WO2018147699A1 - 무선 통신 시스템에서 d2d 단말이 통신 장치와 통신 링크를 형성하는 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

무선 통신 시스템에서 d2d 단말이 통신 장치와 통신 링크를 형성하는 방법 및 이를 위한 장치 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a wireless communication system, and more particularly, to a method for a device-to-device (D2D) terminal (UE) to form a communication link with a communication device and an apparatus therefor.
  • D2D device-to-device
  • UE device-to-device
  • Wireless communication systems are widely deployed to provide various kinds of communication services such as voice and data.
  • a wireless communication system is a multiple access system capable of supporting communication with multiple users by sharing available system resources (bandwidth, transmission power, etc.).
  • multiple access systems include code division multiple access (CDMA) systems, frequency division multiple access (FDMA) systems, time division multiple access (TDMA) systems, orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) systems, and single carrier frequency (SC-FDMA).
  • 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
  • MCD division multiple access
  • MCDMA multi-carrier frequency division multiple access
  • MC-FDMA multi-carrier frequency division multiple access
  • D2D communication establishes a direct link between user equipments (UEs), and directly communicates voice and data between terminals without passing through an evolved NodeB (eNB).
  • UEs user equipments
  • eNB evolved NodeB
  • the D2D communication may include a scheme such as UE-to-UE communication, Peer-to-Peer communication, and the like.
  • the D2D communication scheme may be applied to machine-to-machine (M2M) communication, machine type communication (MTC), and the like.
  • M2M machine-to-machine
  • MTC machine type communication
  • D2D communication has been considered as a way to solve the burden on the base station due to the rapidly increasing data traffic.
  • the D2D communication unlike the conventional wireless communication system, since the data is exchanged between devices without passing through a base station, the network can be overloaded.
  • the D2D communication it is possible to expect the effect of reducing the procedure of the base station, the power consumption of the devices participating in the D2D, increase the data transmission speed, increase the capacity of the network, load balancing, cell coverage expansion.
  • V2X vehicle to everything
  • D2D terminal when a device-to-device (D2D) terminal (UE) forms a communication link with a communication device, selecting a communication device to form a communication link based on load information in which the degree of congestion is measured for each beam direction. It is a technical problem.
  • D2D device-to-device
  • a method for forming a communication link by a device-to-device (UE) terminal (UE) in a wireless communication system obtaining load information on a load measured for each beam direction, the Selecting one of at least one communication device corresponding to each beam direction based on the load information, and forming a communication link with the selected communication device.
  • UE device-to-device
  • UE device-to-device terminal
  • the load may include a value corresponding to at least one of the number of terminals measured in the beam direction, the traffic to be transmitted and received, and the degree of interference.
  • the terminal measures a channel occupancy ratio (CBR) which is an occupied ratio of the channel in the beam direction received from the at least one device, and obtains the load information based on the measured CBR. It is characterized by.
  • CBR channel occupancy ratio
  • the CBR is characterized in that the received energy measured from the total resources included in the channel is a value for a ratio of a resource equal to or greater than a first predetermined threshold.
  • the received energy may be a value calculated by at least one of a received signal strength indicator (RSSI), a reference signal received quality (RSRQ), and a reference signal received power (RSRP).
  • RSSI received signal strength indicator
  • RSRQ reference signal received quality
  • RSRP reference signal received power
  • the terminal when the received energy for a reference signal (RS) included in a channel corresponding to the beam direction exceeds a second preset threshold value, the terminal corresponds to the beam direction. It is characterized by considering the measured CBR as a valid value.
  • the terminal when the received energy for a reference signal included in a channel corresponding to the beam direction is less than a second preset threshold, the terminal is preset to a CBR value measured corresponding to the beam direction. It is characterized by applying an offset or weight.
  • the terminal further considers the strength of the signal for each beam direction when selecting any one communication device, and applies a preset offset or weight to the strength of the signal based on the load information. And selecting one of at least one communication device based on the strength of the signal to which the weight is applied.
  • the terminal may not form a communication link with a communication device corresponding to a beam direction in which the load is greater than or equal to a preset limit value.
  • the preset limit value may be differently set for each packet priority or service priority to be transmitted by the terminal.
  • the method may further include transmitting a discovery signal including the load information acquired based on the measured CBR.
  • the at least one communication device is at least one base station to which access is attempted, and the load information is obtained by PBCH and PDCCH transmitted by the at least one base station.
  • the at least one communication device is at least one other D2D terminal forming a D2D communication link, and the load information is obtained from a discovery signal of the at least one other D2D terminal.
  • a plurality of resource pools allocated for D2D communication are obtained, acquiring information on resource load which is a load measured for each of the plurality of resource pools, and the plurality of resource pools based on the resource load.
  • the method may further include selecting one of the resource pools.
  • a method for forming a communication link with a communication device by a device-to-device (D2D) terminal (UE) according to an embodiment of the present invention, and an apparatus therefor based on load information in which the degree of congestion is measured for each beam direction
  • D2D device-to-device
  • UE device-to-device terminal
  • 1 is a diagram illustrating a structure of a radio frame.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a resource grid in a downlink slot.
  • 3 is a diagram illustrating a structure of a downlink subframe.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a structure of an uplink subframe.
  • FIG. 5 is a configuration diagram of a wireless communication system having multiple antennas.
  • FIG. 6 shows a subframe in which the D2D synchronization signal is transmitted.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining a relay of a D2D signal.
  • FIG. 8 shows an example of a D2D resource pool for D2D communication.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a structure of an uplink subframe used in an LTE system.
  • FIG. 11 shows examples of a connection scheme of a TXRU and an antenna element.
  • FIG. 12 is a view for explaining a method for a UE performing D2D communication to access a base station according to the present invention.
  • FIG. 13 is a view for explaining a method for forming a D2D link with another D2D terminal by a terminal performing D2D communication according to the present invention.
  • FIG. 14 is a flowchart illustrating a method for forming a communication link with a communication device by a D2D terminal according to an embodiment of the present invention.
  • 15 is a diagram briefly illustrating a terminal performing D2D communication according to the present invention.
  • 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 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 has a meaning as a terminal node of the network that directly communicates with the terminal.
  • 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.
  • a 'base station (BS)' may be replaced by terms such as a fixed station, a Node B, an eNode B (eNB), an access point (AP), and the like.
  • the repeater may be replaced by terms such as relay node (RN) and relay station (RS).
  • the term “terminal” may be replaced with terms such as a user equipment (UE), a mobile station (MS), a mobile subscriber station (MSS), a subscriber station (SS), and the like.
  • a base station may also be used as a meaning of a scheduling node or a cluster header. If the base station or the relay also transmits a signal transmitted by the terminal, it can be regarded as a kind of terminal.
  • the cell names described below are applied to transmission and reception points such as a base station (eNB), a sector, a remote radio head (RRH), a relay, and the like. It may be used as a generic term for identifying a component carrier.
  • eNB base station
  • RRH remote radio head
  • Embodiments of the present invention may be supported by standard documents disclosed in at least one of the wireless access systems IEEE 802 system, 3GPP system, 3GPP LTE and LTE-Advanced (LTE-A) system and 3GPP2 system. That is, steps or parts which are not described to clearly reveal the technical spirit of the present invention among the embodiments of the present invention may be supported by the above documents. In addition, all terms disclosed in the present document can be described by the above standard document.
  • CDMA code division multiple access
  • FDMA frequency division multiple access
  • TDMA time division multiple access
  • OFDMA orthogonal frequency division multiple access
  • SC-FDMA single carrier frequency division multiple access
  • CDMA may be implemented with a radio technology such as Universal Terrestrial Radio Access (UTRA) or CDMA2000.
  • TDMA may be implemented with wireless technologies such as Global System for Mobile communications (GSM) / General Packet Radio Service (GPRS) / Enhanced Data Rates for GSM Evolution (EDGE).
  • GSM Global System for Mobile communications
  • GPRS General Packet Radio Service
  • EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution
  • OFDMA may be implemented in a wireless technology such as IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802-20, Evolved UTRA (E-UTRA).
  • UTRA is part of the Universal Mobile Telecommunications System (UMTS).
  • 3rd Generation Partnership Project (3GPP) long term evolution (LTE) is part of an Evolved UMTS (E-UMTS) using E-UTRA, and employs OFDMA in downlink and SC-FDMA in uplink.
  • LTE-A Advanced
  • WiMAX can be described by the IEEE 802.16e standard (WirelessMAN-OFDMA Reference System) and the advanced IEEE 802.16m standard (WirelessMAN-OFDMA Advanced system). For clarity, the following description focuses on 3GPP LTE and 3GPP LTE-A systems, but the technical spirit of the present invention is not limited thereto.
  • a structure of a radio frame will be described with reference to FIG. 1.
  • uplink / downlink data packet transmission is performed in units of subframes, and one subframe is defined as a predetermined time interval including a plurality of OFDM symbols.
  • the 3GPP LTE standard supports a type 1 radio frame structure applicable to frequency division duplex (FDD) and a type 2 radio frame structure applicable to time division duplex (TDD).
  • the downlink radio frame consists of 10 subframes, and one subframe consists of two slots in the time domain.
  • the time it takes for one subframe to be transmitted is called a transmission time interval (TTI).
  • TTI transmission time interval
  • one subframe may have a length of 1 ms and one slot may have a length of 0.5 ms.
  • One slot includes a plurality of OFDM symbols in the time domain and a plurality of resource blocks (RBs) in the frequency domain.
  • RBs resource blocks
  • a resource block (RB) is a resource allocation unit and may include a plurality of consecutive subcarriers in one block.
  • the number of OFDM symbols included in one slot may vary depending on the configuration of a cyclic prefix (CP).
  • CP has an extended CP (normal CP) and a normal CP (normal CP).
  • normal CP normal CP
  • the number of OFDM symbols included in one slot may be seven.
  • the OFDM symbol is configured by an extended CP, since the length of one OFDM symbol is increased, the number of OFDM symbols included in one slot is smaller than that of the normal CP.
  • the number of OFDM symbols included in one slot may be six. If the channel state is unstable, such as when the terminal moves at a high speed, an extended CP may be used to further reduce intersymbol interference.
  • one subframe includes 14 OFDM symbols.
  • the first two or three OFDM symbols of each subframe may be allocated to a physical downlink control channel (PDCCH), and the remaining OFDM symbols may be allocated to a physical downlink shared channel (PDSCH).
  • PDCCH physical downlink control channel
  • PDSCH physical downlink shared channel
  • Type 2 radio frames consist of two half frames, each of which has five subframes, a downlink pilot time slot (DwPTS), a guard period (GP), and an uplink pilot time slot (UpPTS).
  • DwPTS downlink pilot time slot
  • GP guard period
  • UpPTS uplink pilot time slot
  • One subframe consists of two slots.
  • DwPTS is used for initial cell search, synchronization or channel estimation at the terminal.
  • UpPTS is used for channel estimation at the base station and synchronization of uplink transmission of the terminal.
  • the guard period is a period for removing interference generated in the uplink due to the multipath delay of the downlink signal between the uplink and the downlink.
  • one subframe consists of two slots regardless of the radio frame type.
  • the structure of the radio frame is only an example, and the number of subframes included in the radio frame or the number of slots included in the subframe and the number of symbols included in the slot may be variously changed.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a resource grid in a downlink slot.
  • One downlink slot includes seven OFDM symbols in the time domain and one resource block (RB) is shown to include 12 subcarriers in the frequency domain, but the present invention is not limited thereto.
  • one slot includes 7 OFDM symbols in the case of a general cyclic prefix (CP), but one slot may include 6 OFDM symbols in the case of an extended-CP (CP).
  • Each element on the resource grid is called a resource element.
  • One resource block includes 12 ⁇ 7 resource elements.
  • the number N DL of resource blocks included in the downlink slot depends on the downlink transmission bandwidth.
  • the structure of the uplink slot may be the same as the structure of the downlink slot.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a structure of a downlink subframe.
  • Up to three OFDM symbols at the front of the first slot in one subframe correspond to a control region to which a control channel is allocated.
  • the remaining OFDM symbols correspond to data regions to which a Physical Downlink Shared Channel (PDSCH) is allocated.
  • Downlink control channels used in the 3GPP LTE / LTE-A system include, for example, a Physical Control Format Indicator Channel (PCFICH), a Physical Downlink Control Channel (PDCCH), Physical Hybrid Automatic Repeat Request Indicator Channel (PHICH).
  • PCFICH Physical Control Format Indicator Channel
  • PDCH Physical Downlink Control Channel
  • PHICH Physical Hybrid Automatic Repeat Request Indicator Channel
  • the PHICH includes a HARQ ACK / NACK signal as a response of uplink transmission.
  • Control information transmitted through the PDCCH is referred to as downlink control information (DCI).
  • the DCI includes uplink or downlink scheduling information or an uplink transmit power control command for a certain terminal group.
  • the PDCCH is a resource allocation and transmission format of the downlink shared channel (DL-SCH), resource allocation information of the uplink shared channel (UL-SCH), paging information of the paging channel (PCH), system information on the DL-SCH, on the PDSCH Resource allocation of upper layer control messages such as random access responses transmitted to the network, a set of transmit power control commands for individual terminals in an arbitrary terminal group, transmission power control information, and activation of voice over IP (VoIP) And the like.
  • a plurality of PDCCHs may be transmitted in the control region.
  • the terminal may monitor the plurality of PDCCHs.
  • the PDCCH is transmitted in an aggregation of one or more consecutive Control Channel Elements (CCEs).
  • CCEs Control Channel Elements
  • CCE is a logical allocation unit used to provide a PDCCH at a coding rate based on the state of a radio channel.
  • the CCE corresponds to a plurality of resource element groups.
  • the number of CCEs required for the PDCCH may vary depending on the size and coding rate of the DCI. For example, any one of 1, 2, 4, and 8 CCEs (corresponding to PDCCH formats 0, 1, 2, and 3, respectively) may be used for PDCCH transmission, and when the size of DCI is large and / or channel state If a low coding rate is required due to poor quality, a relatively large number of CCEs may be used for one PDCCH transmission.
  • the base station determines the PDCCH format in consideration of the size of the DCI transmitted to the terminal, the cell bandwidth, the number of downlink antenna ports, the PHICH resource amount, and adds a cyclic redundancy check (CRC) to the control information.
  • the CRC is masked with an identifier called a Radio Network Temporary Identifier (RNTI) according to the owner or purpose of the PDCCH.
  • RNTI Radio Network Temporary Identifier
  • the PDCCH is for a specific terminal, the cell-RNTI (C-RNTI) identifier of the terminal may be masked to the CRC.
  • a paging indicator identifier P-RNTI
  • SI-RNTI system information identifier and system information RNTI
  • RA-RNTI Random Access-RNTI
  • the uplink subframe may be divided into a control region and a data region in the frequency domain.
  • a physical uplink control channel (PUCCH) including uplink control information is allocated to the control region.
  • a physical uplink shared channel (PUSCH) including user data is allocated.
  • PUCCH physical uplink control channel
  • PUSCH physical uplink shared channel
  • one UE does not simultaneously transmit a PUCCH and a PUSCH.
  • PUCCH for one UE is allocated to an RB pair in a subframe. Resource blocks belonging to a resource block pair occupy different subcarriers for two slots. This is called a resource block pair allocated to the PUCCH is frequency-hopped at the slot boundary.
  • the transmitted packet is transmitted through a wireless channel
  • signal distortion may occur during the transmission process.
  • the distortion In order to correctly receive the distorted signal at the receiving end, the distortion must be corrected in the received signal using the channel information.
  • a method of transmitting the signal known to both the transmitting side and the receiving side and finding the channel information with the distortion degree when the signal is received through the channel is mainly used.
  • the signal is called a pilot signal or a reference signal.
  • the reference signal may be divided into an uplink reference signal and a downlink reference signal.
  • an uplink reference signal as an uplink reference signal,
  • DM-RS Demodulation-Reference Signal
  • SRS sounding reference signal
  • DM-RS Demodulation-Reference Signal
  • CSI-RS Channel State Information Reference Signal
  • MBSFN Multimedia Broadcast Single Frequency Network
  • Reference signals can be classified into two types according to their purpose. There is a reference signal for obtaining channel information and a reference signal used for data demodulation. Since the former has a purpose for the UE to acquire channel information on the downlink, the UE should be transmitted over a wide band, and the UE should receive the reference signal even if the UE does not receive the downlink data in a specific subframe. It is also used in situations such as handover.
  • the latter is a reference signal transmitted together with a corresponding resource when the base station transmits a downlink, and the terminal can demodulate data by performing channel measurement by receiving the reference signal. This reference signal should be transmitted in the area where data is transmitted.
  • FIG. 5 is a configuration diagram of a wireless communication system having multiple antennas.
  • the transmission rate can be improved and the frequency efficiency can be significantly improved.
  • the transmission rate may theoretically increase as the rate of increase rate Ri multiplied by the maximum transmission rate Ro when using a single antenna.
  • a transmission rate four times higher than a single antenna system may be theoretically obtained. Since the theoretical capacity increase of multi-antenna systems was proved in the mid 90's, various techniques to actively lead to the actual data rate improvement have been actively studied. In addition, some technologies are already being reflected in various wireless communication standards such as 3G mobile communication and next generation WLAN.
  • the research trends related to multi-antennas to date include the study of information theory aspects related to the calculation of multi-antenna communication capacity in various channel environments and multi-access environments, the study of wireless channel measurement and model derivation of multi-antenna systems, improvement of transmission reliability, and improvement of transmission rate. Research is being actively conducted from various viewpoints, such as research on space-time signal processing technology.
