Guard Period for CAT-M

CAT-M에서 사용되는 Guard Period(GP) 는 아래와 같이 크게 2가지 종류가 있다.

• Guard Period for HD-FDD
• Guard Period for NB retuning

 

 1. Guard Period for HD-FDD 

 

이것은 CAT-M을 HD-FDD에서 사용할 때 필요한 Guard Period이다.

아시는 거처럼 HD-FDD는 UL와 DL을 동시에 전송할 수 없고 동일 시간대에 UL이나 DL 둘중에 하나만 전송할 수 있다.

따라서 UL/DL을 switching할 때 RF를 변경하기 위한 시간이 필요하다. 이것을 HD-FDD의 guard period라고 한다.

HD-FDD는 Type A와 Type B의 2가지 종류가 존재하고, 각 Type별로 아래 그림처럼 서로 다른 guard period를 가진다.

 

NOTE: Green arrow: DL (eNB->UE), Blue arrow: UL (UE->eNB)

 

Type A HD-FDD

• 그림에서 보는 것처럼 TDD와 비슷하게 UL에서 DL로 넘어가는 곳에는 guard period가 없고, DL에서 UL로 바뀔때만 존재한다.

Type B HD-FDD

• Type B는 엄청나게 overhead가 높은 guard period를 사용한다.
• UL에서 DL로 바뀔 때, 또는 DL에서 UL로 바뀔 때 무려 1 subframe(=1ms)의 guard period를 사용한다.
• Guard period에는 어떠한 data도 전송되지 않기 때문에 낭비가 심하다.
• CAT-M가 HD-FDD를 사용할 경우 안타깝게도 Type B만 지원한다 (물론 FDD/TDD에서도 CAT-M을 사용할 수 있음).
• 아래 그림의 예처럼 DL과 UL이 교체될 때마다 검은색 빗금친 subframe이 모두 guard period로 사용된다. 실로 엄청남..

 

 

관련 3GPP spec 내용 (36.211 R13 6.2.5)

 

 

 

 

 

6.2.5    Guard period for half-duplex FDD operation

 

For type A half-duplex FDD operation, a guard period is created by the UE by

• not receiving the last part of a downlink subframe immediately preceding an uplink subframe from the same UE.

For type B half-duplex FDD operation, guard periods, each referred to as a half-duplex guard subframe, are created by the UE by

• not receiving a downlink subframe immediately preceding an uplink subframe from the same UE, and
• not receiving a downlink subframe immediately following an uplink subframe from the same UE.

 

 

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 2. Guard Period for NB retuning 

 

이 guard period는 오직 NB retuning을 할때만 사용된다. NB retuning은 현재 subframe에서 바로 다음 subframe에 NB hopping때문에 NB index가 바뀌는 경우에 필요하다.

만약 NB hopping이 disable되어 있어서 바로 다음 subframe에서 NB index가 바뀌지 않는다면 NB retuning도 하지 않을 것이고 따라서 이 guard period도 필요없다.

NB retuning이 발생할 때 guard period가 필요한 이유는 NB index가 바뀌면 center frequency가 바뀌어서 RF 설정을 다시 해야 하고 이때 필연적으로 RF를 다시 튜닝할 시간이 필요하기 때문이다.

아래와 같이 5가지 경우로 나눌 수 있다.

 

• DL → DL
• PUCCH → PUCCH  or  PUSCH → PUSCH
• PUCCH(short) → PUSCH
• PUCCH(normal) → PUSCH
• PUSCH → PUCCH

 

DL → DL

 

DL에서 DL로 가는 경우는 한가지만 있고, UL에서 UL로 갈때의 guard period는 총 4가지 case로 나눈다.

DL에서 DL로 갈때의 guard period를 살펴보면 아래 그림과 같이 간단하게 이해할 수 있다.

Subframe N+1에서 처음 2개의 symbol을 비워둔다. 잘 생각해보면 DL의 경우엔 처음 3개의 symbol까지 PDCCH로 사용되기 때문에 만약 DCI가 2이상이면 이 guard period는 신경쓰지 않아도 된다. 왜냐면 어차피 legacy UE를 위한 PDCCH 전송을 위해 MPDCCH와 PDSCH for CAT-M은 첫 2개 symbol에는 없을 테니까...

 

 

 

관련 3GPP spec (36.211 R13 6.2.8)

 

6.2.8 Guard period for narrowband retuning

 

For BL/CE UEs, a guard period is created by the UE not receiving at most the first two OFDM symbols in the second narrowband when

• the UE retunes from a first downlink narrowband to a second downlink narrowband with a different center frequency, or
• the UE retunes from a first uplink narrowband to a second downlink narrowband with a different center frequency for frame structure type 2.

