KR100991937B1 - 무선통신 시스템에서 제어신호 전송 방법 - Google Patents

무선통신 시스템에서 제어신호 전송 방법 Download PDF

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Abstract

제어신호 전송 방법은 서브프레임에서 RACH(random access channel) 자원상으로 랜덤 액세스 프리앰블을 전송하되, 상기 RACH 자원은 랜덤 액세스 프리앰블을 전송하는데 걸리는 시간인 프리앰블 구간과 상기 랜덤 액세스 프리앰불의 CP(cyclic prefix)를 전송하는데 걸리는 시간인 CP 구간을 포함하는 단계, 및 상기 서브프레임에서 상기 RACH 자원에 후속하는 SC-FDMA(Single Carrier-Frequency Division Multiple Access) 심벌상으로 사운딩 신호를 전송하는 단계를 포함한다.

Description

무선통신 시스템에서 제어신호 전송 방법{METHOD OF TRANSMITTING CONTROL SIGNALS IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 무선 통신에 관한 것으로 보다 상세하게는 무선통신 시스템에서 제어신호 전송 방법에 관한 것이다.
무선통신 시스템이 음성이나 데이터 등과 같은 다양한 종류의 통신 서비스를 제공하기 위해 광범위하게 전개되고 있다. 일반적으로 무선통신 시스템은 가용한 시스템 자원(대역폭, 전송 파워 등)을 공유하여 다중 사용자와의 통신을 지원할 수 있는 다중 접속(multiple access) 시스템이다. 다중 접속 시스템의 예들로는 CDMA(code division multiple access) 시스템, FDMA(frequency division multiple access) 시스템, TDMA(time division multiple access) 시스템, OFDMA(orthogonal frequency division multiple access) 시스템, SC-FDMA(single carrier frequency division multiple access) 시스템 등이 있다.
OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템은 낮은 복잡도로 심볼간 간섭(inter-symbol interference) 효과를 감쇄시킬 수 있는 이다. OFDM은 직렬로 입력되는 데이터 심볼을 N개의 병렬 데이터 심볼로 변환하여, 각각 분리된 N개의 부반송파(subcarrier)에 실어 송신한다. 부반송파는 주파수 차원에서 직교성 을 유지하도록 한다. 각각의 직교 채널은 상호 독립적인 주파수 선택적 페이딩(frequency selective fading)을 경험하게 되고, 심볼간 간섭이 최소화될 수 있다. 직교 주파수 분할 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access; 이하 OFDMA)는 OFDM을 변조 방식으로 사용하는 시스템에 있어서 이용가능한 부반송파의 일부를 각 사용자에게 독립적으로 제공하여 다중 접속을 실현하는 다중 접속 방법을 말한다. OFDMA는 부반송파라는 주파수 자원을 각 사용자에게 제공하며, 각각의 주파수 자원은 다수의 사용자에게 독립적으로 제공되어 서로 중첩되지 않는 것이 일반적이다. 결국 주파수 자원은 사용자마다 상호 배타적으로 할당된다.
SC-FDMA는 OFDMA와 거의 동일한 복잡성을 가지면서도, 싱글 반송파 특성(single carrier property)으로 인해 더 낮은 PAPR(peak-to-average power ratio)을 가진다. 낮은 PAPR은 전송 파워 효율 측면에서 단말에게 유익하므로, SC-FDMA는 3GPP(3rd Generation Partnership Project) TS 36.211 V8.0.0 (2007-09) "Technical Specification Group Radio Access Network; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical channels and modulation (Release 8)"의 5절에 나타난 바와 같이 3GPP LTE(long term evolution)에서 상향링크 전송에 채택되고 있다.
일반적으로 하나의 기지국에는 하나 이상의 셀(cell)이 배치된다. 하나의 셀에는 다수의 단말이 위치할 수 있다. 일반적으로 단말이 망(network)에 접속하기 위해 랜덤 액세스 과정을 거친다. 랜덤 액세스 과정은 단말이 망과 시간 동기를 맞추거나, 단말이 상향링크 무선자원을 요청하기 위하여 사용될 수 있다. 랜덤 액세 스 과정에서 단말이 망으로 랜덤 액세스 프리앰블을 전송하기 위한 상향링크 채널로 RACH(Random Access Channel)가 사용된다.
RACH를 전송하는 데 사용되는 RACH 자원(resource)는 일반적으로 주파수 및 시간 영역에서 큰 영역을 차지한다. 예를 들어, RACH 자원은 주파수 영역에서 1.08MHz를 차지하고, 시간 영역에서 1ms를 차지할 수 있다. 더구나, 주파수 영역에서 다수개의 RACH 자원이 정의될 수도 있으며, 셀 크기에 따라 시간 영역에서 2 내지 3ms에 걸쳐 전송될 수도 있다. RACH를 다른 다른 신호와 동일한 자원으로 동시에 전송하면 서로 간섭이 발생할 수 있기 때문에 RACH 자원 할당시 간섭을 고려하는 것이 필요하다. RACH에서 간섭이 발생하면, 망으로의 접속이 늦어져 서비스 지연을 초래할 수 있기 때문이다.
이와 같이, 한정된 자원하에서 커다란 RACH 자원으로 인하여 다른 신호의 전송을 위한 자원이 줄어들게 된다. 특히, 작은 주파수 대역을 사용하는 무선통신 시스템의 경우 또는 큰 셀 반경을 가지는 시스템의 경우, RACH 자원로 인하여 다른 제어신호를 전송하기 위한 무선자원이 줄어드는 현상은 더욱 심하게 나타날 수 있다.
RACH와 다른 제어신호의 간섭을 줄이고, RACH 자원과 다른 제어신호를 위한 자원을 효율적으로 사용할 수 있는 방법이 필요하다.