  • the communication method in a multi-antenna system will be described in more detail using mathematical modeling. It is assumed that there are Nt transmit antennas and Nt receive antennas in the system.
  • the transmission signal when there are Nt transmit antennas, the maximum information that can be transmitted is NT.
  • the transmission information may be expressed as follows.
  • Each transmission information The transmit power may be different.
  • Each transmit power In this case, the transmission information whose transmission power is adjusted may be expressed as follows.
  • Weighting matrix Nt transmitted signals actually applied by applying Consider the case where is configured.
  • Weighting matrix Plays a role in properly distributing transmission information to each antenna according to a transmission channel situation.
  • Vector It can be expressed as follows.
  • Received signal is received signal of each antenna when there are Nr receiving antennas Can be expressed as a vector as
  • channels may be divided according to transmit / receive antenna indexes. From the transmit antenna j to the channel through the receive antenna i It is indicated by. Note that in the order of the index, the receiving antenna index is first, and the index of the transmitting antenna is later.
  • FIG. 5 (b) shows a channel from NR transmit antennas to receive antenna i .
  • the channels may be bundled and displayed in vector and matrix form.
  • a channel arriving from a total of NT transmit antennas to a receive antenna i may be represented as follows.
  • AWGN Additive White Gaussian Noise
  • the received signal may be expressed as follows through the above-described mathematical modeling.
  • the channel matrix indicating the channel state The number of rows and columns of is determined by the number of transmit and receive antennas.
  • Channel matrix The number of rows is equal to the number of receiving antennas NR, and the number of columns is equal to the number of transmitting antennas Nt. That is, the channel matrix The matrix is NR ⁇ Nt.
  • the rank of a matrix is defined as the minimum number of rows or columns that are independent of each other. Thus, the rank of the matrix cannot be greater than the number of rows or columns.
  • Channel matrix Rank of ( ) Is limited to
  • rank may be defined as the number of nonzero eigenvalues when the matrix is eigenvalue decomposition.
  • another definition of rank may be defined as the number of nonzero singular values when singular value decomposition is performed.
  • rank in the channel matrix The physical meaning of is the maximum number of different information that can be sent on a given channel.
  • 'rank' for MIMO transmission refers to the number of paths that can independently transmit signals at specific time points and specific frequency resources, and 'number of layers' denotes each path. It indicates the number of signal streams transmitted through the system. In general, since the transmitting end transmits the number of layers corresponding to the number of ranks used for signal transmission, unless otherwise specified, the rank has the same meaning as the number of layers.
  • some nodes may transmit a D2D signal (where the node may be referred to as an eNB, a UE, a synchronization reference node or a synchronization source), and transmit a D2D synchronization signal (D2DSS, D2D Synchronization Signal).
  • a method of transmitting and receiving signals in synchronization with the remaining terminals may be used.
  • the D2D synchronization signal may include a primary synchronization signal (Primary D2DSS or Primary Sidelink synchronization signal (PDSSDS)) and a secondary synchronization signal (Secondary D2DSS or Secondary Sidelink synchronization signal (SSSS)). It may be a Zadoff-chu sequence or a similar / modified / repeated structure to the PSS, etc. It is also possible to use other Zadoff Chu root indices (eg, 26, 37) unlike the DL PSS. May be a similar / modified / repeated structure to M-sequence or SSS, etc.
  • PDSSDS Primary Sidelink synchronization signal
  • SSSS Secondary Sidelink synchronization signal
  • PD2DSS Physical D2D synchronization channel
  • SRN becomes eNB
  • D2DSS becomes PSS / SSS
  • PD2DSS The / SD2DSS follows the UL subcarrier mapping scheme, and the subframe through which the D2D synchronization signal is transmitted is shown in Fig. 6.
  • the PD2DSCH Physical D2D synchronization channel
  • the PD2DSCH may be transmitted on the same subframe as the D2DSS or on a subsequent subframe DMRS may be used for demodulation of the PD2DSCH.
  • the SRN may be a node transmitting a D2DSS and a Physical D2D Synchronization Channel (PD2DSCH).
  • the D2DSS may be in the form of a specific sequence
  • the PD2DSCH may be in the form of a sequence representing specific information or a code word after a predetermined channel coding.
  • the SRN may be an eNB or a specific D2D terminal.
  • the UE may be an SRN.
  • the D2DSS may be relayed for D2D communication with an out of coverage terminal.
  • the D2DSS can be relayed over multiple hops.
  • relaying a synchronization signal is a concept including not only directly relaying a synchronization signal of a base station, but also transmitting a D2D synchronization signal of a separate format in accordance with the timing of receiving the synchronization signal. As such, since the D2D synchronization signal is relayed, the in-coverage terminal and the out-of-coverage terminal can directly perform communication.
  • a UE refers to a network equipment such as a base station that transmits and receives a signal according to a terminal or a D2D communication scheme.
  • the terminal may select a resource unit corresponding to a specific resource in a resource pool representing a set of resources and transmit a D2D signal using the corresponding resource unit.
  • the receiving terminal UE2 may be configured with a resource pool in which UE1 can transmit a signal, and detect a signal of UE1 in the corresponding pool.
  • the resource pool may be notified by the base station when UE1 is in the connection range of the base station.
  • a resource pool is composed of a plurality of resource units, each terminal may select one or a plurality of resource units and use them for transmitting their D2D signals.
  • the resource unit may be as illustrated in FIG. 8 (b). Referring to FIG. 8 (b), it can be seen that total frequency resources are divided into NFs and total time resources are divided into NTs so that a total of NF * NT resource units are defined.
  • the resource pool may be repeated every NT subframe. In particular, one resource unit may appear periodically and repeatedly as shown.
  • a resource pool may mean a set of resource units that can be used for transmission by a terminal that wants to transmit a D2D signal.
  • Resource pools can be divided into several types. First, they may be classified according to contents of D2D signals transmitted from each resource pool. For example, the contents of the D2D signal may be divided, and a separate resource pool may be configured for each. As the content of the D2D signal, there may be a scheduling assignment or a physical sidelink control chanel (PSCCH), a D2D data channel, and a discovery channel.
  • the SA includes information such as the location of resources used for transmission of the D2D data channel which is transmitted by the transmitting terminal and other information such as MCS (modulation and coding scheme), MIMO transmission method, and timing advance (TA) necessary for demodulation of the data channel. It may be a signal.
  • MCS modulation and coding scheme
  • MIMO transmission method MIMO transmission method
  • TA timing advance
  • This signal may be transmitted multiplexed with D2D data on the same resource unit.
  • the SA resource pool may mean a pool of resources in which an SA is multiplexed with D2D data and transmitted. Another name may be referred to as a D2D control channel or a physical sidelink control channel (PSCCH).
  • the D2D data channel (or physical sidelink shared channel (PSSCH)) may be a pool of resources used by a transmitting terminal to transmit user data. If the SA is multiplexed and transmitted together with the D2D data on the same resource unit, only the D2D data channel having the form except for the SA information may be transmitted in the resource pool for the D2D data channel.
  • the REs used to transmit SA information on individual resource units in the SA resource pool can still be used to transmit D2D data in the D2D data channel resource pool.
  • the discovery channel may be a resource pool for a message that allows a transmitting terminal to transmit information such as its ID so that the neighboring terminal can discover itself.
  • the transmission timing determination method of the D2D signal for example, is it transmitted at the time of reception of a synchronization reference signal or is transmitted by applying a constant TA there
  • a resource allocation method for example, For example, whether an eNB assigns transmission resources of an individual signal to an individual transmitting UE or whether an individual transmitting UE selects an individual signaling resource on its own in a pool, and a signal format (for example, each D2D signal occupies one subframe).
  • the number of symbols, the number of subframes used for transmission of one D2D signal), the signal strength from the eNB, and the transmission power strength of the D2D UE may be further divided into different resource pools.
  • Mode 1 a transmission resource region is set in advance, or the eNB designates a transmission resource region, and the UE directly selects a transmission resource in a method of directly instructing the eNB to transmit resources of the D2D transmitting UE in D2D communication.
  • Mode 2 In the case of D2D discovery, when the eNB directly indicates a resource, a type 2 when a UE directly selects a transmission resource in a preset resource region or a resource region indicated by the eNB is called Type 1.
  • the mode 1 terminal may transmit an SA (or a D2D control signal, Sidelink Control Information (SCI)) through a resource configured from the base station.
  • SA or a D2D control signal, Sidelink Control Information (SCI)
  • SCI Sidelink Control Information
  • the mode 2 terminal is configured with a resource to be used for D2D transmission from the base station.
  • the SA may be transmitted by selecting a time frequency resource from the configured resource.
  • the first SA period may be started in a subframe away from a specific system frame by a predetermined offset SAOffsetIndicator indicated by higher layer signaling.
  • Each SA period may include a SA resource pool and a subframe pool for D2D data transmission.
  • the SA resource pool may include the last subframe of the subframes indicated by which the SA is transmitted in the subframe bitmap (saSubframeBitmap) from the first subframe of the SA period.
  • a subframe used for actual data transmission may be determined by applying a time-resource pattern for transmission or a time-resource pattern (TRP).
  • the T-RPT may be repeatedly applied, and the last applied T-RPT is the number of remaining subframes. As long as it is truncated, it can be applied.
  • the transmitting terminal transmits at the position where the T-RPT bitmap is 1 in the indicated T-RPT, and one MAC PDU transmits four times.
  • a periodic message type CAM (Cooperative Awareness Message) message, an event triggered message type DENM message, or the like may be transmitted.
  • the CAM may include basic vehicle information such as dynamic state information of the vehicle such as direction and speed, vehicle static data such as dimensions, exterior lighting state, and route details.
  • the size of the CAM message may be 50-300 bytes.
  • the CAM message is broadcast and the latency must be less than 100ms.
  • the DENM may be a message generated in a sudden situation such as a vehicle breakdown or accident.
  • the size of the DENM can be less than 3000 bytes, and any vehicle within the transmission range can receive the message.
  • the DENM may have a higher priority than the CAM, and in this case, having a high priority may mean transmitting a higher priority when a simultaneous transmission occurs from one UE perspective, or priority among a plurality of messages. May attempt to send a higher message in time priority. In many UEs, a higher priority message may be less interference than a lower priority message, thereby reducing the probability of reception error. In the case of a security overhead, CAM can have a larger message size than otherwise.
  • FIG. 10 shows examples of a connection scheme of a TXRU and an antenna element.
  • FIG. 10 (a) shows how a TXRU is connected to a sub-array.
  • the antenna element is connected to only one TXRU.
  • FIG. 7B shows how the TXRU is connected to all antenna elements.
  • the antenna element is connected to all TXRUs.
  • W denotes a phase vector multiplied by an analog phase shifter. That is, the direction of analog beamforming is determined by W.
  • the mapping between the CSI-RS antenna port and the TXRUs may be 1-to-1 or 1-to-multi.
  • Massive MTC Machine Type Communications
  • NewRAT New Radio Access
  • the fifth generation NewRAT considers a self-contained subframe structure as shown in FIG. 11. 8 is an example of a self-contained subframe structure.
  • the hatched region represents a downlink control region and the black portion represents an uplink control region.
  • An area without an indication may be used for downlink data transmission or may be used for uplink data transmission.
  • the feature of such a structure is that downlink transmission and uplink transmission are sequentially performed in one subframe, thereby transmitting downlink data and receiving uplink ACK / NACK in the subframe. As a result, when a data transmission error occurs, the time taken to retransmit data is reduced, thereby minimizing the latency of the final data transfer.
  • a time gap is required for a base station and a UE to switch from a transmission mode to a reception mode or a process of switching from a reception mode to a transmission mode.
  • OFDM symbols OFDM symbols; OS
  • GP guard period
  • subframe type configurable / configurable in a system operating based on NewRAT at least the following four subframe types may be considered.
  • a transmission time unit may be relatively long in the case of an enhanced Mobile BroadBand (eMBB), and a transmission time unit may be relatively short in the case of Ultra-Reliable and Low Latency Communications (URLLC).
  • eMBB enhanced Mobile BroadBand
  • URLLC Ultra-Reliable and Low Latency Communications
  • the ULRRC signal may be transmitted on the corresponding resource. Therefore, URLLC transmission of the eMBB is performed from a network or terminal perspective. Preemption of some transmission resources may be considered.
  • some of the transmission resources of the eMBB having a relatively long transmission time unit may be punctured, or a signal may be deformed because it is super-imposed with another signal such as URLLC.
  • the decoding of the UE for a particular code block (CB) of the eMBB transmission will fail.
  • CB code block
  • such a situation may cause decoding failure for a particular code block, even if the channel condition is good. Therefore, in the fifth generation NewRAT, instead of performing a transport block (TB) unit, it may be considered to perform a code block unit in retransmission.
  • TB transport block
  • mmW millimeter wave
  • the wavelength is shortened, so that a plurality of antenna elements can be installed in the same area.
  • the wavelength is 1 cm, and a total of 64 (8x8) antenna elements in a 2D (dimension) array form at 0.5 lambda intervals can be installed in a panel of 4 by 4 cm. Therefore, recent trends in the mmW field have attempted to increase the coverage or increase the throughput by increasing the beamforming gain using a plurality of antenna elements.
  • TXRU Transceiver Unit
  • independent beamforming is possible for each frequency resource.
  • TXRU Transceiver Unit
  • the analog beamforming method has a disadvantage in that only one beam direction can be made in the entire band and thus frequency selective beamforming cannot be performed.
  • a hybrid BF having B TXRUs, which is smaller than Q antenna elements, may be considered as an intermediate form between digital BF and analog BF.
  • the beam directions that can be simultaneously transmitted are limited to B or less.
  • the number of terminals, the amount of traffic to be transmitted and received, and the amount of interference (or degree of congestion for each direction) may be different for each direction.
  • a case in which an additional communication link may no longer be formed in the specific direction may occur.
  • unnecessary access, unnecessary resource allocation, and beam scanning may occur.
  • a base station a device (relay or terminal) to perform communication, or a device (relay / terminal / gNB / eNB) to perform link setup broadcasts traffic load information to neighboring terminals.
  • gNB means a new generation eNB
  • LTE eNB may also be one gNB.
  • a method of broadcasting load information for each direction which is signaled through a broadcast channel such as a physical broadcast channel (PBCH) or as one of the fields of a system information block (SIB), and a terminal joint downlink
  • a broadcast channel such as a physical broadcast channel (PBCH) or as one of the fields of a system information block (SIB)
  • SIB system information block
  • UE common PDCCH UE common downlink control channel
  • a signal eg, a discovery signal
  • cell A may provide a service to UEs that are concentrated in a specific direction.
  • the fourth terminal UE 4 attempts to access a new access, if the fourth terminal performs access for the reason that cell A is simply close (due to high RSRP and / or RSRQ), UE 4 has a high possibility of not receiving a normal service (a possibility of not receiving data at a desired speed).
  • cell B is far from cell A, the load in the direction toward the fourth terminal UE 4 is not high, and the fourth terminal UE 4 is a cell. It may be more advantageous to set up a communication link by attempting to access cell B.
  • load information for each direction may be differently applied according to a priority of a packet to be transmitted by a terminal or a class and priority of a service.
  • the terminal may perform access even if a load in a specific direction is greater than or equal to a predetermined load value X.
  • the terminal may not perform an access when a load in a specific direction is greater than or equal to a predetermined value.
  • Access priority according to this load may be set differently according to the packet or service.
  • Information about the level of accessible load may be signaled by the network as a physical layer or higher layer signal, or may be predetermined.
  • the cell may transmit load information for each beam direction, but the barring information on whether the load state can be examined and whether additional access is allowed may be signaled to the terminal as a physical layer or a higher layer signal. It may be.
  • barring information (or restriction information) for each beam direction may be signaled to UEs through SIB, PDCCH, or PBCH.
  • barring information (or restriction information) for each beam direction may be different according to an access class. For example, access to an emergency service may be allowed at any time without restriction of the barring information (or restriction information).
  • each cell may grasp the load information for each beam direction and may signal different barring information (or limit information) for each beam direction. For example, access may be limited to a first access class (ie, access class x) for the A beam direction, and may be limited to a second access class (y) for the B beam direction. . Through this, the cell may perform independent access control for each direction.
  • access class x a first access class
  • y a second access class
  • the terminal compares a class of a service to be transmitted and received and barring information (or restriction information) to determine whether the terminal can access the cell in a specific direction, and based on the determination result Access to the cell may be attempted or another cell or other beam direction may be selected.
  • At least one of a base station, an access point (AP), a relay, or a specific terminal may broadcast load information on a load for each direction, the terminal to perform access may perform the direction.
  • Star load can also be measured directly to reflect access decisions.
  • the UE may measure a channel occupancy ratio or channel busy ratio (CBR or COR) for a specific beam of a specific cell for a predetermined time.
  • CBR channel occupancy ratio
  • COR channel busy ratio
  • RSSI may be measured for each subframe for a predetermined time, and a ratio of the measured RSSI exceeding a predetermined threshold may be defined as CBR.
  • a specific time-frequency resource unit (eg x RB per subframe) is defined as one channel (channel or subchannel), and the received energy (RSSI or RSRP or RSRQ) may define CBR as a percentage of resources above a certain threshold.
  • a specific beam is not reached at all (for example, when the direction of the beam is the opposite direction of the target terminal, etc.) can be measured low CBR for the specific beam.
