Cross-Scheduling

  LTE-Advanced로의 진화에서의 key technology중 가장 중점이라고 생각할 수 있는 것은 CA(Carrier Aggregation)이라고 볼 수 있다. CA 진화로의 이전 단계는 일부 통신사들이 진행하고 있는 MC(Multi Carrier)이 바로 전 단계이다. MC는 우선적으로 추가적인 주파수를 보유하고 트래픽 off-load를 할 수 있는 이점을 가지고 있다. 이러한 추가적인 Carrier을 LTE-A에서는 CA의 조합을 통해 최대 DL 3Gbps UL 1.5Gbps(8 by 8 MIMO, 64QAM FDD BandWidth 100Mhz etc.)의 속도를 구현할 수 있으며, DL, UL 모두 최대 5CC (최대 100Mhz)까지 추가할 수 있다. 하지만 Rel.11의 경우 주로 사용되는 CA의 형태는 inter-band non-contiguous 로 이 방식은 Harmonics및 Intermoduation로 인하여 2DL, 1UL만을 지원한다. Rel.12에서는 SKT만이 2DL, 2UL를 제안한 상태이다. CA를 구성한 서비스는 기존의 Rel.8/9와 같은 기존 단말, 즉, 기존의 사용자 까지도 동시에 서비스를 받을수 있는 backward carrier와 오버헤드 감소및 heterogenous network 환경등을 고려한 다양한 형태의 Carrier가 존재한다.

CA구성시 Cell(하나의 CA)은 크게 두가지로 PCell(Primary Cell)과 SCell(Secondary Cell)로 구성된다. PCell의 경우 PCC(Primary Componet Carrier)에 속하며, RRC 연결 수립/재수립, 측정, 이동성 절차, 랜덤 액세스 절차및 selection, 시스템 정보 취득, initial random access, security key 변경과 Non-Access Stratum (NAS)기능을 제공한다. PCell은 Rel.8과 같이 시스템 정보 모니터링을 수행하기 때문에 절대 비활성화 될 수 없으며, UL에서 PCC는 Control Information 전송을 위해 PUCCH에 운반된다. 또한 오직 하나의 RRC만 연결이 가능하며, PDCCH/PDSCH/PUSCH/PUCCH전송이 가능하다.

SCell은 최대 총 4개까지 추가가 가능하며, 추가적인 무선 자원 제공이 필요한 경우에만 RRC Connection Reconfiguration message 메시지로 dedicated signaling을 통해 획득이 이루어진다. 이 메시지에는 각 cell에 대한 물리적 cell ID가 전송되며, DL Carrier Frequency (Absolute radio Frequency Channel Nmuber) ARFCN을 포함한다. SCell은 PDCCH/PDSCH/PUSCH 전송이 가능하며, PUCCH는 불가능하다. MAC 계층을 UE의 배터리 보존을 위하여 SCell의 동적 활성, 비활성 절차를 지원한다.

CIF

Heterogeneous Network에서 ICIC의 활성을 위해 CIF와 Cross-carrier Scheduling이 도입되었다. CC(Componet Carrier)의 한 시나리오의 경우 한 CC에 PDCCH와 같은 모든 L1/L2 제어채널을 할당하는 경우이다. 이는 HeNet에서 동일 주파수를 쓰는 경우 제어 채널의 간섭(예. macro cell과 femto cell의 사용으로 인한 간섭)이 발생할 수 있기 때문이다. 데이터 채널의 경우 사용자는 데이터를 동시에 받을 경우 한 곳은 전파 지연(propogation delay)이 되어 온 것 처럼 보이기 때문에 문제가 없지만, 동일 제어 채널이 방송되는 경우 간섭을 야기할 수 있기 때문이다. 따라서 간섭을 줄이기 위해 MC(multi carrier)을 사용하거나 ABS(Almost Blank Subframe) 및 Cross-Carrier의 사용으로 간섭을 줄이는 방안이 있다.