기술적 과제
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 제어신호들간의 간섭을 줄이는 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
기술적 해결방법
일 양태에 있어서, 무선통신 시스템에서 제어신호 전송 방법은 서브프레임에서 RACH(random access channel) 자원상으로 랜덤 액세스 프리앰블을 전송하되, 상기 RACH 자원은 랜덤 액세스 프리앰블을 전송하는데 걸리는 시간인 프리앰블 구간과 상기 랜덤 액세스 프리앰불의 CP(cyclic prefix)를 전송하는데 걸리는 시간인 CP 구간을 포함하는 단계, 및 상기 서브프레임에서 상기 RACH 자원에 후속하는 SC-FDMA(Single Carrier-Frequency Division Multiple Access) 심벌상으로 사운딩 신호를 전송하는 단계를 포함한다.
상기 사운딩 신호는 상기 서브프레임의 마지막 SC-FDMA 심벌에서 전송될 수 있다. 상기 서브프레임은 상기 RACH 자원과 보호구간을 포함하고, 상기 사운딩 신호는 상기 보호구간내의 상기 SC-FDMA 심벌상으로 전송될 수 있다.
다른 양태에 있어서, 무선통신을 위한 장치는 무선 신호를 전송하는 RF(Radio Frequency)부, 및 상기 RF부와 연결되어, 서브프레임에서 RACH 자원상으로 랜덤 액세스 프리앰블을 전송하되, 상기 RACH 자원은 랜덤 액세스 프리앰블을 전송하는데 걸리는 시간인 프리앰블 구간과 상기 랜덤 액세스 프리앰불의 CP(cyclic prefix)를 전송하는데 걸리는 시간인 CP 구간을 포함하고, 상기 서브프레임에서 상기 RACH 자원과 중복되지 않는 SC-FDMA 심벌상으로 사운딩 신호를 전송하는 프로세서를 포함한다.
유리한 효과
RACH 자원에 후속하는 시간 동안 다른 제어정보를 전송할 수 있으므로, 제어신호들간 간섭이 줄어들고, 한정된 무선자원을 보다 효율적으로 사용할 수 있다.
도 1은 무선 통신 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 2는 무선 인터페이스 프로토콜의 제어 평면을 나타낸 블록도이다.
도 3은 무선 인터페이스 프로토콜의 사용자 평면을 나타낸 블록도이다.
도 4는 3GPP LTE에서 무선 프레임의 구조를 나타낸다.
도 5는 하나의 상향링크 슬롯에 대한 자원 그리드를 나타낸 예시도이다.
도 6은 RACH 자원의 일 예를 도시한 것이다.
도 7은 RACH 자원의 다른 예를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어신호 전송 방법을 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제어신호 전송 방법을 도시한 것이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제어신호 전송 방법을 도시한 것이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 RACH를 통한 데이터 전송 방법을 도시한 것이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 랜덤 액세스 과정을 도시한 흐름도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어신호 전송 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신을 위한 장치를 나타낸 블록도이다.
발명의 실시를 위한 형태
이하의 기술은 CDMA(code division multiple access), FDMA(frequency division multiple access), TDMA(time division multiple access), OFDMA(orthogonal frequency division multiple access), SC-FDMA(single carrier frequency division multiple access) 등과 같은 다양한 무선 통신 시스템에 사용될 수 있다. CDMA는 UTRA(Universal Terrestrial Radio Access)나 CDMA2000과 같은 무선 기술(radio technology)로 구현될 수 있다. TDMA는 GSM(Global System for Mobile communications)/GPRS(General Packet Radio Service)/EDGE(Enhanced Data Rates for GSM Evolution)와 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. OFDMA는 IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802-20, E-UTRA(Evolved UTRA) 등과 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. UTRA는 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)의 일부이다. 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(long term evolution)은 E-UTRA를 사용하는 E-UMTS(Evolved UMTS)의 일부로써, 하향링크에서 OFDMA를 채용하고 상향링크에서 SC-FDMA를 채용한다.
설명을 명확하게 하기 위해, 3GPP LTE를 위주로 기술하지만 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1은 무선 통신 시스템을 나타낸 블록도이다. 이는 E-UMTS(Evolved-Universal Mobile Telecommunications System)의 망 구조일 수 있다. E-UMTS 시스 템은 LTE 시스템이라고 할 수도 있다. 무선 통신 시스템은 음성, 패킷 데이터 등과 같은 다양한 통신 서비스를 제공하기 위해 널리 배치된다.
도 1을 참조하면, E-UTRAN(Evolved-UMTS Terrestrial Radio Access Network)은 기지국(20; Base Station, BS)을 포함한다. 단말(10; User Equipment, UE)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, MS(Mobile station), UT(User Terminal), SS(Subscriber Station), 무선기기(Wireless Device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 기지국(20)은 일반적으로 단말(10)과 통신하는 고정된 지점(fixed station)을 말하며, eNB(evolved-NodeB), BTS(Base Transceiver System), 액세스 포인트(Access Point) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 하나의 기지국(20)에는 하나 이상의 셀이 존재할 수 있다. 기지국(20) 간에는 사용자 트래픽 혹은 제어 트래픽 전송을 위한 인터페이스가 사용될 수도 있다. 이하에서 하향링크(downlink)는 기지국(20)에서 단말(10)로의 통신을 의미하며, 상향링크(uplink)는 단말(10)에서 기지국(20)으로의 통신을 의미한다.
기지국(20)은 단말(10)에 사용자 평면과 제어 평면의 종단점을 제공한다. 기지국(20) 간에는 X2 인터페이스를 통하여 연결될 수 있으며, 인접한 기지국(20) 간에는 항상 X2 인터페이스가 존재하는 메쉬(meshed) 망 구조를 가질 수 있다.
