저지연 기능 시연을 위한 심볼 기반의 프레임 구조에서
은 매 서브슬롯 마다 전송되는 제어 채널들이며 저지연 제어 영역 내에서 구성된다 저지연 제어 영역의 전체 크기는 에 의하여 가변 크기
를 가진다 그림 는 내에서 제어 영역이 구성되는 예를 나타내며
은 당 제어 영역으로 사용할 의 개수를 나타내는 파라미터이며 는
제어 영역 내에 포함되는 의 개수이다
그림 별 제어 영역 구성 예
는 하향 및 상향링크 데이터 전송을 스케줄링하기 위한 제어채널이다 는 주파수 다이버시티 효과를 얻기 위하여 저지연 주파수 영역 전체에 분산되어 매핑되는 형태로 설계되었다
는 제어 영역의 자원 중 와 가 매핑된 후 나머지 자원에서
단위로 매핑된다 제어 영역에서 각 제어 채널들이 매핑되는 예는 그림 와 같다
그림 저지연 제어 채널들의 구성 방법
에서 전송되는 제어 정보는 정보이며 제어정보 할당에
소요되는 오버헤드를 감소하기 위하여 에 포함되는 자원할당 정보의 감소를 위한 연구가 진행되었다 제어 정보의 감소를 위한 자원할당을 위하여 자원할당 단위를 개의 로 구성되는
으로 정의하였다
저지연 데이터 채널을 위한 자원할당은 크게 비트맵 기반 자원할당 비트맵 기반 서브셋 자원할당 그리고 시작 길이 자원할당의 세 가지로 나누어지며 각 방법은 그림 에서의 자원
할당 타입 에 해당한다 그림 의 자원할당 타입 는 단위
의 비트맵 자원할당을 수행한다 그림 에서의 자원할당 타입 는 모든 에서의 서브셋 인덱스 에 해당하는 자원들이 할당되는 방법이다 마지막 그림 에서의 자원할당 타입 의 시작 길이 방법의 자원할당은 시작 인덱스 및 길이 정보를 이용한 자원할당이며 이 때 오버 헤드 감소를 위하여 길이 정보는 지수함수의 형태로 제약된다
표 저지연 제어 채널 링크계층 성능 분석 환경
파라메터 설명
DCI Message - 24 Bits (without 16bits CRC) - Format 1A, 20MHz
Aggregation Level - 1/2/4/8 Channel Profile - AWGN
- MIMO Fading Channels (EPA 5Hz, EVA 70Hz, ETU 70Hz) Channel Estimation - Ideal Channel Estimation
- sCRS based Channel Estimation (Practical) Channel Bandwidth - 20 MHz
Antenna Configuration - 2x2
- Other configurations for comparison (1x2, 2x1, 4x2, 4x4) Channel Coding - TBCC (Tail-Biting Convolution Code)
Modulation - QPSK
링크성능 분석을 위하여 작성된 시뮬레이터를 구성하는 기능 블록들 및 그 연 결은 그림 와 같다
그림 저지연 제어 채널 링크 성능 분석을 위한 기능 블록 구성도
링크 성능 분석을 통하여 의 성능을 달성하기 위한 최저 을 이상적 채널추정 및 현실적 채널추정에 기반하여 분석한 결과는 표 와 같다
표 의 을 위한 요구 이상적 채널 추정
Agg. Level
Channel 1 2 4 8
AWGN 1.71 -2.77 -5.9 -8.96 EPA 5Hz 4.54 -0.01 -3.07 -6.12 EVA 70Hz 4.21 -0.57 -3.8 -6.86
표 의 을 위한 요구 현실적 채널 추정 Agg. Level
Channel 1 2 4 8
AWGN 4.44 0.86 -1.4 -3.33
EPA 5Hz 7.43 3.44 1.13 -0.89 EVA 70Hz 7.03 2.99 0.49 -1.65 ETU 70Hz 8.87 3.63 0.92 -1.38
의 실현 가능성 분석은 의 커버리지 개선 연구에서 사용된 것과 같은 분석 방법을 통해 수행될 수 있다 에서 정의된 의 정
의는 이며 이를 위한 계산 템플릿 및
의 분석 결과는 표 와 같다
표 분석을 위한 템플릿 Physical channel name Value
(sPDCCH Format 1a) Transmitter
(1) Tx power (dBm) 23
