KR101469427B1

KR101469427B1 - 다수의 랜덤 엑세스 우선순위 등급을 갖는 무선 통신 시스템에서 랜덤 엑세스 프리앰블을 관리하는 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101469427B1
Application number: KR1020147001678A
Authority: KR
Inventors: 이기동
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2011-07-21
Filing date: 2012-07-19
Publication date: 2014-12-04
Also published as: US20130021997A1; WO2013012265A3; WO2013012265A2; US8797989B2; KR20140041783A

Abstract

적절한 프리앰블 할당 모드를 결정하는 방법이 제안된다. 해당 방법은 휴먼 UE 및 기계 UE와 통신하는 기지국에 적용될 수 있다. 이 기지국은 서로 다른 유형의 UE로부터 정보를 획득하여 H2H RA 시도 및 M2M RA 시도에 대한 도착률을 추정한다. 기지국은 두 개의 할당 모드 중 어느 하나를 선택한다. 하나의 모드에서는 일부 RA 프리앰블 M2M UE에 독점적으로 할당된다. 다른 모드에서 프리앰블은 서로 다른 유형의 UE에 공통적으로 할당된다. 기지국은 선택된 할당 모드를 SIB2를 통해 방송한다.

Description

다수의 랜덤 엑세스 우선순위 등급을 갖는 무선 통신 시스템에서 랜덤 엑세스 프리앰블을 관리하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MANAGING RANDOM ACCESS PREAMBLE SET IN A WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM WITH MULTIPLE RANDOM-ACCESS PRIORITY CLASSES}

본 문서의 기술적 특징은, 다수의 OFDM(orthogonal frequency division multiple) 심볼을 사용하는 무선 시스템에 관련되고, 보다 구체적으로는, M2M(machine to machine) 통신에 관련된 무선 통신 시스템에서 랜덤 엑세스 프리앰블을 결정하고 할당하는 방법 및 장치에 관련된다.

3GPP(Third Generation Partnership Project) LTE(Long Term Evolution)는 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System) 시스템의 개선판으로 3GPP 릴리즈 8으로 소개되기도 한다. 3GPP LTE는 OFDMA(orthogonal frequency division multiple access) 기법을 하향링크(downlink)를 위해 사용하고, SC-FDMA(single carrier frequency division multiple access) 기법을 상향링크를 위해 사용하고, 최대 4개의 안테나를 위한 MIMO (multiple input multiple output) 기법을 채용했다. 최근 들어, 3GPP LTE의 주된 개선판인 3GPP LTE-A(LTE-Advanced)에 대한 논의가 진행되고 있다.

M2M(Machine to machine) 통신은 인간의 개입이 필수적으로 요구되지 않는 장치들 간의 통신을 의미한다. 3GPP 규격은, 새로운 M2M 서비스 제공과 관련하여 운영 비용을 감소시킬 수 있도록 잠재적인 네트워크 최적화를 위한 노력을 시작했다.

본 문서의 기술적 특징은 무선 통신 시스템에서 랜덤 엑세스 프리앰블을 결정하는 방법에 관련된다. 이 방법은 M2M UE 및 H2H UE와 같이 서로 다른 유형의 UE와 통신하는 기지국에 관련된다.

일례에 따르면, 제1 유형의 사용자 장치(user equipment; UE)로 제1 UE 정보 요청 메시지를 송신하는 단계; 상기 제1 UE 정보 요청 메시지에 대응하여 상기 제1 유형의 사용자 장치(UE)로부터, 마지막으로 성공적으로 완료된 랜덤 엑세스 절차 과정에서 상기 제1 유형의 사용자 장치(UE)에 의해 송신된 프리앰블의 개수를 지시하는 제1 UE 정보 응답 메시지를 수신하는 단계; 상기 제1 유형의 사용자 장치(UE)와는 상이한 유형의 제2 유형의 사용자 장치(UE)로 제2 UE 정보 요청 메시지를 송신하는 단계; 상기 제2 UE 정보 요청 메시지에 대응하여 상기 제2 유형의 사용자 장치(UE)로부터, 마지막으로 성공적으로 완료된 랜덤 엑세스 절차 과정에서 상기 제2 유형의 사용자 장치(UE)에 의해 송신된 프리앰블의 개수를 지시하는 제2 UE 정보 응답 메시지를 수신하는 단계; 상기 제1 유형의 사용자 장치(UE)를 위한 제1 도착률(arrival rate) 및 상기 제2 유형의 사용자 장치(UE)를 위한 제2 도착률(arrival rate)을 추정하는 단계; 상기 제1 도착률 및 제2 도착률을 기초로, 랜덤 엑세스 프리앰블 할당 모드를 결정하되, 상기 랜덤 엑세스 프리앰블 할당 모드는, 상기 제1 유형의 사용자 장치(UE)와 상기 제2 유형의 사용자 장치(UE)가 중복 없이 랜덤 엑세스 프리앰블을 할당 받는 제1 할당 모드와, 상기 제1 유형의 사용자 장치(UE)와 상기 제2 유형의 사용자 장치(UE)가 일부 중복을 통해 랜덤 엑세스 프리앰블을 할당 받는 제2 할당 모드를 포함하고, 상기 제1 유형의 사용자 장치(UE)에 할당되는 랜덤 엑세스 프리앰블의 개수 및 상기 제2 유형의 사용자 장치(UE)에 할당되는 랜덤 엑세스 프리앰블의 개수는 상기 제1 도착률과 상기 제2 도착률을 기초로 결정되는 단계; 및 상기 결정된 랜덤 엑세스 프리앰블 할당 모드를 지시하는 제1 정보 요소, 및 상기 제1 유형의 사용자 장치(UE)에 할당되는 랜덤 엑세스 프리앰블의 개수와 상기 제2 유형의 사용자 장치(UE)에 할당되는 랜덤 엑세스 프리앰블의 개수를 지시하는 제2 정보 요소를 포함하는 RRC(radio resource control) 메지시를 방송하는 단계를 포함한다.

상기 방법에서, 상기 제1 유형의 사용자 장치(UE)는 H2H(human-to-human) 통신에 관련되고, 상기 제2 유형의 사용자 장치(UE)는 M2M(machine-to-machine) 통신에 관련된다.

상기 방법에서, 상기 RRC 메시지는 SIB2(system information block type 2)이다.

상기 방법에서, 상기 제1 UE 정보 요청 메시지 및 상기 제2 UE 정보 요청 메시지는 상기 기지국의 RRC 계층에 의해 송신된다.

상기 방법에서, 상기 제1 도착률은 상기 제1 유형의 사용자 장치(UE)에 의해 송신된 프리앰블의 개수의 평균 값을 기초로 추정된다.

상기 방법에서, 상기 제1 도착률은 프리앰블 전송의 성공 확률을 기초로 추정된다.

