KR102322497B1 - 비-직교 기반의 상향링크 전송 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

단말은, 기지국으로부터, 상기 단말의 고유한 제1 식별자를 할당 받는다. 상기 단말은, 제1 상향링크 데이터를 생성한다. 그리고 상기 단말은, 상기 제1 상향링크 데이터에 상기 제1 식별자에 기초한 인터리빙(interleaving)을 적용하여, 제2 상향링크 데이터를 생성한다.

Description

비-직교 기반의 상향링크 전송 방법 및 장치{NON-ORTHOGONAL BASED UPLINK TRANSMISSION METHOD AND APPARATUS}

본 발명은 비-직교 기반의 상향링크 전송 방법 및 장치에 관한 것이다.

종래 셀률러 네트워크의 상향링크(UL: uplink)는 직교 전송을 기본으로 구성되었다. 직교 전송은, 시간, 주파수, 혹은 코드 상으로 단말들 간의 자원이 겹치지 않는 것을 의미한다. 따라서, 기지국은 각자 독립된 자원을 사용하는 단말의 상향링크 전송 신호를 수신하여, 하나의 단말에 의해 송신된 사용자 신호를 다른 사용자 신호와의 간섭 없이 복조한다.

하지만 단말들 간에 직교성이 보장된 상향링크 전송이 이루어지려면, 모든 단말들의 상향링크 전송은 전적으로 기지국의 제어 및 스케줄링 정보에 의지하여 운영되어야만 한다. 즉, 기지국이 시간, 주파수, 혹은 코드 자원의 할당을 단말에게 직접 알려줘야 하고, 이러한 할당 결과를 모든 단말은 수신해야 한다. 따라서 단말이 상향링크를 통해 전송하려는 데이터가 있다면, ① 먼저 기지국에게 스케줄링 요청(SR: scheduling request)을 전송해야 한다. 그 뒤, 기지국이 SR을 수신하고 ② 시간 정보(또는 주파수 정보, 코드 정보), 데이터 크기, 변조 방식, 및 채널 코딩 레잇(rate) 등이 포함된 스케줄링 정보(또는 그랜트 정보)를 모든 단말에게 전송한다. 따라서 직교 기반의 상향링크 시스템은 ①과 ②을 수반하여야 하기 때문에, 실제 상향링크 전송이 수행되는 시점까지의 지연(delay)과 전력 소모(power consumption)가 증가한다. 특히, 단말이 상향링크를 통해 전송하려는 하는 데이터의 양이 상대적으로 작은 경우에, SR 절차와 그랜트 절차가 상당한 오버헤드로써 작용한다.

또한 상향링크의 직교성이 보장되기 위해 상향링크 전송 시점이 맞추어져야 하기 때문에, 전송 타이밍 정렬(timing alignment)은 SR이 수행되기 전에 수행되어야 한다.

따라서, 비-직교 기반의 상향링크 전송 방법이 필요하다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 비-직교 기반의 상향링크 전송 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예에 따르면, 단말의 상향링크 전송 방법이 제공된다. 상기 단말의 상향링크 전송 방법은, 기지국으로부터, 상기 단말의 고유한 제1 식별자를 할당 받는 단계; 제1 상향링크 데이터를 생성하는 단계; 및 상기 제1 상향링크 데이터에 상기 제1 식별자에 기초한 인터리빙(interleaving)을 적용하여, 제2 상향링크 데이터를 생성하는 단계를 포함한다.

상기 제2 상향링크 데이터를 생성하는 단계는, 상기 제1 식별자를 이용해, 복수의 파라미터를 생성하는 단계; 상기 복수의 파라미터 중 제1 파라미터에 기초한 인터리빙을 상기 제1 상향링크 데이터에 적용하여, 제1 데이터를 생성하는 단계; 및 상기 복수의 파라미터 중 제2 파라미터에 기초한 인터리빙을 상기 제1 데이터에 적용하여, 제2 데이터를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 복수의 파라미터를 생성하는 단계는, 상기 제1 식별자의 비트들을 복수의 비트 세트로 분할하는 단계; 및 상기 복수의 비트 세트가 나타내는 십진수 값들을 상기 복수의 파라미터의 값들로써 사용하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 제1 상향링크 데이터를 생성하는 단계는, 비트 데이터에 채널 코딩과 스프레딩을 적용하여, 상기 제1 상향링크 데이터를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 단말의 상향링크 전송 방법은, 상기 제2 상향링크 데이터에 상기 제1 식별자에 기초한 스크램블링을 적용하여, 제3 상향링크 데이터를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 단말의 상향링크 전송 방법은, 상기 제3 상향링크 데이터에 변조를 적용하여, 제4 상향링크 데이터를 생성하는 단계; 및 상기 제4 상향링크 데이터에 상기 제1 식별자에 기초한 위상 로테이션을 적용하여, 제5 상향링크 데이터를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 단말의 상향링크 전송 방법은, 상기 제1 식별자에 기초해 프리앰블을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 단말의 상향링크 전송 방법은, 상기 단말과 상기 기지국 간의 거리에 기초해, 상기 제2 상향링크 데이터를 위한 제로 패딩(zero padding)의 길이를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 단말의 상향링크 전송 방법이 제공된다. 상기 단말의 상향링크 전송 방법은, 상향링크 데이터를 복수의 비트 그룹으로 분할하는 단계; 상기 복수의 비트 그룹 중 제1 비트 그룹에, 상기 단말의 고유 식별자에 기초한 인터리빙을 적용하는 단계; 및 상기 복수의 비트 그룹 중 제2 비트 그룹에, 상기 고유 식별자에 기초한 인터리빙을 적용하는 단계를 포함한다.