기지국(20)은 S1 인터페이스를 통해 EPC(Evolved Packet Core), 보다 상세하게는 aGW(access Gateway, 30)와 연결된다. aGW(30)는 단말(10)의 세션 및 이동성 관리 기능의 종단점을 제공한다. 기지국(20)과 aGW(30) 사이에는 S1 인터페이스를 통하여 다수 개의 노드들끼리(many to many) 연결될 수 있다. aGW(30)는 사용자 트 래픽 처리를 담당하는 부분과 제어용 트래픽을 처리하는 부분으로 나누어질 수 있다. 이 경우 새로운 사용자 트래픽 처리를 위한 aGW와 제어용 트래픽을 처리하는 aGW 사이에 새로운 인터페이스를 사용하여 서로 통신할 수 있다. aGW(30)는 MME/UPE(Mobility Management Entity/User Plane Entity)라고도 한다.
한편, 단말과 망 사이의 무선 인터페이스 프로토콜(radio interface protocol)의 계층들은 통신시스템에서 널리 알려진 개방형 시스템 간 상호접속 (Open System Interconnection; OSI) 모델의 하위 3개 계층을 바탕으로 L1(제1 계층), L2(제2 계층), L3(제3 계층)로 구분될 수 있다. 이 중에서 제1 계층에 속하는 물리계층은 물리 채널(physical channel)을 이용한 정보 전송 서비스(information transfer service)를 제공하며, 제3 계층에 위치하는 무선 자원 제어(radio resource control; 이하 RRC라 함) 계층은 단말과 망 사이에 무선 자원을 제어하는 역할을 수행한다. 이를 위해 RRC 계층은 단말과 망 사이에 RRC 메시지를 서로 교환한다. RRC 계층은 기지국(20)과 aGW(30) 등 망 노드들에 분산되어 위치할 수 있고, 기지국(20) 또는 aGW(30)에만 위치할 수도 있다.
무선 인터페이스 프로토콜은 수평적으로 물리계층(physical layer), 데이터 링크 계층(data link layer) 및 네트워크 계층(network layer)으로 이루어지며, 수직적으로는 데이터 정보 전송을 위한 사용자 평면(user plane)과 제어 신호(signaling) 전달을 위한 제어 평면(control plane)으로 구분된다.
도 2는 무선 인터페이스 프로토콜의 제어 평면을 나타낸 블록도이다. 도 3은 무선 인터페이스 프로토콜의 사용자 평면을 나타낸 블록도이다. 도 2 및 3은 3GPP 무선 접속망 규격을 기반으로 한 단말과 E-UTRAN 사이의 무선 인터페이스 프로토콜의 구조를 나타낸다.
도 2 및 3을 참조하면, 제1 계층인 물리계층은 물리채널(physical channel)을 이용하여 상위 계층에게 정보 전송 서비스(information transfer service)를 제공한다. 물리계층은 상위에 있는 매체접속제어(Medium Access Control; MAC) 계층과는 전송채널(transport channel)을 통해 연결되어 있으며, 이 전송채널을 통해 MAC 계층과 물리계층 사이의 데이터가 이동한다. 그리고 서로 다른 물리계층 사이, 즉 송신측과 수신측의 물리계층 사이는 물리채널을 통해 데이터가 이동한다.
제2 계층의 MAC 계층은 논리채널(logical channel)을 통해 상위계층인 무선링크제어(Radio Link Control; RLC) 계층에게 서비스를 제공한다. 제2 계층의 RLC계층은 신뢰성 있는 데이터의 전송을 지원한다. RLC 계층의 기능은 MAC 내부의 기능 블록으로 구현될 수도 있으며, 이 경우 RLC 계층은 존재하지 않을 수도 있다.
제2 계층의 PDCP(Packet Data Convergence Protocol) 계층은 IPv4나 IPv6와 같은 IP(Internet Protocol) 패킷 전송시에 대역폭이 작은 무선 구간에서 효율적으로 패킷을 전송하기 위하여 상대적으로 크기가 크고 불필요한 제어 정보를 담고 있는 IP 패킷 헤더 사이즈를 줄여주는 헤더 압축(header compression) 기능을 수행한다.
제3 계층의 무선자원제어(Radio Resource Control; 이하 RRC) 계층은 제어 평면에서만 정의된다. RRC 계층은 무선 베어러(Radio Bearer; RB)들의 설정(configuration), 재설정(re-configuration) 및 해제(release)와 관련되어 논리채 널, 전송채널 및 물리채널들의 제어를 담당한다. 이때, RB는 단말과 E-UTRAN 간의 데이터 전달을 위해 제2 계층에 의해 제공되는 서비스를 의미한다.
망에서 단말로 데이터를 전송하는 하향 전송채널로는 시스템 정보를 전송하는 BCH(Broadcast Channel)과 그 이외에 사용자 트래픽이나 제어메시지를 전송하는DL-SCH(Downlink-Shared Channel)이 있다. 하향 멀티캐스트 또는 방송 서비스의 트래픽 또는 제어메시지의 경우 DL-SCH를 통해 전송될 수도 있고, 또는 별도의 DL-MCH(Downlink-Multicast Channel)을 통해 전송될 수도 있다. 단말에서 망으로 데이터를 전송하는 상향 전송채널로는 초기 제어메시지를 전송하는 RACH(Random Access Channel)와 그 이외에 사용자 트래픽이나 제어메시지를 전송하는 UL-SCH(Uplink-Shared Channel)가 있다.
다음으로, 단말이 망으로 랜덤 액세스 프리앰블을 전송하는 랜덤 액세스 과정에 대해서 설명한다. 랜덤 액세스 과정은 단말이 망과 상향링크 동기를 맞추거나 상향링크 무선자원을 획득하기 위해 사용된다. 예를 들면, 단말이 전원을 켜서 새로운 셀로 처음 접근하려고 한다. 초기 접속을 위해 단말은 하향링크 동기를 맞추고, 접속하려는 기지국에서의 시스템 정보를 수신한다. 그리고 상기 시스템 정보로부터 랜덤 액세스 프리앰블의 전송에 관한 정보를 얻은 후에, 상기 단말은 랜덤 액세스 프리앰블을 기지국으로 전송한다. 랜덤 액세스 프리앰블을 수신한 기지국은, 상향링크 동기를 위한 시간 보정(time alignment) 정보와 상향링크 무선자원 할당정보를 포함하는 랜덤 액세스 응답을 단말에게 보낸다. 그러면 상기 단말은 상기 상향링크 무선자원을 통해서 RRC 접속메시지를 기지국으로 전송할 수 있다.