 

UL → UL

 

다음은 UL→UL의 guard period case 4개를 그림으로 심플하게 먼저 살펴보자. 

PUCCH에서 PUCCH로 가거나 PUSCH에서 PUSCH로 가는 경우엔 각 subframe의 마지막과 처음 symbol을 NB retuning을 위해 비운다.

즉, 이 2 symbol동안 RF는 center frequency를 subframe N의 NB index에서 subframe N+1의 NB index로 바꾸고 UL을 보낼 준비를 하는 것이다.

그리고 이 그림들이 아주 보기 편하게 그려져 있지만 주의할 점은 subframe N와 subframe N+1이 편의상 NB index가 붙어있는 것처럼 보이지만 사실은 멀리 떨어져 있을수도 있다는 사실이다. 즉, 20MHz라고 가정하면 subframe N의 NB index는 0이고, subframe N+1의 NB index는 15일수도 있다.

PUCCH에서 PUSCH로 가는 경우는 PUCCH format 길이에 따라 subframe N+1에서 처음 한개 또는 2개 symbol을 비운다.

Spec에는 shortened PUCCH format이라고 되어 있는데 PUCCH format이 얼마나 짧아야 shorten인지 주변이 같이 설명되어 있지 않다. 관련해서는 Spec를 좀 더 뒤져봐야겠다. 어쩌면 implementation detail(구현하기 나름)일지도 모른다. RF 성능과 RF SW가 엄청 좋아서 NB retuning하는데 시간이 얼마 안걸리면 PUCCH 길이가 좀 길어도 한개 symbol만 비울 수 있고.. 뭐 그런거 아닐까?

마지막으로 PUSCH에서 PUCCH로 가는 경우엔 PUSCH subframe의 마지막 2 subframe을 비운다.

 

자세히 보면 마지막 3개의 case에서 모두 PUSCH쪽에만 symbol을 비우는 것을 볼 수 있는데, 사실 PUCCH는 CAT-M이나 legacy나 차이가 없다. NB 규칙에 따라서 hopping을 하지도 않고 legacy랑 똑같이 PRB 위치가 정해진다. 그래서 인지 PUCCH에 중요한 정보가 더 많아서인지는 모르겠지만 되도록이면 PUSCH쪽 symbol을 빼는 것을 볼 수 있다.

 

• PUCCH → PUCCH  or  PUSCH → PUSCH

• PUCCH(short) → PUSCH

• PUCCH(normal) → PUSCH

• PUSCH → PUCCH

 

관련 3GPP spec (36.211 R13 5.2.5)

 

5.2.5 Guard period for narrowband retuning

 

For BL/CE UEs, a guard period is created for Tx-to-Tx frequency retuning between two consecutive subframes.

• If the UE retunes from a first narrowband carrying PUSCH to a second narrowband carrying PUSCH, or if the UE retunes from a first narrowband carrying PUCCH to a second narrowband carrying PUCCH,
• a guard period is created by the UE not transmitting the last SC-FDMA symbol in the first subframe and the first SC-FDMA symbol in the second subframe.

• If the UE retunes from a first narrowband carrying PUCCH to a second narrowband carrying PUSCH,
• if the PUCCH uses a shortened PUCCH format, a guard period is created by the UE not transmitting the first SC-FDMA symbol in the second subframe,
• otherwise a guard period is created by the UE not transmitting the first two SC-FDMA symbols in the second subframe.

• If the UE retunes from a first narrowband carrying PUSCH to a second narrowband carrying PUCCH,
• a guard period is created by the UE not transmitting the last two SC-FDMA symbols in the first subframe.

 

 

 NOTE!! 

 

그럼 여기서 한가지 궁금한 점은 왜 DL→DL, UL→UL은 있는데 DL→UL이나 UL→DL에 대한 guard period는 언급이 없는걸까?

그것은 FDD의 경우엔 어차피 DL, UL의 frequency가 분리되어 있어서 RF retuning이 필요없고,

TDD의 경우엔 DL과 UL이 서로 변환할 때의 guard period가 이미 고려되어 있기 때문이다.

 

 

Acronyms

• GP: Guard Period
• HD: Half Duplex
• NB: Narrow Band

 

Reference: 

• http://www.sharetechnote.com/html/Handbook_LTE_HalfDuplex_Fdd.html
• http://www.sharetechnote.com/html/Handbook_LTE_BL_CE_Guardperiod.html