  • the terminal simply determines the load by measuring the CBR, the terminal may attempt to access the beam in the wrong direction at all. Therefore, it is determined that the load is properly measured information only when at least one of RSRP and RSRQ is above a certain threshold (that is, when a specific RS signal is received above a certain threshold) so that it is a valid measurement when measuring CBR. can do. Therefore, when attempting to access, the UE may be limited to the case where at least one of RSRP and RSRQ is above a certain threshold and the load is below a certain value. Or, when defining a CBR, if the RSRP and / or RSRQ is below a certain threshold, the load is modified by giving the CBR a penalty in the form of an offset or scaling (or weight). Control can be performed.
  • each terminal may periodically transmit a specific type of signal (eg, a discovery signal) omni-directionally in a specific resource region.
  • the first terminal UE 1 may measure the CBR for each beam direction.
  • the UE may set a low transmission opportunity in a direction where the CBR is high and a high transmission opportunity in a direction where the CBR is low.
  • the UE may set a high transmission opportunity in a direction where the CBR is high and a low transmission opportunity in a direction where the CBR is low. This is because the higher the CBR, it can be assumed that there are more terminals in the corresponding direction.
  • the transmission and reception of a discovery signal in mmWave may operate in a manner different from that described above.
  • the subject performing beamforming may be operated in reverse.
  • a reception terminal directly measures a load for each direction.
  • a transmission terminal transmits a discovery signal for each direction, and a reception terminal uses an omni-directional reception beam to form a reception beam. (beamforming) may be performed.
  • the UE that transmits the discovery signal must perform the transmission multiple times, whether by changing the direction of the beam or simply omni-directional.
  • the load information measured by the terminal to perform the access or the load information broadcasted by the device (eNB, gNB, relay node, UE) that is the target of the access
  • the information may be applied in the form of an offset or scaling (or weight) to the key metrics (eg, RSRP and / or RSRQ) to which access is to be performed. For example, if a corresponding load is higher than a certain threshold using load information when attempting to access on a specific cell's RSRP and / or RSRQ criteria, a certain offset will be applied to the RSRP and / or RSRQ. Can be.
  • the RSRP and / or RSRQ metric for the determination is lowered, making the access of the UE difficult to occur.
  • the metric used by the UE to determine whether access is P (a, i)- c * L (a, i) * 1 (L (a, i)> T)
  • c is a coefficient for converting the load information into an offset applied to the received signal strength, and may be set or predetermined by the network.
  • 1 (L (a, i)> T) means a conditional function (1 or 0 only when the condition is met) to apply this bias only when the load exceeds a certain threshold (T).
  • L (a, i) refers to the load for the i-th beam of cell a, and may be measured by the base station or measured by the terminal. When the terminal measures itself, it may be replaced by the direction index of the beam observed by the terminal instead of the i index.
  • Such load information may be used to control access, but may also be used to set handover or packet transmission cycle, transmit power, MCS, and repetitive transmission. Or, it may be used to transmit a signal to discover another terminal, such as a discovery signal. For example, although the UE accesses a specific cell, in some cases, the UE may perform handover to a new cell away from the cell. In this case, the load information of the cell and the load information for each beam direction of the cell may be shared between the base stations through the back haul, and the load for each beam may be different according to the cell in which the terminal moves and the moving direction.
  • the base station considers the load of the beam located in the direction in which the terminal is to be moved, and the information on the cell performing handover and the beam information of the cell together with the terminal or the corresponding base station (backhaul interface) to the physical layer or higher layer. It can be signaled by a signal.
  • the load control method according to the load of the cell can also be used when determining the use of the D2D or sidelink resource pool. For example, when a resource pool is set for each cell, the resource pool actually used by the terminal is determined by reflecting the load of each cell. For example, if the load of the resource pool of cell A is excessively high, the resource of cell B even if the terminal is in the coverage of cell A Is to use a resource pool.
  • the base station receives a CBR value for each resource pool and / or location information of the corresponding UE from a terminal and reports an average value of the CBR value or a CBR value for each terminal position in a physical layer or higher layer signal. It may be signaling or broadcast to the UE.
  • the terminal may use a resource region of another cell. That is, the conventional method uses a resource region of a cell camped by the terminal, whereas the proposed method may use a resource region of a cell rather than a camping cell.
  • P (i) is defined as the received signal strength from the i-th cell
  • L (i) is the load measurement value of the i-th cell
  • c is defined as a constant that converts the load value into signal strength. If m (a) is larger than m (b), even if the UE is camping in cell B, the resource pool of cell A may be used.
  • the base stations may share the load information of each other using a backhaul, and each cell may signal load information of an adjacent cell to the terminal as a physical layer or a higher layer signal.
  • the proposed scheme can be applied to distributed antenna systems.
  • the method of controlling access considering the load for each beam direction may be modified and applied to a method of controlling access in consideration of the load for each distributed antenna.
  • the terminal is connected to a specific AP (or RRH).
  • the load may be separately measured for each AP, and the values may be signaled to the terminal as a physical layer or a higher layer signal.
  • the terminal may select an optimal AP in consideration of load for each AP, rather than simply accessing an AP close to itself or an AP having a good reception signal quality.
  • the base station or the terminal may measure a separate load for each AP.
  • the base station can naturally measure the load transmitted and received by the base station, the terminal can measure the CBR of how busy the channel (channel) for each AP in order to measure the load for each AP.
  • a separate RS may be transmitted for each AP or a signal for determining how busy a channel may be for each AP may be differently for each AP.
  • the terminal may also be equipped with a distributed antenna system.
  • the vehicle may be equipped with a distributed antenna for inter-vehicle communication.
  • the vehicle may measure a separate load for each distributed antenna, and perform access control, setting a signal transmission period, and setting a transmission probability according to the load.
  • the contents of the present invention are not limited only to direct communication between terminals, and may be used in uplink or downlink.
  • a base station or a relay node may use the proposed method.
  • the proposed scheme is not limited only to the high frequency band such as mmWave, but may be extended to the low frequency band.
  • the beam can be applied by being replaced with a PMI index at low frequencies.
  • FIG. 14 is a flowchart illustrating a method for forming a communication link with a communication device by a D2D terminal according to an embodiment of the present invention.
  • the terminal may acquire load information about a load measured for each beam direction.
  • the beam direction may be a direction with respect to a beamforming direction of a signal transmitted from another communication device.
  • the load includes information (or a corresponding value) about at least one of the number of terminals, the traffic to be transmitted and received, and the degree of interference with respect to the beam direction.
  • the subject for measuring the load for each beam direction may be the terminal, another terminal, or the base station.
  • the terminal may directly obtain the load information by measuring the load for each beam direction, or may receive and obtain the load information measured by another communication device (S901).
  • the terminal may directly measure the load for each beam direction in order to obtain the load information.
  • the terminal may measure the CBR in a channel (subframe or a predetermined time frequency resource unit) received for each beam direction.
  • CBR is the rate at which a channel is occupied over a period of time.
  • the terminal may measure the strength of a signal for each subframe for each beam direction for a predetermined time to measure a CBR, which is a ratio of resources that is equal to or greater than a first threshold.
  • the signal strength may be a value calculated by at least one of a received signal strength indicator (RSSI), a reference signal received quality (RSRQ), and a reference signal received power (RSRP).
  • the terminal may measure the CBR for a predetermined time in each beam direction of the received signal, measure a load for each beam direction based on the CBR measured for each beam direction, and obtain load information based on the CBR.
  • RSSI received signal strength indicator
  • RSRQ reference signal received quality
  • RSRP reference signal received
  • the terminal may apply a certain limit when measuring the CBR. Specifically, the case where the CBR is measured low according to the beam direction transmitted by the communication device in the opposite direction to the terminal may not be reflected in the measurement of the load.
  • the UE measures the CBR for each beam direction, but may determine whether the measured CBR is valid based on the received energy for the reference signal included in the channel corresponding to the beam direction. Specifically, when the energy for the reference signal included in the channel received in the specific beam direction is less than the second preset threshold, the terminal may determine the CBR measured corresponding to the specific beam direction as an invalid value. . That is, the terminal may determine that only the CBR measured for the beam direction in which the energy for the reference signal is greater than or equal to a preset second threshold value is reflected as the load.
  • the terminal when the energy for the reference signal included in the channel received in the specific beam direction is less than the second preset threshold, the terminal applies the preset offset or scaling to the CBR measured corresponding to the specific beam direction, thereby specifying the specific signal.
  • the CBR value corresponding to the beam direction can be modified.
  • the above-described first preset threshold value and the second preset threshold value are signaled by a network as a physical layer or a higher layer signal or predetermined.
  • the terminal may select (or determine) any one of at least one communication device corresponding to each beam direction based on the obtained load information as a communication device for forming a communication link.
  • the communication device may include a base station (eNB or gNB), a relay node, or another terminal (UE).
  • the terminal may preferentially select a communication device having a low load in the beam direction based on the load information (S903).
  • the terminal may obtain a load for a beam direction corresponding to each of a plurality of base stations from the load information.
  • the terminal may preferentially select a base station whose load for the beam direction is less than a preset limit in performing access.
  • the terminal does not select a base station located in the beam direction in which the load is greater than or equal to a preset limit (ie, does not attempt to access).
  • the terminal may attempt to access one of the base stations based on the strength or quality of the signal received from each base station.
  • the terminal may apply the value for the load as an offset or a scaling to a value measured by the strength or quality of the signal.
  • the terminal may apply the value for the load as a penalty value for lowering the value measured by the strength or quality of the signal.
  • the terminal may select one base station to attempt access based on the strength or quality of the signal to which the penalty according to the load is applied in each direction.
  • the preset limit value may be set differently according to the priority of the packet to be transmitted by the terminal or the priority of the service.
  • the preset limit value according to the priority of the packet or the priority of the service may be signaled as a physical layer or a higher layer signal by the network or may be predetermined.
  • the terminal may select a communication device located in a beam direction having a load less than the preset limit value among at least one communication device based on a preset limit value corresponding to one of a packet and a service to be transmitted.
  • the preset limit value may be set to vary the repair priority of the packet and the priority of service according to the beam direction.
  • the terminal load information about load measured for each beam direction directly measured by the base station from a broadcast channel (PBCH) transmitted from the base station or a control channel (PDCCH) of a physical layer.
  • PBCH broadcast channel
  • PDCCH control channel
  • the control channel of the physical layer may be a UE common downlink control channel (UE common PDCCH).
  • UE common PDCCH UE common PDCCH
  • the terminal may obtain the load information measured by the other D2D terminal from a discovery signal transmitted by the other D2D terminal.
  • the terminal may select a D2D terminal to form a D2D link based on the load information obtained from the discovery signal.
  • the terminal may include the load information obtained by measuring the CBR directly in the discovery signal and transmit the same to the other terminal.
  • the terminal may proceed with the procedure for establishing a communication link with any one communication device selected from the at least one terminal.
  • the terminal may form a link with any one communication device through the procedure (S905).
  • the terminal in performing D2D communication after the communication link is established with the selected communication device, may select any one of a plurality of resource pools for D2D communication.
  • the terminal may measure the resource load which is the load for each resource pool.
  • the terminal may obtain load information by measuring the CBR for each resource pool, or obtain the load information from a base station or another terminal.
  • the terminal may select a resource pool having a low load among a plurality of resource pools as a resource pool for D2D communication based on the load information for each resource pool.
  • 15 is a view briefly illustrating a terminal for performing D2D communication according to the present invention.
  • the terminal device 20 may include a receiver 21, a transmitter 22, a processor 23, a memory 24, and a plurality of antennas 25.
  • the plurality of antennas 25 refers to a terminal device that supports MIMO transmission and reception.
  • the transceiver includes a receiving device 21 and a transmitting device 22.
  • the reception device 21 may receive various signals, data, and information on downlink from the base station. Alternatively, the reception device 21 may receive a D2D signal (sidelink signal) from another terminal.
  • the transmitter 22 may transmit various signals, data, and information on the uplink to the base station. Alternatively, the transmitter 22 may transmit a D2D signal (sidelink signal) to the other terminal.
  • the processor 23 may control operations of the entire terminal device 20.
  • the processor 23 of the terminal device 20 may process matters necessary in the above-described embodiments.
  • the processor 23 of the terminal device 20 performs a function of processing the information received by the terminal device 20, information to be transmitted to the outside, etc., and the memory 24 stores the calculated information and the like for a predetermined time. And may be replaced by a component such as a buffer (not shown).
  • the description of the transmission point apparatus 10 may be similarly applied to a relay apparatus as a downlink transmission subject, an uplink reception subject, and a sidelink transmission subject.
  • the description of 20 may be equally applied to a relay apparatus as a downlink receiving entity or an uplink transmitting entity.
  • Embodiments of the present invention described above may be implemented through various means.
  • embodiments of the present invention may be implemented by hardware, firmware, software, or a combination thereof.
  • a method according to embodiments of the present invention may include one or more Application Specific Integrated Circuits (ASICs), Digital Signal Processors (DSPs), Digital Signal Processing Devices (DSPDs), and Programmable Logic Devices (PLDs). It may be implemented by field programmable gate arrays (FPGAs), processors, controllers, microcontrollers, microprocessors, and the like.
  • ASICs Application Specific Integrated Circuits
  • DSPs Digital Signal Processors
  • DSPDs Digital Signal Processing Devices
  • PLDs Programmable Logic Devices
  • FPGAs field programmable gate arrays
  • processors controllers, microcontrollers, microprocessors, and the like.
  • the method according to the embodiments of the present invention may be implemented in the form of a module, a procedure, or a function that performs the functions or operations described above.
  • the software code may be stored in a memory unit and driven by a processor.
  • the memory unit may be located inside or outside the processor, and may exchange data with the processor by various known means.
  • Embodiments of the present invention as described above may be applied to various mobile communication systems.

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Abstract

본 발명은 다양한 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 D2D (device-to-device) 단말(UE)이 통신 링크를 형성하는 방법 및 이를 위한 장치를 개시한다. 빔 방향 별로 측정된 로드(load)에 대한 로드 정보를 획득하는 단계, 상기 로드 정보에 기초하여 상기 빔 방향 별로 대응하는 적어도 하나의 통신 장치 중 어느 하나의 통신 장치를 선택하는 단계, 및 상기 선택된 통신 장치와 통신 링크를 형성하는 단계를 포함하는 무선 통신 시스템에서 D2D (device-to-device) 단말(UE)이 통신 링크를 형성하는 방법 및 이를 위한 장치를 개시한다.

Description

무선 통신 시스템에서 D2D 단말이 통신 장치와 통신 링크를 형성하는 방법 및 이를 위한 장치
본 발명은 무선 통신 시스템에 대한 발명으로, 상세하게는 D2D (device-to-device) 단말(UE)이 통신 장치와 통신 링크를 형성하는 방법 및 이를 위한 장치 대한 것이다.
무선 통신 시스템이 음성이나 데이터 등과 같은 다양한 종류의 통신 서비스를 제공하기 위해 광범위하게 전개되고 있다. 일반적으로 무선 통신 시스템은 가용한 시스템 자원(대역폭, 전송 파워 등)을 공유하여 다중 사용자와의 통신을 지원할 수 있는 다중 접속(multiple access) 시스템이다. 다중 접속 시스템의 예들로는 CDMA(code division multiple access) 시스템, FDMA(frequency division multiple access) 시스템, TDMA(time division multiple access) 시스템, OFDMA(orthogonal frequency division multiple access) 시스템, SC-FDMA(single carrier frequency division multiple access) 시스템, MC-FDMA(multi carrier frequency division multiple access) 시스템 등이 있다.
장치 대 장치(Device-to-Device; D2D) 통신이란 단말(User Equipment; UE)들 간에 직접적인 링크를 설정하여, 기지국(evolved NodeB; eNB)을 거치지 않고 단말 간에 음성, 데이터 등을 직접 주고 받는 통신 방식을 말한다. D2D 통신은 단말-대-단말(UE-to-UE) 통신, 피어-대-피어(Peer-to-Peer) 통신 등의 방식을 포함할 수 있다. 또한, D2D 통신 방식은 M2M(Machine-to-Machine) 통신, MTC(Machine Type Communication) 등에 응용될 수 있다.
D2D 통신은 급속도로 증가하는 데이터 트래픽에 따른 기지국의 부담을 해결할 수 있는 하나의 방안으로서 고려되고 있다. 예를 들어, D2D 통신에 의하면 기존의 무선 통신 시스템과 달리 기지국을 거치지 않고 장치 간에 데이터를 주고 받기 때문에 네트워크의 과부하를 줄일 수 있게 된다. 또한, D2D 통신을 도입함으로써, 기지국의 절차 감소, D2D에 참여하는 장치들의 소비 전력 감소, 데이터 전송 속도 증가, 네트워크의 수용 능력 증가, 부하 분산, 셀 커버리지 확대 등의 효과를 기대할 수 있다.
현재, D2D 통신에 연계된 형태로써, V2X(Vehicle to Everything) 통신에 대한 논의가 진행되고 있다. V2X는 차량 단말들간의 V2V, 차량과 다른 종류의 단말간의 V2P, 차량과 RSU(roadside unit) 간의 V2I 통신을 포함하는 개념이다.
본 발명에서는 D2D (device-to-device) 단말(UE)이 통신 장치와 통신 링크를 형성하는데 있어서, 빔 방향 별로 혼잡 정도가 측정된 로드 정보에 기초하여 통신 링크를 형성할 통신 장치를 선택하는 것을 기술적 과제로 한다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 무선 통신 시스템에서 D2D (device-to-device) 단말(UE)이 통신 링크를 형성하는 방법은 빔 방향 별로 측정된 로드(load)에 대한 로드 정보를 획득하는 단계, 상기 로드 정보에 기초하여 상기 빔 방향 별로 대응하는 적어도 하나의 통신 장치 중 어느 하나의 통신 장치를 선택하는 단계, 및 상기 선택된 통신 장치와 통신 링크를 형성하는 단계를 포함한다.