다른 예를 들면, 단말이 기지국과의 RRC 접속이 맺어 있다고 가정한다. 이 경우에, 기지국의 무선자원 스케줄링에 따라서 단말은 무선자원을 할당받게 되고, 이 무선자원을 통해서 단말의 데이터를 기지국으로 전송한다. 하지만, 단말의 버퍼에 더 이상 전송할 데이터가 남아 있지 않다면, 망은 단말에게 더 이상의 상향링크의 무선자원을 할당하지 않을 것이다. 왜냐하면, 전송할 데이터가 있지 않은 단말에게 상향링크 무선자원을 할당하는 것은 비효율적이기 때문이다. 기존에 할당된 무선자원이 없는 단말의 버퍼에 새로운 데이터가 생기게 되면, 단말은 랜덤 액세스 과정을 이용하여, 데이터의 전송에 필요한 상향링크 무선자원을 기지국에게 요청한다.
도 4는 3GPP LTE에서 무선 프레임의 구조를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 무선 프레임(radio frame)은 10개의 서브프레임(subframe)으로 구성되고, 하나의 서브프레임은 2개의 슬롯(slot)으로 구성된다. 하나의 서브 프레임이 전송되는 데 걸리는 시간을 TTI(transmission time interval)이라 하고, 예를 들어 하나의 서브프레임의 길이는 1ms이고, 하나의 슬롯의 길이는 0.5ms 일 수 있다.
하나의 슬롯은 시간 영역(time domain)에서 복수의 SC-FDMA 심볼을 포함하고, 주파수 영역에서 다수의 RB(resource block)을 포함한다. SC-FDMA 심볼은 3GPP LTE가 상향링크에서 SC-FDMA를 사용하므로 하나의 심볼 구간(symbol period)을 표현하기 위한 것으로, 시스템에 따라 OFDMA 심볼 또는 심볼 구간이라고 할 수 있다. RB는 자원 할당 단위로 하나의 슬롯에서 복수의 연속하는 부반송파를 포함한다.
무선 프레임의 구조는 예시에 불과하고, 무선 프레임에 포함되는 서브프레임의 수 또는 서브프레임에 포함되는 슬롯의 수, 슬롯에 포함되는 SC-FDMA 심볼의 수는 다양하게 변경될 수 있다.
도 5는 하나의 상향링크 슬롯에 대한 자원 그리드(resource grid)를 나타낸 예시도이다.
도 5를 참조하면, 상향링크 슬롯은 시간 영역에서 복수의 SC-FDMA 심볼을 포함하고, 주파수 영역에서 다수의 RB를 포함한다. 여기서, 하나의 상향링크 슬롯은 7 SC-FDMA 심볼을 포함하고, 하나의 자원블록은 12 부반송파를 포함하는 것을 예시적으로 기술하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
자원 그리드 상의 각 요소(element)를 자원요소(resource element)라 하며, 하나의 자원 블록은 12×7 자원요소를 포함한다. 상향링크 슬롯에 포함되는 자원블록의 수 NUL은 셀에서 설정되는 상향링크 전송 대역폭(bandwidth)에 종속한다.
도 6은 RACH 자원의 일 예를 도시한 것이다.
도 6을 참조하면, RACH 자원은 랜덤 액세스 채널(random access channel; RACH)을 할당하기 위한 시간 영역 및/또는 주파수 영역의 단위이다. RACH 자원은 랜덤 액세스 프리앰블이 실리는 무선자원 영역이다. RACH 자원의 대역폭(BWRACH) 및 RACH 구간(period, TRACH)은 시스템에 따라 특정 크기로 정의될 수 있다. 예를 들어, RACH 자원의 대역폭은 6개의 자원블록(resource block; RB)을 가질 수 있다. 자원블록은 단말에게 할당하는 무선자원의 기본단위이다. 자원블록은 주파수 영역에서 연속된 12개의 부반송파로 이루어질 수 있다. RACH 구간(TRACH)은 셀의 크기에 따라 달리 설정될 수 있다. RACH 시간은 서브프레임의 길이보다 크거나 작을 수 있다. 예를 들어, 셀 반경이 14.1km인 경우 RACH 자원의 시간(TRACH)은 1 TTI가 될 수 있는데, 셀 반경이 100km인 경우 RACH 자원의 시간은 3 TTI가 될 수 있다.
RACH 구간(TRACH)은 CP(cyclic prefix) 구간(TCP) 및 프리앰블 구간(TPRE)을 포함한다. CP 구간(TCP)은 심볼간 간섭(inter-symbol interference) 및 다중 경로 채널에 의한 간섭 등을 최소화하기 위한 CP가 전송되는데 필요한 시간을 말한다. CP 구간은 일반적으로 채널의 최대 지연 시간 (maximum delay spread)과 지원하고자 하는 셀 크기에 따른 왕복 지연 시간 (round trip delay)을 고려하여 정해진다. 프리앰블 구간(TPRE)은 랜덤 액세스 프리앰블의 시퀀스가 전송되는데 필요한 시간이다.
도 7은 RACH 자원의 다른 예를 도시한 것이다.
