[5G] 5G 시간 축 자원할당 (1) - 시간 축 자원할당 개요

이 시리즈는 기지국과 UE간 시간 자원 할당이 어떻게 합의되고 진행되는지에 관한 시리즈이다. 본 시리즈를 작성하기 위해, Samsung Electronics America의 Naveen Chelikani님의 글 [1]과 Dahlman의 5G NR [2]을 참고하였다. 이를 포함한 기타 참고문헌 (3GPP TS 등)은 마지막에 표기해두었다.

<5G 시간 축 자원할당 시리즈>
1. 시간 축 자원할당 개요
2. K0에 의한 PDSCH 자원 할당
3. K1에 의한 HARQ-ACK 자원 할당 (1) - HARQ-ACK timing
4. K1에 의한 HARQ-ACK 자원 할당 (2) - codebook

자원할당 개요

LTE와는 다르게 mmWave의 활용으로 5G에서 TDD의 이용이 필수불가결해짐에 따라, 시간축 자원할당을 이해하는 것은 차세대 시나리오의 구현에 중요하게 되었다. 하지만, 다양한 numerology, mini-slot, out-of-order HARQ, new type DCI (0_2, 1_2) 등의 새로운 feature가 도입되면서 이를 온전히 이해하는 것은 쉽지 않다. 본 포스팅에서는 본격적인 K value에 따른 시간 축 자원할당에 앞서 TDD와 관련된 기본적인 개념들을 소개하고자 한다.

시간 축 자원

시간 축 자원의 단위는 가장 크게 라디오 프레임 (10 ms)부터 심볼 (2^μ/14 ms)까지 다양하다. 더욱 자세한 내용은 이전 포스팅에 나와있으므로 참고하고, 아래와 같이 그림으로 설명을 대체한다.

각 시간 축 자원은 downlink (DL)나 uplink (UL) 중 하나로 구성 (configure)될 수 있다. Configuration과 Allocation은 자칫 혼동하기 쉽고 또 실제로 섞어서 소통하는데 문제가 없다. 하지만 표준에서 사용하는 의미로는 조그만 차이가 있다. 다음을 통해 더 자세히 알아보자.

TDD Configuration (TDD 구성)

Configuration은 시간 축 자원을 DL과 UL로 나누는 자체를 의미한다. 따라서 이전 포스팅에서 언급된 것처럼 Slot configuration이라고하면 Slot 안 14개의 심볼을 DL과 UL로 나누는 방식을 의미한다.

Slot configuration 방법에는 dynamic (동적) 구성과 semi-static (준정적) 방식이 있으며, 각 세부내용은 이전 시리즈에서 다루었다.

3GPP 표준에서는 Slot안 심볼 configuration 뿐만 아니라, TDD UL-DL 패턴 configuration 예시도 제시한다. TS 38.101-4에서는 몇 개의 DL 슬롯, 그리고 Flexible Slot (symbol), UL 슬롯으로 시간 축을 구성할 지 제안한다. 물론 여기에 나온 configuration은 성능 평가를 위한 예시이므로 반드시 실제 시스템이 이렇게 동작해야한다는 것은 아니다.

예시 1) SCS 30 kHz, dynamic TDD를 사용하는 경우

이 구성은 7개의 DL 슬롯, 1개의 스페셜 슬롯, 2개의 UL 슬롯으로 이루어져 있다. 이 때, 1 스페셜 슬롯은 6개의 DL 심볼과 4개의 Flexible 심볼과 4개의 UL 심볼로 구성한다 (총 14개의 심볼)

예시 2) SCS 60 kHz, semi-static TDD를 사용하는 경우

이 구성은 semi-static 구성이므로, 아래 pattern 1을 확인한다 (총 2개의 pattern까지 가능). dl-ULTransmissionPeriodicity가 1 ms이고, 60 kHz (μ=2)이므로, 총 슬롯의 개수는 2^μ=4, 4개 임을 알 수 있다. 따라서, 보여주듯이 총 4개의 슬롯이 설정되어있다. 2개의 DL과 1개의 Sp.과 1개의 UL이고, Special slot은 11개의 DL symbol, 3개의 flexible symbols로 구성되어있다.

즉, 무엇이 됐든 Configuration은 연속적인 시간자원을 DL/UL 혹은 Flexible 로 나누는 것을 의미한다.

TDD Time resource allocation

시간 축 자원 할당은 말 그대로, 보내야할 물리채널 (PDSCH, PDCCH, PUSCH, PUCCH 등)을 configured된 DL, UL region에 할당을 하는 것을 말한다. 이 때, DL 데이터 (PDSCH)를 할당한다면 K0값에 따라서 할당하고, HARQ-ACK (PUCCH)를 할당한다면 K1값에 따라 한다. K2 값은 UL 데이터 (PUSCH)할당에 쓰인다.

K values	Meaning	Allocation	DCI
K0	DCI 받은 슬롯으로부터 할당하고 싶은 PDSCH까지의 슬롯 수	PDSCH on DL region	TimeDomainResourceAllocation 필드 (TDRA, 1~4 bits)
K1	DL이 있는 슬롯부터 해당 ACK를 보낼 PUCCH까지의 슬롯 수	PUCCH on UL region	HARQ-timing_feedback 필드indicator (3 bits)

K0과 K1값은 DCI에 의해서 전달된다. 다만, 그 값이 전달되는 것이 아니고 RRC 테이블에서 값을 참조할 수 있도록 간접적인 참조값이 전달됨에 유의한다. 더욱 자세한 내용은 다음 포스팅에서 다룰 예정이다.

Configuration vs. Resource Allocation

순서상을 나누자면, 엄밀히 말해 configuration이 먼저 일어나고 그 뒤에 정해진 region에 resource allocation을 하는게 맞다.

물론, 매우 Academic한 영역에서는 이것을 구분하지 않고 최적의 resource allocation을 찾았다면 바로 UL/DL로 구성해 통신한다고 하지만, 사실 practical하게는 최소 dynamic DCI를 통해 새로 slot configuration을 진행해주거나 RRCReconfiguration 과정을 통해 UL-DL pattern을 새로 정해주어야하는데 드는 시스템적인 딜레이가 있다. 그럼에도 불구하고 둘은 섞어서 표현하는 경우가 많으므로 문맥에 맞게 파악하는 것이 중요하다.

마치며...

본 포스팅에서는 시간할당의 기본적인 내용을 다루었다. 아무래도 한 번에 전반적인 내용을 이해하는 것은 어려움이 있겠지만, 여러 번 보다 보면 용어도 익숙해지고 전체적인 그림을 가질 수 있을 것이다. 이후의 포스팅에서는 DCI payload를 기반으로 K0값과 K1값이 정해져서 할당이 되는 과정을 다루도록 하겠다.

참고문헌

[1] 5G-NR K0,K1 & K2 for Time Domain DL & UL Resource allocation, Naveen Chelikani

[2] 5G NR 차세대 무선기술, 홍릉도서출판, 전창범/류영권 공동번역

[3] TS 38.101-4

[4] TS 38.214

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