일 예에 따른 본 발명은 상기 로드는 빔 방향에서 측정되는 단말의 수, 송수신할 트래픽 및 간섭 정도 중 적어도 하나에 대응한 값을 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 예에 따른 본 발명은 상기 단말은 상기 적어도 하나의 장치로부터 수신된 빔 방향에서 채널의 점유된 비율인 채널 점유 비율(CBR)을 측정하고, 상기 측정된 CBR에 기초하여 상기 로드 정보를 획득하는 것을 특징으로 한다.
일 예에 따른 본 발명은 상기 CBR은 상기 채널에 포함된 전체 자원 중에서 측정되는 수신 에너지가 미리 설정된 제1 임계값 이상인 자원의 비율에 대한 값인 것을 특징으로 한다.
일 예에 따른 본 발명은 상기 수신 에너지는 RSSI(Received Signal Strength Indicator), RSRQ(Reference signal received quality)및 RSRP(Reference signal received power) 중 적어도 하나 이상으로 산출되는 값인 것을 특징으로 한다.
일 예에 따른 본 발명은 상기 빔 방향에 대응하는 채널에 포함된 참조 신호(reference signal, RS)에 대한 수신 에너지가 미리 설정된 제2 임계값을 초과한 경우, 상기 단말은 상기 빔 방향에 대응하여 측정된 CBR를 유효한 값으로 고려하는 것을 특징으로 한다.
일 예에 따른 본 발명은 상기 빔 방향에 대응하는 채널에 포함된 참조 신호에 대한 수신 에너지가 미리 설정된 제2 임계값을 미만인 경우, 상기 단말은 상기 빔 방향에 대응하여 측정된 CBR 값에 미리 설정된 오프셋 또는 가중치를 적용하는 것을 특징으로 한다.
일 예에 따른 본 발명은 상기 단말은 상기 어느 하나의 통신 장치를 선택할 때에 상기 빔 방향 별 신호의 세기를 더 고려하고, 상기 로드 정보에 기초하여 상기 신호의 세기에 미리 설정된 오프셋 또는 가중치를 적용하며, 상기 가중치가 적용된 상기 신호의 세기에 기초하여 적어도 하나의 통신 장치 중 어느 하나의 통신 장치를 선택하는 것을 특징으로 한다.
일 예에 따른 본 발명은 상기 단말은 상기 로드가 미리 설정된 제한값 이상인 빔 방향에 대응하는 통신 장치와 통신 링크를 형성하지 않는 것을 특징으로 한다.
일 예에 따른 본 발명은 상기 미리 설정된 제한값은 상기 단말이 송신하고자 하는 패킷의 우선 순위 또는 서비스의 우선 순위 별로 달리 설정된 것을 특징으로 한다.
일 예에 따른 본 발명은 상기 측정된 CBR에 기초하여 획득한 상기 로드 정보를 포함하는 디스커버리 신호를 전송하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 예에 따른 본 발명은 상기 적어도 하나의 통신 장치는 액세스가 시도되는 적어도 하나의 기지국이며, 상기 로드 정보는 상기 적어도 하나의 기지국이 전송하는 PBCH 및 PDCCH에 의해 획득되는 것을 특징으로 한다.
일 예에 따른 본 발명은 상기 적어도 하나의 통신 장치는 D2D 통신 링크를 형성하는 적어도 하나의 다른 D2D 단말이며, 상기 로드 정보는 상기 적어도 하나의 다른 D2D 단말의 디스커버리 신호로부터 획득되는 것을 특징으로 한다.
일 예에 따른 본 발명은 D2D 통신을 위해 할당된 복수의 자원 풀을 획득하는 단계, 상기 복수의 자원 풀마다 측정된 로드인 자원 로드에 대한 정보를 획득하는 단계 및 상기 자원 로드에 기초하여 상기 복수의 자원 풀 중 어느 한 자원 풀을 선택하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 D2D (device-to-device) 단말(UE)이 통신 장치와 통신 링크를 형성하는 방법 및 이를 위한 장치는 빔 방향 별로 혼잡 정도가 측정된 로드 정보에 기초하여 통신 링크를 형성할 통신 장치를 선택함으로써 불필요한 액세스(access), 불필요한 자원 할당 및 빔 스캔(beam scanning) 과정의 발생을 최소화할 수 있다.
본 발명에서 얻을 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 명세서에 첨부되는 도면은 본 발명에 대한 이해를 제공하기 위한 것으로서 본 발명의 다양한 실시형태들을 나타내고 명세서의 기재와 함께 본 발명의 원리를 설명하기 위한 것이다.
도 1은 무선 프레임의 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 하향링크 슬롯에서의 자원 그리드(resource grid)를 나타내는 도면이다.
도 3은 하향링크 서브프레임의 구조를 나타내는 도면이다.
도 4는 상향링크 서브프레임의 구조를 나타내는 도면이다.
도 5는 다중안테나를 갖는 무선 통신 시스템의 구성도이다.
도 6에는 D2D동기 신호가 전송되는 서브프레임이 도시되어 있다.
도 7은 D2D 신호의 릴레이를 설명하기 위한 도면이다.
도 8에는 D2D 통신을 위한 D2D 리소스 풀의 예가 도시되어 있다.
도 9은 SA 주기를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 LTE 시스템에서 사용되는 상향링크 서브프레임의 구조를 도시하는 도면.
도 11은 TXRU와 안테나 엘리먼트의 연결 방식의 일례들을 나타낸다.
도 12는 본 발명에 따른 D2D 통신을 수행하는 단말이 기지국에 액세스를 시도하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 13는 본 발명에 따른 D2D 통신을 수행하는 단말이 다른 D2D 단말과의 D2D링크를 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 14은 본 발명의 일 실시예에 D2D 단말이 통신 장치와 통신 링크를 형성하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 15는 본 발명에 따른D2D 통신을 수행하는 단말을 간략하게 도시한 도면이다.
이하의 실시예들은 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 실시예를 구성할 수도 있다. 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.
본 명세서에서 본 발명의 실시예들을 기지국과 단말 간의 데이터 송신 및 수신의 관계를 중심으로 설명한다. 여기서, 기지국은 단말과 직접적으로 통신을 수행하는 네트워크의 종단 노드(terminal node)로서의 의미를 갖는다. 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 단말과의 통신을 위해 수행되는 다양한 동작들은 기지국 또는 기지국 이외의 다른 네트워크 노드들에 의해 수행될 수 있음은 자명하다. '기지국(BS: Base Station)'은 고정국(fixed station), Node B, eNode B(eNB), 액세스 포인트(AP: Access Point) 등의 용어에 의해 대체될 수 있다. 중계기는 Relay Node(RN), Relay Station(RS) 등의 용어에 의해 대체될 수 있다. 또한, '단말(Terminal)'은 UE(User Equipment), MS(Mobile Station), MSS(Mobile Subscriber Station), SS(Subscriber Station) 등의 용어로 대체될 수 있다. 또한, 이하의 설명에서 기지국이라 함은 스케줄링 수행 노드, 클러스터 헤더(cluster header) 등을 장치를 지칭하는 의미로써도 사용될 수 있다. 만약 기지국이나 릴레이도 단말이 전송하는 신호를 전송한다면, 일종의 단말로 간주할 수 있다.
이하에서 기술되는 셀의 명칭은 기지국(base station, eNB), 섹터(sector), 리모트라디오헤드(remote radio head, RRH), 릴레이(relay)등의 송수신 포인트에 적용되며, 또한 특정 송수신 포인트에서 구성 반송파(component carrier)를 구분하기 위한 포괄적인 용어로 사용되는 것일 수 있다.
이하의 설명에서 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.
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.
본 발명의 실시예들은 무선 접속 시스템들인 IEEE 802 시스템, 3GPP 시스템, 3GPP LTE 및 LTE-A(LTE-Advanced)시스템 및 3GPP2 시스템 중 적어도 하나에 개시된 표준 문서들에 의해 뒷받침될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예들 중 본 발명의 기술적 사상을 명확히 드러내기 위해 설명하지 않은 단계들 또는 부분들은 상기 문서들에 의해 뒷받침될 수 있다. 또한, 본 문서에서 개시하고 있는 모든 용어들은 상기 표준 문서에 의해 설명될 수 있다.
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 일부로써, 하향링크에서 OFDMA를 채용하고 상향링크에서 SC-FDMA를 채용한다. LTE-A(Advanced)는 3GPP LTE의 진화이다. WiMAX는 IEEE 802.16e 규격(WirelessMAN-OFDMA Reference System) 및 발전된 IEEE 802.16m 규격(WirelessMAN-OFDMA Advanced system)에 의하여 설명될 수 있다. 명확성을 위하여 이하에서는 3GPP LTE 및 3GPP LTE-A 시스템을 위주로 설명하지만 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.
LTE/LTE-A 자원 구조/채널
도 1을 참조하여 무선 프레임의 구조에 대하여 설명한다.
셀룰라 OFDM 무선 패킷 통신 시스템에서, 상/하향링크 데이터 패킷 전송은 서브프레임 (subframe) 단위로 이루어지며, 한 서브프레임은 다수의 OFDM 심볼을 포함하는 일정 시간 구간으로 정의된다. 3GPP LTE 표준에서는 FDD(Frequency Division Duplex)에 적용 가능한 타입 1 무선 프레임(radio frame) 구조와 TDD(Time Division Duplex)에 적용 가능한 타입 2의 무선 프레임 구조를 지원한다.
도 1(a)는 타입 1 무선 프레임의 구조를 나타내는 도면이다. 하향링크 무선 프레임(radio frame)은 10개의 서브프레임(subframe)으로 구성되고, 하나의 서브프레임은 시간 영역(time domain)에서 2개의 슬롯(slot)으로 구성된다. 하나의 서브프레임이 전송되는 데 걸리는 시간을 TTI(transmission time interval)이라 하고, 예를 들어 하나의 서브프레임의 길이는 1ms이고, 하나의 슬롯의 길이는 0.5ms 일 수 있다. 하나의 슬롯은 시간 영역에서 복수의 OFDM 심볼을 포함하고, 주파수 영역에서 다수의 자원블록(Resource Block; RB)을 포함한다. 3GPP LTE/LTE-A 시스템에서는 하향링크에서 OFDMA 를 사용하므로, OFDM 심볼이 하나의 심볼 구간을 나타낸다. OFDM 심볼은 또한 SC-FDMA 심볼 또는 심볼 구간으로 칭하여질 수도 있다. 자원 블록(Resource Block; RB)은 자원 할당 단위이고, 하나의 블록에서 복수개의 연속적인 부반송파(subcarrier)를 포함할 수 있다.
하나의 슬롯에 포함되는 OFDM 심볼의 수는 CP(Cyclic Prefix)의 구성(configuration)에 따라 달라질 수 있다. CP에는 확장된 CP(extended CP)와 일반 CP(normal CP)가 있다. 예를 들어, OFDM 심볼이 일반 CP에 의해 구성된 경우, 하나의 슬롯에 포함되는 OFDM 심볼의 수는 7개일 수 있다. OFDM 심볼이 확장된 CP에 의해 구성된 경우, 한 OFDM 심볼의 길이가 늘어나므로, 한 슬롯에 포함되는 OFDM 심볼의 수는 일반 CP인 경우보다 적다. 확장된 CP의 경우에, 예를 들어, 하나의 슬롯에 포함되는 OFDM 심볼의 수는 6개일 수 있다. 단말이 빠른 속도로 이동하는 등의 경우와 같이 채널상태가 불안정한 경우, 심볼간 간섭을 더욱 줄이기 위해 확장된 CP가 사용될 수 있다.
일반 CP가 사용되는 경우 하나의 슬롯은 7개의 OFDM 심볼을 포함하므로, 하나의 서브프레임은 14개의 OFDM 심볼을 포함한다. 이때, 각 서브프레임의 처음 2개 또는 3개의 OFDM 심볼은 PDCCH(physical downlink control channel)에 할당되고, 나머지 OFDM 심볼은 PDSCH(physical downlink shared channel)에 할당될 수 있다.
도 1(b)는 타입 2 무선 프레임의 구조를 나타내는 도면이다. 타입 2 무선 프레임은 2개의 해프 프레임 (half frame)으로 구성되며, 각 해프 프레임은 5개의 서브프레임과 DwPTS (Downlink Pilot Time Slot), 보호구간(Guard Period; GP), UpPTS (Uplink Pilot Time Slot)로 구성되며, 이 중 1개의 서브프레임은 2개의 슬롯으로 구성된다. DwPTS는 단말에서의 초기 셀 탐색, 동기화 또는 채널 추정에 사용된다. UpPTS는 기지국에서의 채널 추정과 단말의 상향 전송 동기를 맞추는 데 사용된다. 보호구간은 상향링크와 하향링크 사이에 하향링크 신호의 다중경로 지연으로 인해 상향링크에서 생기는 간섭을 제거하기 위한 구간이다. 한편, 무선 프레임의 타입에 관계 없이 1개의 서브프레임은 2개의 슬롯으로 구성된다.
무선 프레임의 구조는 예시에 불과하고, 무선 프레임에 포함되는 서브프레임의 수 또는 서브프레임에 포함되는 슬롯의 수, 슬롯에 포함되는 심볼의 수는 다양하게 변경될 수 있다.
도 2는 하향링크 슬롯에서의 자원 그리드(resource grid)를 나타내는 도면이다. 하나의 하향링크 슬롯은 시간 영역에서 7 개의 OFDM 심볼을 포함하고, 하나의 자원블록(RB)은 주파수 영역에서 12 개의 부반송파를 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 일반 CP(Cyclic Prefix)의 경우에는 하나의 슬롯이 7 OFDM 심볼을 포함하지만, 확장된 CP(extended-CP)의 경우에는 하나의 슬롯이 6 OFDM 심볼을 포함할 수 있다. 자원 그리드 상의 각각의 요소는 자원 요소(resource element)라 한다. 하나의 자원블록은 12×7 자원 요소를 포함한다. 하향링크 슬롯에 포함되는 자원블록들의 개수(NDL)는 하향링크 전송 대역폭에 따른다. 상향링크 슬롯의 구조는 하향링크 슬롯의 구조와 동일할 수 있다.
도 3은 하향링크 서브프레임의 구조를 나타내는 도면이다. 하나의 서브프레임 내에서 첫 번째 슬롯의 앞 부분의 최대 3 개의 OFDM 심볼은 제어 채널이 할당되는 제어 영역에 해당한다. 나머지 OFDM 심볼들은 물리하향링크공유채널(Physical Downlink Shared Channel; PDSCH)이 할당되는 데이터 영역에 해당한다. 3GPP LTE/LTE-A 시스템에서 사용되는 하향링크 제어 채널들에는, 예를 들어, 물리제어포맷지시자채널(Physical Control Format Indicator Channel; PCFICH), 물리하향링크제어채널(Physical Downlink Control Channel; PDCCH), 물리HARQ지시자채널(Physical Hybrid automatic repeat request Indicator Channel; PHICH) 등이 있다. PCFICH는 서브프레임의 첫 번째 OFDM 심볼에서 전송되고 서브프레임 내의 제어 채널 전송에 사용되는 OFDM 심볼의 개수에 대한 정보를 포함한다. PHICH는 상향링크 전송의 응답으로서 HARQ ACK/NACK 신호를 포함한다. PDCCH를 통하여 전송되는 제어 정보를 하향링크제어정보(Downlink Control Information; DCI)라 한다. DCI는 상향링크 또는 하향링크 스케듈링 정보를 포함하거나 임의의 단말 그룹에 대한 상향링크 전송 전력 제어 명령을 포함한다. PDCCH는 하향링크공유채널(DL-SCH)의 자원 할당 및 전송 포맷, 상향링크공유채널(UL-SCH)의 자원 할당 정보, 페이징채널(PCH)의 페이징 정보, DL-SCH 상의 시스템 정보, PDSCH 상으로 전송되는 임의접속응답(Random Access Response)과 같은 상위계층 제어 메시지의 자원 할당, 임의의 단말 그룹 내의 개별 단말에 대한 전송 전력 제어 명령의 세트, 전송 전력 제어 정보, VoIP(Voice over IP)의 활성화 등을 포함할 수 있다. 복수의 PDCCH가 제어 영역 내에서 전송될 수 있다. 단말은 복수의 PDCCH를 모니터링할 수 있다. PDCCH는 하나 이상의 연속하는 제어채널요소(Control Channel Element; CCE)의 조합(aggregation)으로 전송된다. CCE는 무선 채널의 상태에 기초한 코딩 레이트로 PDCCH를 제공하기 위해 사용되는 논리 할당 단위이다. CCE는 복수개의 자원 요소 그룹에 대응한다. PDCCH를 위해 필요한 CCE의 개수는 DCI의 크기와 코딩 레이트 등에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, PDCCH 전송에는 CCE 개수 1, 2, 4, 8(각각 PDCCH 포맷 0, 1, 2, 3에 대응)개 중 어느 하나가 사용될 수 있으며, DCI의 크기가 큰 경우 및/또는 채널 상태가 좋지 않아 낮은 코딩 레이트가 필요한 경우 상대적으로 많은 개수의 CCE가 하나의 PDCCH 전송을 위해 사용될 수 있다. 기지국은 단말에게 전송되는 DCI의 크기, 셀 대역폭, 하향링크 안테나 포트의 개수, PHICH 자원 양 등을 고려하여 PDCCH 포맷을 결정하고, 제어 정보에 순환잉여검사(Cyclic Redundancy Check; CRC)를 부가한다. CRC는 PDCCH의 소유자 또는 용도에 따라 무선 네트워크 임시 식별자(Radio Network Temporary Identifier; RNTI)라 하는 식별자로 마스킹된다. PDCCH가 특정 단말에 대한 것이면, 단말의 cell-RNTI(C-RNTI) 식별자가 CRC에 마스킹될 수 있다. 또는, PDCCH가 페이징 메시지에 대한 것이면, 페이징 지시자 식별자(Paging Indicator Identifier; P-RNTI)가 CRC에 마스킹될 수 있다. PDCCH가 시스템 정보(보다 구체적으로, 시스템 정보 블록(SIB))에 대한 것이면, 시스템 정보 식별자 및 시스템 정보 RNTI(SI-RNTI)가 CRC에 마스킹될 수 있다. 단말의 임의 접속 프리앰블의 전송에 대한 응답인 임의접속응답을 나타내기 위해, 임의접속-RNTI(RA-RNTI)가 CRC에 마스킹될 수 있다.