상기 제1 비트 그룹에 상기 고유 식별자에 기초한 인터리빙을 적용하는 단계는, 상기 고유 식별자로부터 복수의 파라미터를 추출하는 단계; 상기 복수의 파라미터 중 제1 파라미터에 기초한 인터리빙을 상기 제1 비트 그룹에 적용하여, 제1 데이터를 생성하는 단계; 및 상기 복수의 파라미터 중 제2 파라미터에 기초한 인터리빙을 상기 제1 데이터에 적용하여, 제2 데이터를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 복수의 파라미터를 추출하는 단계는, 상기 고유 식별자의 비트들을 복수의 비트 세트로 분할하는 단계; 및 상기 복수의 비트 세트가 나타내는 십진수 값들을 상기 복수의 파라미터의 값들로써 사용하는 단계를 포함할 수 있다.

또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 송신기가 제공된다. 상기 송신기는, 채널 코딩을 통해 상향링크 데이터를 생성하는 채널 인코더; 및 고유 식별자로부터 복수의 파라미터를 추출하고, 상기 복수의 파라미터 중 제1 파라미터에 기초한 인터리빙을 상기 상향링크 데이터에 적용하여 제1 데이터를 생성하고, 상기 복수의 파라미터 중 제2 파라미터에 기초한 인터리빙을 상기 제1 데이터에 적용하여 제2 데이터를 생성하는 시그니처부를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 비-직교 상향링크 전송 방식이 사용되고 식별자 정보 기반의 단말 구분이 사용되므로, 단말은 별도의 스케줄링을 위한 요청 절차와 그랜트를 받는 절차를 수행할 필요가 없다. 이를 통해, 지연 시간과 전력 소모가 감소할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에 따르면, 그랜트-프리(grant-free)에 적합한 비-직교 다중화 방식이 제공될 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에 따르면, 전송 시점 조정을 위한 절차가 생략될 수 있으므로, 지연 시간과 전력 소모가 감소할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에 따르면, 5세대 통신의 좋은 요소 기술이 제공될 수 있다.

도 1은 기지국 관점에서의 단말 별 전파 지연 차이를 나타내는 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른, 복수의 단말이 상향링크를 통해 신호를 전송하는 경우에, 각 단말의 송신기를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른, 단말에 의해 전송되는 전체 프레임에서 프리앰블과 파일롯 간의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른, 지리적 위치에 따른 전송시점 차이와 제로 패딩의 길이 요구 사항을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른, 컴퓨팅 장치를 나타내는 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본 명세서에서, 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

또한 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로써, 본 발명을 한정하려는 의도로 사용되는 것이 아니다.

또한 본 명세서에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.

또한 본 명세서에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것일 뿐, 하나 또는 그 이상의 다른 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

또한 본 명세서에서, '및/또는' 이라는 용어는 복수의 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. 본 명세서에서, 'A 또는 B'는, 'A', 'B', 또는 'A와 B 모두'를 포함할 수 있다.

또한 본 명세서에서, 단말(terminal)은, 이동 단말(mobile terminal), 이동국(mobile station), 진보된 이동국(advanced mobile station), 고신뢰성 이동국(high reliability mobile station), 가입자국(subscriber station), 휴대 가입자국(portable subscriber station), 접근 단말(access terminal), 사용자 장비(UE: user equipment), 기계형 통신 장비(MTC: machine type communication device) 등을 지칭할 수도 있고, 이동 단말, 이동국, 진보된 이동국, 고신뢰성 이동국, 가입자국, 휴대 가입자국, 접근 단말, 사용자 장비, MTC 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.

또한 본 명세서에서, 기지국(BS: base station)은, 진보된 기지국(advanced base station), 고신뢰성 기지국(HR-BS: high reliability base station), 노드B(NB: node B), 고도화 노드B(eNB: evolved node B), NR(new radio) 노드B(gNB), 접근점(access point), 라디오 접근국(radio access station), 송수신 기지국(base transceiver station), MMR(mobile multihop relay)-BS, 기지국 역할을 수행하는 중계기(relay station), 기지국 역할을 수행하는 고신뢰성 중계기(high reliability relay station), 리피터, 매크로 기지국, 소형 기지국, 펨토 기지국, 홈 노드B(HNB: home node B), 홈 eNB(HeNB), 피코 기지국(pico BS), 마이크로 기지국(micro BS) 등을 지칭할 수도 있고, 진보된 기지국, HR-BS, 노드B, eNB, gNB, 접근점, 무선 접근국, 송수신 기지국, MMR-BS, 중계기, 고신뢰성 중계기, 리피터, 매크로 기지국, 소형 기지국, 펨토 기지국, HNB, HeNB, 피코 기지국, 마이크로 기지국 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.

본 발명은, 무선 이동통신 시스템의 물리 계층을 위한 다중화 기법에 관한 것이다.

단말이 면허 대역에서 상향링크 전송을 수행하는 경우에, 기존의 무선 전송 시스템은 기지국의 제어를 통해 단말들 간의 간섭을 발생하지 않도록 한다. 즉, 단말들 간의 직교한 전송이 보장되는 형태로, 상향링크가 구성되었다.

하지만 본 발명은 단말이 기지국의 제어 없이 스스로 상향링크 전송 시점을 결정하여 상향링크 전송을 수행하는 방식에 관한 것이다. 즉, 본 발명은 단말들 간의 직교성이 보장되지 않는 비-직교 상향링크 전송 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 단말이 비-직교성 상향링크 전송을 수행하는 경우에, 기지국이 상향링크 신호를 수신하여 구별하는 방법에 관한 것이다.