도 1은 LTE 시스템에 관계되는 EPS를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 문서의 기술적 특징이 적용되는 E-UTRAN 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 제안되는 방법이 적용되는 랜덤 엑세스 절차를 나타내는 절차 흐름도이다.
도 4는 본 문서에 따라 프리앰블 할당이 이루어지는 방법의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 문서에 따라 프리앰블 할당이 이루어지는 방법의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6은 UE로 RA 프리앰블 할당 모드를 지시하는 방법을 나타내는 절차 흐름도이다.
도 7은 RA 시도에 대한 도착률과 산술 평균 T(i)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 8은 H2H RA 시도에 대한 도착률이 0.01일 때 Method 1/Method 2에 대한 RACH 쓰르풋을 나타낸다.
도 9는 H2H RA 시도에 대한 도착률이 0.01일 때 Method 1/Method 2에 대한 RACH 쓰르풋을 나타낸다.
도 10은 H2H RA 시도에 대한 도착률이 0.01일 때 Method 1/Method 2에 대한 RACH 쓰르풋을 나타낸다.
도 11은 H2H RA 시도에 대한 도착률이 0.01일 때 Method 1/Method 2에 대한 RACH 쓰르풋을 나타낸다.
도 12은 H2H RA 시도에 대한 도착률이 0.1일 때 Method 1/Method 2에 대한 RACH 쓰르풋을 나타낸다.
도 13은 H2H RA 시도에 대한 도착률이 0.1일 때 Method 1/Method 2에 대한 RACH 쓰르풋을 나타낸다.
도 14는 H2H RA 시도에 대한 도착률이 0.1일 때 Method 1/Method 2에 대한 RACH 쓰르풋을 나타낸다.
도 15는 H2H RA 시도에 대한 도착률이 0.1일 때 Method 1/Method 2에 대한 RACH 쓰르풋을 나타낸다.
도 16은 H2H RA 시도에 대한 도착률이 1일 때 Method 1/Method 2에 대한 RACH 쓰르풋을 나타낸다.
도 17은 H2H RA 시도에 대한 도착률이 1일 때 Method 1/Method 2에 대한 RACH 쓰르풋을 나타낸다.
도 18은 H2H RA 시도에 대한 도착률이 1일 때 Method 1/Method 2에 대한 RACH 쓰르풋을 나타낸다.
도 19는 H2H RA 시도에 대한 도착률이 1일 때 Method 1/Method 2에 대한 RACH 쓰르풋을 나타낸다.
도 20은 H2H RA 시도에 대한 도착률이 10일 때 Method 1/Method 2에 대한 RACH 쓰르풋을 나타낸다.
도 21은 H2H RA 시도에 대한 도착률이 10일 때 Method 1/Method 2에 대한 RACH 쓰르풋을 나타낸다.
도 22는 H2H RA 시도에 대한 도착률이 10일 때 Method 1/Method 2에 대한 RACH 쓰르풋을 나타낸다.
도 23은 H2H RA 시도에 대한 도착률이 10일 때 Method 1/Method 2에 대한 RACH 쓰르풋을 나타낸다.
도 24는 H2H RA 시도에 대한 도착률이 20일 때 Method 1/Method 2에 대한 RACH 쓰르풋을 나타낸다.
도 25는 H2H RA 시도에 대한 도착률이 20일 때 Method 1/Method 2에 대한 RACH 쓰르풋을 나타낸다.
도 26은 H2H RA 시도에 대한 도착률이 40일 때 Method 1/Method 2에 대한 RACH 쓰르풋을 나타낸다.
도 27은 H2H RA 시도에 대한 도착률이 40일 때 Method 1/Method 2에 대한 RACH 쓰르풋을 나타낸다.
도 28은 H2H RA 시도에 대한 도착률이 60일 때 Method 1/Method 2에 대한 RACH 쓰르풋을 나타낸다.
도 29는 H2H RA 시도에 대한 도착률이 60일 때 Method 1/Method 2에 대한 RACH 쓰르풋을 나타낸다.
도 30은 H2H RA 시도에 대한 도착률이 1일 때 Method 1/Method 2에 대한 RACH 쓰르풋을 나타낸다.
도 31은 H2H RA 시도에 대한 도착률이 10일 때 Method 1/Method 2에 대한 RACH 쓰르풋을 나타낸다.
도 32는 H2H RA 시도에 대한 도착률이 100일 때 Method 1/Method 2에 대한 RACH 쓰르풋을 나타낸다.
도 33은 M2M RA 시도에 대한 도착률이 1일 때 Method 1/Method 2에 대한 RACH 쓰르풋을 나타낸다.
도 34는 M2M RA 시도에 대한 도착률이 10일 때 Method 1/Method 2에 대한 RACH 쓰르풋을 나타낸다.
도 35는 M2M RA 시도에 대한 도착률이 100일 때 Method 1/Method 2에 대한 RACH 쓰르풋을 나타낸다.
도 36은 RA 프리앰블 할당 모드에 관하여 UE로 지시를 내리는 방법을 나타내는 절차 흐름도이다.
도 37은 본 명세서에 따른 무선 장치를 나타내는 블록도이다.

이하에서 설명하는 기술적 특징은 다양한 무선통신시스템에 사용될 수 있는바, 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) 등의 다양한 시스템에서 사용될 수 있다. CDMA는 UTRA(universal terrestrial radio access) 또는 CDMA-2000 시스템 형태의 무선 기술로 구현될 수 있다. OFDMA는 IEEE 802.11(Wi-Fi), IEEE 802.16(WiMAX), IEEE 802.20, E-UTRA(evolved UTRA) 등의 무선 기술로 구현될 수 있다. UTRA는 UMTS(universal mobile telecommunication system)의 일부이다. 3GPP LTE (3rd generation partnership project long term evolution)는 E-UTRA를 사용하는 E-UMTS(evolved UMTS)의 일부이다. 3GPP LTE는 하향링크로서는 OFDMA 기법을 사용하고, 상향링크로서는 SC-FDMA 기법을 사용한다.

설명의 편의를 위하여, 이하의 명세서는 3GPP LTE 또는 3GPP LTE-A에 집중하여 설명된다. 그러나 본 문서의 기술적 특징이 이에 제한되지는 않는다.

도 1은 LTE 시스템에 관련된 EPS(Evolved Packet System) 나타낸 도면이다. LTE 시스템은 사용자 단말(UE)과 PDN(pack data network) 간에, 사용자가 이동 중 최종 사용자의 응용프로그램 사용에 방해를 주지 않으면서, 끊김 없는 IP 연결성(Internet Protocol connectivity)을 제공하는 것을 목표로 한다. LTE 시스템은, 사용자 단말과 기지국 간의 무선 프로토콜 구조(radio protocol architecture)를 정의하는 E-UTRAN(Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network)를 통한 무선 접속의 진화를 완수하며, 이는 EPC(Evolved Packet Core) 네트워크를 포함하는 SAE(System Architecture Evolution)에 의해 비-무선적 측면에서의 진화를 통해서도 달성된다. LTE와 SAE는 EPS(Evolved Packet System)를 포함한다.