도 4는 상향링크 서브프레임의 구조를 나타내는 도면이다. 상향링크 서브프레임은 주파수 영역에서 제어 영역과 데이터 영역으로 분할될 수 있다. 제어 영역에는 상향링크 제어 정보를 포함하는 물리상향링크제어채널(Physical Uplink Control Channel; PUCCH)이 할당된다. 데이터 영역에는 사용자 데이터를 포함하는 물리상향링크공유채널(Physical Uplink Shared Channel; PUSCH)이 할당된다. 단일 반송파 특성을 유지하기 위해서, 하나의 단말은 PUCCH와 PUSCH를 동시에 전송하지 않는다. 하나의 단말에 대한 PUCCH는 서브프레임에서 자원블록 쌍(RB pair)에 할당된다. 자원블록 쌍에 속하는 자원블록들은 2 슬롯에 대하여 상이한 부반송파를 차지한다. 이를 PUCCH에 할당되는 자원블록 쌍이 슬롯 경계에서 주파수-호핑(frequency-hopped)된다고 한다.
참조 신호 (Reference Signal; RS)
무선 통신 시스템에서 패킷을 전송할 때, 전송되는 패킷은 무선 채널을 통해서 전송되기 때문에 전송과정에서 신호의 왜곡이 발생할 수 있다. 왜곡된 신호를 수신측에서 올바로 수신하기 위해서는 채널 정보를 이용하여 수신 신호에서 왜곡을 보정하여야 한다. 채널 정보를 알아내기 위해서, 송신측과 수신측에서 모두 알고 있는 신호를 전송하여, 상기 신호가 채널을 통해 수신될 때의 왜곡 정도를 가지고 채널 정보를 알아내는 방법을 주로 사용한다. 상기 신호를 파일럿 신호(Pilot Signal) 또는 참조신호(Reference Signal)라고 한다.
다중안테나를 사용하여 데이터를 송수신하는 경우에는 각 송신 안테나와 수신 안테나 사이의 채널 상황을 알아야 올바른 신호를 수신할 수 있다. 따라서, 각 송신 안테나 별로, 좀더 자세하게는 안테나 포트(port)별로 별도의 참조신호가 존재하여야 한다.
참조신호는 상향링크 참조신호와 하향링크 참조신호로 구분될 수 있다. 현재 LTE 시스템에는 상향링크 참조신호로써,
i) PUSCH 및 PUCCH를 통해 전송된 정보의 코히런트(coherent)한 복조를 위한 채널 추정을 위한 복조 참조신호(DeModulation-Reference Signal, DM-RS)
ii) 기지국이, 네트워크가 다른 주파수에서의 상향링크 채널 품질을 측정하기 위한 사운딩 참조신호(Sounding Reference Signal, SRS)가 있다.
한편, 하향링크 참조신호에는,
i) 셀 내의 모든 단말이 공유하는 셀-특정 참조신호(Cell-specific Reference Signal, CRS)
ii) 특정 단말만을 위한 단말-특정 참조신호(UE-specific Reference Signal)
iii) PDSCH가 전송되는 경우 코히런트한 복조를 위해 전송되는 (DeModulation-Reference Signal, DM-RS)
iv) 하향링크 DMRS가 전송되는 경우 채널 상태 정보(Channel State Information; CSI)를 전달하기 위한 채널상태정보 참조신호(Channel State Information- Reference Signal, CSI-RS)
v) MBSFN(Multimedia Broadcast Single Frequency Network) 모드로 전송되는 신호에 대한 코히런트한 복조를 위해 전송되는 MBSFN 참조신호(MBSFN Reference Signal)
vi) 단말의 지리적 위치 정보를 추정하는데 사용되는 위치 참조신호(Positioning Reference Signal)가 있다.
참조신호는 그 목적에 따라 크게 두 가지로 구분될 수 있다. 채널 정보 획득을 위한 목적의 참조신호와 데이터 복조를 위해 사용되는 참조신호가 있다. 전자는 UE가 하향 링크로의 채널 정보를 획득하는데 그 목적이 있으므로 광대역으로 전송되어야 하고, 특정 서브 프레임에서 하향 링크 데이터를 수신하지 않는 단말이라도 그 참조신호를 수신하여야 한다. 또한 이는 핸드오버 등의 상황에서도 사용된다. 후자는 기지국이 하향링크를 보낼 때 해당 리소스에 함께 보내는 참조신호로서, 단말은 해당 참조신호를 수신함으로써 채널 측정을 하여 데이터를 복조할 수 있게 된다. 이 참조신호는 데이터가 전송되는 영역에 전송되어야 한다.
다중안테나(MIMO) 시스템의 모델링
도 5는 다중안테나를 갖는 무선 통신 시스템의 구성도이다.
도 5(a)에 도시된 바와 같이 송신 안테나의 수를 Nt 개로, 수신 안테나의 수를 NR 개로 늘리면, 송신기나 수신기에서만 다수의 안테나를 사용하게 되는 경우와 달리 안테나 수에 비례하여 이론적인 채널 전송 용량이 증가한다. 따라서, 전송 레이트를 향상시키고 주파수 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있다. 채널 전송 용량이 증가함에 따라, 전송 레이트는 이론적으로 단일 안테나 이용시의 최대 전송 레이트(Ro)에 레이트 증가율(Ri)이 곱해진 만큼 증가할 수 있다.
Figure PCTKR2018001826-appb-M000001
예를 들어, 4개의 송신 안테나와 4개의 수신 안테나를 이용하는 MIMO 통신 시스템에서는 단일 안테나 시스템에 비해 이론상 4배의 전송 레이트를 획득할 수 있다. 다중안테나 시스템의 이론적 용량 증가가 90 년대 중반에 증명된 이후 이를 실질적인 데이터 전송률 향상으로 이끌어 내기 위한 다양한 기술들이 현재까지 활발히 연구되고 있다. 또한, 몇몇 기술들은 이미 3 세대 이동 통신과 차세대 무선랜 등의 다양한 무선 통신의 표준에 반영되고 있다.
현재까지의 다중안테나 관련 연구 동향을 살펴보면 다양한 채널 환경 및 다중접속 환경에서의 다중안테나 통신 용량 계산 등과 관련된 정보 이론 측면 연구, 다중안테나 시스템의 무선 채널 측정 및 모형 도출 연구, 전송 신뢰도 향상 및 전송률 향상을 위한 시공간 신호 처리 기술 연구 등 다양한 관점에서 활발히 연구가 진행되고 있다.
다중안테나 시스템에서의 통신 방법을 수학적 모델링을 이용하여 보다 구체적으로 설명한다. 상기 시스템에는 Nt개의 송신 안테나와 Nt개의 수신 안테나가 존재한다고 가정한다.
송신 신호를 살펴보면, Nt개의 송신 안테나가 있는 경우 전송 가능한 최대 정보는 NT개이다. 전송 정보는 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2018001826-appb-M000002
각각의 전송 정보
Figure PCTKR2018001826-appb-I000001
는 전송 전력이 다를 수 있다. 각각의 전송 전력을
Figure PCTKR2018001826-appb-I000002
라고 하면, 전송 전력이 조정된 전송 정보는 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2018001826-appb-M000003
또한,
Figure PCTKR2018001826-appb-I000003
는 전송 전력의 대각행렬
Figure PCTKR2018001826-appb-I000004
를 이용해 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2018001826-appb-M000004
전송전력이 조정된 정보 벡터
Figure PCTKR2018001826-appb-I000005
에 가중치 행렬
Figure PCTKR2018001826-appb-I000006
가 적용되어 실제 전송되는 Nt개의 송신신호
Figure PCTKR2018001826-appb-I000007
가 구성되는 경우를 고려해 보자. 가중치 행렬
Figure PCTKR2018001826-appb-I000008
는 전송 정보를 전송 채널 상황 등에 따라 각 안테나에 적절히 분배해 주는 역할을 한다.
Figure PCTKR2018001826-appb-I000009
는 벡터
Figure PCTKR2018001826-appb-I000010
를 이용하여 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2018001826-appb-M000005
여기에서,
Figure PCTKR2018001826-appb-I000011
는 i번째 송신 안테나와 j번째 정보간의 가중치를 의미한다.
Figure PCTKR2018001826-appb-I000012
는 프리코딩 행렬이라고도 불린다.
수신신호는 Nr개의 수신 안테나가 있는 경우 각 안테나의 수신신호
Figure PCTKR2018001826-appb-I000013
은 벡터로 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2018001826-appb-M000006
다중안테나 무선 통신 시스템에서 채널을 모델링하는 경우, 채널은 송수신 안테나 인덱스에 따라 구분될 수 있다. 송신 안테나 j로부터 수신 안테나 i를 거치는 채널을
Figure PCTKR2018001826-appb-I000014
로 표시하기로 한다.
Figure PCTKR2018001826-appb-I000015
에서, 인덱스의 순서가 수신 안테나 인덱스가 먼저, 송신 안테나의 인덱스가 나중임에 유의한다.
한편, 도 5(b)은 NR개의 송신 안테나에서 수신 안테나 i로의 채널을 도시한 도면이다. 상기 채널을 묶어서 벡터 및 행렬 형태로 표시할 수 있다. 도 5(b)에서, 총 NT개의 송신 안테나로부터 수신 안테나 i로 도착하는 채널은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2018001826-appb-M000007
따라서, Nt개의 송신 안테나로부터 Nr개의 수신 안테나로 도착하는 모든 채널은 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2018001826-appb-M000008
실제 채널에는 채널 행렬
Figure PCTKR2018001826-appb-I000016
를 거친 후에 백색잡음(AWGN; Additive White Gaussian Noise)이 더해진다. NR개의 수신 안테나 각각에 더해지는 백색잡음
Figure PCTKR2018001826-appb-I000017
은 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2018001826-appb-M000009
상술한 수식 모델링을 통해 수신신호는 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2018001826-appb-M000010
한편, 채널 상태를 나타내는 채널 행렬
Figure PCTKR2018001826-appb-I000018
의 행과 열의 수는 송수신 안테나의 수에 의해 결정된다. 채널 행렬
Figure PCTKR2018001826-appb-I000019
에서 행의 수는 수신 안테나의 수 NR과 같고, 열의 수는 송신 안테나의 수 Nt와 같다. 즉, 채널 행렬
Figure PCTKR2018001826-appb-I000020
는 행렬이 NR×Nt된다.
행렬의 랭크(rank)는 서로 독립인(independent) 행 또는 열의 개수 중에서 최소 개수로 정의된다. 따라서, 행렬의 랭크는 행 또는 열의 개수 보다 클 수 없다. 채널 행렬
Figure PCTKR2018001826-appb-I000021
의 랭크(
Figure PCTKR2018001826-appb-I000022
)는 다음과 같이 제한된다.
Figure PCTKR2018001826-appb-M000011
랭크의 다른 정의는 행렬을 고유치 분해(Eigen value decomposition) 하였을 때, 0이 아닌 고유치들의 개수로 정의할 수 있다. 유사하게, 랭크의 또 다른 정의는 특이치 분해(singular value decomposition) 하였을 때, 0이 아닌 특이치들의 개수로 정의할 수 있다. 따라서, 채널 행렬에서 랭크. 의 물리적인 의미는 주어진 채널에서 서로 다른 정보를 보낼 수 있는 최대 수라고 할 수 있다.
본 문서의 설명에 있어서, MIMO 전송에 대한 '랭크(Rank)' 는 특정 시점 및 특정 주파수 자원에서 독립적으로 신호를 전송할 수 있는 경로의 수를 나타내며, '레이어(layer)의 개수' 는 각 경로를 통해 전송되는 신호 스트림의 개수를 나타낸다. 일반적으로 송신단은 신호 전송에 이용되는 랭크 수에 대응하는 개수의 레이어를 전송하기 때문에 특별한 언급이 없는 한 랭크는 레이어 개수와 동일한 의미를 가진다.
D2D 단말의 동기 획득
이하에서는 상술한 설명 및 기존 LTE/LTE-A 시스템에 기초하여, D2D 통신에서 단말간 동기 획득에 대해 설명한다. OFDM 시스템에서는 시간/주파수 동기가 맞지 않을 경우 셀 간 간섭(Inter-Cell Interference)로 인해 OFDM 신호에서 서로 다른 단말 간에 멀티플렉싱이 불가능질 수 있다. 동기를 맞추기 위해 D2D 단말들이 직접 동기 신호를 송수신하여 모든 단말이 개별적으로 동기를 맞추는 것은 비효율적이다. 따라서, D2D와 같은 분산 노드 시스템에서는 특정 노드가 대표 동기 신호를 전송해주고 나머지 UE들이 이에 동기를 맞출 수 있다. 다시 말해, D2D 신호 송수신을 위해 일부 노드들이 (이때 노드는 eNB, UE, SRN(synchronization reference node 또는 synchronization source로 불릴 수도 있다) 일 수도 있다.) D2D 동기 신호(D2DSS, D2D Synchronization Signal)를 전송하고, 나머지 단말들이 이에 동기를 맞추어 신호를 송수신하는 방식이 사용될 수 있다.
D2D 동기신호에는 프라이머리 동기 신호(PD2DSS(Primary D2DSS 또는 PSSS(Primary Sidelink synchronization signal)), 세컨더리 동기 신호(SD2DSS(Secondary D2DSS 또는 SSSS(Secondary Sidelink synchronization signal))가 있을 수 있다. PD2DSS는 소정 길이의 자도프 추 시퀀스(Zadoff-chu 시퀀스) 또는 PSS와 유사/변형/반복된 구조 등일 수 있다. 또한 DL PSS와 달리 다른 자도프 추 루트 인덱스(예를 들어, 26, 37)를 사용할 수 있다. SD2DSS는 M-시퀀스 또는 SSS와 유사/변형/반복된 구조 등일 수 있다. 만약 단말들이 eNB로부터 동기를 맞출 경우, SRN은 eNB가 되며, D2DSS는 PSS/SSS가 된다. DL의 PSS/SSS와 달리 PD2DSS/SD2DSS는 UL 서브캐리어 매핑 방식을 따른다. 도 6에는 D2D동기 신호가 전송되는 서브프레임이 도시되어 있다. PD2DSCH(Physical D2D synchronization channel)는 D2D 신호 송수신 전에 단말이 가장 먼저 알아야 하는 기본이 되는 (시스템) 정보(예를 들어, D2DSS에 관련된 정보, 듀플렉스 모드(Duplex Mode, DM), TDD UL/DL 구성, 리소스 풀 관련 정보, D2DSS에 관련된 애플리케이션의 종류, subframe offset, 브로드캐스트 정보 등)가 전송되는 (방송) 채널일 수 있다. PD2DSCH는 D2DSS와 동일한 서브프레임 상에서 또는 후행하는 서브프레임 상에서 전송될 수 있다. DMRS는 PD2DSCH의 복조를 위해 사용될 수 있다.
SRN은 D2DSS, PD2DSCH(Physical D2D synchronization channel)를 전송하는 노드일 수 있다. D2DSS는 특정 시퀀스 형태일 수 있고, PD2DSCH는 특정 정보를 나타내는 시퀀스거나 사전에 정해진 채널 코딩을 거친 후의 코드 워드 형태일 수 있다. 여기서, SRN은 eNB 또는 특정 D2D 단말이 될 수 있다. 부분 네트워크 커버리지(partial network coverage) 또는 커버리지 바깥(out of network coverage)의 경우에는 단말이 SRN이 될 수 있다.
도 7과 같은 상황에서 커버리지 밖(out of coverage) 단말과의 D2D 통신을 위해 D2DSS는 릴레이 될 수 있다. 또한, D2DSS는 다중 홉을 통해 릴레이될 수 있다. 이하의 설명에서 동기 신호를 릴레이 한다는 것은 직접 기지국의 동기신호를 AF 릴레이하는 것뿐만 아니라, 동기 신호 수신 시점에 맞추어 별도의 포맷의 D2D 동기신호를 전송하는 것도 포함하는 개념이다. 이와 같이, D2D 동기 신호가 릴레이 됨으로써 커버리지 안 단말과 커버리지 밖 단말이 직접 통신을 수행할 수 있다.