Receiver
(2) Thermal noise density (dBm/Hz) -174 (3) Receiver noise figure (dB) 9 (4) Interference margin (dB) 0
(5) Occupied channel bandwidth (Hz) 4320000 (8 CCEs) (6) Effective noise power
= (2) + (3) + (4) + 10log(5) (dBm) -98.64516253 (7) Required SINR (dB) -1.52
(8) Receiver sensitivity
= (6) + (7) (dBm) -100.1651625 (9) MCL
= (1) - (8) (dB0 142.9775749
문서에서 제시된 의 은 약 이며 이는
을 가정하였으며 개사의 결과를 평균 낸 값이다 의 을 도출하기 위한 요구 은 그림 을 통하여 알 수 있으며 요구 은 은 약 로 나타났다 이 결과를 살펴보면 에 비하여 약 의 성능 열화가 발생함을 알 수 있다
그림 의 분석을 위한 요구 결과 현실적 채널 추정
물리 채널
짧은 를 갖도록 설계된 하향링크 데이터 채널의 자원구조는 그림 과 같이 개의 서브 캐리어와 개의 심볼로 구성된다
그림 하향링크 자원구조
저지연 요구사항 달성을 위해 그림 과 같이 각 슬롯의 첫 번째 심볼에서 를 전송하여 처리 시간 지연을 단축하고 개 슬롯 단위의 반복패턴을 갖는 배치를 통해 주파수 선택적 페이딩 채널에서의 채널 추정 성능이 기존 시스템에 비해 상대적으로 취약한 단점을 보완하면서 기존 시스템과 비슷한 오버헤드를 유지한다 표 는 저지연 시스템과 시스템의 오버헤 드 비교 결과이다
그림 배치
표 오버헤드 비교
저지연 시스템 LTE 시스템
1 Tx Ant. 4.17 % 4.76%
2 Tx Ant. 8.33% 9.52%
4 Tx Ant. 12.50% 14.29%
또한 기존 시스템과 동일하게 최대 개의 를 지원하면서 오버헤드를 기존 시스템과 비슷하게 유지하기 위해 그림 와 같이 주파수 축으로 개 단위의
를 적용한 를 전송한다 표 은 저지연 시스템과 시스템 의 오버헤드 비교 결과이다
표 오버헤드 비교
저지연 시스템 LTE 시스템
1~2 Tx Ant. 8.33% 7.14%
3~8 Tx Ant. 16.67% 14.29%
저지연 시스템 하향링크 데이터 채널의 채널 추정 성능은 그림 과 같다 주파수 선택적 채 널 환경에서 짧은 를 갖도록 설계된 하향링크 데이터 채널의 자원 구조로 인한 주파수축 기준신호의 간격 증가 및 수신 직후 시작되는 하향링크 데이터 채널의 복호 과정으로 인해 채널 추정 성능 열화 가 발생될 수 있다 채널에서 기준 신호 평균에 의한 채널 추정 방식은 기존 시스템에 비해 약 작은 에서 가 발생한다 하지만 기준신호 배치에 적합한 채널 추정 방식을 적용하여 성능열화를 방지할 수 있다
그림 채널 추정 성능
물리 채널
저지연 시스템 상향링크 제어채널 의 전송 구조는 그림 과 같다 는 두 개의 심볼과 개의 서브캐리어로 총 개의
로 구성되어 있다 이 중에서 채널 추정을 비롯한 데이터 복조를 빠르게 수행하기 위해 를 첫 번째 심볼의 일부에 배치한다 여기에서 에 사용되는
개수는 멀티플렉싱 능력 채널 추정 성능 및 오버헤드를 종합적으로
고려하여 개로 결정하였다 그리고 에서 를 제외한 나머지 에는 데이터를 전송함으로써 의 전송 지연을 달성한다 은 시스템 대역폭 양쪽 끝부분에 각각 하나의 를 전송하여 주파수 다이버시티를 획득함으로써 의 요구 을 낮춘 다 주파수 다이버시티 이득을 더 얻기 위해 보다 많은 개수의 를 사용할 수 있지만 이는
오버헤드를 증가시키므로 본 연구에서는 주파수 다이버시티 이득과 오버헤드를 종합적으로 고려 하여 서브슬롯 당 두 개의 를 통해 전송하는 것으로 결정하였다
그림 의 전송 구조 와 의 배치 왼쪽 및 오른쪽
의 의 과 의 의 성능을 표
에 제시하였다 와 의 안테나 구성은 이고 채널 모델은
를 가정하였다 의 은 인 반면 의 은
로 가 대비 의 성능 열화를 보인다 성능 열화의 요인은 두 가지가 있다 하나