EPS는 PDN 내에서 게이트웨이(gateway)로부터 사용자 단말로 IP 트래픽을 라우팅하기 위해 EPS 베어러(EPS bearers)라는 개념을 사용한다. 베어러(bearer)는 상기 게이트웨이와 사용자 단말 간에 특정한 QoS(Quality of Service)를 갖는 IP 패킷 플로우(IP packet flow)이다. E-UTRAN과 EPC는 응용 프로그램에 의해 요구되는 베어러를 함께 설정하거나 해제(release)한다.

EPC는 CN(core network)이라고도 불리며, UE를 제어하고, 베어러의 설정을 관리한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 SAE의 EPC의 노드(논리적 혹은 물리적 노드)는 MME(Mobility Management Entity) (10), PDN-GW 또는 P-GW(PDN gateway) (30), S-GW(Serving Gateway) (20), PCRF(Policy and Charging Rules Function) (40), HSS (Home subscriber Server) (50) 등을 포함한다.

MME(10)는 UE와 CN 간의 시그널링을 처리하는 제어 노드이다. UE와 CN 간에 교환되는 프로토콜은 NAS(Non-Access Stratum) 프로토콜로 알려져 있다. MME(10)에 의해 지원되는 기능들의 일례는, 베어러의 설정, 관리, 해제를 포함하여 NAS 프로토콜 내의 세션 관리 계층(session management layer)에 의해 조작되는 베어러 관리(bearer management)에 관련된 기능, 네트워크와 UE 간의 연결(connection) 및 보안(Security)의 설립에 포함하여 NAS 프로토콜 계층에서 연결계층 또는 이동제어계층(mobility management layer)에 의해 조작된다.

S-GW(20)는 UE가 기지국(eNodeB) 간에 이동할 때 데이터 베어러를 위한 로컬 이동성 앵커(local mobility anchor)의 역할을 한다. 모든 사용자 IP 패킷은 S-GW(20)을 통해 송신된다. 또한 S-GW(20)는 UE가 ECM-IDLE 상태로 알려진 유휴 상태(idle state)에 있고 MME가 베이러를 재설정(re-establish)하기 위해 UE의 페이징을 개시하는 동안 하향링크 데이터를 임시로 버퍼링할 때 베어러에 관련된 정보를 유지한다. 또한, GRPS(General Packet Radio Service), UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)와 같은 다른 3GPP 기술과의 인터워킹(inter-working)을 위한 이동성 앵커(mobility anchor)의 역할을 수행한다.

P-GW(30)은 UE를 위한 IP 주소 할당을 수행하고, QoS 집행(Qos enforcement) 및 PCRF(40)로부터의 규칙에 따라 플로우-기반의 과금(flow-based charging)을 수행한다. P-GW(30)는 GBR 베어러(Guaranteed Bit Rate (GBR) bearers)를 위한 QoS 집행을 수행한다. 또한, CDMA2000이나 WiMAX 네트워크와 같은 비3GPP(non-3GPP) 기술과의 인터워킹을 위한 이동성 엥커(mobility anchor) 역할도 수행한다.

PCRF(40)는 정책 제어 의사결정(policy control decision-making)을 수행하고, 플로우-기반의 과금(flow-based charging)을 수행한다.

HSS(50)는, HLR(Home Location Register)이라고도 불리며, EPS-subscribed QoS 프로파일(profile) 및 로밍을 위한 접속제어에 정보 등을 포함하는 SAE 가입 데이터(SAE subscription data)를 포함한다. 또한, 사용자가 접속하는 PDN에 대한 정보 역시 포함한다. 이러한 정보는 APN(Access Point Name) 형태로 유지될 수 있는데, APN는 DNS(Domain Name system) 기반의 레이블(label)로, PDN에 대한 엑세스 포인트 또는 가입된 IP 주소를 나타내는 PDN 주소를 설명하는 식별기법이다.

도 1에 도시된 바와 같이 EPS 네트워크 요소(EPS network elements)들 간에는 S1-U, S1-MME, S5/S8, S11, S6a, Gx, Rx 및 SGi와 같은 다양한 인터페이스가 정의될 수 있다.

이하 이동성 관리(mobility management; MM)의 개념과 이동선 관리(MM) 백오프 타이머(back-off timer)를 상세하게 설명한다. 이동성 관리(MM)는 E-UTRAN 상의 오버헤드와 UE에서의 프로세싱을 감소시키기 위한 절차이다. 이동성 관리(MM)가 적용되는 경우, 엑세스 네트워크에서 UE에 관련된 모든 정보는 데이터가 비활성화되는 기간 동안 해제될 수 있다. MME는 상기 Idle 구간 동안 UE 콘텍스트(context) 및 설정된 베어러에 관련된 정보를 유지할 수 있다.

네트워크가 ECM-IDLE 상태에 있는 UE에 접촉할 수 있도록, UE는 현재의 TA(Tracking Area)를 벗어날 때마다 네트워크에 새로운 위치에 관하여 알릴 수 있다. 이러한 절차는 “Tracking Area Update”라 불릴 수 있으며, 이 절차는 UTRAN(universal terrestrial radio access network)이나 GERAN(GSM EDGE Radio Access Network) 시스템에서 “Routing Area Update”라 불릴 수 있다. MME는, UE가 ECM-IDLE 상태에 있는 동안 사용자 위치를 추적하는 기능을 수행한다.

ECM-IDLE 상태에 있는 UE에게 전달해야 할 다운링크 데이터가 있는 경우, MME는 UE가 등록된 TA(tracking area) 상의 모든 기지국(eNodeB)에 페이징 메시지를 송신한다. 그 다음, 기지국은 무선 인터페이스(radio interface) 상으로 UE에 대해 페이징을 시작한다. 페이징 메시지가 수신됨에 따라, UE의 상태가 ECM-CONNECTED 상태로 천이하게 하는 절차를 수행한다. 이러한 절차는 “Service Request Procedure”라 부릴 수 있다. 이에 따라 UE에 관련된 정보는 E-UTRAN에서 생성되고, 모든 베어러는 재설정(re-establish)된다. MME는 라디오 베어러(radio bearer)의 재설정과, 기지국 상에서 UE 콘텍스트를 갱신하는 역할을 수행한다.

상술한 이동성 관리(MM) 절차가 수행되는 경우, MM(mobility management) 백오프 타이머가 추가로 사용될 수 있다. 구체적으로 UE는 TA를 갱신하기 위해 TAU(Tracking Area Update)를 송신할 수 있고, MME는 핵심 망의 혼잡(core network congestion)으로 인해 TAU 요청을 거절할 수 있는데, 이경우 MM 백오프 타이머에 관련된 시간 값을 제공할 수 있다. 해당 시간 값을 수신함에 따라, UE는 MM 백오프 타이머를 활성화시킬 수 있다.

