한 방법은 초고주파 대역을 이용하는 mmWave 통신 시스템에도 적용될 수 있다.

Claims (12)

  1. mmWave 대역을 이용하는 통신 시스템에서 기지국이 동기 신호를 전송하는 방법에 있어서,
    복수의 시간 구간에 걸쳐서 전송될 서로 다른 PSS(Primary Synchronization Signal) 시퀀스들의 조합에 OCC(Orthogonal Cover Code)를 적용하여 PSS 그룹을 생성하는 단계;
    상기 PSS 그룹에 할당된 자원 영역과 주파수축 상에서 인접한 영역에 SSS를 배치하는 단계;
    상기 PSS 그룹 및 상기 SSS로 구성되는 동기 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 복수의 시간 구간에 걸쳐서 상기 동기 신호를 전송하는 단계를 포함하며,
    상기 PSS 그룹은 물리 계층 ID에 대응되는 것인, 동기 신호 전송 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 PSS 그룹은 동기화 서브프레임에 포함된 하나의 기초 동기 신호 블록(basic synchronization signal block)에서 전송되며, 상기 하나의 기초 동기 신호 블록은 복수의 안테나 서브어레이에 의한 광폭 빔 영역에 대응하는 것인, 동기 신호 전송 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 PSS 그룹은 켤레(conjugate) 관계에 있는 PSS 시퀀스들의 조합에 OCC를 적용하여 생성되는, 동기 신호 전송 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 PSS 그룹은 제1 PSS 시퀀스 및 제2 PSS 시퀀스들의 조합에 OCC를 적용하여 생성되고,
    상기 제1 PSS 시퀀스 및 제2 PSS 시퀀스는 서로 켤레(conjugate) 관계가 아니며,
    상기 제1 PSS 시퀀스 및 제2 PSS 시퀀스는 각각 켤레(conjugate) 관계에 있는 복수의 PSS 시퀀스들 중 하나인, 동기 신호 전송 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    서로 다른 크기의 PSS 그룹들은 네스티드 특성(nested property)을 만족하도록 구성되는 것인, 동기 신호 전송 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 SSS에는 또 다른 OCC가 적용되며, 서로 다른 기초 동기 신호 블록에 전송되는 SSS들에는 서로 다른 OCC가 적용되는 것인, 동기 신호 전송 방법.
  7. mmWave 대역을 이용하는 통신 시스템에서 동기 신호를 전송하는 기지국에 있어서,
    송신부;
    수신부; 및
    상기 송신부 및 상기 수신부와 연결되어 동작하는 프로세서를 포함하되,
    상기 프로세서는,
    복수의 시간 구간에 걸쳐서 전송될 서로 다른 PSS(Primary Synchronization Signal) 시퀀스들의 조합에 OCC(Orthogonal Cover Code)를 적용하여 PSS 그룹을 생성하고,
    상기 PSS 그룹에 할당된 자원 영역과 주파수축 상에서 인접한 영역에 SSS를 배치하고,
    상기 PSS 그룹 및 상기 SSS로 구성되는 동기 신호를 생성하고,
    상기 복수의 시간 구간에 걸쳐서 상기 동기 신호를 전송하며,
    상기 PSS 그룹은 물리 계층 ID에 대응되는 것인, 기지국.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 PSS 그룹은 동기화 서브프레임에 포함된 하나의 기초 동기 신호 블록(basic synchronization signal block)에서 전송되며, 상기 하나의 기초 동기 신호 블록은 복수의 안테나 서브어레이에 의한 광폭 빔 영역에 대응하는 것인, 기지국.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 PSS 그룹은 켤레(conjugate) 관계에 있는 PSS 시퀀스들의 조합에 OCC를 적용하여 생성되는, 기지국.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 PSS 그룹은 제1 PSS 시퀀스 및 제2 PSS 시퀀스들의 조합에 OCC를 적용하여 생성되고,
    상기 제1 PSS 시퀀스 및 제2 PSS 시퀀스는 서로 켤레(conjugate) 관계가 아니며,
    상기 제1 PSS 시퀀스 및 제2 PSS 시퀀스는 각각 켤레(conjugate) 관계에 있는 복수의 PSS 시퀀스들 중 하나인, 기지국.
  11. 제 7항에 있어서,
    서로 다른 크기의 PSS 그룹들은 네스티드 특성(nested property)을 만족하도록 구성되는 것인, 기지국.
  12. 제 7항에 있어서,
    상기 SSS에는 또 다른 OCC가 적용되며, 서로 다른 기초 동기 신호 블록에 전송되는 SSS들에는 서로 다른 OCC가 적용되는 것인, 기지국.
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