이하에서는, 동일한 상향링크 자원을 사용하는 단말들이 SR과 기지국에 의해 전송되는 그랜트 정보를 바탕으로 기지국에 상향링크 신호를 송신하는 것이 아니라, 단말이 스스로 시그니처(signature)를 상향링크 신호에 입히고 비-직교한 방식으로 상향링크 신호를 구성 및 전송하는 방법에 대하여 설명한다. 또한 이하에서는, 각 단말을 위한 고유한 시그니처를 상향링크 전송에 입히는 방법에 대하여 설명한다. 또한 이하에서는, 단말의 고유한 시그니처를 바탕으로 비-직교 신호를 복조하는 방법에 대하여 설명한다.

도 1은 기지국 관점에서의 단말 별 전파 지연 차이(또는 전송 시간 차이)를 나타내는 도면이다. 단말 별 전파 지연 차이는, 기지국과 단말 간의 지리적 거리 차이에 의해 발생한다. 구체적으로, 도 1에는 기지국에 의해 제공되는 셀의 반경이 577.3 meter 인 경우가 예시되어 있다.

도 1에 예시된 바와 같이, 단말들 중 셀(또는 기지국)과의 거리가 가장 가까운 단말 A와 가장 먼 단말 B가 존재하는 경우에, 빛의 속도 한계에 의해 두 단말들(단말 A, B)의 송신 신호 시간차는, 대략 1.924us 정도 이다.

두 단말들에 의해 송신되는 신호들의 시간차(예, 1.924us)가 존재하는 상황에서, 기지국이 시간차를 유지한 채 신호를 수신하여 복조하려는 경우를 가정한다. 여기서, 시간차는 기지국이 하향링크 전송을 수행한 후 전송을 수행하는 경우에, 왕복 지연(round-trip delay)에 의해 3.849us (=2x1.924us)이다. 이러한 경우에, CP(cyclic prefix) 또는 가드 대역(guard band)이 충분하지 않다면, 두 단말들에 의해 전송되는 상향링크 신호들 간의 직교성이 파괴되기 때문에, 복조 에러가 발생할 수 있다.

따라서 타이밍 정렬(timing alignment)을 위해, 단말은 기지국으로 신호를 송신하는 ① 랜덤 액세스를 수행한다. ② 기지국은 단말에게 기준이 되는 동기 신호를 전송한다. ③ 단말은 기지국에 의해 송신된 동기 신호를 수신한 후, ④ 기준 동기 신호에 대한 응답 신호를 기지국에 전송한다. ⑤ 기지국은 단말에게 전송 시점 조절치를 알려준다. 이와 같이, 일반적으로 5개의 과정들을 거쳐야 단말의 전송 시점 조정이 가능해진다. 하지만 5개의 과정들이 수행되기 위해서는 지연과 전력 소모가 높다.

따라서 면허대역에서 상향링크를 통해 신호를 전송하는 단말들이 동일한 자원을 사용하는 비-직교 및 경쟁 기반(contention based) 형태의 상향링크 전송을 수행하면, SR을 전송한 뒤 그랜트 정보를 받는 절차를 생략할 수 있다. 또한, 상향링크의 전송 시점 조정이 필요 없는 비동기(asynchronous) 시스템이 제공된다면, 추가적인 오버헤드, 지연, 그리고 전력 소모 감소가 기대될 수 있다. 하지만 현재 면허대역 셀률러 시스템에는 비-직교 기반의 상향링크 전송(이하 '비-직교 전송')에 대한 솔루션이나 비-직교 전송이 어떠한 방식으로 수행되는지에 대한 솔루션이 없다. 또한 단말 별 상향링크 전송 시점이 상이한 경우에도 문제가 없는 전송 방법 및 수신 방법에 관한 솔루션이 필요하다.

이하에서는, 무선통신 셀률러 시스템에서 식별자 정보에 기반한 비-직교 다중화 방식을 이용해 상향링크 전송을 수행하는 방법에 대해서 설명한다.

비-직교 전송을 위해, 단말 별로 고유한 식별자가 부여된다. 즉, 단말은 기지국으로부터 고유한 식별자(이하 '단말 고유 식별자')를 할당 받을 수 있다.

우선, 단말은 기지국에 의해 전송되는 동기 및 시스템 정보 설명 신호(system information description signal)를 통해, 기지국이 기준으로 삼는 하향링크(DL: downlink) 프레임 타이밍 정보를 획득한다. 그러면 단말은 획득한 하향링크 프레임 타이밍 정보를 기준으로, 상향링크 프레임 타이밍 정보를 유추할 수 있다.

단말이 이렇게 상향링크 프레임 타이밍 정보를 획득한 후, 기지국에 등록 요청을 상향링크 프레임 타이밍에 맞춰 전송한다. 그리고 단말은 등록에 성공하였음을 알리는 임시 단말 식별자를, 기지국으로부터 부여 받는다. 예를 들어, 임시 단말 식별자는 n개의 bit 정보로 이루어진 C(cell)-RNTI(radio network temporary identifier)일 수 있다.

n-bit(예, 16 bit)의 식별자 정보는, 단말이 전송하고자 하는 bit 신호 시퀀스에 인터리빙(interleaving)이 적용되는 경우에, ① 인터리버의 파라미터(예, S120 과정을 위한 파라미터), ② bit 레벨 혹은 심볼 레벨의 시퀀스 곱셈(sequence multiplication)을 위한 시퀀스의 파라미터(예, S131 과정을 위한 파라미터), 또는 ③ 동기 신호의 시퀀스를 결정하는 파라미터(예, S132 과정을 위한 파라미터)로도 사용될 수 있다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른, 복수(예, k개)의 단말(또는 사용자)이 상향링크를 통해 신호를 전송하는 경우에, 각 단말의 송신기를 나타내는 도면이다.