도 2는 이하의 기술적 특징이 적용되는 E-UTRAN의 전체적인 구조를 나타내는 도면이다.

E-UTRAN은, UE(210)에게 사용자 평면(user plane) 및 제어 평면(control plane)을 제공하는 적어도 하나의 기지국(evolved-Node B; eNB)(200)을 포함한다. UE는 고정되고 이동성일 수 있고, MS(Mobile Station), UT(User Terminal), SS(Subscriber Station), MT(mobile terminal), 무선장비(wireless device) 등의 다양한 표현으로 불릴 수 있다. 기지국(200)은 UE와 통신하는 고정장비일 수 있고, BS(base station), NB(NodeB), BTS (Base Transceiver System), 엑세스 포인트(Access point) 등의 다양한 표현으로 불릴 수 있다.

기지국(200)과 UE(210)간에는 AS 프로토콜(Access Stratum protocol)로 알려진 프로토콜이 운영된다.

기지국(200)들은 X2 인터페이스를 통해 서로 연결된다. 기지국(200)은 또한 상술한 EPC 요소들과 S1 인터페이스를 통해 연결되는데, 구체적으로는 MME와는 S1-MME로 연결되고 S-GW와는 S1-U로 연결된다.

추가로 E-UTRAN 시스템은 릴레이 기능을 제공한다. E-UTRAN은, 적어도 하나의 중계기(relay node; RN)를 제공하면서 핵심 망(CN)으로의 접속을 제공하는 도너 기지국(Donor eNB; DeNB)이 포함된다. DeBN와 RN 간에는 Un 인터페이스가 정의되고, RN와 UE 간에는 Uu 인터페이스가 정의된다.

상술한 바와 같이, M2M(machine to machine)는 인간의 개입이 필수적으로 요구되지 않는 장치들 간의 통신으로, 3GPP에서는 잠재적 네트워크 최적화를 위해 노력하고 있다. M2M 통신은 MTC(machine type communication) 통신이라도 불리며, smart metering, home automation, e-Health, fleet management 등의 영역에서 다양한 응용예를 제공할 것으로 기대된다.

M2M 통신은 네트워크 운영자의 사용을 최적화 시키기 위해 여러 가지 독특한 특성을 갖는다. 이러한 특성은, 예를 들어, 데이터-중심의 네트워크(음성은 기대하지 않음), 매우 다수의 통신 단말, 각 단말에 대한 매우 낮은 트래픽 볼륨, 각 장치에 대한 낮은 이동성 및 잠재적으로 낮은 전력 수준의 장비를 포함한다.

3GPP LTE 상에서, 지연 내성 접속(delay- tolerant access), 하위 우선권 접속(low priority access)으로 혼용되기도 하는 MTC(또는 M2M) 노드는 트래픽 채널과 랜덤 엑세스 채널을 위한 메카니즘 및 프로토콜을 위해 매우 효율적인 동작을 요청한다. 즉, 3GPP LTE에서 논의되는 중요 이슈 중 하나는 MTC(또는 M2M) 고객/장치들의 과다 밀집으로 인해 발생하는 RA(랜덤 엑세스) 부하의 과밀을 어떻게 효율적으로 해결하느냐이다.

본 문서에서 제안된 방법 및 장치는 RA(랜덤 엑세스) 프리앰블을 할당/관리하기 위해 2개의 서로 다른 메카니즘/기법을 제안한다. "Method 1"으로 표시되는 첫 번째 기법은 가능한 RA 프리앰블을 2개의 서로 완전히 분리된(disjoint) 서브셋(subset)으로 구분하는 것으로, 첫 번째 서브셋은 H2H(human-to-human) 통신을 위한 것이고, 두 번째 서브셋은 M2M 통신을 위한 것이다. "Method 2"로 표시되는 두 번째 기법은 2개의 서브셋(subset)으로 구분하는 것은 동일하지만, 하나의 서브셋은 H2H 통신/고객 만을 위해 사용되지만 나머지 서브셋은 H2H와 M2M 모두를 위해 사용된다. 즉, "Method 1" 상에서는 각각의 RA 프리앰블은 H2H와 M2M 통신 중 어느 하나에 독점적으로 할당된다. 그러나 "Method 2" 상에서는 RA 프리앰들은 H2H와 M2M 통신 사이에서 중복되게 할당될 수도 있다.

M2M 통신의 주된 특징 중 하나는 통신을 위한 고정 비용이 상대적으로 높다는 것이다. 이것은 H2H 통신에 비해 H2H 노드의 데이터 전송 빈도가 높기 때문에 초래된 것이다. 비록, M2M 데이터의 양은 작다고 하더라도, M2M 노드의 특정한 역할과 기능 때문에 H2H에 비해 높은 데이터 연결의 빈도를 유지한다.

따라서, 다수의 M2M 노드가 네트워크에 부착(attach)되는 상황에서, M2M 서비스 네트워크에서 고려되어야 하는 설계상의 이슈는 랜덤 엑세스 부하를 어떻게 효울적으로 관리하고 설계하느냐이다.

본 명세서에서는 RA 프리앰블을 할당하고 관리하는 적어도 2가지 방법/기법을 제안한다. "Method 1"에 따르면, 가능한 RA 프리앰블을 2개의 분리된 서브셋(disjoint subset)으로 분리하고, 하나의 서브 서브셋은 H2H(human-to-human) 통신을 위하고, 다른 서브셋은 M2M 통신을 위하게 하는 것이다. "Method 2"에 따르면 2개의 서브셋(subset)으로 구분하는 것은 동일하지만, 하나의 서브셋은 H2H 통신/고객 만을 위해 사용되지만 나머지 서브셋은 H2H와 M2M 모두를 위해 사용된다.

이하 랜덤 엑세스 절차가 설명된다. 랜덤 엑세스 절차는 엑세스 클래스 바링(Access Class barring 또는 AC barring)으로 시작된다. 3GPP 시스템에서 일반적인 각 단말은 0부터 9까지의 엑세스 클래스(AC)를 할당 받는다. 추가로, 일부 단말은 11부터 15까지의 높은 우선순위의 엑세스 클래스(AC)를 할당 받는데, 해당 엑세스 클래스는, 보안 서비스, 공공기능(public utilities), PLMN 관계자(PLMN staff) 등을 위한 특정한 용도를 위해 예약된다. 또한 엑세스 클래스 10은 비상 접속(emergency access)을 위해 사용된다