는 점유채널대역폭 으로 는 에 해당하는 를 사용하는
반면 는 에 해당하는 를 사용한다 이로 인해 의 성능 열화가 발생한다 다
른 하나는 요구 로 는 인 반면 는 로 의 열화가 발생했
다
표 와 의 의 성능 비교
PUCCH A/N sPUCCH A/N
(1) UE Tx power [dBm] 23 23
(2) Thermal noise density [dBm/Hz] -174 -174
(3) eNB noise figure [dB] 5 5
(4) Interference margin [dB] 0 0
(5) Occupied channel bandwidth [Hz] 180,000 (1 RB) 360,000 (2 sRBs) (6) Effective noise power
= (2) + (3) + (4) + 10 log10(5) [dBm] -116.45 -113.44
(7) Required SINR [dB] -7.79 -2.79
(8) eNB sensitivity = (6) + (7) [dBm] 124.24 -116.23
(9) MCL = (1) - (8) [dB] 147.24 139.23
의 블록 에러 확률 성능은 그림 과 같다 가정한 채널 환경은 이고 도플 러 주파수는 이고 안테나 간 채널 상관 관계는 낮다 이상적인 채널 추정 환경에서는 에서 를 만족하는 반면 현실적인 채널 추정을 하면 에서 를 만족한다 채널 추정에
그림 의 블록 에러 확률 성능
물리 채널
저지연 시스템 상향링크 데이터 채널 을 위한 자원 은 그림
의 왼쪽과 같이 로 구 성된다 여기서 와 는 저지연 서비스를 위하여 할당받을 수 있는 자원이고
는 기존 단말이 할당 받을 수 있는 자원이고 와 는 저지연을 위한 단말 과 단말이 동시에 수신될 때에 서로 간의 간섭을 줄이기 위한 이다
그림 의 오른쪽과 같이 는 개의 심볼로 구성되어 있어서 의
서브프레임에 개의 가 있다 는 의 번째 심볼에서 개의 서브캐리어 마다 가 삽 입되어 있으며 따라서 의 상향링크에서의 오버헤드 비율인 와 유사한 의 오버 헤드를 갖는다 또한 번째 심볼에만 가 존재하므로 채널 추정에 의한 지연을 줄일 수 있다 상향링크에서는 데이터와 의 제어 데이터를 멀티플렉싱하여 전송할 수 있으며 저지연 상향링크에서도 그림 과 같이 데이터와 의 제어데이터 채널을 멀티플렉싱할 수 있고 데이터 채널과 멀티플렉싱되는 를 다수의 에 전송하는 을 통하여 제어 채널의 커버리지를 확장할 수 있다
그림 저지연 상향링크 자원 할당 구조 왼쪽 및 를 제외한 의 구조 오른쪽 에러확률은 이동속도 지연확산 데이터블록의 크기 등의 전송 및 채널 파라미터에 따라서 결정된다 이동속도 지연확산 데이터 블록의 크기 관점에서 와 비교해 보면 다음과 같다 이동속 도가 높은 경우에는 심볼 마다 가 위치하고 있는 가 심볼마다 가 위치하고 있는 보다 유리하다 지연확산이 큰 경우에는 개 서브캐리어 마다 가 위치하고 있는 보다 모든 서브캐리어에 가 위치하고 있는 가 유리하다 동일한 자원을 할당 받는 경우에는
의 전송 데이터 블록의 크기에 비하여 의 전송 데이터 블록의 크기가 크므로 채널 코딩 이득을 더 얻을 수 있고 따라서 가 유리하다 그림 는 에서 할당 받은 의 수가 이고
에서 할당받은 의 수가 채널은
에서 서브캐리어와 잡음전력비 에 따른 에러확률 이다 을 만족시
그림 에 따른 와 의
물리 채널
심볼 길이의 를 가지는 시스템에 적합한
를 설계하였다 설계 시 기존 규격의 랜덤 액세스 채널 규격에 관련된 당시 기고서 및 논의를 분석하여 설계 방법론을 준수하되 랜덤액세스 시퀀스 전송에 따른 지연 시간을 최소하면 서도 지원 셀 반경을 최대로 하도록 다음 그림과 같이 설계하였다
그림 설계된
전체 의 시간 길이 는 심볼 길이의 서브슬롯의 두 배 길이 즉 네 심볼 길이가 되도록 구성되었다 이는 를 하나의 서브슬롯 길이로 할 때 시퀀스가 지원하는 셀 반
전체 의 시간 길이 는 심볼 길이의 서브슬롯의 두 배 길이 즉 네 심볼 길이가 되도록 구성되었다 이는 를 하나의 서브슬롯 길이로 할 때 시퀀스가 지원하는 셀 반