구체적으로, 도 2 및 도 3에는 비-직교 방식의 고유 식별자에 기반하는 상향링크 송신기 구조가 예시되어 있다. 도 2에는 단일 반송파(single carrier)를 위한 상향링크 송신기가 예시되어 있고, 도 3에는 다중 반송파(multi-carrier)를 위한 상향링크 송신기가 예시되어 있다. 도 2 및 도 3에는, 채널 코딩 부호화율이 R=1/24 인 경우가 예시되어 있다.

k개의 송신기들에 의해 송신되는 신호들은 각각 상향링크 채널(예, h₀, h₁, ..., h_(k-1))을 통과하여 합성(combining)되고, 합성된 신호는 AWGN(additive white Gaussian noise)와 합성된다. 이렇게 합성된 신호는 수신기(예, 기지국의 수신기)에 의해 수신된다.

도 2에 예시된 각 송신기는, 채널 인코더(Tx110), 시그니처부(Tx120), 변조부(Tx130), 및 패딩부(Tx140)를 포함한다. 도 3에 예시된 각 송신기는, 채널 인코더(Tx110), 시그니처부(Tx120), 변조부(Tx130), 및 패딩부(Tx150)를 포함한다.

먼저, 사용자(또는 단말)의 비트 정보(예, user 0의 data, user 1의 data, user (k-1)의 data)는 낮은 코드율(low code rate)을 가지는 채널 인코더(Tx110)로 입력될 수 있다.

1. 채널 인코더( Tx110 )가 채널 코딩을 수행하는 과정(S110)

도 2에 예시된 바와 같이, 채널 인코더(Tx110)는 매우 낮은 부호율(R=1/24)을 가진다. R=1/24는 예시일 뿐이며, 채널 인코더(Tx110)는 다른 부호율을 가질 수 있다.

한편, 채널 인코더(Tx110)는 채널 코딩부(Tx111)와 스프레딩부(Tx112)로 대체될 수도 있다. 구체적으로, 채널 인코더(Tx110)는 비트 데이터에 채널 코딩과 스프레딩을 적용하여, 상향링크 데이터를 생성할 수 있다. 예를 들어, 최종 부호율이 R=1/24 인 경우에, 채널 코딩부(Tx111)는 부호율 R=1/2을 가지고 스프레딩부(Tx112)는 12배 스프레딩을 수행할 수 있다. 다른 예를 들어, 최종 부호율이 R=1/24 인 경우에, 채널 코딩부(Tx111)는 부호율 R=1/3을 가지고 스프레딩부(Tx112)는 8배 스프레딩을 수행할 수 있다. 또 다른 예를 들어, 최종 부호율이 R=1/24 인 경우에, 채널 코딩부(Tx111)는 부호율 R=1/4을 가지고 스프레딩부(Tx112)는 6배 스프레딩을 수행할 수 있다. 또 다른 예를 들어, 최종 부호율이 R=1/24 인 경우에, 채널 코딩부(Tx111)는 부호율 R=1/6을 가지고 스프레딩부(Tx112)는 4배 스프레딩을 수행할 수 있다. 또 다른 예를 들어, 최종 부호율이 R=1/24 인 경우에, 채널 코딩부(Tx111)는 부호율 R=1/12을 가지고 스프레딩부(Tx112)는 2배 스프레딩을 수행할 수 있다

스프레딩에 적용되는 시퀀스는 스프레딩 레잇(spreading rate) 단위로 다를 수 있다. 예를 들어, 스프레딩 인자(spreading factor)가 2 인 경우(즉, S_F=2)에, 스프레딩에 적용되는 시퀀스는 w=[+1 -1] 일 수 있다. 다른 예를 들어, 스프레딩 인자가 4 인 경우(즉, S_F=4)에, 스프레딩에 적용되는 시퀀스는 w=[+1 -1 +1 -1] 일 수 있다. 또 다른 예를 들어, 스프레딩 인자가 6 인 경우(즉, S_F=6)에, 스프레딩에 적용되는 시퀀스는 w=[+1 -1 +1 -1 +1 -1] 일 수 있다. 또 다른 예를 들어, 스프레딩 인자가 8 인 경우(즉, S_F=8)에, 스프레딩에 적용되는 시퀀스는 w=[+1 -1 +1 -1 +1 -1 +1 -1] 일 수 있다. 또 다른 예를 들어, 스프레딩 인자가 12 인 경우(즉, S_F=12)에, 스프레딩에 적용되는 시퀀스는 w=[+1 -1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 +1 -1] 일 수 있다.

채널 인코더(Tx110)에 의해 채널 코딩(또는 채널 코딩 및 스프레딩)이 적용된 단말 비트 입력에는, 단말이 기지국으로부터 부여 받은 고유 식별자 정보에 기초해, 시그니처가 입혀진다. 채널 인코더(Tx110)의 출력에 고유 식별자 정보를 시그니처로써 적용하는 과정(S120)은, 2개의 과정들(S121, S122)로 수행된다.