UE는 적용 가능한 엑세스 클래스(AC) 모두에 대해 접속이 차단(bar)되는지를 검사하며, 이에 관련된 제어 정보는 SIB2(SystemInformationBlockType2)를 통해 송신된다. SIB2는 이동국 발생(Mobile Originated; MO) 전화 및/또는 시그널링을 위해 AC 바링 파라미터 세트를 포함한다. 이러한 파라미터 세트는, AC 0-9를 위한 확률 인자(probability factor)와 바링 타이머를 포함하고, AC 11-15를 위한 바링 비트의 리스트를 포함한다. AC 0-9를 위해서는, 만약 UE가 MO(Mobile Originated) 전화를 시도하고, 관련된 파라미터가 포함된 경우, UE는 난수(Random number)를 선택하게 된다. 선택된 난수가 상기 확률 인자(probability factor)를 초과하면, 접속은 차단되지 않는다. 만약 초과하지 않으면, 방송되는 바링 타이머 값(상기 바링 타이머)을 기초로부터 랜덤하게 선택되는 시간 기간 동안에는 접속이 차단된다. AC 11-15를 위해서는, 만약 UE가 MO(Mobile Originated) 전화를 시도하고, 관련된 파라미터가 포함된 경우, UE의 AC 중에서 미리 설정된 AC들에 대해서는 모두 접속이 차단된다. 이러한 동작은 UE에 의해 개시되는 MO 시그널링의 경우에도 유사하게 적용된다.

도 3은 제안되는 실시예에 따라 수행되는 랜덤 엑세스(RA) 절차를 보여주는 절차 흐름도이다.

새로운 연결(예를 들어, 데이터 연결 또는 시그널링 연결)을 획득하기 위해, UE는 랜덤 엑세스(RA) 절차를 수행해야 하는데, 이것은 셀룰러 통신에서는 일반적인 특징이다. 또한, 랜덤 엑세스(RA) 절차는 경합 기반(contention-based)의 절차와 경합이 없는(contention-free) 절차로 구분될 수 있다. 도 3에 도시된 일례는 경합 기반의 절차에 관한 것이다.

도 3을 참고하면, S310 단계에서, 관련된 파라미터가 기지국(예를 들어, eNB)으로부터 전송된다. 다양한 파라미터의 일례는, MIB(Master Information Block) 및 SIB(System Information Block) type k(k=1, 2, …) 등과 같은 “시스템 정보(system information)”를 통해 방송될 수 있고, 상술한 바와 같은 AC 바링에 관련된 파라미터는 SIB 2를 통해 전송될 수 있다. 상술한 바와 같이, SIB 2는 UE에게 RA 절차를 어떻게 수행할지를 알려준다. SIB 2는 또한 “ac-BarringFactor"로 불리는 확률 인자(probability factor)를 알려주는데, 해당 확률 인자를 통해 특정한 UE가 특정한 셀에서 RA 절차를 시도하는 것을 차단당하는 확률이 정해진다. 통상적인 통화(MO data call)의 경우, S320 단계에서 (0,1)에 대한 균등분포(uniform distribution)로부터 난수(Random number)를 선택하게 된다. 만약 선택된 난수가 상기 ac-BarringFactor보다 작은 경우, UE는 이후의 RA 절차를 수행할 수 있다(S330).

도 3을 참고하면, S340 단계에서, UE는 가능한 랜덤 엑세스 프리앰블(random access preamble) 세트로부터 특정한 랜덤 엑세스 프리앰블을 선택하고, 가능한 RACH(Random Access Channel) 자원으로부터 특정한 RACH 자원을 선택하여, 선택된 프리앰블을 선택된 RACH 자원을 통해 기지국으로 송신한다.

S350 단계에서, 기지국은 랜덤 엑세스 프리앰블을 수신하고, UE로 랜덤 엑세스 응답을 송신한다. 랜덤 엑세스 응답은 타임 어드밴스(time advance; TA) 및 이하에서 설명하는 스케쥴링 메시지 송신을 위한 상향링크 무선 자원할당 정보(uplink radio resource allocation information)를 포함한다. 추가로, 랜덤 엑세스 응답은 수신된 랜덤 엑세스 응답의 인덱스 정보를 포함하여 UE로 하여금 해당 랜덤 엑세스 응답이 자신을 위한 것인지를 결정하도록 한다. DL-SCH(downlink-shared channel)를 통해 송신되는 랜덤 엑세스 응답은, RA-RNTI(random access-radio network temporary identity)에 의해 식별되는 DL L1/L2(downlink layer 1/layer 2) 제어채널에 의해 특정될 수 있다.

S360 단계에서, UE는 랜덤 엑세스 응답을 수신하고, 해당 랜덤 엑세스 응답에 포함된 무선 자원 할당 정보에 따라 스케줄링 메시지를 송신한다. 상기 스케쥴링 메시지는, 메시지 3라고도 불릴 수 있으며, RRC 연결 요청 메시지(RRC connection request message)를 포함할 수 있다.

S370 단계에서, 기지국은 UE로부터 스케쥴링 메시지를 수신하고, 경합 해결 메시지(contention resolution message)를 송신할 수 있는데, 경합 해결 메시지는 메시지 4라고도 불릴 수 있다. 메시지 3에 대한 경합 또는 충돌 발생을 확인하기 위해, 경합 해결 타이머(contention resolution timer)가 메시지 3이 송신된 이후에 개시될 수 있다. 만약, 상기 경합 해결 타이머가 만료하기 전까지 메시지 4가 성공적으로 수신되지 않았다면, S370 단계는 미리 정의된 설정에 따라 반복될 수 있다.

랜덤 엑세스 절차는 도착률(arrival rate)의 관점에서 이해될 수 있다. 도착률은 특정한 시간 구간(즉, 단위 시간) 동안 특정한 유형의 UE(예를 들어 H2H, M2M UEs)에 의해 수행되는 프리앰블의 전송 횟수를 나타낼 수 있다. 또는 도착률은 단위 시간 동안 특정한 네트워크 개체에 수신된 패킷의 개수를 표현할 수 있다. 또한, RA 절차의 다양한 과정에서 도착률이 정의될 수 있으나, 본 명세서에서 RA 시도에 따른 도착률은 오리지널 RA 시도의 비율(offered load에 관련된)이 아니라 도 3의 S320-S330에 개시된 AC(access-class) 바링(barring) 절차를 통과한 RA 시도의 비율(arrived load 또는 carrier load에 관련된)에 관련된다. 예를 들어, 오리지널 RA 시도의 비율이 '100'으로 설정되고 'ac-BarringFactor'가 0.5로 설정되는 경우, 본 명세서에서 RA 시도의 관찰되는 비율은 대략 50으로 설정될 수 있다.

또한, RA 절차는 RACH 기회(random access channel opportunities)의 관점으로 이해될 수 있다. RACH 기회는 고정된 수의 프리앰블 상에서 시간-주파수 영역 상의 3차원 무선 블록으로 정의될 수 있다. 시간-주파수 영역에서 RA-RNTI(random access radio network temporary identity)는 시간-주파수 블록으로 이해될 수 있다. 단위 시간당 RA-RNTI의 개수는 변수 R로 정의되며, 본 명세서에서는 '1'로 설정될 수 있다.

