[5G] NR MIMO: (2) QCL (Quasi-Colocation)

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이전 포스팅에서는 antenna port 개념에 대해 알아보았습니다. 동일한 채널을 겪는 것으로 추정되는 가상의 안테나를 하나의 antenna port라고 정의했습니다. 그러나 특정 상황에서는 두 개의 서로 다른 antenna port가, 완벽히 동일한 채널로 추정되지는 않지만 유사한 채널 특성을 가질 수 있습니다. 이러한 경우에 두 antenna port는 QCL (quasi-colocation) 관계에 있다고 합니다.

 

QCL (Quasi-Colocation)의 정의

앞서 말한 내용을 참고하여 TS 38.211에 나온 QCL의 정의를 살펴보면 아래와 같습니다.

Two antenna ports are said to be quasi co-located if properties of the channel over which a symbol on one antenna port is conveyed can be inferred from the channel over which a symbol on the other antenna port is conveyed.

 

Antenna port의 정의와 유사하지만 중요한 건 “properties of the channel”이라는 부분인데요, QCL 관계에 있으려면 두 antenna port는 거시적인 채널의 특성이 같아야 합니다. 이때 채널의 특성은 ① Doppler shift, ② Doppler spread, ③ average delay, ④ delay spread, ⑤ spatial Rx parameter를 의미합니다.

 

Table 1. QCL type에 따른 채널 특성

 NR에서는 이러한 채널 특성을 바탕으로 4개의 QCL 타입이 정의되었습니다. QCL 관계에 있는 두 antenna port가 서로 비슷한 채널 특성을 가지는 것을 알면, 단말은 하나의 antenna port 채널 정보를 가지고 다른 antenna port의 채널을 더 쉽게 파악할 수 있습니다.

 

QCL을 이용한 Reference Signal 사이의 관계

이전 포스팅에서 reference signal에 따라서 다른 antenna port가 부여되는 이유는 동일한 spatial filter (beamforming filter)를 통과해도 채널 추정에 사용된 reference signal이 다르면 다른 채널로 추정되기 때문이라고 하였습니다. 이는 단말에 알려지지 않은 precoder 등은 채널의 일부로 합산되어 파악되기 때문입니다.

 

Figure 1. Reference signal에 따라 다른 antenna port 설정 예시

만약 이러한 precoder 정보를 단말이 알 수 있다면 precoder가 무선 채널의 일부분으로 합산될 필요가 없고, 동일한 spatial filter를 통과 시 reference signal이 달라도 같은 포트로 전송된 것으로 볼 수 있습니다. 이러한 경우에 서로 다른 reference signal을 가지는 antenna port들을 QCL 관계로 설정하여 단말에게 알려줄 수 있습니다.

 

예를 들면 단말에서 PDSCH나 PDCCH를 특정 antenna port로 수신 시, 이와 QCL 관계에 있는 SSB 또는 CSI-RS port의 채널 특성을 이용할 수 있습니다. 이러한 reference signal 간의 QCL 관계는 TCI (transmission configuration index)를 통해 단말에게 전달됩니다.

 

QCL을 이용한 Beam Management

앞서 언급한 QCL 타입에서 A~C 유형은 일반적인 채널 정보를 얻기 위해 사용되고, QCL-TypeD는 빔 관리를 위해 사용됩니다. QCL-TypeD의 spatial Rx parameter는 수신된 신호의 average angle, angular spread 등으로 지향성 빔포밍으로 인한 공간적 채널 특성을 나타냅니다.

 

만약 두 antenna port가 QCL-TypeD로 설정되어 있으면 같은 장소에서 같은 빔으로 전송되는 것을 의미하기 때문에, 한 신호에 대한 유리한 수신 빔 방향이 다른 신호에도 유리하다는 것을 알 수 있습니다.

 

따라서 PDSCH 또는 PDCCH 수신에 있어 적합한 빔 방향을 결정할 때, SSB 혹은 CSI-RS을 수신할 때 유리했던 빔방향을 똑같이 적용할 수 있음을 의미합니다. 이렇게 기지국은 QCL 관계로 설정된 reference signal과 동일한 빔으로 PDSCH 또는 PDCCH를 전송하고 있음을 알려줄 수 있고 이를 beam indication이라고 합니다.

 

References

[1] E. Dalman et al., 5G NR The Next Generation Wireless Access Technology, Elsevier, 2018.

[2] M. Kottkamp et al., 5G New Radio: Fundamentals, Procedures, Testing Aspects, Rohde & Schwarz, 2018.

[3] 3GPP TS 38.211, "5G NR: Physical channels and modulation (Release 17)," 2022.

[4] https://www.sharetechnote.com/html/5G/5G_QCL.html

[5] https://www.techplayon.com/5g-nr-quasi-colocation-concept-types-and-application/

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