2. 시그니처부(Tx120)가 1차 식별자 정보를 시그니처로써 채널 인코더(Tx110)의 출력에 적용하는 과정(S120)

2.1. 시그니처부(Tx120)가 식별자 정보 기반의 파리미터화(parameterization)를 수행한 후, 인터리빙(또는 permutation)을 수행하는 과정(S121)

시그니처부(Tx120)는 채널 인코더(Tx110)의 출력(예, 채널 인코더(Tx110)에 의해 생성된 상향링크 데이터)에, 단말의 고유한 식별자에 기초한 인터리빙을 적용한다.

단말의 식별자가 고유하면, 단말에 적용되는 인터리버 또한 고유하다. 다양한 식별자가 존재하기 때문에, 인터리버를 식별자에 1:1 대응하게 설계하는 방법은 비효율적일 수 있다. 이러한 방법 대신에, 하나의 식별자 정보를 파라미터화하여 인터리빙을 수행하는 방법이 사용될 수 있다. 이를 통해, 단말과 기지국은 일일이 인터리빙 패턴에 관한 정보를 저장할 필요가 없다.

식별자 정보를 파라미터화하여 인터리빙에 적용하는 방법에서는, 식별자 정보에 속하는 파라미터들은 블록 인터리빙에 각각 대응된다.

구체적으로, 아래의 수학식 1은, 단말에게 할당된 식별자가 파라미터화되고 식별자에 속하는 파라미터들이 블록 인터리빙들에 1:1 대응하는 경우에, 다수의 블록 인터리빙을 연접(concatenate)하여 수행하는 방법을 나타낸다.

또한 시그니처부(Tx120)의 인터리버(Tx121)에 입력되는 정보(bit sequence)는 총 정보 길이(총 비트 길이)에 관계 없이 일정한 길이를 가질 수 있다. 인터리버(Tx121)에 입력되는 비트 시퀀스의 단위 길이가 길면 길수록, 인터리빙을 통해 비트 순서가 재매핑(remapping)되는 지점(위치)의 자유도는 높다. 하지만, 그만큼 지정되는 지점(위치)을 위한 경우의 수가 늘어나기 때문에, 구현 복잡도가 높아진다. 따라서, 전체 비트 시퀀스 길이가 수학식 1의 L_itlv 길이만큼 다수의 묶음으로 분할되고 이렇게 제한된 구간에 인터리빙이 적용되면, 구현 복잡도는 낮아지고 고정된 인터리버 생성 방법의 적용이 가능하다. 또한, 인터리빙 속도를 빠르게 하기 위해, L_itlv 길이에 다수의 인터리빙을 적용하는 고속 인터리버가 구현될 수 있다.

시그니처부(Tx120)의 인터리버(Tx121)는 아래의 수학식 1에 기초해, 인터리빙을 수행한다.

수학식 1에서, i는 인덱스를 의미하고, b()는 채널 인코더(Tx110)의 출력을 의미하고, D=M·S_F는 채널 인코더(Tx110)의 출력 비트(예, 채널 인코더(Tx110)에 의해 생성된 상향링크 비트 레벨 데이터)의 총 길이를 의미한다. 수학식 1에서, M은 채널 코딩만을 거친 총 출력 비트의 크기(예, 채널 코딩부(Tx111)의 출력 비트의 크기)를 의미하고, d_out은 인터리버(Tx121)의 출력을 의미한다.

수학식 1에서, v(i)는 랜덤 인터리빙 시퀀스 이며, 어떠한 임의의 랜덤 시퀀스 일 수 있다. 예를 들어, L_itlv=12 라면, v(i)={2,8,3,12,10,4,9,1,11,6,5,7} 일 수 있다.

또한 v(i)의 길이인 L_itlv 는 주로, 대역폭에 해당하는 길이(예, bit-level의 길이) 정도가 될 수 있다. 예를 들어, OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 심볼의 대역폭이 72개의 부반송파에 해당하고 각 부반송파에서 전송되는 변조된 심볼이 QPSK(quadrature phase shift keying)에 해당한다면, L_itlv=144 가 된다. 본 명세서에서, 시간 도메인 심볼은 OFDM 심볼 또는 SC(single carrier)-FDMA(frequency division multiple access) 심볼 등일 수 있다. 다만, 이는 예시일 뿐이며, 시간 도메인 심볼이 OFDM 심볼이나 SC-FDMA 심볼과 다른 심볼인 경우에도 본 발명은 적용될 수 있다. 본 명세서에서, 시간 도메인 심볼은 심볼로 표현될 수도 있다.

단말은 단말의 고유한 식별자를 이용해 복수의 파라미터를 생성할 수 있다. 구체적으로, 시그니처부(Tx120)는 단말 고유 식별자에 속하는 비트들을 복수의 비트 세트로 분할하고, 복수의 비트 세트가 나타내는 십진수 값들을 복수의 파라미터의 값들로써 사용할 수 있다.

예를 들어, 복수의 파라미터(a₀, a₁, a₂, a₃)는 단말이 기지국으로부터 부여 받은 n-bit 식별자 정보(예, C-RNTI 등)를 통해 획득될 수 있다. 구체적으로, n=16 인 경우에, a₀, a₁, a₂, 및 a₃ 를 생성하는 과정은, 아래의 수학식 2에 기초할 수 있다.