본 명세서는 RA 프리앰블을 할당/관리하는 다수의 기법을 제안한다. 본 명세서에 의해 제안되는 가능한 RA 프리앰블의 개수는 N으로 표현될 수 있다. 즉, 가능한 RACH 기회의 총 수는 "R*N"으로 정의될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 명세서는 "Method 1" 및 "Method 2"의 2가지 기법을 제안한다. 제1 기법, 즉 Method 1은 모든 가능한 프리앰블을 2개의 서브셋으로 구분하고, 하나의 서브셋은 H2H 통신/서비스에 전담되도록 하고, 나머지 하나의 서브셋은 M2M 통신/서비스에 전담되도록 한다. Method 1에서는 비경쟁기반(contention-free) RA가 추가로 사용될 수 있다.

도 4는 Method 1에 따른 프리앰블의 할당 기법을 나타내는 도면이다. 도 4에 따르면, 경쟁기반 RA 상에서 가능한 RA 프리앰블의 개수는 N개이다. 이들 중, m개의 RA 프리앰블(도 4에서 Zone 2로 도시됨)은 M2M UE를 위해 독점적으로 할당되고, N-m 개의 RA 프리앰블(도 4에서 Zone 1으로 도시됨)은 H2H UE를 위해 독점적으로 할당된다. 즉, Method 1에서는 Zone 1과 Zone 2 간에 중첩(overlap)이 발생하지 않는다. 또한, 상술한 바와 같이 비경쟁기반 RA(도 4에서 Zone 3)도 추가로 할당된다.

도 5는 Method 2에 따른 프리앰블 할당 기법을 나타내는 도면이다. 도 5에 따르면, 경쟁기반 RA 상에서 가능한 RA 프리앰블의 개수는 N개이다. 이들 중, x개의 RA 프리앰블(도 5에서 Zone 2로 도시됨)은 M2M UE와 H2H UE 모두를 위해 할당되고, N-x 개의 RA 프리앰블(도 5에서 Zone 1으로 도시됨)은 H2H UE를 위해 독점적으로 할당된다. 즉, Method 2에서는 Zone 1과 Zone 2 간에 중첩(overlap)이 발생한다. 또한, 상술한 바와 같이 비경쟁기반 RA(도 5에서 Zone 3)도 추가로 할당된다.

본 명세서는 제1 할당 기법/모드(즉, Method 1) 및 제2 할당 기법/모드(즉, Method 2) 중 하나로 결정되는 RA 프리앰블 할당 기법/모드를 UE로 지시하는 기지국을 제안한다. 할당 기법이 결정되면, UE는 가능한 프리앰블 중 하나를 선택한다. 예를 들어, UE가 경쟁기반의 RA를 수행하는 M2M UE이고, 제1 할당 기법/모드가 지시되는 경우, UE는 상술한 m개의 RA 프리앰블 중에서 해당 UE를 위한 RA 프리앰블을 선택한다.

기지국으로 하여금 적절한 RA 프리앰블 할당 모드를 결정하도록 하기 위해, 해당 기지국은, 상술한 arrived load에 관련된 RA 시도에 따른 도착률(arrival rate of RA attempts)을 추정하는 것이 바람직하다. 도착률을 추정하기 위해서는, 마지막으로 성공적으로 완료된 랜덤 엑세스 절차 과정에서 UE들에 의해 송신된 프리앰블의 개수를 지시하는 정부가 수집된다. 구체적으로, 기지국은 마지막으로 성공적으로 완료된 랜덤 엑세스 절차 과정에서 송신된 프리앰블의 개수에 대한 정보를 수신하는 것이 바람직하다. 또한, 기지국은 H2H RA 시도 및 M2M RA 시도에 대한 도착율을 추정하는 것이 더욱 바람직하다. H2H RA 시도에 대한 도착율은 H2H UE 들에 의해 송신된 RA 프리앰블의 개수를 기초로 추정될 수 있고, 이에 반해 M2M RA 시도에 대한 도착율은 M2M UE 들에 의해 송신된 RA 프리앰블의 개수를 기초로 추정될 수 있다.

도 6은 UE에게 RA 프리앰블 할당 모드를 지시하는 방법을 나타내는 절차흐름도이다. 도 6에 따르면, S610 단계에서, 기지국은 UE정보요청(UEInformationRequest) 메시지가 포함되고 'Rach-ReportReq' 필드가 'True'로 설정된 RRC 메시지를, 특정한 UE에 의해 송신된 RA 프리앰블의 개수를 획득하기 위해 송신한다. 상기 UE정보요청(UEInformationRequest) 메시지에 대응하여, S620 단계에서는 특정한 UE가 해당 UE에 의해 송신되는 프리앰블의 개수를 나타내는 'numberOfPreamblesSentT(i)' 필드가 포함된 'UEInformationResponse'가 포함된 RRC 메시지를 송신한다. 또한 'UEInformationResponse'는 직전 RA 절차에서 충돌/경합(contention)이 발생했는지 여부를 지시한다.

S610-S620 단계는 UE가 다른 종류의 UE들로부터 정보를 획득하기 위해 반복적으로 수행될 수 있다. 이런 과정을 통해, S630 단계에서 기지국은 다수의 UE에 송신된 프리앰블의 개수를 나타내는 T(i) 정보를 수집할 수 있다.

S640 단계에서 기지국은 도착률을 추정한다. 도착률을 추정하는 다양한 알고리즘이 존재하지만, 그 중 일례는 T(i)의 산술 평균(arithmetic mean), 프리앰블 전송의 성공 확률, 및 Poisson 가정에 기초하여 도착률을 추정할 수 있다. 구체적으로, 기지국은 T(i)의 산술 평균 T(즉, T=T(1)+ T(2)+...T(n) / n, n은 UE의 개수)을 계산한다. 만약 프리앰블 전송의 성공 확률이 'T=1/p (p는 프리앰블 전송의 성공확률을 나타냄)'의 관계를 만족한다고 가정하면 RA 시도/프리앰블 전송의 도착율(L)은 Poisson 가정에 의한 'p = L * exp (-L)'을 통해 추정될 수 있다.

도 7은 산술 평균 T(i) 및 RA 시도의 도착률 간의 관계를 나타내는 도면이다. 만약 산술 평균 T(i)가 결정되는 경우, 가능한 도착률은 도 7에 도시된 관계에 의해 결정될 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 도착률에 대한 해(solution)의 개수는 최대 2개일 수 있다. 만약 도착률에 대한 해가 존재하지 않는 경우, 기지국은 종전에 선택한 RA 프리앰블 할당 모드를 유지하고 UE로부터 UE 정보를 추가로 획득한다. 만약 산술 평균 T(i)가 T₂인 경우, 도착률 L은 2개로 결정될 수 있다. 만약 가능한 해가 2개인 경우, UE는 2개의 해 중에서 해당 도착률에 따른 RACH 쓰루풋이 높은 도착률을 최적의 도착률을 선택할 수 있다. 즉, UE는 도착률의 첫 번째 해에 따른 제1 RACH 쓰루풋을 추정하고, 도착률의 두 번째 해에 따른 제2 RACH 쓰루풋을 추정하고, 이 2개의 쓰루풋 값을 비교하여 최적의 도착률을 추정할 수 있다.