도 7을 참조하면, RACH 자원의 RACH 구간(TRACH)은 CP 구간(TCP), 프리앰블 구간(TPRE) 및 보호 구간(guard period, TGT)을 포함한다. 보호 구간(TGT)은 시간적으로 뒤따르는 다른 슬롯(또는 서브프레임)과의 간격을 나타내며 일반적으로 지원하고자 하는 셀 크기에 따른 왕복 지연 시간 (round trip delay)을 고려하여 정해진다. 보호 구간(TGT)은 일반적으로 하나의 SC-FDMA 심볼(또는 SC-FDMA 심볼)의 구간과 같거 나 클 수 있다. 보호 구간(TGT)은 아무 신호도 싣지 않고 전송될 수 있으며, 일반적으로 수신기의 검출 과정에 사용되지 않는다. 그리고 셀 반경이 작은 도심지 등에서는 보호 구간(TGT)의 크기가 작아지더라도 시스템의 성능에 거의 영향을 미치지 않는다.
보호 구간(TGT) 내에서 다른 제어신호를 전송하게 되면 한정된 무선자원을 더욱 효율적으로 사용할 수 있다. 또한, 도 6에서 설명한 RACH 자원에 후속하여 다른 슬롯과 간섭을 방지하기 위한 일정한 크기의 보호 구간이 정의될 수 있는데, 이 보호 구간을 이용하여 다른 제어정보를 전송할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어신호 전송 방법을 도시한 것이다. 도 6의 RACH 자원에서 RACH 구간의 지연을 지시하는 지연 지시자를 이용하여 랜덤 액세스 프리앰블과 동시에 또는 독립적으로 다른 제어정보를 전송하는 경우이다. 여기서 랜덤 액세스 프리앰블와 다른 제어정보의 전송은 서로 다른 단말에서 이루어질 수 있고, 동일한 단말에서 이루어질 수 있다. 그러나, 기지국은 두 신호를 동시에 수신하게 된다.
도 8을 참조하면, 지연 지시자(delay indicator)를 통해 RACH 자원의 시작점을 일정 시간 뒤로 이동시킬 수 있다. 즉, 지연 지시자를 이용하여 원래의 RACH 구간(TRACH,original)보다 일정 시간 뒤로 지연된 RACH 구간(TRACH,delay)에 랜덤 액세스 프리앰블을 전송할 수 있다. 예를 들어, 지연 지시자는 1비트로 나타낼 수 있으며, 지 연 지시자가 '0'인 경우는 원래의 RACH 구간(TRACH,original)에 랜덤 액세스 프리앰블을 전송하고, 지연 지시자가 '1'인 경우는 지연된 RACH 구간(TRACH,delay)에 랜덤 액세스 프리앰블을 전송한다. 단말이 자신이 전송하는 랜덤 액세스 프리앰블의 지연 전송 여부를 설정하여 기지국으로 알려줄 수 있다. 또는 기지국이 셀 크기에 따라 지연 전송할 랜덤 액세스 프리앰블의 전송시간를 지정하여 단말에게 알려줄 수 있다.
랜덤 액세스 프리앰블이 지연으로 인한 앞선 자원영역상으로 이미 동기를 획득한 다른 단말들이 다른 제어신호를 전송할 수 있다. 랜덤 액세스 프리앰블의 지연 전송으로 생기는 일정 구간은 적어도 하나의 SC-FDMA 심볼이 될 수 있다. 만약 하나의 서브프레임에서 랜덤 액세스 프리앰블의 지연이 하나의 SC-FDMA 심벌만큼 이루어지지 않더라도, 다른 제어신호는 서브프레임의 첫번째 SC-FDMA 심벌상으로 전송될 수 있다. 이때, 랜덤 액세스 프리앰블의 지연으로 생긴 SC-FDMA 심볼상으로 사운딩 신호(sounding signal)를 전송할 수 있다. 즉, RACH를 1개의 SC-FDMA 심볼만큼 지연하여 전송하고, 이로 인하여 생기는 상기 1개의 SC-FDMA 심볼상으로 사운딩 신호가 전송된다. 사운딩 신호는 상향링크 스케줄링을 위한 기준신호(reference signal)이다. 사운딩 신호가 랜덤 액세스 프리앰블과 동시에 전송될 수 있도록 함으로써, 상향링크 스케줄링을 용이하게 하고 셀내 용량을 증가시킬 수 있다.
RACH 자원보다 시간적으로 앞서는 SC-FDMA 심볼(또는 OFDMA 심볼)상으로 사운딩 신호가 전송된다. 상기 SC-FDMA 심벌은 상기 RACH 자원과 중복되지 않거나, 상기 RACH 자원의 일부와 중복될 수 있다. RACH 자원과의 중복을 방지하기 위해 사 운딩 신호는 서브프레임의 첫번째 SC-FDMA 심벌상으로 전송될 수 있다. 사운딩 신호는 예시에 불과하고, 다른 제어신호가 전송될 수 있다. 이 때 단말들은 지연 지시자를 통해 RACH 자원의 지연 여부를 알 수 있다.
랜덤 액세스 프리앰블을 일정 시간 뒤로 지연하여 전송하더라도, RACH 자원이 보호 구간을 넘지 않으면 상호 간섭은 발생하지 않는다. 일반적으로 보호 구간은 1개의 SC-FDMA 심볼 이상의 크기를 가지므로 RACH를 1개의 SC-FDMA 심볼만큼 지연하여 전송하더라도 간섭이 생기지 않는다. 단, 실제로 보호 구간의 크기가 줄어드는 것이므로 기지국의 셀 커버리지(cell coverage)가 줄어들 수 있다. 그러나 도심지와 같이 작은 셀 반경을 사용하는 기지국(hot spot 기지국)에서는 보호 구간의 크기가 작아지더라도 시스템의 성능에는 거의 영향을 미치지 않는다. 또한 줄어드는 셀 커버리지를 고려하여 1개의 SC-FDMA 심볼 시간보다 작은 시간을 지연하여 사용할 수도 있다. 이러한 경우, 보다 큰 셀 커버리지를 지원할 수 있으나, 제어신호가 랜덤 액세스 프리앰블과 겹쳐져 전송될 수 있으므로 성능 저하가 나타날 수 있다.