즉, n-bit 식별자(예, RNTI 등)가 4등분으로 나뉘고, 분할된 부분의 이진수는 십진수로 변경되어 a₀, a₁, a₂, 및 a₃ 로 각각 매핑된다. 각 파라미터(a₀, a₁, a₂, a₃)에 적용되는 인터리빙을, 블록 인터리빙이라 한다. 예를 들어, 인터리버(Tx121)는 복수의 파라미터(a₀, a₁, a₂, a₃) 중 하나(예, a₃)에 기초한 인터리빙을 채널 인코더(Tx110)의 출력에 적용하여 제1 데이터(예, d₁())를 생성할 수 있고, 복수의 파라미터(a₀, a₁, a₂, a₃) 중 다른 하나(예, a₂)에 기초한 인터리빙을 제1 데이터(예, d₁())에 적용하여 제2 데이터(예, d₃())를 생성할 수 있다. 그리고 인터리버(Tx121)는 복수의 파라미터(a₀, a₁, a₂, a₃) 중 다른 하나(예, a₁)에 기초한 인터리빙을 제2 데이터(예, d₃())에 적용하여 제3 데이터(예, d₅())를 생성할 수 있고, 복수의 파라미터(a₀, a₁, a₂, a₃) 중 다른 하나(예, a₀)에 기초한 인터리빙을 제3 데이터(예, d₅())에 적용하여 제4 데이터(예, d_out())를 생성할 수 있다.

수학식 2에서, n-bit 식별자 정보(예, C-RNTI 등)로부터 추출되는 파라미터(a₀, a₁, a₂, a₃)의 범위는 0~15 이다. 이러한 경우에, 식별자 기반 인터리버가 형성되면, 이러한 인터리버의 가지수는 16⁴ = 65536 이다. 한편, 식별자 기반 인터리버 대신에, 고정(fix)된 인터리버 세트가 구성될 수도 있다. 예를 들어, 파라미터(a₀, a₁, a₂, a₃)의 범위가 0 ~ 1 인 경우에, 인터리버의 가지수는 2⁴ = 16 로 제한될 수도 있다. 이러한 경우에, 단말은 고정된 인터리버들 중 하나만을 랜덤하게 선택하여 사용할 수 있다. 이를 통해, 식별자 선별의 변경이 가능하다.

수학식 1에서, D(=M·S_F)는 L_itlv의 배수를 가정한다. 만일 D의 길이가 L_itlv의 배수가 아닌 경우에, ((D+n_padding) mod L_itlv)=0 이 되도록, L_itlv 보다 짧은 길이 n_padding의 패딩 비트(예, bit 0으로 이루어진 시퀀스)가 추가된다. 따라서, 채널 인코더(Tx110)로부터 출력된 이진 비트 벡터(binary bit vector)에, 단위마다 인터리빙이 적용된다.

한편, 상술한 비-직교 다중화 방식은, 사용자(또는 단말) 특정(specific)한 인터리빙 패턴에 의해 다중화를 수행할 수 있다. 사용자(또는 단말) 특정한 인터리빙 패턴을 위한 시드(seed)는, 단말의 식별자(예, ID)에 기초해 결정된다. 이러한 인터리빙 패턴을 결정하는 방법은, 상향링크 비트 데이터(예, 채널 인코더(Tx110)의 출력)를 복수의 비트 그룹으로 분할하고 복수의 비트 그룹 각각에 상술한 연접 인터리빙(예, 수학식 1의 인터리빙)을 적용하는 방법이다. 예를 들어, 단말은 복수의 비트 그룹 중 하나에 단말 고유 식별자에 기초한 연접 인터리빙을 적용하고, 상기 연접 인터리빙이 완료되면, 그 다음 비트 그룹에 단말 고유 식별자에 기초한 연접 인터리빙을 적용할 수 있다.

한편, 상향링크 비트 데이터를 복수의 비트 그룹으로 분할하지 않고 상향링크 비트 데이터 전체에 상술한 연접 인터리빙을 적용하는 방법이 고려될 수도 있다.

수학식 2에서, 10진수 a₀, a₁, a₂, 및 a₃의 개수는 블록 인터리빙이 몇 번 수행되는지를 나타낸다. 예를 들어, 수학식 2에는, 4번의 블록 인터리빙이 수행되고 최종적으로 랜덤 인터리빙 v(i)이 수행되는 경우가 예시되어 있다.

한편, 상술한 연접 인터리빙 방식은 수학식 1과 같이 수행되지 않을 수도 있다. 구체적으로, 수학식 1이 시스템 식별자(예, ID)에 맞게 수정되어 총 연접되는 블록 인터리빙의 횟수가 가감될 수 있다. 또는, 10진수 a₀, a₁, a₂, 및 a₃ 각각의 범위가 조정될 수도 있다.

한편, 채널 인코더(Tx110)의 채널 코딩(또는 채널 코딩 및 스프레딩)을 거친 데이터에 단말 고유 식별자에 기반하는 연접 인터리빙이 적용됨으로써, 단말은 자신의 고유한 인터리빙 패턴을 이용해 인터리빙을 수행할 수 있다.

2.2. 시그니처부(Tx120)가 인터리빙이 이루어진 비트 벡터의 출력(예, d _out ())에 비트 레벨의 스크램블링을 적용하는 과정(S122)

시그니처부(Tx120)의 스크램블러(Tx122)는 인터리버(Tx121)의 출력(예, d_out)을 입력 받고, 아래의 수학식 3에 예시된 바와 같이, 스크램블링을 수행한다. 구체적으로, 스크램블러(Tx122)는 인터리버(Tx121)의 출력(예, 인터리버(Tx121)에 의해 생성된 데이터)에, 단말 고유 식별자(예, RNTI)에 기초한 스크램블링을 적용할 수 있다.

수학식 3에서, e(i)는 스크램블러(Tx122)의 출력을 의미한다.