S640 단계에서는, 기지국이 H2H UE에 대한 도착률과 M2M UE에 대한 도착률을 별도로 추정하는 것이 바람직하다. 두 종류의 UE에 대한 도착률을 추정하기 위해, 기지국은 H2H UE에 대한 산술 평균 T(i)를 산출하고, M2M UE에 대한 산술 평균 T(i)를 산출한다. 이렇게 하여, 기지국은 H2H UE에 대한 도착률과 M2M UE에 대한 도착률을 획득한다.

S650 단계에서, 기지국은 상술한 Method 1 및 Method 2 중 어느 하나인 RA 프리앰블 할당 모드를 결정한다. S650 단계에서 RA 프리앰블 할당 모드는, H2H UE 및 M2M UE에 대한 도착률에 의해 추정되는 RACH 쓰루풋을 기초로 결정될 수 있다. 예를 들어, RA 시도에 관련된 파라미터(예를 들어, 특정 유형의 UE에 대한 도착률 및 할당된 프리앰블의 개수)가 주어진 상황에서, 만약 Method 1에 따른 RACH 쓰루풋이 Method 2에 따른 쓰루풋보다 우수한 경우, 기지국은 Method 1을 적절한 RA 프리앰블 할당 모드로 선택할 수 있다.

RA 프리앰블 할당 모드를 결정하는 경우, 특정한 유형의 UE를 위해 할당되는 RA 프리앰블의 개수는 S650 단계에서 결정될 수 있다. 예를 들어, 기지국에 의해 Method 1이 선택되는 경우, M2M UE 만을 위한 RA 프리앰블의 개수와 H2H UE 만을 위한 RA 프리앰블의 개수가 추가로 결정된다. 만약 기지국에 의해 Method 2가 선택되는 경우, M2M UE와 H2H UE가 공통으로 사용하는 RA 프리앰블의 개수 및 H2H UE가 전용으로 사용하는 RA 프리앰블의 개수가 추가로 결정된다.

상술한 바와 같이, RA 프리앰블 할당 모드는 RACH 쓰루풋을 기초로 선택될 수 있다. RACH 쓰루풋은 도착률 및 프리앰블의 개수와 같은 다양한 변수에 의해 영향을 받는다. 기지국은 적절한 RA 프리앰블 할당 모드를 결정하기 위해 RACH 쓰르풋과 다양한 변수 간의 관계를 추정하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 기지국은 RACH 쓰르풋과 프리앰블의 개수 간의 관계를 추정하고, 선택된 기법(Method 1/2)을 위해 사용되는 최적의 프리앰블 개수와 함께 특정 기법(Method 1/2)을 선택한다.

이하, H2H 및 M2M UE에 대한 도착률이 정해진 경우 RACH 쓰루풋과 프리앰블의 개수 간의 관계를 설명한다. 도 8 내지 도 29는 기설정된 환경에서 Method 1 및 Method 2에 따른 RACH 쓰르풋을 설명한 도면이다. 도 8 내지 도 29는 Method 1의 RACH 쓰르풋(실선으로 표시) 및 Method 2의 RACH 쓰르풋(점선으로 표시)을 표시한다. 구체적으로, 도 8 내지 도 11은 H2H UE의 RA 시도에 대한 도달률이 0.01로 설정되는 경우의 일례이다. 변수 m은 Method 1에서 M2M UE를 위해 사용되는 프리앰블의 개수인 m은, 도 8, 9, 10 및 11에서 각각 1, 2, 4, 8로 설정된다.

도 12 내지 도 15는 H2H UE의 RA 시도에 대한 도달률이 0.1로 선택된 경우의 일례이다. Method 1에서 M2M UE를 위해 사용되는 프리앰블의 개수를 나타내는 변수 m은, 도 12, 13, 14 및 15에서 각각 1, 2, 4, 8로 설정된다.

도 16 내지 도 19는 H2H UE의 RA 시도에 대한 도달률이 1로 선택된 경우의 일례이다. Method 1에서 M2M UE를 위해 사용되는 프리앰블의 개수를 나타내는 변수 m은, 도 16, 17, 18 및 19에서 각각 1, 2, 4, 8로 설정된다.

각각의 일례에서, Method 2에서 H2H UE 및 M2M UE를 위해 공통으로 사용되는 프리앰블의 개수를 나타내는 변수 x는, Method 2에서 M2M UE가 Method 1 상에서의 M2M UE와 동일한 수준의 쓰루풋을 가질 수 있도록, Method 1 상에서의 M2M UE를 위해 사용되는 변수 m에 상응하도록 설정된다. 일반적으로, 변수 x는 변수 m보다 크다. 변수 x와 RACH 쓰르풋의 구체적인 관계는 이하에서 설명하는 수식 1 내지 수식 16을 기초로 설명된다.

도 8 내지 도 19에서는, M2M RA 시도가 적지만 Method 2가 Method 1에 비해 쓰루풋을 심각하게 감퇴시키는 경우, Method 2가 Method 1에 비해 무시할만큼 작은 수준으로 개선된 성능을 보이는 일례를 설명했다. 즉, H2H RA 시도에 대한 도착률이 가능한 RACH 기회의 2% 수준보다 더 작은 경우에는 Method 1이 적절한 RA 프리앰블 할당 기법으로 선택되었다.

도 20 내지 도 23은 H2H UE의 RA 시도에 대한 도달률이 10으로 선택된 경우의 일례이다. Method 1에서 M2M UE를 위해 사용되는 프리앰블의 개수를 나타내는 변수 m은, 도 20, 21, 22 및 23에서 각각 1, 2, 4, 8로 설정된다.

도 24 내지 도 25는 H2H UE의 RA 시도에 대한 도달률이 20으로 선택된 경우의 일례이다. Method 1에서 M2M UE를 위해 사용되는 프리앰블의 개수를 나타내는 변수 m은, 도 24 및 25에서 각각 1, 8로 설정된다.

도 26 내지 도 27은 H2H UE의 RA 시도에 대한 도달률이 40으로 선택된 경우의 일례이다. Method 1에서 M2M UE를 위해 사용되는 프리앰블의 개수를 나타내는 변수 m은, 도 26 및 27에서 각각 1, 8로 설정된다.

도 28 내지 도 29는 H2H UE의 RA 시도에 대한 도달률이 60으로 선택된 경우의 일례이다. Method 1에서 M2M UE를 위해 사용되는 프리앰블의 개수를 나타내는 변수 m은, 도 28 및 29에서 각각 1, 8로 설정된다.