랜덤 액세스 프리앰블이 지연되어 전송되는 시간, 랜덤 액세스 프리앰블과 함께 전송되는 제어신호, 지연 지시자의 비트수는 예시에 불과하며 제한이 아니다. 랜덤 액세스 프리앰블은 보호 구간(TGT)을 넘지 않는 범위 내에서 수개의 SC-FDMA 심볼만큼 지연되어 전송될 수 있다. 또한 이러한 지연 전송은 SC-FDMA 심볼 구간의 배수일 필요는 없다. 그리고 랜덤 액세스 프리앰블의 지연 전송으로 생기는 SC- FDMA 심볼상으로 데이터 복조를 위한 기준 신호, HARQ(hybrid automatic repeat request)를 위한 ACK(Acknowledgement)/NACK(Not-Acknowledgement) 신호, 하향링크 채널 상태를 나타내는 CQI(channel quality indicator), 프리코딩 행렬을 나타내는 PMI(precoding matrix indicator), 랭크를 나타내는 RI(Rank indicator) 등 다양한 제어신호가 전송될 수 있다. 지연 지시자의 비트수는 수 비트의 크기를 가질 수 있고, 지연 지시자는 랜덤 액세스 프리앰블이 지연되는 SC-FDMA 심볼의 수, SC-FDMA 심볼상으로 전송되는 제어신호의 타입 등 다양한 정보를 나타낼 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제어신호 전송 방법을 도시한 것이다. 도 7과 같이 정의되는 RACH 자원을 이용할 때 지연 지시자가 이용되는 경우이다.
도 9를 참조하면, RACH 자원이 CP 구간, 프리앰블 구간뿐 아니라 보호 구간(TGT)을 포함하고 있는 경우에도 지연 지시자를 이용하여 RACH 자원의 시작점을 일정 시간 뒤로 지연시킬 수 있다. 랜덤 액세스 프리앰블이 지연된 RACH 구간(TRACH,delay)에 전송되더라도 보호 구간(TGT)에는 실제 전송되는 신호가 없으므로, 원래의 RACH 구간(TRACH,original)을 초과하는 보호 구간 부분은 이어서 전송되는 SC-FDMA 심볼(또는 슬롯 또는 서브프레임)에 영향을 주지 않는다. 이미 동기가 맞춰진 다른 단말들은 RACH 자원의 지연 전송으로 생기는 SC-FDMA 심볼상으로 사운딩 신호 또는 다른 제어정보를 전송할 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제어신호 전송 방법을 도시한 것이다. 도 6과 같이 정의되는 RACH 자원에 후속하는 SC-FDMA 심볼상으로 다른 제어 신호가 전송되는 경우이다.
도 10을 참조하면, RACH 자원에 후속하는 SC-FDMA 심볼상으로 사운딩 신호가 전송된다. RACH 자원에 후속하는 SC-FDMA 심볼이란 RACH 자원에 시간적으로 뒤지고, RACH 자원에 인접하거나 또는 인접하지 않는 SC-FDMA 심벌을 말한다. 하나의 단말은 랜덤 액세스 프리앰블과 사운딩 신호를 하나의 서브프레임내에서 동시에 전송할 수 있고, 또는 서로 다른 서브프레임에서 랜덤 액세스 프리앰블과 사운딩 신호를 독립적으로 전송할 수 있다. 예를 들어, 단말은 제1 서브프레임내에서 RACH 자원상으로 랜덤 액세스 프리앰블을 전송하고, 제2 서브프레임내에서 보호 구간에 속하는 SC-FDMA 심벌상으로 사운딩 신호를 전송할 수 있다. 또는, 여러 단말이 하나의 서브프레임에서 각각 랜덤 액세스 프리앰블과 사운딩 신호를 전송할 수 있다. 제1 단말이 서브프레임에서 랜덤 액세스 프리앰블을 전송하고, 제2 단말이 동일한 서브프레임에서 사운딩 신호를 전송하는 것이다. 이경우 기지국은 랜덤 액세스 프리앰블과 동시에 사운딩 신호를 수신할 수 있다.
하나 또는 다른 서브프레임내에서 RACH 자원에 후속하는 보호 구간(TGT)에 사운딩 신호가 전송된다. 보호 구간에는 적어도 하나의 SC-FDMA 심볼(또는 OFDMA 심볼)이 포함될 수 있으며, 보호 구간에 속하는 SC-FDMA 심볼 상으로 사운딩 신호가 전송된다. 서브프레임이 RACH 자원과 보호 구간을 포함할 때, RACH 자원에 후속하는 SC-FDMA 심볼은 보호 구간의 범위에 포함되기 때문이다. 보호 구간은 서브프레임의 마지막 부분에 배치되므로, 사운딩 신호는 서브프레임의 마지막 SC-FDMA 심 볼상에서 전송되도록 한다면 RACH 자원과의 중복을 방지할 수 있다. 서브프레임내에서 RACH 자원과 보호 구간은 서로 중복되지 않으며, 일반적으로 보호 구간(TGT)은 하나의 SC-FDMA 심볼보다 큰 크기를 가진다. 보호 구간(TGT)은 실제 전송되는 신호가 없고 수신기의 검출과정에서 사용되지 않으므로 사운딩 신호가 전송되더라도 랜덤 액세스 프리앰블의 전송과의 간섭이 최소화될 수 있다. 예를 들어, E-UMTS에서, 하나의 SC-FDMA 심볼의 크기는 66.67㎲이고, RACH 자원을 위한 보호 구간(TGT)은 97.4㎲를 사용하므로, 보호 구간(TGT)에는 적어도 하나의 SC-FDMA 심볼이 포함될 수 있다.