D2D 리소스 풀
도 8에는 D2D 통신을 수행하는 UE1, UE2 및 이들이 사용하는 D2D 리소스 풀의 예가 도시되어 있다. 도 8(a)에서 UE는 단말 또는 D2D 통신 방식에 따라 신호를 송수신하는 기지국 등의 네트워크 장비를 의미한다. 단말은 일련의 자원의 집합을 의미하는 리소스 풀 내에서 특정한 자원에 해당하는 리소스 유닛을 선택하고 해당 리소스 유닛을 사용하여 D2D 신호를 송신할 수 있다. 수신 단말(UE2)는 UE1이 신호를 전송할 수 있는 리소스 풀을 구성(configured) 받고 해당 pool내에서 UE1의 신호를 검출할 수 있다. 여기서 리소스 풀은 UE1이 기지국의 연결 범위에 있는 경우 기지국이 알려줄 수 있으며, 기지국의 연결 범위 밖에 있는 경우에는 다른 단말이 알려주거나 또는 사전에 정해진 자원으로 결정될 수도 있다. 일반적으로 리소스 풀은 복수의 리소스 유닛으로 구성되며 각 단말은 하나 또는 복수의 리소스 유닛을 선정하여 자신의 D2D 신호 송신에 사용할 수 있다. 리소스 유닛은 도 8(b)에 예시된 것과 같을 수 있다. 도 8(b)를 참조하면, 전체 주파수 자원이 NF개로 분할되고 전체 시간 자원이 NT개로 분할되어 총 NF*NT개의 리소스 유닛이 정의되는 것을 알 수 있다. 여기서는 해당 리소스 풀이 NT 서브프레임을 주기로 반복된다고 할 수 있다. 특히, 하나의 리소스 유닛이 도시된 바와 같이 주기적으로 반복하여 나타날 수 있다. 또는, 시간이나 주파수 차원에서의 다이버시티 효과를 얻기 위해, 하나의 논리적인 리소스 유닛이 매핑되는 물리적 리소스 유닛의 인댁스가 시간에 따라서 사전에 정해진 패턴으로 변화할 수도 있다. 이러한 리소스 유닛 구조에 있어서 리소스 풀이란 D2D 신호를 송신하고자 하는 단말이 송신에 사용할 수 있는 리소스 유닛의 집합을 의미할 수 있다.
리소스 풀은 여러 종류로 세분화될 수 있다. 먼저 각 리소스 풀에서 전송되는 D2D 신호의 컨텐츠(contents)에 따라서 구분될 수 있다. 예를 들어, D2D 신호의 컨텐츠는 구분될 수 있으며, 각각에 대하여 별도의 리소스 풀이 구성될 수 있다. D2D 신호의 컨텐츠로서, SA(Scheduling assignment 또는 Physical sidelink control channle(PSCCH)), D2D 데이터 채널, 디스커버리 채널(Discovery channel)이 있을 수 있다. SA는 송신 단말이 후행하는 D2D 데이터 채널의 전송으로 사용하는 리소스의 위치 및 그 외 데이터 채널의 복조를 위해서 필요한 MCS(modulation and coding scheme)나 MIMO 전송 방식, TA(timing advance)등의 정보를 포함하는 신호일 수 있다. 이 신호는 동일 리소스 유닛 상에서 D2D 데이터와 함께 멀티플렉싱되어 전송되는 것도 가능하며, 이 경우 SA 리소스 풀이란 SA가 D2D 데이터와 멀티플렉싱되어 전송되는 리소스의 풀을 의미할 수 있다. 다른 이름으로 D2D 제어 채널(control channel), PSCCH(physical sidelink control channel)로 불릴 수도 있다. D2D 데이터 채널(또는, PSSCH(Physical sidelink shared channel))은, 송신 단말이 사용자 데이터를 전송하는데 사용하는 리소스의 pool일 수 있다. 만일 동일 리소스 유닛 상에서 D2D 데이터와 함께 SA가 멀티플렉싱되어 전송되는 경우 D2D 데이터 채널을 위한 리소스 풀에서는 SA 정보를 제외한 형태의 D2D 데이터 채널만이 전송 될 수 있다. 다시 말하면 SA 리소스 풀 내의 개별 리소스 유닛 상에서 SA 정보를 전송하는데 사용되었던 REs를 D2D 데이터 채널 리소스 풀에서는 여전히 D2D 데이터를 전송하는데 사용할 수 있다. 디스커버리 채널은 송신 단말이 자신의 ID 등의 정보를 전송하여 인접 단말로 하여금 자신을 발견할 수 있도록 하는 메시지를 위한 리소스 풀일 수 있다.
D2D 신호의 컨텐츠가 동일한 경우에도 D2D 신호의 송수신 속성에 따라서 상이한 리소스 풀을 사용할 수 있다. 예를 들어, 동일한 D2D 데이터 채널이나 디스커버리 메시지라 하더라도 D2D 신호의 송신 타이밍 결정 방식(예를 들어 동기 기준 신호의 수신 시점에서 송신되는지 아니면 거기에서 일정한 TA를 적용하여 전송되는지)이나 자원 할당 방식(예를 들어 개별 신호의 전송 자원을 eNB가 개별 송신 UE에게 지정해주는지 아니면 개별 송신 UE가 pool 내에서 자체적으로 개별 신호 전송 자원을 선택하는지), 신호 포맷(예를 들어 각 D2D 신호가 한 서브프레임에서 차지하는 심볼의 개수나, 한 D2D 신호의 전송에 사용되는 서브프레임의 개수), eNB로부터의 신호 세기, D2D UE의 송신 전력 세기 등에 따라서 다시 상이한 리소스 풀로 구분될 수 있다. 설명의 편의상 D2D 커뮤니케이션에서 eNB가 D2D 송신 UE의 송신 자원을 직접 지시하는 방법을 Mode 1, 전송 자원 영역이 사전에 설정되어 있거나, eNB가 전송 자원 영역을 지정하고, UE가 직접 송신 자원을 선택하는 방법을 Mode 2라 부르기로 한다. D2D discovery의 경우에는 eNB가 직접 자원을 지시하는 경우에는 Type 2, 사전에 설정된 자원영역 또는 eNB가 지시한 자원 영역에서 UE가 직접 전송 자원을 선택하는 경우는 Type 1이라 부르기로 한다.
SA의 송수신
모드 1 단말은 기지국으로부터 구성 받은 자원을 통해 SA(또는, D2D 제어 신호, SCI(Sidelink Control Information))을 전송할 수 있다. 모드 2 단말은 기지국으로부터 D2D 송신에 사용할 리소스를 구성 받는(configured)다. 그리고, 구성 받은 그 리소스에서 시간 주파수 자원을 선택하여 SA를 전송할 수 있다.
SA 주기는 도 9에 도시된 바와 같이 정의된 것일 수 있다. 도 9을 참조하면, 첫 번째 SA 주기는 특정 시스템 프레임으로부터 상위계층시그널링에 의해 지시된 소정 오프셋(SAOffsetIndicator)만큼 떨어진 서브프레임에서 시작될 수 있다. 각 SA 주기는 SA 리소스 풀과 D2D 데이터 전송을 위한 서브프레임 풀을 포함할 수 있다. SA 리소스 풀은 SA 주기의 첫 번째 서브프레임부터 서브프레임 비트맵(saSubframeBitmap)에서 SA가 전송되는 것으로 지시된 서브프레임 중 마지막 서브프레임을 포함할 수 있다. D2D 데이터 전송을 위한 리소스 풀은, 모드 1의 경우, T-RPT(Time-resource pattern for transmission 또는 TRP(Time-resource pattern))가 적용됨으로써 실제 데이터 전송에 사용되는 서브프레임이 결정될 수 있다. 도시된 바와 같이, SA 리소스 풀을 제외한 SA 주기에 포함된 서브프레임의 개수가 T-RPT 비트 개수보다 많은 경우 T-RPT는 반복하여 적용될 수 있으며, 마지막으로 적용되는 T-RPT는 남은 서브프레임 개수만큼 truncated되어 적용될 수 있다. 송신 단말은 지시한 T-RPT에서 T-RPT 비트맵이 1인 위치에서 송신을 수행하며 하나의 MAC PDU는 4번씩 송신을 하게 된다.
한편, 차량간 통신에서는 periodic message 타입의 CAM (Cooperative Awareness Message) 메시지, event triggered message 타입의 DENM (Decentralized Environmental Notification Message) 메시지 등이 전송될 수 있다. CAM에는 방향 및 속도와 같은 차량의 동적 상태 정보, 치수와 같은 차량 정적 데이터, 외부 조명 상태, 경로 내역 등 기본 차량 정보가 포함될 수 있다. CAM 메시지의 크기는 50-300 Byte일 수 있다. CAM 메시지는 브로드캐스트되며, 지연(latency)은 100ms 보다 작아야 한다. DENM은 차량의 고장, 사고 등의 돌발적인 상황시 생성되는 메시지일 수 있다. DENM의 크기는 3000 바이트보다 작을 수 있으며, 전송 범위 내에 있는 모든 차량이 메시지를 수신할 수 있다. 이때 DENM은 CAM보다 높은 priority를 가질 수 있으며, 이때 높은 priority를 갖는다는 것은 한 UE 관점에서는 동시에 전송하는 경우가 발생할 때 priority가 높은 것을 우선하여 전송하는 것을 의미할 수 있고, 또는 여러 개의 메시지 중에서 priority가 높은 메시지를 시간적으로 우선하여 전송하려는 것일 수도 있다. 여러 UE 관점에서는 priority가 높은 메시지는 priority가 낮은 메시지에 비해 간섭을 덜 받게 만들어서 수신 오류 확률을 낮추는 것일 수 있다. CAM에서도 security overhead가 포함된 경우에는 그렇지 않은 경우보다 더 큰 message size를 가질 수 있다.
도 10은 TXRU와 안테나 엘리먼트의 연결 방식의 일례들을 나타낸다.
도 10의 (a)은 TXRU가 서브-어레이(sub-array)에 연결된 방식을 나타낸다. 이 경우에 안테나 엘리먼트는 하나의 TXRU에만 연결된다. 이와 달리 도 7의 (b)는 TXRU가 모든 안테나 엘리먼트에 연결된 방식을 나타낸다. 이 경우에 안테나 엘리먼트는 모든 TXRU에 연결된다. 도 7에서 W는 아날로그 위상 천이기에 의해 곱해지는 위상 벡터를 나타낸다. 즉, W에 의해 아날로그 빔포밍의 방향이 결정된다. 여기서 CSI-RS 안테나 포트와 TXRU들과의 매핑은 1-to-1 또는 1-to-多 일 수 있다.
더욱 많은 통신 기기들이 더욱 큰 통신 용량을 요구하게 됨에 따라 기존의 RAT (radio access technology)에 비해 향상된 무선 광대역 통신에 대한 필요성이 대두되고 있다. 또한 다수의 기기 및 사물들을 연결하여 언제 어디서나 다양한 서비스를 제공하는 메시브 (massive) MTC (Machine Type Communications) 역시 차세대 통신에서 고려될 주요 이슈 중 하나이다. 뿐만 아니라 신뢰도 (reliability) 및 레이턴시 (latency)에 민감한 서비스/UE를 고려한 통신 시스템 디자인이 논의되고 있다. 이러한 점을 고려한 차세대 RAT의 도입이 논의되고 있으며, 본 발명에서는 편의상 NewRAT 이라고 지칭한다.
TDD 시스템에서 데이터 송신 레이턴시를 최소화하기 위하여 5세대 NewRAT에서는 도 11과 같은 self-contained 서브프레임 구조를 고려하고 있다. 도 8은 Self-contained 서브프레임 구조의 일 예이다.
도 11에서 빗금 영역은 하향링크 제어 영역을 나타내고, 검정색 부분은 상향링크 제어 영역을 나타낸다. 표시가 없는 영역은 하향링크 데이터 송신을 위해 사용될 수도 있고, 상향링크 데이터 송신을 위해 사용될 수도 있다. 이러한 구조의 특징은 한 개의 서브프레임 내에서 하향링크 송신과 상향링크 송신이 순차적으로 진행되어, 서브프레임 내에서 하향링크 데이터를 보내고, 상향링크 ACK/NACK도 받을 수 있다. 결과적으로 데이터 송신 에러 발생시에 데이터 재송신까지 걸리는 시간을 줄이게 되며, 이로 인해 최종 데이터 전달의 레이턴시를 최소화할 수 있다.
이러한 self-contained 서브프레임 구조에서 기지국과 UE가 송신 모드에서 수신모드로 전환 과정 또는 수신모드에서 송신모드로 전환 과정을 위한 시간 간극 (time gap)이 필요하다. 이를 위하여 self-contained 서브프레임 구조에서 하향링크에서 상향링크로 전환되는 시점의 일부 OFDM 심볼 (OFDM 심볼; OS)이 GP (guard period)로 설정되게 된다.
NewRAT을 기반으로 동작하는 시스템에서 구성/설정 가능한 상기 self-contained 서브프레임 타입의 일례로, 적어도 다음과 같은 4가지 서브프레임 타입을 고려할 수 있다.
- 하향링크 제어 구간 + 하향링크 데이터 구간 + GP + 상향링크 제어 구간
- 하향링크 제어 구간 + 하향링크 데이터 구간
- 하향링크 제어 구간 + GP + 상향링크 데이터 구간 + 상향링크 제어 구간
- 하향링크 제어 구간 + GP + 상향링크 데이터 구간
5세대 NewRAT 에서는 서비스 혹은 요구 사항에 따라서, 신호를 전송하는 방식이 상이할 수도 있다. 예를 들어, eMBB (enhanced Mobile BroadBand)의 경우에는 상대적으로 전송 시간 단위가 길고, URLLC (Ultra-Reliable and Low Latency Communications)의 경우에는 상대적으로 전송 시간 단위가 짧을 수 있다.
또한, URLLC는 서비스의 종류에 따라, 특히, 긴급 서비스를 제공하는 경우에는, eMBB가 전송 중이더라도, 해당 자원 상에서 ULRRC 신호가 전송될 수 있으며, 따라서, 네트워크 관점 혹은 단말 관점에서 URLLC전송은 eMBB의 일부 전송 자원을 선점(preemption)하는 것을 고려할 수 있다.
이 때, 상기 선점으로 인하여 상대적으로 전송 시간 단위가 긴 eMBB의 전송 자원 일부가 펑처링 될 수도 있고, URLLC와 같은, 다른 신호와 겹쳐지게 되어(super-imposed) 신호가 변형되는 것일 수도 있다.
URLLC 전송이 eMBB 전송의 일부 자원을 선점하는 경우에, eMBB 전송의 특정 코드 블록 (code block; CB)에 대한 UE의 디코딩이 실패할 가능성이 높다. 특히, 이러한 상황은 채널 상태가 좋은 경우에도, 특정 코드 블록에 대한 디코딩 실패를 발생시킬 수 있다. 따라서, 5세대 NewRAT에서는 재전송을 수행함에 있어서, 전송 블록 (transport block; TB) 단위로 수행하는 것 대신에, 코드 블록 단위로 수행하는 것을 고려할 수 있다.
mmW에서의 빔포밍
한편, Millimeter Wave (mmW)에서는 파장이 짧아져서 동일 면적에 다수개의 안테나 엘리먼트의 설치가 가능하다. 구체적으로, 30GHz 대역에서 파장은 1cm로써 4 by 4 cm의 패널(panel)에 0.5 lambda(파장) 간격으로 2D (dimension) 배열 형태인 총 64(8x8)의 안테나 엘리먼트 설치가 가능하다. 그러므로 mmW 분야에서의 최근 동향에서는 다수개의 안테나 엘리먼트를 사용하여 BF (beamforming) 이득을 높여 커버리지를 증가시키거나, 쓰루풋 (throughput)의 증대를 시도하고 있다.
이 경우에 안테나 엘리먼트 별로 송신 파워 및 위상 조절이 가능하도록 TXRU (Transceiver Unit)을 구비한다면, 주파수 자원 별로 독립적인 빔포밍이 가능하다. 그러나 100여개의 안테나 엘리먼트 모두에 TXRU를 설치하기에는 가격측면에서 실효성이 떨어지는 문제를 갖게 된다. 그러므로 하나의 TXRU에 다수개의 안테나 엘리먼트를 매핑하고 아날로그 위상 천이기 (analog phase shifter)로 빔의 방향을 조절하는 방식이 고려되고 있다. 이러한 아날로그 빔포밍 방식은 전 대역에 있어서 하나의 빔 방향만을 만들 수 있어 주파수 선택적 빔포밍을 해줄 수 없는 단점을 갖는다.
디지털 BF와 아날로그 BF의 중간 형태로 Q개의 안테나 엘리먼트보다 적은 개수인 B개의 TXRU를 갖는 hybrid BF를 고려할 수 있다. 이 경우에 B개의 TXRU와 Q개의 안테나 엘리먼트의 연결 방식에 따라서 차이는 있지만, 동시에 송신할 수 있는 빔 방향은 B개 이하로 제한되게 된다.
Directional load based access control for mmWave communications
mmWave에서는 방향 별로 단말의 수, 송수신 할 트래픽(traffic)의 양, 간섭의 양(또는, 방향 별 혼잡 정도)이 상이할 수 있다. 예컨대, 복수의 방향 중 특정 방향으로 많은 단말들이 데이터를 송수신 받기를 요청하는 경우, 상기 특정 방향으로 더 이상 추가적인 통신 링크가 형성될 수 없는 경우가 발생할 수 있다. 이 경우, 해당 지역의 단말들이 상기 특정 방향으로 추가적인 액세스(access)를 요청할 경우에, 불필요한 액세스(access), 불필요한 자원 할당 및 빔 스캔(beam scanning) 과정이 발생할 수 있다. 이런 점에서, mmWave에서는 "방향 별 로드(load)"를 고려한 액세스 제어(access control)를 수행하는 것이 바람직하다. 이를 통해서, 불필요한 빔 스캔(beam scanning) 과정 및 RACH 전송, 불필요한 핸드 오버(hand over) 동작이 경감되거나 방지될 수 있다.