CIF는 하나의 CC(Componet Carrier)의 PDCCH가 다른 CC의 데이터 정보를 전송을 위한 Cross-Scheduling이 적용할 수 있도록 CIF(Carrier Indicator Field)가 만들어 졌으며, 한 CC에서 PDCCH는 자신의 PDSCH, PUSCH와 같은 데이터 혹은 다른 CC의 데이터 자원을 할당할 수 있다.

Cross-Scheduling의 적용으로 DCI 포맷은 3bit CIF가 추가 되었으며, bit의 크기는 항상 고정되며, 위치에 상관없이 DCI 포맷 사이즈 또한 고정된다. 기존 Rel.8/9와 같은 후방위 호환성을 위해 Rel.8 PDCCH 구조의 재사용(동일 코딩, 동일 CCE 기반 자원 매핑등)이 가능하다. 또한 DCI 포맷 0, 1, 1A, 1B, 1D, 2, 2A,는 UE 특정 검색 공간에서 2B에 대한 cross-carrier scheduling은 항상 명시 적으로 CIF에 의해 지원되야 한다.

CIF 구성

1. 한 CC의 PDCCH는 두개의 CC의 PDSCH와 PUSCH를 serving 할 수 있으며, 가장 기본적인 형태이다.

2. 총 4개의 CC에서 두 CC의 PDCCH로 PDSCH와 PUSCH를 serving하는 것이다.

3. 두 CC의 PDCCH가 자신과 다른 CC의 자원 스케줄링, 이 경우 중복으로 인한 에러 저하의 이득이 있지만, 그만큼의 오버헤드 또한 증가하게 되어 주파수 효율성이 저하된다.

CC로의 CIF 매핑

각 CC는 CIF 적용에 대한 CC로의 CI(Carreir Indicator)값의 매핑은 UE 특정으로 되며, CC 매핑으로의 CI는 RRC에 의해 구성된다.

• 최소 하나의 Carrier는 CI에서 CC 매핑의 재구성 동안 작동한다.

• 각 PDSCH/PUSCH CC는 오직 한 DL CC로 부터 스케줄 될 수 있다. 즉 UE는 각 PDSCH/PUSCH CC에 대한 DL CC에서 PDCCH만을 모니터링 한다.

• UE가 DL Carrier에서 PDCCH를 모니터링 할때 링크된 UL Carrier에서 PUSCH나 동일 캐리어에서 CIF를 가진 모든 DL PDSCH를 스케줄 한다.

• DCI 포맷은 CRC가 SI-RNTI에 의해 스크램블 된 경우 CIF 구성이 불가능하다.

• 일반적인 검색 공간에서 DCI 포맷0, 1은 CRC가 C-RNTI와 SPS C-RNTI에 의해 스크램블 된 경우 CIF 구성이 불가능하다.

cross-carrier scheduling 검색 공간 (search space)

cross-carrer scheduling과 증가 스케줄링 블록킹 가능성과 차원 제한을 해결하기 위해, LTE Rel.8 검색 공간 설계는 CC 운반 cross carrier control signaling에 대해 확장되었다. UE에서, PDCCH CC의 검색 공간 위치는 PDCCH CC로 링크된 각 PDSCH/PUSCH CC에 대한 집적 레벨당 개별적으로 정의되어 있으며, PDCCH CC에서 UE의 검색 공간은 동일 DIC 사이즈의 경우에서 공유된다.

크로스 캐리어 컨트롤 시그널링을 지원하기 위해 검색 공간 확장을 단순화 하기 위해, 각 추가적인 CC에대한 도입은 오프셋 될 수 있다. 그림 1에 그림은 CCj와 CCk에 대한 PDCCH 시그널링을 운반하는 CCm에서 표시된다. CC m에 대한 시작 CCE 지수는 LTE Rel.8 에서 파생되는 기반이다. 모든 CCs에 대한 시작 CCE 지수는 CC m에 비교할때 일부 오프셋을 통해 지정된다. 이 오프셋은 레이어 3 구성이나 하드 코딩 되어 무작위로 할 수 있다. 