사운딩 신호의 전송으로 인해 보호 구간(TGT)의 크기가 줄어들 수 있지만(예를 들어, 97.4-66.67= 30.73㎲), 도심지와 같이 작은 셀 반경을 사용하는 기지국에서는 보호 구간(TGT)의 크기가 작아지더라도 시스템의 성능에는 거의 영향을 미치지 않는다. 따라서, 작은 셀 반경을 사용하는 기지국에서 단말은 보호 구간(TGT)의 크기를 줄이고 랜덤 액세스 프리앰블과 사운딩 신호를 동시에 전송하도록 할 수 있다.
보호 구간의 크기가 하나의 SC-FDMA 심볼의 크기보다 작거나, 하나의 서브프레임에서 RACH 자원을 제외한 영역의 크기가 하나의 SC-FDMA 심볼의 크기보다 작으면 RACH 자원과 사운딩 신호간의 간섭을 줄이기 위해, 사운딩 신호는 서브프레임의 마지막 SC-FDMA 심볼상으로 전송될 수 있다. 이는 RACH 자원의 크기에 상관없이, 사운딩 신호가 서브프레임내에서 고정된 위치, 즉 마지막 SC-FDMA 심볼상에서 전송됨을 의미한다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 RACH를 통한 데이터 전송 방법을 도시한 것이다. 도 7에서 정의되는 RACH 자원에 후속하는 SC-FDMA 심볼상으로 다른 제어신호를 전송하는 경우이다.
도 11을 참조하면, RACH 자원이 보호 구간(TGT)을 포함하는 경우, RACH 자원에 후속하는 SC-FDMA 심볼상으로 사운딩 신호가 전송될 수 있다. 이때 후속하는 SD-FDMA 심볼은 서브프레임의 마지막 SC-FDMA 심볼일 수 있다. 마지막 SC-FDMA 심볼은 보호 구간(TGT)에 해당하여 아무런 신호도 실리지 않으므로 랜덤 액세스 프리앰블과의 간섭은 발생하지 않는다.
보호 구간(TGT)에 사운딩 신호가 전송되는 경우에는 별도의 지시자가 필요하지 않다. 기지국은 RACH 자원의 보호 구간(TGT)에 사운딩 신호가 전송됨을 스케줄링을 통해 미리 알 수 있기 때문이다.
이상, 랜덤 액세스 프리앰블의 전송을 위한 RACH 자원의 구조가 CP 구간 및 프리앰블 구간을 포함하는 것으로 설명하였으나, RACH 자원은 다양한 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, RACH 자원은 확장된 RACH 형태, 반복된 RACH 형태 등과 같이 다양한 크기와 구성으로 형성될 수 있다. RACH 자원의 구조는 예시에 불과하고, RACH 자원에 후속하는(또는 RACH 자원과 겹쳐지지 않는) 보호 구간을 이용하여 다른 제어정보를 전송하는 것은 본 발명의 기술적 사상에 포함된다고 할 것이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 랜덤 액세스 과정을 도시한 흐름도이다.
도 12를 참조하면, 단계 S110에서, 단말은 가용한 랜덤 액세스 프리앰블 집합과 RACH 자원들로부터 임의로 랜덤 액세스 프리앰블과 RACH 자원을 선택하고, 선택된 RACH 자원상으로 선택된 랜덤 액세스 프리앰블을 기지국으로 전송한다. 이 때, 이미 상향링크 동기를 획득한 다른 단말은 RACH 자원에 후속하는 SC-FDMA 심볼상으로 사운딩 신호를 전송할 수 있다. 기지국의 입장에서 볼 때, 사운딩 신호는 랜덤 액세스 프리앰블과 중복되지 않게, 시간적으로 앞서거나 뒤따라서 전송될 수 있다. 사운딩 신호가 랜덤 액세스 프리앰블보다 시간적으로 앞서는 경우, 랜덤 액세스 프리앰블은 사운딩 신호가 전송되는 SC-FDMA 심볼만큼 일정 시간 지연되어 전송된다. 랜덤 액세스 프리앰블의 지연 전송 여부는 지연 지시자(delay indicator)로 나타낼 수 있다. 사운딩 신호가 랜덤 액세스 프리앰블보다 시간적으로 뒤따르는 경우, 사운딩 채널은 RACH 자원에 후속하는 보호 구간 내의 SC-FDMA 심볼상으로 전송될 수있다. 작은 셀 반경을 사용하는 기지국에서는 사운딩 신호가 랜덤 액세스 프리앰블에 시간적으로 인접하여 전송되더라도 시스템의 성능에는 거의 영향을 미치지 않는다. 기지국은 사운딩 신호를 통하여 상향링크 스케줄링을 수행할 수 있다.
단계 S120에서, 기지국은 랜덤 액세스 프리앰블을 수신한 후 단말에게 랜덤 액세스 응답(Random Access Response)을 전송한다. 기지국은 랜덤 액세스 프리앰블과 함께 사운딩 신호를 수신할 수 있다. 기지국은 사운딩 신호를 이용하여 상향링크 스케줄링을 수행할 수 있다. 이때 상향링크 스케줄링은 랜덤 액세스 프리앰블과 함께 수신된 사운딩 신호 외에 다른 시간/주파수 영역에서 수신된 사운딩 신호를을 모두 고려하여 수행될 수 있다. 랜덤 액세스 응답은 타이밍 옵셋(Time Advance; TA) 및 후술하는 스케줄링된 메시지의 전송을 위한 상향링크 무선자원 할당에 관한 정보를 포함한다. 또한, 랜덤 액세스 응답은 수신한 랜덤 액세스 응답의 인덱스를 포함하여, 단말이 자신의 랜덤 액세스 응답인지 여부를 확인할 수 있도록 한다. DL-SCH상으로 전송되는 랜덤 액세스 응답은 RA-RNTI(Random Access-Radio Network Temporary Identity)에 의해 가리켜지는 DL L1/L2 제어채널에 의해 지시될 수 있다.