수학식 3에서, 의사 랜덤 시퀀스(pseudo-random sequence)를 생성하는 함수인

는, 아래의 수학식 4를 통해 생성된다. 구체적으로,

은 단말 고유 식별자(예, RNTI)에 기초해 의사 랜덤 시퀀스를 생성할 수 있다.

수학식 4에서, x₁()의 초기 시프트 레지스터(shift register) 값은, x₁(0)=1, {x₁(k)=0, k=1,2,...,30} 이다. x₂()의 초기 시프트 레지스터 값은,

에 의해 결정된다.

3. 변조부(Tx130)가 변조를 수행하고, 심볼 레벨의 위상 로테이션( symbol -level phase rotation )을 이용한 2차 식별자 정보를 변조 결과에 적용하고, 그리고 3차 식별자 정보(예, 프리앰블 , 파일롯 등)에 기반한 RS(reference signal)를 추가하는 과정(S130)

3.1. 변조부(Tx130)가 변조를 수행 후, 심볼 레벨의 위상 로테이션( symbol -level phase rotation )을 이용한 2차 식별자 정보를 변조 결과에 적용하는 과정(S131)

변조부(Tx130)는 시그니처부(Tx120)의 결과에 변조를 적용하고, 변조 결과에 단말 고유 식별자(예, RNTI)에 기초한 위상 로테이션을 적용할 수 있다.

구체적으로, 시그니처부(Tx120)를 거친 이진 비트 벡터에 변조 과정이 적용되면, 벡터

가 형성된다. 그 후, 벡터

에는 심볼 레벨의 위상 로테이션(symbol-level phase rotation)이 적용된다.

변조부(Tx130)는 아래의 표 1의 변조 방식(예, BPSK 변조 방식) 또는 표 2의 변조 방식(예, QPSK 변조 방식)을 사용한다.

BPSK(binary phase shift keying)의 경우에, 입력 bit의 길이는 i=0,1,2,...,D-1 이고, QPSK의 경우에, 입력 bit의 길이는 i=0,1,2,...,D/2-1 이다. BPSK 및 QPSK는 예시일 뿐이며, 이와 다른 변조 방식이 사용될 수도 있다.

그 후에, 변조부(Tx130)는 심볼 레벨의 위상 로테이션(symbol-level phase rotation)을 변조 결과에 적용한다. 변조부(Tx130)의 위상 로테이션 방법은 아래의 수학식 5에 기초할 수 있다.

수학식 5에서, s'()는 위상 로테이션의 결과를 나타낸다.

수학식 5에서, a₅의 값은 단말 고유 식별자(예, RNTI)에 의해 결정된다. 예를 들어, a₅는 아래의 경우들 중 하나일 수 있다.

3.2. 변조부(Tx130)가 RS 삽입( insertion )을 통해 3차 식별자 정보(예, 프리앰블 , 파일롯 등)를 추가하는 과정(S132)

그 다음 과정으로써, 변조부(Tx130)는 프리앰블 및 파일롯을 아래의 수학식 6에 기초해 생성할 수 있다. 즉, 변조부(Tx130)는 단말 고유 식별자(예, RNTI)에 기초해, 프리앰블 및 파일롯을 생성할 수 있다.

수학식 6에서, p'()는 프리앰블을 의미한다. 프리앰블 p'()은 동기 획득이나 채널 추정을 위해 주로 사용될 수 있다.

수학식 6에서, N은 자도프-추 시퀀스(Zadoff-Chu sequence)의 길이에 해당한다. 즉, N의 값은 소수(prime number)로 구성되며, 프리앰블을 위한 N의 값과 파일롯을 위한 N의 값은 상이할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른, 단말에 의해 전송되는 전체 프레임에서 프리앰블과 파일롯 간의 관계를 나타내는 도면이다. 구체적으로 도 4에는, 상향링크 프레임 구조가 예시되어 있다.

도 4에서, p'(n) (단, n=0,1,2,...,N₁-1) 또는 -p'(n) (단, n=0,1,2,...,N₁-1)은 프리앰블(또는 헤더)을 위한 레퍼런스 신호(또는 파일롯)을 나타내고, p'(n) (단, n=0,1,2,...,N₂-1)은 데이터를 위한 레퍼런스 신호(또는 파일롯)를 나타낸다.

도 4에서, s'(n) (단, n=0,1,2,...,L₁-1)은 프리앰블(또는 헤더)를 나타내고, s'(n) (단, n=0,1,2,...,L₂-1)은 데이터를 나타낸다.

단말은 N₁, N₂, L₁, 및 L₂ 를 미리 알고 있을 수 있다. 또는 기지국이 N₁, N₂, L₁, 및 L₂ 를 설정하여 단말에게 알려줄 수 있다.

4. 패딩부(Tx140)가 단일 반송파( single carrier )를 위해 제로 패딩을 수행하거나 패딩부(Tx150)가 다중 반송파( multi - carrier )를 위해 IFFT ( inverse fast Fourier transform )를 수행한 후 순환 패딩(cyclic padding) (예, CP 삽입)을 수행하는 과정(S140)

기지국이 단말에게 전송하는 동기 및 시스템 정보 설명 신호(system information description signal)를 통해 단말이 상향링크 프레임 타이밍 정보를 획득한 이후에도, 도 1에 예시된 바와 같이, 단말들 간의 전송시점 불일치 문제가 여전히 발생할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 가변길이 u를 가지는 제로 패딩(예, no signal transmission)이 수행될 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른, 지리적 위치에 따른 전송시점 차이와 제로 패딩의 길이 요구 사항을 나타내는 도면이다.