방향 별 부하(load)를 고려한 액세스 제어(access control)를 수행으로, 방향 별 로드(load)를 고려하여 초기 액세스 제어(initial access control) 및 목적 셀(target cell), 목적 단말(target UE)의 발견 및 릴레이(relay) 노드를 선택하는 방법을 제안한다.
이를 위해서 기지국(gNB), 통신을 수행하고자 하는 기기 (릴레이나 단말) 또는 링크 셋업(link setup)을 수행하고자 하는 기기 (릴레이/단말/gNB/eNB)는 트래픽 로드 정보를 주변 단말들에게 브로드캐스트(broadcast)하여 해당 방향에 있는 단말이 액세스(access)를 수행할 때, 올바른 액세스(access)를 수행할 수 있게 한다. 여기서 gNB는 new generation eNB를 뜻하며, LTE eNB도 하나의 gNB일 수 있다.
방향 별 로드 정보를 브로드캐스트(broadcast)하는 방식으로, PBCH(Physical Broadcast Channel)와 같은 브로드캐스트 채널(broadcast channel)을 통하거나 SIB (system information block)의 필드 중 하나로 시그널링 되는 방식, 단말 공동 하향링크 제어 채널(UE common downlink control channel, UE common PDCCH)을 통해서 시그널링되는 방식 및 단말 발견을 수행하는데 보내는 신호 (e.g. 디스커버리 신호)를 통해서 시그널링되는 방식 중 적어도 하나의 방식에 의할 수 있다.
도 12를 참조하면, 셀 A(cell A)이 특정 방향에 밀집되어 있는 단말(UE)들에게 서비스를 제공할 수 있다. 제4 단말(UE 4)이 새로운 액세스(access)를 시도할 때에 제4 단말이 셀 A(cell A)가 단순히 가깝다는 이유(RSRP 및/또는 RSRQ가 높다는 이유로)로 액세스를 수행할 경우, 제4 단말(UE 4)은 정상적인 서비스를 제공받지 못할 가능성(데이터를 원하는 만큼의 속도로 수신하지 못할 가능성)이 높다. 이때 셀 B(cell B)가 비록 셀 A(cell A)에 비해서 멀리 떨어져 있지만 제4 단말(UE 4)을 향한 방향에서의 로드(load)가 높지 않는 경우, 제4 단말(UE 4)는 셀 B(cell B)로 액세스(access)를 시도하여 통신 링크(link)를 셋업(setup)하는 것이 더 유리할 수 있다.
상술한 바와 같이, 방향 별 로드(load) 정보는 단말이 송신하고자 하는 패킷(packet)의 우선 순위(priority) 또는 서비스(service)의 등급(class) 및 우선 순위(priority)에 따라서 달리 적용될 수 있다. 예컨대, 패킷(packet)의 우선 순위(priority)가 높은 패킷 또는 서비스인 경우, 단말은 특정 방향에 대한 로드(load)가 소정의 로드 값(X) 이상이어도 액세스(access)를 수행할 수 있다. 이와 달리, 우선 순위(priority)가 낮은 패킷 또는 서비스(packet/service)의 경우, 단말은 특정 방향에 대한 로드가 소정의 값 이상이면 액세스(access)를 수행할 수 없다. 이러한 로드에 따른 액세스 우선 순위(access priority)는 패킷 또는 서비스에 따라 상이하게 설정될 수 있다. 액세스 가능한 로드의 레벨에 대한 정보는 네트웍에 의해 물리계층 또는 상위계층 신호로 시그널링 되거나, 사전에 정해져 있을 수 있다.
구체적으로, 셀(Cell)은 빔 방향 별로 로드 정보를 전송할 수도 있지만, 로드 상태를 살펴보고 추가 액세스(access)를 허용할 수 있는지 여부에 대한 barring 정보를 물리계층 혹은 상위계층 신호로 단말에게 시그널링 할 수도 있다. 예컨대, SIB나 PDCCH 혹은 PBCH를 통해서 빔 방향 별 barring 정보(또는, 제한 정보)를 단말들에게 시그널링 할 수 있다. 이 경우, 빔 방향 별 barring 정보(또는, 제한 정보)는 액세스 등급(access class)에 따라 상이할 수 있다. 예컨대, 긴급 서비스(emergency service)에 대해서는 상기 barring 정보(또는, 제한 정보)의 제한 없이 언제든지 액세스가 허용될 수 있다. 공공 안전 서비스(public safety service)에 대한 경우는 긴급 서비스(emergency service)의 등급보다 낮은 등급이 부여되며, 긴급 서비스(emergency service)보다 낮은 액세스(access) 빈도를 가질 수 있다. 이를 위해서, 각 셀(cell)은 빔 방향 별로 로드 정보를 파악하고, 빔 방향 별로 상이한 barring 정보(또는, 제한 정보)를 시그널링 해줄 수 있다. 예컨대, A 빔 방향에 대해서는 제1 액세스 클래스(즉, access class x)까지 액세스가 제한(barring)이 되고, B 빔 방향에 대해서는 제2 액세스 클래스(access class y)까지 제한(barring)될 수 있다. 이를 통해, 셀(cell)은 방향 별로 독립적인 액세스 제어(access control)를 수행할 수 있다. 단말은 자신이 송수신할 서비스(service)의 등급(class)와 barring 정보(또는, 제한 정보)를 비교하여 상기 셀에 대해 특정 방향으로 액세스할 수 있는지 여부를 판단할 수 있고, 판단 결과에 기초하여 상기 셀에 대한 액세스를 시도하거나 다른 셀 또는 다른 빔 방향을 선택할 수 있다.
한편, 기지국이나 AP(access point), 릴레이(relay) 또는 특정 단말 중 적어도 하나가 방향 별 로드(load)에 대한 로드 정보를 브로드캐스트(broadcast)해줄 수도 있지만, 액세스를 수행하고자 하는 단말이 상기 방향 별 로드를 직접 측정하여 액세스 여부를 결정하는데 반영할 수도 있다.
예를 들면, 단말은 일정 시간 동안 특정 셀(cell)의 특정 빔(beam)에 대해 채널 점유 비율(channel occupancy ratio or channel busyratio; CBR or COR)를 측정할 수 있다. 이 경우 CBR(또는 COR)은 일정 시간 동안 채널이 점유 된 비율이며, 이때 채널(channel)은 시간 단위로 정의되거나 일정 시간 주파수 자원 단위로 정의될 수도 있다. 예컨대, 일정 시간 동안 각 서브프레임(subframe)별로 RSSI을 측정하고, 상기 측정된 RSSI가 일정 임계를 넘는 비율을 CBR로 정의할 수도 있다. 또는, 특정 시간 주파수 자원 단위 (예컨대, subframe당 x RB)를 하나의 채널(channel 혹은 subchannel)로 정의하고, 이 채널(channel 혹은 subchannel)에서 측정되는 (특정) 신호의 수신 에너지 (RSSI혹은 RSRP 혹은 RSRQ)가 일정 임계를 넘는 자원의 비율로 CBR을 정의할 수도 있다.
한편, 특정 빔은 아예 신호가 도달하지 않아서 (예컨대, 빔의 방향이 대상 단말의 반대 방향인 경우 등) 상기 특정 빔에 대한 CBR이 낮게 측정 될 수 있다. 이 경우, 단말이 단순히 CBR을 측정해서 로드를 판단한다면, 단말은 전혀 엉뚱한 방향의 빔으로 액세스(access)를 시도할 수 있다. 따라서, CBR을 측정할 때 유효한 측정(measurement)이 되도록, RSRP 및 RSRQ 중 적어도 하나가 일정 임계 이상인 경우(즉, 특정 RS신호가 일정 임계이상으로 수신될 때)에만 로드가 제대로 측정된 정보임을 판정할 수 있다. 따라서, 액세스(access)를 시도할 때, 단말은 RSRP 및 RSRQ 중 적어도 하나가 일정 임계 이상이고 로드가 일정 값 미만 일 경우로만 한정될 수 있다. 또는, CBR을 정의할 때, RSRP 및/또는 RSRQ가 일정 임계 미만일 경우에 CBR에 오프셋(offset)이나 스케일링(또는, 가중치) 형태의 페널티(penalty)를 부여하여 해당 로드를 변형시켜 액세스(access) 제어를 수행할 수 있다.
도 13은 단말이 방향 별로 로드를 측정하는 예시를 나타낸다. 도 13을 참조하면, 각 단말은 주기적으로 특정 자원 영역에서 특정 형태의 신호 (예를 들어 discovery 신호)를 전방향(omni-directional)으로 송신할 수 있다. 이 경우, 제1 단말(UE 1)은 빔 방향 별 CBR을 측정할 수 있다. 이 경우, 단말은 CBR이 높은 방향에 대해서는 전송 기회를 낮게 설정하고, CBR이 낮은 방향에 대해서는 전송 기회를 높게 설정할 수 있다. 이와 달리, 단말이 자신이 발견될 확률을 높일 필요가 있는 경우, 단말은 CBR이 높은 방향에 대해서는 전송 기회를 높게 설정하고, CBR이 낮은 방향에 대해서는 전송 기회를 낮게 설정할 수 있다. 이는 CBR이 높을수록 해당 방향으로 단말이 많이 존재한다고 가정할 수 있기 때문이다.
mmWave에서 디스커버리(discovery) 신호의 송수신은 앞서 설명한 것과 다른 형태로 동작할 수도 있다. 예를 들면, 빔포밍(beamforming)을 수행하는 주체가 반대로 동작될 수도 있다. 앞서 설명에서는 수신 단말이 방향 별 로드를 직접 측정하는 방식을 사용하였는데, 다른 방식으로 송신 단말이 디스커버리 신호를 방향 별로 전송하고, 수신 단말이 전방향(omni-directional) 수신 빔을 사용하여 수신 빔포밍(beamforming)을 수행할 수도 있다. 두 방식 모두의 경우, 디스커버리 신호를 송신하는 단말은 빔의 방향을 변경해서든, 단순 반복 (omni-directional)이든 여러 번 송신을 수행해야 한다.
한편, 액세스(또는, D2D 링크)를 수행하고자 하는 단말이 측정한 로드 정보이든, 액세스의 대상이 되는 기기 (eNB, gNB, relay node, UE)가 브로드캐스트(broadcast)한 로드 정보이든, 이러한 로드 정보는 액세스(access)를 수행하고자 하는 주요 메트릭(예컨대, RSRP 및/또는 RSRQ)에 오프셋(offset)이나 스케일링(또는, 가중치)형태의 함수 형태로 적용될 수 있다. 예를 들면, 특정 셀의 RSRP 및/또는 RSRQ 기준으로 액세스(access)를 시도할 때에 로드 정보를 이용하여 대응하는 로드가 일정 임계보다 높을 경우, RSRP 및/또는 RSRQ에 일정 오프셋(offset)이 적용될 수 있다. 이 경우, 판정을 위한 RSRP 및/또는 RSRQ 메트릭(metric)이 낮아지며, 단말의 액세스(access)가 일어나기 힘들게 만드는 것이다. 이를 수식으로 표현하면, 셀 a의 i번째 빔으로부터 수신한 신호의 세기를 P(a,i)라고 할 때, 단말에서 액세스 여부를 판정하는데 사용하는 메트릭(metric)은 P(a,i)-c*L(a,i)*1(L(a,i)>T) 로 표현할 수 있다. 여기서, c는 로드 정보를 수신 신호 세기에 적용하는 오프셋(offset)으로 환산하기 위한 계수이며 네트웍에 의해 설정되거나 사전에 정해질 수 있다. 1(L(a,i)>T)는 로드가 일정 임계(T)를 초과할 때에만 이러한 bias를 적용하기 위한 조건 함수 (조건을 만족할 때만 1 아니면 0)를 의미한다. 마지막으로 L(a,i)는 cell a의 i번째 빔에 대한 로드를 의미하며, 기지국이 측정하거나 단말이 스스로 측정한 것일 수도 있다. 단말이 스스로 측정한 경우에는 i index 대신 단말이 관측한 빔의 방향 index로 대체될 수 있다.
이러한 로드 정보는 액세스(access)를 제어하는데 사용될 수도 있지만, 핸드 오버(hand over)나 패킷(packet)의 전송 주기의 설정, 전송 전력의 설정, MCS 설정, 반복 전송 횟수의 설정 하는데 사용될 수도 있다. 또는, 디스커버리(discovery) 신호와 같이 다른 단말을 발견하고자 하는 신호를 송신하는데 사용될 수도 있다. 예를 들면, 단말이 특정 셀에 액세스(access)를 수행했는데 경우에 따라 해당 셀로부터 멀어져서 새로운 셀로 핸드오버(handover)를 수행할 수 있다. 이 경우, 백홀(Back haul)을 통하여 셀의 로드 정보, 셀의 빔 방향 별 로드 정보가 기지국간에 공유될 수 있고, 단말이 이동하는 셀, 이동하는 방향에 따라 빔별 로드가 상이할 수 있다. 기지국은 단말이 이동하려는 방향에 위치한 빔의 로드(load)를 고려하여 핸드 오버(handover)를 수행하는 셀의 정보 또한 셀의 빔 정보를 함께 단말이나 해당 기지국 (백홀 interface)에게 물리계층 또는 상위계층 신호로 시그널링 할 수 있다.
한편, 셀의 로드에 따른 로드 제어(load control) 방식은 D2D 또는 사이드 링크 자원 풀(sidelink resource pool) 사용을 결정할 때에도 사용할 수 있다. 예를 들면, 각 셀 별로 자원 풀(resource pool)을 설정한 경우, 단말이 실제로 사용하는 자원 풀(resource pool)은 각 셀의 로드(load)를 반영하여 결정하는 것이다. 예컨대, 셀 A(cell A)의 자원 풀(resource pool)의 로드(load)가 과도하게 높은 경우, 단말은 셀 A(cell A)의 커버리지(coverage)에 있다고 하더라도 셀 B(cell B)의 자원 풀(resource pool)을 사용하는 것이다.
구체적으로, 기지국은 단말로부터 각 자원 풀(resource pool)별 CBR값 및/또는 해당 단말의 위치 정보를 보고(report)받아서 CBR값의 평균 값, 또는 단말 위치 별 CBR값을 물리계층 혹은 상위계층 신호로 단말에게 시그널링(signaling) 또는 브로드캐스트 할 수 있다. 단말은, 자신이 속한 위치 또는 자신이 속한 셀(cell)에서 혼잡(congestion)이 발생할 경우, 다른 셀의 자원 영역을 사용할 수 있다. 즉, 기존의 방식은 단말이 캠핑(camping)한 셀(cell)의 자원 영역을 사용하는 반면에, 제안하는 방식은 캠핑 셀(camping cell)이 아닌 셀의 자원 영역을 사용할 수 있다. 이러한 동작을 위해서, 자원 풀(resource pool)의 결정을 위한 메트릭(metric)은 m(i)=P(i)-c*L(i)의 수식으로 표현될 수 있다. 여기서, P(i)는 i번째 셀로부터의 수신 신호 세기, L(i)는 i번째 셀의 로드 측정 값, c는 로드 값을 신호 세기로 환산하는 상수로 정의된다. 만약 m(a)가 m(b)보다 클 경우 단말이 셀 B(cell B)에 캠핑(camping)하고 있어도 하더라도 셀 A의 자원 풀(resource pool)을 사용할 수 있다.
기지국들은 서로의 로드 정보를 백홀(backhaul)을 이용하여 서로 공유할 수 있으며, 각 셀은 인접 셀의 로드 정보를 물리계층 또는 상위계층 신호로 단말에게 시그널링 할 수 있다.
또는, 상기 제안한 방식은 분산안테나 시스템에서도 적용될 수 있다. 여기서 빔 방향 별로 로드를 고려한 액세스(access)를 제어하는 방식은 분산 안테나 별 로드를 고려하여 액세스(access)를 제어하는 방식으로 변형되어 적용될 수 있다. 예를 들면, 셀(cell)이 여러 개의 분산안테나를 가지고 있거나 복수의 AP(access point) 또는 RRH(remote radio head)들이 이상적인 백홀(backhaul)로 연결되어 있는 경우에 단말이 특정 AP(또는, RRH)에 액세스를 수행할 경우, AP 별로 로드가 별도로 측정되고, 그 값들이 단말에게 물리계층 혹은 상위계층 신호로 시그널링될 수 있다. 단말은 자신에게 가까운 AP 혹은 수신 신호 품질이 좋은 AP에 단순히 액세스(access)를 수행하는 것이 아니라 AP별 load를 고려하여 최적의 AP를 선택할 수 있다. 이를 위해, 기지국이나 단말은 AP 별로 별도의 로드를 측정할 수 있다. 기지국이 송수신하는 로드는 기지국이 자연스럽게 측정 가능하겠지만, 단말이 AP 별로 로드를 측정하기 위해서는 AP 별로 채널(channel)이 얼마나 busy한지 CBR을 측정할 수 있다. 이를 위해, AP별로 별도의 RS를 송신하거나, AP 별로 채널이 얼마나 busy한지를 판단하기 위한 신호를 AP 별로 상이하게 전송할 수 있다.
한편, 단말의 경우에도 분산안테나 시스템을 장착할 수 있다. 예컨대, 차량은 차량간 통신을 위하여 분산 안테나를 장착하고 있을 수 있다. 이 경우, 차량은 분산안테나 별로 별도의 로드를 측정하고, 로드에 따른 액세스 제어(access control), 신호 전송 주기의 설정, 전송 확률의 설정 등을 수행할 수 있다.