단계 S130에서, 단말은 랜덤 액세스 응답을 수신한 후, 랜덤 액세스 응답에 포함된 무선자원 할당 정보에 따라 스케줄링된 메시지를 전송한다. 스케줄링된 메시지는 RRC 연결 요청(RRC Connection Request) 메시지일 수 있다.
단계 S140에서, 기지국은 스케줄링된 메시지를 단말로부터 수신한 후에, 충돌 해결(contention resolution) 메시지를 단말로 전송한다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어신호 전송 방법을 나타낸 흐름도이다. 단계 S210에서, 단말은 서브프레임내의 RACH 자원상으로 랜덤 액세스 프리앰블을 전송한다. RACH 자원은 CP 구간과 프리앰블 구간을 포함한다. 단계 S220에서, 단말은 상기 서브프레임내에서 상기 RACH 자원에 후속하는 SC-FDMA 심볼상으로 사운딩 신호를 전송한다. 상기 SC-FDMA 심볼는 상기 서브프레임내의 보호 구간에 속할 수 있으며, 상기 서브프레임의 마지막 SC-FDMA 심볼일 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신을 위한 장치를 나타낸 블록 도이다. 이 장치는 단말의 일부일 수 있다. 무선통신을 위한 장치(50)는 프로세서(processor, 51), 메모리(memory, 52), RF부(Radio Frequency unit, 53), 디스플레이부(display unit, 54), 사용자 인터페이스부(user interface unit, 55)을 포함한다. 메모리(52)는 프로세서(51)와 연결되어, 오퍼레이팅 시스템, 애플리케이션 및 일반적인 파일을 저장한다. 디스플레이부(54)는 장치(50)의 여러 정보를 디스플레이하며, LCD(Liquid Crystal Display), OLED(Organic Light Emitting Diodes) 등 잘 알려진 요소를 사용할 수 있다. 사용자 인터페이스부(55)는 키패드나 터치 스크린 등 잘 알려진 사용자 인터페이스의 조합으로 이루어질 수 있다. RF부(53)는 프로세서(51)와 연결되어, 무선 신호(radio signal)을 송신 및/또는 수신한다. 프로세서(51)는 RACH 자원을 설정하고, 랜덤 액세스 프리앰블과 다른 제어신호의 전송을 수행한다. 전술한 실시예들은 프로세서(51)에 의해 수행될 수 있다.
상술한 모든 기능은 상기 기능을 수행하도록 코딩된 소프트웨어나 프로그램 코드 등에 따른 마이크로프로세서, 제어기, 마이크로제어기, ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등과 같은 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 상기 코드의 설계, 개발 및 구현은 본 발명의 설명에 기초하여 당업자에게 자명하다고 할 것이다.
이상 본 발명에 대하여 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시켜 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명은 이하의 특허청구범 위의 범위 내의 모든 실시예들을 포함한다고 할 것이다.

Claims (14)

  1. 무선통신 시스템에서 이동국이 제어 신호를 전송하는 방법에 있어서,
    시간 영역에서 복수의 OFDMA(orthogonal frequency division multiple access) 심벌을 포함하는 서브프레임에서 상향링크 기준신호인 사운딩 신호를 OFDMA 심벌 상으로 전송하는 것을 포함하되,
    상기 사운딩 신호의 전송은 상기 서브프레임에서 랜덤 액세스 프리앰블의 전송과 시간 영역에서 중복되지 않고,
    상기 랜덤 액세스 프리앰블의 시간 구간은 랜덤 액세스 프리앰블 시퀀스의 전송을 위한 시간 구간과 상기 서브프레임내에서 상기 랜덤 액세스 프리앰블 시퀀스의 CP(cyclic prefix)의 전송을 위한 시간 구간인 CP 구간을 포함하는 방법.
  2. 제1항에서, 상기 사운딩 신호를 위한 OFDMA 심벌은 상기 서브프레임의 마지막 OFDMA 심벌인 방법.
  3. 제1항에서, 상기 서브프레임내에서 상기 사운딩 신호를 위한 OFDMA 심벌의 위치는 상기 랜덤 액세스 프리앰블의 크기와 상관없이 고정된 방법.
  4. 제1항에서, 상기 서브프레임내에서 상기 랜덤 액세스 프리앰블을 전송하고, 및
    상기 랜덤 액세스 프리앰블의 인덱스와 상향링크 시간 보정을 위한 시간 오프셋을 포함하는 랜덤 액세스 응답을 수신하는 것을 더 포함하는 방법.
  5. 제4항에서, 상기 랜덤 액세스 프리앰블은 다른 단말에 의해 전송되는 방법.
  6. 무선통신을 위한 장치에 있어서,
    무선 신호를 전송하는 RF(radio frequency)부; 및
    상기 RF부와 연결된 프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서는 시간 영역에서 복수의 OFDMA(orthogonal frequency division multiple access) 심벌을 포함하는 서브프레임에서 상향링크 기준신호인 사운딩 신호를 OFDMA 심벌 상으로 전송하되,
    상기 사운딩 신호를 위한 OFDMA 심벌의 전송은 상기 서브프레임에서 랜덤 액세스 프리앰블의 전송과 시간 영역에서 중복되지 않고,
    상기 랜덤 액세스 프리앰블의 시간 구간은 랜덤 액세스 프리앰블 시퀀스의 전송을 위한 시간 구간과 상기 서브프레임내에서 상기 랜덤 액세스 프리앰블 시퀀스의 CP(cyclic prefix)의 전송을 위한 시간 구간인 CP 구간을 포함하는 장치.
  7. 제6항에서, 상기 사운딩 신호를 위한 OFDMA 심벌은 상기 서브프레임의 마지막 OFDMA 심벌인 장치.
  8. 제6항에서, 상기 서브프레임내에서 상기 사운딩 신호를 위한 OFDMA 심벌의 위치는 상기 랜덤 액세스 프리앰블의 크기와 상관없이 고정된 장치.
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