UE 특정 검색 공간

원칙적으로 cross-carrier scheduling 의 경우 CC당 UE 특정 SS 디자인을 위한 접근 방법은 두가지가 있다. 하나는 싱글 Rel.8 해시(hash)는 CC당 UE 특정 SS 구성을 바탕으로 작동한다. 이 방법은 레퍼렌스 CC에 대한 UE 특정 SS의 시작 CCE 인덱스는 Rel.8 해시 기능에 의해 구성되며, PDCCH CC에서 다른 CC의 SS는 다양한 방법으로 구성될 수 있다. 레퍼렌스 CC는 자체 스케줄링 또는 스케줄링된 CC중 하나가 될 수 있다.

방법으로는 연속적(consecutive) UE 특정 SS, offset 기반 UE 특정 SS, 인터레이스 UE 특정 SS구성, Sparse 인터레이스 UE 특정 SS 구성등이 있다. 인터레이스 UE 특정 SS구성을 본다면, 이 방법은 하나 또는 여러개의 PDCCH 목록, SS overlaped의 경우 PDCCH 블록킹의 여러 CC에서 SS를 인터레이스 하여 CC를 통해 분산할 수 있다. 또한 UE 특정 SS 시작 CCE 인덱스 계산에 대해 Rel.8 해싱 수식을 재사용할 수 있다. Rel.8 UE 특정 SS 구조와 cross-carrier scheduling은 각 CC에 대한 PDCCH 목록에서 달라질 수 있지만. 인터레이스 SS 구조는 Rel.8 UE와 Rel.10 UE 단일 캐리어 능력에서 PDCCH 디코딩에 영향을 주지 않는 이점이 잇다.

PCFICH for Cross-Carrier Assignment

유연한 cross-carrier scheduling을 수행하기 위해 명시적인 시그널링의 지원은 이득이 된다. 하지만 명시적인 시그널링의 불량 신호가 추가된 경우 이는 오버헤드로 이어지게 된다. 3 bit CIF를 만들기 위한 CI의 Joint Coding와 Control Format Indicator (CFI)는 실제에서 CIF에서 사용되지 않는 비트가 있기 때문에 추가적인 신호를 피하는데 효과적이다. 

추가적인 불량신호는 큰 수의 CC 구성인 경우에만 제한이 된다. 따라서, 추가적인 큰 수의 CC에 대해 준-정적 CFI 값 지원이 있다.

 CFI 값을 UE로 전송하기 위해 RRC 시그널링이 사용된다. 테이블에는 "CCn" (n=0, 1, 2, 3, 4)는 PDSCH가 매핑되는 위치의 CC 인덱스 편이 값을 나타낸다. 또한 "CFI=N"는 CFI 간 carrier scheduling 경우를 제외하고는 RRC 시그널링을 통해 전송되는 CFI값을 표시한다. 표에서 사용가능한 CC의 수가 변경되는 CFI 값의 오차를 피하기 위해, 연속가능한 CC 수는 최대 범위에서 변경되는 CFI 값의 추정을 설정할 수 있다.

그림은 사용가능한 CC의 수가 2일때의 한 예를 보여주며, CIF 가 000을 표시할때 컴포넌트 캐리어 인덱스 0 (CC0에서 PCFICH에 CFI가 따르며, 크로스 캐리어 스케줄링은 적용되지 않는다.)과 CIF 001 표시는 컴포넌트 캐리어 인덱스 1 그리고 CFI 값 1이다. 또한 그림 1(b)는 가능한 CC의 수가 4일때의 다른 예를 보여주며, 000 CIF 표시는 컴포넌트 캐리어 인덱스 0 (CC0에서 CFI가 PCFICH를 따르며, 크로스 캐리어 스케줄링은 적용되지 않는다.) 그리고 111 CFI는 컴포넌트 캐리어 인덱스 3과 CFI값 N=은 RRC 시그널링에 의한 준정적 컨트롤에 의해 제어된다.