도 5에는, 단말들(예, 단말 A, 단말 B, 단말 C) 중에서 단말 A가 셀(또는 기지국)로부터 가장 가깝게 위치하고 단말 B가 셀(또는 기지국)로부터 가장 멀리 위치하는 경우가 예시되어 있다.

도 5에서, y()는 단말(예, 단말 A, 단말 B, 단말 C)에 의해 최종적으로 전송되는 신호를 나타낸다.

구체적으로 도 5에는, 가변길이 u를 가지는 제로 패딩(에너지 없음)의 길이가 조정됨으로써, 기지국에 가장 늦게 수신되는 프레임(예, 단말 B의 프레임)에서 제로 패딩을 제외한 나머지의 끝부분이, 기지국에 가장 먼저 수신되는 프레임(예, 단말 A의 프레임)에 포함된 제로 패딩의 끝부분 보다 먼저 수신되거나 동일한 시간에 수신되는 경우가 예시되어 있다. 예를 들어, 단말(예, 단말 A, 단말 B, 단말 C)은 기지국과의 거리에 기초해, 상향링크 데이터(예, 변조부(Tx130)의 출력)를 위한 제로 패딩의 길이를 결정할 수 있다.

삽입되는 제로 패딩의 길이는 시스템의 설정(setting)에 따라 다르다. 예를 들어, 단말에 의해 전송되는 심볼의 샘플링 레잇이 240Ksps 인 경우에, 1개의 샘플이 제로 패딩 될 수 있다.

한편, 지금까지 상향링크 전송을 예로 들어 비-직교 전송을 설명하였으나, 이는 예시일 뿐이다. 본 발명의 실시예에 따른 비-직교 전송은 하향링크 전송에도 적용될 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른, 컴퓨팅 장치를 나타내는 도면이다. 도 6의 컴퓨팅 장치(TN100)는 본 명세서에서 기술된 기지국 또는 단말 등일 수 있다. 또는 도 6의 컴퓨팅 장치(TN100)는, 무선기기, 통신노드, 송신기(transmitter), 또는 수신기(receiver)일 수 있다.

도 6의 실시예에서, 컴퓨팅 장치(TN100)는 적어도 하나의 프로세서(TN110), 네트워크에 연결되어 통신을 수행하는 송수신 장치(TN120), 및 메모리(TN130)를 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨팅 장치(TN100)는 저장 장치(TN140), 입력 인터페이스 장치(TN150), 출력 인터페이스 장치(TN160) 등을 더 포함할 수 있다. 컴퓨팅 장치(TN100)에 포함된 구성 요소들은 버스(bus)(TN170)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.

프로세서(TN110)는 메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 중에서 적어도 하나에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 프로세서(TN110)는 중앙 처리 장치(CPU: central processing unit), 그래픽 처리 장치(GPU: graphics processing unit), 또는 본 발명의 실시예에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 프로세서(TN110)는 본 발명의 실시예와 관련하여 기술된 절차, 기능, 및 방법들을 구현하도록 구성될 수 있다. 프로세서(TN110)는 컴퓨팅 장치(TN100)의 각 구성 요소를 제어할 수 있다.

메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 각각은 프로세서(TN110)의 동작과 관련된 다양한 정보를 저장할 수 있다. 메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 각각은 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(TN130)는 읽기 전용 메모리(ROM: read only memory) 및 랜덤 액세스 메모리(RAM: random access memory) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.

송수신 장치(TN120)는 유선 신호 또는 무선 신호를 송신 또는 수신할 수 있다. 그리고 컴퓨팅 장치(TN100)는 단일 안테나 또는 다중 안테나를 가질 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예는 지금까지 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 상술한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

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16. 단말의 상향링크 전송 방법으로서,
    상향링크 데이터를 복수의 비트 그룹으로 분할하는 단계;
    상기 복수의 비트 그룹 중 제1 비트 그룹에, 상기 단말의 고유 식별자에 기초한 인터리빙을 적용하는 단계; 및
    상기 복수의 비트 그룹 중 제2 비트 그룹에, 상기 고유 식별자에 기초한 인터리빙을 적용하는 단계
    를 포함하는 단말의 상향링크 전송 방법.
17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 비트 그룹에 상기 고유 식별자에 기초한 인터리빙을 적용하는 단계는,
    상기 고유 식별자로부터 복수의 파라미터를 추출하는 단계;
    상기 복수의 파라미터 중 제1 파라미터에 기초한 인터리빙을 상기 제1 비트 그룹에 적용하여, 제1 데이터를 생성하는 단계; 및
    상기 복수의 파라미터 중 제2 파라미터에 기초한 인터리빙을 상기 제1 데이터에 적용하여, 제2 데이터를 생성하는 단계를 포함하는
    단말의 상향링크 전송 방법.
18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 데이터를 생성하는 단계는,
    상기 제1 파라미터에 기초한 인터리빙을 아래의 수학식1에 따라 수행하는 단계를 포함하는
    단말의 상향링크 전송 방법.
    [수학식 1]
    

    

    
    (b(): 상기 제1 비트 그룹, a₃: 상기 제1 파라미터, L_itlv: 인터리빙 시퀀스의 길이, d₁(): 상기 제1 데이터, i: 인덱스)
19. 제17항에 있어서,
    상기 복수의 파라미터를 추출하는 단계는,
    상기 고유 식별자의 비트들을 복수의 비트 세트로 분할하는 단계; 및
    상기 복수의 비트 세트가 나타내는 십진수 값들을 상기 복수의 파라미터의 값들로써 사용하는 단계를 포함하는
    단말의 상향링크 전송 방법.
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