한편 본 발명의 내용이 단말간 직접 통신에만 제한되는 것은 아니며, 상향링크, 혹은 하향링크에서도 사용될 수 있으며, 이때 기지국이나 릴레이 노드(relay node) 등이 상기 제안한 방법을 사용할 수 있다. 한편, 제안하는 방식이 mmWave와 같은 높은 주파수 대역에서만 제한되는 것은 아니며, 낮은 주파수 대역에서도 확장 적용될 수 있다. 예컨대, mmWave에서 빔은 낮은 주파수에서 PMI index로 치환되어서 적용될 수 있다.
상기 설명한 제안 방식에 대한 일례들 또한 본 발명의 구현 방법들 중 하나로 포함될 수 있으므로, 일종의 제안 방식들로 간주될 수 있음은 명백한 사실이다. 또한, 상기 설명한 제안 방식들은 독립적으로 구현될 수 도 있지만, 일부 제안 방식들의 조합 (혹은 병합) 형태로 구현될 수 도 있다. 상기 제안 방법들의 적용 여부 정보 (혹은 상기 제안 방법들의 규칙들에 대한 정보)는 기지국이 단말에게 사전에 정의된 시그널 (e.g., 물리 계층 시그널 혹은 상위 계층 시그널)을 통해서 알려주도록 규칙이 정의될 수 가 있다.
도 14은 본 발명의 일 실시예에 D2D 단말이 통신 장치와 통신 링크를 형성하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 14를 참조하면, 단말은 빔 방향 별로 측정된 로드에 대한 로드 정보를 획득할 수 있다. 여기서, 빔 방향은 다른 통신 장치가 전송하는 신호의 빔 포밍(beamforming) 방향에 대한 방향일 수 있다. 또한, 로드는 빔 방향에 대한 단말의 수, 송수신할 트래픽 및 간섭 정도 중 적어도 하나에 대한 정보(또는, 이에 대응한 값)을 포함하고 있다. 상기 빔 방향 별로 로드를 측정하는 주체는 상기 단말이거나, 다른 단말 또는 기지국일 수 있다. 단말은 직접 빔 방향 별 로드를 측정하여 로드 정보를 획득하거나, 다른 통신 장치가 측정한 로드 정보를 수신하여 획득할 수 있다(S901).
일 예에 따르면, 단말은 상기 로드 정보를 획득하기 위해서 상기 빔 방향 별 로드를 직접 측정할 수 있다. 단말은 빔 방향 별로 수신된 채널(서브프레임 또는 일정 시간 주파수 자원 단위)에 CBR를 측정할 수 있다. CBR은 일정 시간 동안 채널이 점유된 비율이다. 예컨대, 단말은 일정 시간 동안 빔 방향 별로 각 subframe별 신호의 세기를 측정하여 미리 설정된 제1 임계값 이상인 자원의 비율인 CBR을 측정할 수 있다. 여기서, 신호의 세기는 RSSI(Received Signal Strength Indicator), RSRQ(Reference signal received quality)및 RSRP(Reference signal received power) 중 적어도 하나에 의해 산출되는 값일 수 있다. 단말은 수신된 신호의 빔 방향 별로 일정 시간 동안의 CBR를 측정하고, 상기 빔 방향 별로 측정된 CBR에 기초하여 각 빔 방향 별 로드를 측정할 수 있고, 이에 기초하여 로드 정보를 획득할 수 있다.
또는, 단말은 상기 CBR을 측정할 때에 일정한 제한을 가할 수 있다. 구체적으로, 통신 장치가 단말과의 반대 방향으로 전송하는 빔 방향 등에 따라 CBR이 낮게 측정된 경우를 로드의 측정에 반영하지 않을 수 있다. 단말은 각 빔 방향 별로 CBR을 측정하되, 상기 빔 방향에 대응하는 채널에 포함된 참조 신호에 대한 수신 에너지에 기초하여 측정된 CBR이 유효한지 판단할 수 있다. 구체적으로, 단말은 특정 빔 방향으로 수신된 채널에 포함된 참조 신호에 대한 에너지가 미리 설정된 제2 임계값 미만인 경우에 상기 특정 빔 방향에 대응하여 측정된 CBR을 유효하지 않은 값으로 판정할 수 있다. 즉, 단말은 참조 신호에 대한 에너지가 미리 설정된 제2 임계값 이상인 빔 방향에 대해 측정된 CBR만을 유효한 값으로 판정하여 상기 로드로 반영할 수 있다.
또는, 단말은 특정 빔 방향으로 수신된 채널에 포함된 참조 신호에 대한 에너지가 미리 설정된 제2 임계값 미만인 경우에 상기 특정 빔 방향에 대응하여 측정된 CBR에 미리 설정된 오프셋이나 스케일링을 적용하여 상기 특정 빔 방향에 대응하는 CBR 값을 변형할 수 있다. 한편, 상술한 미리 설정된 제1 임계값 및 미리 설정된 제2 임계값은 네트웍에 의해 물리계층 또는 상위계층 신호로 시그널링 되거나, 사전에 정해진다.
다음으로, 단말은 상기 획득한 로드 정보에 기초하여 상기 빔 방향 별로 대응하는 적어도 하나의 통신 장치 중 어느 하나를 통신 링크를 형성하기 위한 통신 장치로 선택(또는, 결정)할 수 있다. 여기서, 통신 장치는 기지국(eNB 또는 gNB), 릴레이 노드(relay node) 또는 다른 단말(UE)을 포함할 수 있다. 단말은 상기 로드 정보에 기초하여 로드가 낮은 빔 방향의 통신 장치를 우선하여 선택할 수 있다(S903).
예컨대, 통신 장치가 기지국인 경우, 단말은 복수의 기지국들 각각에 대응하는 빔 방향에 대한 로드를 상기 로드 정보로부터 획득할 수 있다. 단말은 액세스를 수행하는데 있어서 상기 빔 방향에 대한 로드가 미리 설정된 제한값 미만인 기지국을 우선하여 선택할 수 있다. 또한, 단말은 상기 로드가 미리 설정된 제한값 이상인 빔 방향에 위치하는 기지국을 선택하지 않는다(즉, 액세스를 시도하지 않는다).
단말은 상기 로드가 미리 설정된 제한값 미만인 기지국이 복수 개 있는 경우에는, 각 기지국으로부터 수신한 신호의 세기나 품질에 기초하여 어느 한 기지국과의 액세스를 시도할 수 있다. 또는, 단말은 상기 로드에 대한 값을 상기 신호의 세기나 품질로 측정된 값에 오프셋이나 가중치(scaling)로 적용할 수 있다. 구체적으로, 단말은 상기 로드에 대한 값을 상기 신호의 세기나 품질로 측정된 값을 낮추는 페널티(penalty) 값으로 적용할 수 있다. 이 경우, 단말은 각 방향에 대하여 상기 로드에 따른 페널티(penalty)가 적용된 신호의 세기나 품질에 기초하여 액세스를 시도할 어느 한 기지국을 선택할 수 있다.
또한, 상기 미리 설정된 제한값은 단말이 송신하고자 하는 패킷의 우선 순위 또는 서비스의 우선 순위에 따라 달리 설정될 수 있다. 상기 패킷의 우선 순위 또는 서비스의 우선 순위에 따른 미리 설정된 제한값은 네트웍에 의해 물리계층 또는 상위계층 신호로 시그널링 되거나, 사전에 정해질 수 있다. 단말은 전송하고자 하나는 패킷 및 서비스의 종류에 대응하는 미리 설정된 제한값을 기준으로 적어도 하나의 통신 장치 중 상기 미리 설정된 제한값 미만의 로드를 갖는 빔 방향에 위치하는 통신 장치를 선택할 수 있다. 또는, 상기 미리 설정된 제한값은 빔 방향에 따라 허용되는 패킷의 수선 순위 및 서비스의 우선 순위를 달리하도록 설정될 수 있다.
또는, 상기 적어도 하나의 통신 장치가 기지국인 경우, 상기 단말은 기지국이 전송하는 방송 채널(PBCH)이나 물리 계층의 제어 채널(PDCCH)로부터 기지국이 직접 측정한 빔 방향 별로 측정된 로드에 대한 로드 정보를 획득할 수 있다. 여기서, 물리 계층의 제어 채널은 단말 공동 하향링크 제어 채널(UE common downlink control channel, UE common PDCCH)일 수 있다. 이 경우, 단말은 상기 로드 정보에 기초하여 적어도 하나의 기지국 들 중 어느 하나의 기지국을 선택하여 액세스를 시도할 수 있다.
또는, 상기 적어도 하나의 통신 장치가 다른 D2D 단말인 경우, 상기 단말은 상기 다른 D2D 단말이 전송한 디스커버리 신호로부터 상기 다른 D2D 단말이 측정한 상기 로드 정보를 획득할 수 있다. 이 경우, 단말은 상기 디스커버리 신호로부터 획득한 로드 정보에 기초하여 D2D 링크를 형성할 D2D 단말을 선택할 수 있다.
한편, 단말은 상기 직접 CBR을 측정하여 획득한 로드 정보를 디스커버리 신호에 포함시켜 다른 단말에게 전송할 수 있다.
다음으로, 단말은 상기 적어도 하나의 단말 중에서 선택된 어느 하나의 통신 장치와 통신 링크를 형성하기 위한 절차를 진행할 수 있다. 단말은 상기 절차 진행을 통해 어느 하나의 통신 장치와 링크를 형성할 수 있다(S905).
일 실시예에 따르면, 단말은 상기 선택된 통신 장치와 통신 링크가 형성된 후 D2D 통신을 수행함에 있어서, D2D 통신을 위한 복수의 자원 풀들을 중 어느 하나의 자원 풀을 선택할 수 있다. 이를 위해, 단말은 자원 풀마다 로드인 자원 로드를 측정할 수 있다. 이 경우, 단말은 각 자원 풀 별로 CBR을 측정하여 로드 정보를 획득하거나, 기지국 또는 다른 단말로부터 상기 로드 정보를 획득할 수 있다. 단말은 상기 각 자원 풀 별 로드 정보에 기초하여 복수의 자원 풀 중 로드가 낮은 자원 풀을 D2D 통신을 위한 자원 풀로 선택할 수 있다.
도 15는 본 발명에 따른 D2D 통신을 수행하는 단말을 간략하게 도시한 도면이다.
도 15를 참조하면 본 발명에 따른 단말 장치(20)는, 수신장치(21), 전송장치(22), 프로세서(23), 메모리(24) 및 복수개의 안테나(25)를 포함할 수 있다. 복수개의 안테나(25)는 MIMO 송수신을 지원하는 단말 장치를 의미한다. 송수신기는 수신 장치(21) 및 송신 장치(22)를 포함한다. 수신 장치(21)은 기지국으로부터의 하향링크 상의 각종 신호, 데이터 및 정보를 수신할 수 있다. 또는, 수신 장치(21)는 다른 단말로부터의 D2D 신호(sidelink 신호)를 수신할 수 있다. 전송장치(22)은 기지국으로의 상향링크 상의 각종 신호, 데이터 및 정보를 전송할 수 있다. 또는, 전송장치(22)는 상기 다른 단말로 D2D 신호(sidelink 신호)를 전송할 수 있다. 프로세서(23)는 단말 장치(20) 전반의 동작을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 단말 장치(20)의 프로세서(23)는 앞서 설명된 각 실시예들에서 필요한 사항들을 처리할 수 있다.
단말 장치(20)의 프로세서(23)는 그 외에도 단말 장치(20)가 수신한 정보, 외부로 전송할 정보 등을 연산 처리하는 기능을 수행하며, 메모리(24)는 연산 처리된 정보 등을 소정시간 동안 저장할 수 있으며, 버퍼(미도시) 등의 구성요소로 대체될 수 있다.
위와 같은 전송포인트 장치 및 단말 장치의 구체적인 구성은, 전술한 본 발명의 다양한 실시예에서 설명한 사항들이 독립적으로 적용되거나 또는 2 이상의 실시예가 동시에 적용되도록 구현될 수 있으며, 중복되는 내용은 명확성을 위하여 설명을 생략한다.
또한, 도 13에 대한 설명에 있어서 전송포인트 장치(10)에 대한 설명은 하향링크 전송 주체, 상향링크 수신 주체, 사이드 링크(sidelink)의 송신 주체로서의 중계기 장치에 대해서도 동일하게 적용될 수 있고, 단말 장치(20)에 대한 설명은 하향링크 수신 주체 또는 상향링크 전송 주체로서의 중계기 장치에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예들은 다양한 수단을 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다.
하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 하나 또는 그 이상의 ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs(Digital Signal Processors), DSPDs(Digital Signal Processing Devices), PLDs(Programmable Logic Devices), FPGAs(Field Programmable Gate Arrays), 프로세서, 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.
펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차 또는 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리 유닛에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리 유닛은 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.
상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시형태들은 다양한 이동통신 시스템에 적용될 수 있다.

Claims (15)

  1. 무선 통신 시스템에서 D2D (device-to-device) 단말(UE)이 통신 링크를 형성하는 방법에 있어서,
    빔 방향 별로 측정된 로드(load)에 대한 로드 정보를 획득하는 단계;
    상기 로드 정보에 기초하여 상기 빔 방향 별로 대응하는 적어도 하나의 통신 장치 중 어느 하나의 통신 장치를 선택하는 단계; 및
    상기 선택된 통신 장치와 통신 링크를 형성하는 단계;를 포함하는 통신 링크를 형성하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 로드는 빔 방향에서 측정되는 단말의 수, 송수신할 트래픽 및 간섭 정도 중 적어도 하나에 대응한 값을 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 링크를 형성하는 방법.
  3. 제1항에서 있어서,
    상기 단말은 빔 방향에 대응하는 채널의 점유된 비율인 CBR(Channel BusyRatio)을 측정하고,
    상기 측정된 CBR에 기초하여 상기 로드 정보를 획득하는 것을 특징으로 하는 통신 링크를 형성하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 CBR은 상기 채널에 포함된 전체 자원 중에서 측정되는 수신 에너지가 미리 설정된 제1 임계값 이상인 자원의 비율에 대한 값인 것을 특징으로 하는 통신 링크를 형성하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 수신 에너지는 RSSI(Received Signal Strength Indicator), RSRQ(Reference signal received quality)및 RSRP(Reference signal received power) 중 적어도 하나 이상으로 산출되는 값인 것을 특징으로 하는 통신 링크를 형성하는 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 빔 방향에 대응하는 채널에 포함된 참조 신호(reference signal, RS)에 대한 수신 에너지가 미리 설정된 제2 임계값을 초과한 경우,
    상기 단말은 상기 빔 방향에 대응하여 측정된 상기 CBR을 유효한 값으로 고려하는 것을 특징으로 하는 통신 장치와 통신 링크를 형성하는 방법.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 빔 방향에 대응하는 채널에 포함된 참조 신호(reference signal, RS)에 대한 수신 에너지가 미리 설정된 제2 임계값을 미만인 경우,
    상기 단말은 상기 빔 방향에 대응하여 측정된 CBR에 미리 설정된 오프셋 또는 가중치 중 적어도 하나를 적용하는 것을 특징으로 하는 통신 링크를 형성하는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 단말은 상기 어느 하나의 통신 장치를 선택할 경우에 상기 빔 방향 별 신호의 세기를 더 고려하되,
    상기 로드 정보에 기초하여 상기 신호의 세기에 미리 설정된 오프셋 또는 가중치를 적용하며, 상기 오프셋 또는 가중치가 적용된 상기 신호의 세기에 기초하여 적어도 하나의 통신 장치 중 어느 하나의 통신 장치를 선택하는 것을 특징으로 하는 통신 링크를 형성하는 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 단말은 상기 로드가 미리 설정된 제한값 이상인 빔 방향에 대응하는 통신 장치와 통신 링크를 형성하지 않는 것을 특징으로 하는 통신 링크를 형성하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 미리 설정된 제한값은 상기 단말이 송신하고자 하는 패킷의 우선 순위 또는 서비스의 우선 순위 별로 달리 설정된 것을 특징으로 하는 통신 링크를 형성하는 방법.
  11. 제3항에 있어서,
    상기 측정된 CBR에 기초하여 획득한 상기 로드 정보를 포함하는 디스커버리 신호를 전송하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 링크를 형성하는 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 통신 장치가 적어도 하나의 기지국인 경우, 상기 로드 정보는 상기 적어도 하나의 기지국이 전송하는 PBCH(Physical Broadcast Channel) 및 PDCCH(Physical Downlink Control Channel)에 의해 획득되는 것을 특징으로 하는 통신 장치와 통신 링크를 형성하는 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 통신 장치가 적어도 하나의 D2D 단말인 경우, 상기 로드 정보는 상기 적어도 하나의 다른 D2D 단말의 디스커버리 신호로부터 획득되는 것을 특징으로 하는 통신 링크를 형성하는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    복수의 기지국으로부터 D2D 통신을 위해 할당된 복수의 자원 풀을 획득하는 단계;
    상기 복수의 자원 풀마다 측정된 로드인 자원 로드에 대한 정보를 획득하는 단계; 및
    상기 자원 로드에 기초하여 상기 복수의 자원 풀 중 어느 한 자원 풀을 선택하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 링크를 형성하는 방법.
  15. 무선 통신 시스템에서 통신 장치와 통신 링크를 형성하는 D2D (device-to-device) 단말(UE)에 있어서,
    송수신기; 및
    빔 방향 별로 측정된 로드(load)에 대한 로드 정보를 획득하고, 상기 로드 정보에 기초하여 상기 빔 방향 별로 대응하는 적어도 하나의 통신 장치 중 어느 하나의 통신 장치를 선택하며, 상기 송수신기를 제어하여 상기 선택된 통신 장치와 통신 링크를 형성하는 프로세서;를 포함하는 단말.
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