가능한 CC의 수가 클때 이 방법은 RRC 시그널링을 사용하기 때문에 "반 정적 CFI 값"이나 "명시적 시그널링"과 "준 정적 CFI값"의 조합에서 확장되야 한다.

방법 2: CIF 매핑 구성을 위한 RRC 시그널링 전개

방법 1의 불량을 극복하기위해 즉, 오직 준 정적 CFI 값은 가능한 CC의 수가 클때만 사용된다. CIF 테이블은 RRC 시그널링을 경유해 구성된다. 테이블 3은 하나의 예를 보여주는데, 두 CFI 값일때, N1과 N2는 RRC 시그널링을 경유해 시그널된다. 이 테이블 사용에 의해 CFI 값의 동적 시그널링은 N1과 N2에 대해 가능하다. 추가적인 RRc 시그널링은 더 융녀한 CIF 매핑을 허용할 수 있다.

PHICH for cross-scheduling

• Rel.8에서 PHICH 물리적 전송 측면 재사용 (직교 코드 디자인, 모듈레이션, 스크램블링 시퀀스, RE 매핑)

• UL 전송 허용을 사용하는데 오직 DL CC에서만 PHICH 전송이 된다.

• PHICH 자원 매핑 규칙

• CIF 없이 DL과 UL 사이의 1:1 혹은 N:1 매핑

• UL CC에 대한 PHICH 자원의 단일 설정

단일 PHICH 자원 vs 분리 PHICH 자원

PHICH 자원 충돌

잠재적인 PHICH 자원 충돌은 업링크 MU-MIMO나 PHICH 그룹의 작은 수를 가진 셀이 구성되는 경우 LTE Rel.8에서 이미 존재한다. 이 문제는 eNB 스케줄러 가 UL 허용 응답에서 DM RS cyclic shift 표시사용에 의해 해결할 수 있다. 따라서, PHICH 자원 충돌 회피는 단일 혹은 분할 PHICH 자원 모두 적용할 수 있는 LTE Rel.8 eNB 스케줄러의 고유 기능이다.

PHICH 자원 효율성

모든 UL CC는 PHICH 자원 활용의 효율성을 증가시키기 위해 모든 PHICH 자원을 공유할 수 있다.

PHICH 자원 보존 사이즈

PHCIH 자원 사이즈 보존은 DL CC 대역폭과 Ng 값 구성 응답에 의해 제한된다.

 모든 가능한 PDCCH CCE는 CCE 집적 1과 UL 허용에 대해 사용되며, PHICH 자원 보존은 over-provisioned 된다. 추가적으로, 멀티플 CC 사이의 로드 밸런싱은 PHICH 자원의 요구를 줄일수 있다.

동적 vs 준-정적 자원

동적 PHICH 자원은 모든 PHICH 자원 활용 증가를 위해, 모든 UL CC에서 공유될 수 있다. 반면 준-정적의 경우 PHICH 자원 효율성이 제한되는 PHICH 자원 서브셋 응답에서, 현재 DL CC의 비-대칭 CC에 대한 PHICH 자원만 할당이 가능하다.

PHICH 자원 매핑

모든 UL Cc에 대한 동적 PHICH 자원 분할에서, PHICH 자원 매핑 규칙:

• DMRS cyclic shift

• UL carreir의 시리얼 RB 인덱스 가 CC 특정 RB 인덱스 옵셋의 특별한 경우일때, CC 특정 RB 인덱스는 옵셋된다.

• CC 특정 PHICH 그룹 옵셋

Reference

R1-100041 Ericsson, ST-Ericsson Mapping of CIF to component carriers

R1-102288 NTT DOCOMO PCFICH for Cross-Carrier Assignment

R1-100871 CATT PHICH for LTE-A

R1-103957 LG Electronics UE-specific Search Space Design for Cross-Carrier Scheduling 

R1-103532 Qualcomm Incorporated Further details on search space and blind decodes for CA

R1-104570 Samsung UE specific search space design for cross-cell scheduling

Rode-schwarz LTE-Advanced Technology Introduction White Paper