이 시리즈는 UE쪽에서 Slot configuration이 어떻게 진행되는지 및 이에 관하여 Cell에서는 어떤 설정을 진행하는지에 대한 내용이다. 본 포스팅에서는 그 전 간단하게 5G와 LTE의 프레임 구조에 대해서 설명하도록 한다.
<5G 슬롯 구성 시리즈>
2. 5G 준정적 TDD 슬롯 구성 (Semi-static TDD Configuraiton)
3. 5G 동적 TDD 슬롯 구성 (Dynamic TDD Configuraiton) (1) - SFI-RNTI 기반 구성
5G에서의 프레임 구조 및 리소스 단위 (Resource unit)
먼저, 5G의 프레임 구조 전에 LTE의 구조를 간단하게 아는 것이 필요하다. 무선 통신에서 리소스는 시간자원과 주파수자원으로 구성된다. 이 두개의 자원은 resource grid에 매핑이 되어 각각의 차원을 담당한다. 이러한 자원을 어떤 형태로 사용할 지를 정하는 것이 표준이 하는 역할이라고 할 수 있다.
LTE에서는 OFDM을 사용하므로, 가장 작은 주파수 자원은 subcarrier이며, 가장 작은 시간 자원은 OFDM symbol duration이다. 이 두가지 자원으로 이루어진 것을 Resource element라고 한다. LTE에서는 1개의 subcarrier의 길이는 (OFDM이므로 subcarrier spacing (SCS)에 해당)은 15 kHz이다. 가장 작은 시간단위인 OFDM symbol은 0.071 ms (0.5/7)에 해당하는데, LTE에서는 다음과 같이 정해진다.
1 Radio frame은 10밀리초 (10 ms), 그 아래 총 10개의 sub-frame (1 ms), 1개의 sub-frame에는 2개의 slot (각 0.5 ms), 그리고 마지막으로 7개의 symbols이다. 따라서 0.5/7 ms이다.
5G에서는 구조가 좀 변경되었다. 이전 포스팅에서는 Frame structure를 결정하는 중이었다고 했지만, 그 사이 결정되어 다음과 같다. 큰 차이로는 1 slot은 14개의 symbol로 바뀌었다는 점 (Normal Cyclic prefix 기준)이고, 다양한 numerology가 도입되어 SCS 및 시간길이가 유동적이라는 점이다. 아래 그림을 보자.
부반송파 간격 (Subcarrier Spacing, SCS)가 커짐에 따라 OFDM 심볼의 길이는 줄어듬을 알 수 있다.
그림은 slot 단위로 되어있지만, 1 slot이 14개의 symbol로 이루어져있다고 보면 된다.
이를 수식적으로 표현하면, Tslot = 2-μ [ms]가 될 것이고, Tsymbol = Tslot/14 [ms]가 될 것이다. (실제 구현상으로 완벽히 동일하진 않지만 대략적으로 맞다고 가정)
반면, SCS에 영향을 받지않는 고정길이 단위도 있다. LTE때부터 정해져 온 단위로, Radio frame은 10 ms, Subframe 1 ms이다.
5G Time-Division Duplex Slot 및 Symbol 구성
5G에서는 TDD에서의 저지연 서비스를 지원하기 위해 LTE에서 Slot 단위로 스케줄링 하던 것을 Symbol 단위로 스케줄링할 수 있도록 하였다. (TS 38.214)
위의 그림을 보면, LTE에서는 Slot 단위 (1 subframe 내 10개의 slot)로 Uplink 및 Downlink를 정하며, NR에서는 Symbol 단위로도 설정이 가능하다는 것을 알 수 있다. 이것이 5G와 LTE TDD의 가장 큰 차이이다. 이를 통해 5G는 매우 작은 시간 단위에서도 Downlink/Uplink 조절이 가능하다.
물론, 이러한 심볼단위 설정은 TDD 중에서도 dynamic TDD 설정에서 가능하다. 아직 이 기술이 매우 도전적이라는 것을 고려하면, semi-static TDD 혹은 static TDD를 이용해서 TDD 구성이 이루어지며 이러한 TDD는 일반적으로 LTE와 유사하게 슬롯단위로 구성이된다.
위의 그림을 보면 첫번째 줄에 DDSU라고 슬롯 패턴이 정해져있으며, Special slot의 14개 심볼구성은 11 DL symbol, 3 Flexible symbol로 구성되어있다고 나와있다. 물론, 이러한 패턴은 샘플이고 measurement/evaluation 목적으로 실제구현상으로는 다르게 구현될 수 있다
다만, 테스트 시 이런 패턴을 따라서 테스트함을 고려하면 실제 적용도 이와 비슷하게 될것으로 추측된다.
FDD의 경우는 Uplink와 Downlink가 다른 주파수 대역을 사용하므로 큰 문제가 되지 않지만 TDD의 경우는 시간 측면으로 얼마나 UL/DL를 구성해야 하는 지가 위처럼 큰 문제이다. 이것이 합의되지 않으면 기지국과 단말이 통신하는데 큰 어려움을 겪을 것이다.
그럼, FDD를 사용하면 되지, 왜 TDD를 쓰는가?
가장 크게는, 5G에서 중요하게 여겨지는 28 GHz 대역에서의 MIMO 및 빔포밍의 도입 때문이라고 말할 수 있다. 빔을 이용한 통신의 경우 채널의 예측에 따른 빔조정이 상당히 중요한데, TDD의 경우에는 Channel의 reciprocity로 인해 채널추정이 간단해지는 장점이 있기 때문이다.
뿐만아니라, 저주파대역의 주파수 희소성으로 인해 고주파대역으로 이동하는 이른바 이주현상도 있다. 비록 구현상의 어려움이 있지만 현재 저주파대역은 다양한 서비스로 여유주파수가 없는 상황이기 때문이다. FDD는 UL밴드와 DL밴드가 분리되어있으므로 URLLC 서비스의 높은 우선순위에 따라 진행중인 eMBB 서비스의 자원을 더 넓은 범위로 override할 가능성이 커진다.
구현 관점에서도 TDD는 half duplexer를 사용해서 만들 수 있으므로, Reduced Capability UE (참고) 상황에서는 에너지소모면에서도 이득을 얻을 수있다.
다음 포스팅에서는, 조금 더 깊게 실제 Slot configuration과 UE가 해당 신호에 따라 Slot을 어떻게 설정하는지에 대해서 다루도록 한다. 기본적인 물리채널 용어들은 생략하도록 한다.
<5G 슬롯 구성 시리즈>
2. 5G 준정적 TDD 슬롯 구성 (Semi-static TDD Configuraiton)
3. 5G 동적 TDD 슬롯 구성 (Dynamic TDD Configuraiton) (1) - SFI-RNTI 기반 구성
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