각각의 일례에서, Method 2에서 H2H UE 및 M2M UE를 위해 공통으로 사용되는 프리앰블의 개수를 나타내는 변수 x는, Method 2에서 M2M UE가 Method 1 상에서의 M2M UE와 동일한 수준의 쓰루풋을 가질 수 있도록, Method 1 상에서의 M2M UE를 위해 사용되는 변수 m에 상응하도록 설정된다. 일반적으로, 변수 x는 변수 m보다 크다.

도 20 내지 도 29에서 도시된 일FP는 H2H RA 시도가 M2M RA 시도에 비해 더 집중되는 경우와 같은 비일상적 상황에서 Method 1과 Method 2의 쓰르풋을 도시한 일례이다. 예를 들어 (60을 초과하지 않고) 54가 (변수 m으로 표시되는) 가능한 RACH 프리앰블의 현실적인 값인 경우, Method 1에서 M2M UE에 독점적으로 할당된 RACH 프리앰블의 개수는 H2H UE의 쓰루풋 특성에 영향을 미친다. 그러나 변수 m의 변화에 따라 쓰루풋이 변하는 민감도는 상대적으로 무시할 수 있을 정도로 작다. 대신, H2H RA 시도의 도착률의 변화에 의해 영향을 받는 Method 2 상에서의 쓰르풋 특성의 민감도는 도시된 바와 같이 상대적으로 크다.

도 20 내지 도 29의 일례에서, 다른 경우에서는 Method 1의 쓰루풋이 나았지만, 특정한 경우에는 Method 2의 쓰루풋이 보다 나았다. 기지국은 각 방법에 따른 쓰르풋을 기초로 Method 1/2 중 하나를 적절한 RA 프리앰블 할당 모드로 결정할 수 있다.

도 4 내지 도 5에서 설명된 바와 같이, 기지국은 적절한 프리앰블 할당 모드를 결정하고, Zone 1과 Zone 2 간의 경계를 결정한다. S650 단계에서 기지국은 프리앰블 할당 모드를 결정하고, Zone 1과 Zone 2 간의 경계를 결정한 다음, 관련 정보를 SIB 2에 포함시켜 UE에게 전송한다.

비록 SIB2에 포함되는 정보 요소의 포맷은 변경될 수 있지만, 본 명세서는 표준 문서 - 3GPP TS 36.331 V10.0.0 (2010-12) - 상의 'RACH-ConfigCommon' 정보 요소의 콘텍스트를 기반으로 SIB2에 포함되는 관련 정보 요소의 일례를 하기와 같이 제안한다.

-- ASN1START

RACH-ConfigCommon ::= SEQUENCE {

preambleInfo SEQUENCE {

numberOfRA-Preambles ENUMERATED {

n4, n8, n12, n16 ,n20, n24, n28,n32, n36, n40, n44, n48, n52, n56,n60, n64},

numberOfRA-MTCPreambles ENUMERATED

{n0, n1, n2, n4, n8, n16, n32, n64},

preamblesGroupAConfig SEQUENCE {

sizeOfRA-PreamblesGroupA ENUMERATED {

n4, n8, n12, n16 ,n20, n24, n28, n32, n36, n40, n44, n48, n52, n56, n60},

messageSizeGroupA ENUMERATED

{b56, b144, b208, b256},

messagePowerOffsetGroupB ENUMERATED {

minusinfinity, dB0, dB5, dB8, dB10, dB12, dB15, dB18},

...

} OPTIONAL-- Need OP

},

powerRampingParameters SEQUENCE {

powerRampingStep ENUMERATED {dB0, dB2,dB4, dB6},

preambleInitialReceivedTargetPower ENUMERATED {

dBm-120, dBm-118, dBm-116, dBm-114, dBm-112, dBm-110, dBm-108, dBm-106, dBm-104, dBm-102, dBm-100, dBm-98, dBm-96, dBm-94, dBm-92, dBm-90}

},

ra-SupervisionInfo SEQUENCE {

preambleTransMax ENUMERATED {

n3, n4, n5, n6, n7, n8, n10, n20, n50, n100, n200},

ra-ResponseWindowSize ENUMERATED {

sf2, sf3, sf4, sf5, sf6, sf7, sf8, sf10},

mac-ContentionResolutionTimer ENUMERATED {

sf8, sf16, sf24, sf32, sf40, sf48, sf56, sf64}

},

maxHARQ-Msg3Tx INTEGER (1..8),

...

typeOfMethod ENUMERATED {

m1, m2, m3, m4,

},

}

-- ASN1STOP

상술한 일례에서, 'numberOfRA-Preambles' 필드는 H2H UE에 의해 사용되는 프리앰블의 개수를 지시하고, 'numberOfRA-MTCPreambles' 필드는 M2M UE에 의해 공통으로 사용되는 프리앰블의 개수를 지시한다. 'typeOfMethod' 필드는 기지국에 의해 선택되는 RA 프리앰블 할당 모드를 지시한다. 예를 들어 m1은 Method 1을 나타내고, m2는 Method 2를 나타낼 수 있다. m3/m4 등은 향후 목적을 위해 예약될 수 있다.

이하 도 8 내지 도 29 상에서 Method 1 및 Method 2의 RACH 쓰루풋을 분석한 특징을 구체적으로 설명한다. 쓰르풋 분석에 관련된 파라미터는 하기와 같이 정의된다.

RA 시도에 따른 도착률

, RACH 기회의 개수

, RACH 쓰르풋

는, Arrival process가 Poisson 가정에 따른다는 전제하에 이하와 같은 수학식으로 모델링될 수 있다.

이에 따라, Method 1을 위한 H2H 및 M2M의 RACH 쓰르풋은 하기 수학식과 같이 표시될 수 있다.

이에 따라, Method 1에서 RACH 쓰르풋은 하기 수학식과 같이 표시될 수 있다.

Method 2에서, H2H(Class 1으로 표시됨)로부터의 RA 시도는 Zone 1에 속하는 프리앰블을 사용한 것으로 가정된다. 오직

의 시도가 Zone 1 상에 도착하고, M2M(Class 2로 표시됨)로부터 시도된 나머지는 Zone 2에 도착한다. 이에 따라 Zone 1 및 Zone 2 상에서의 RA 시도의 도착률은 각각 하기 수학식으로 정의된다.

이에 따라 Zone 2를 위한 RACH 쓰르풋은 하기 수학식과 같이 각각 정의될 수 있다.

RACH 쓰르풋

중에서 M2M에 대한 부분은 하기와 같은 수학식으로 정의될 수 있다.

그러나 H2H 부분은 하기와 같은 수학식으로 정의될 수 있다.

이하, 쓰르풋을 비교하고, H2H 및 M2M을 위한 프리앰블의 개수를 결정하는 특징을 설명한다. Method 1 상의 Zone 2에 할당된 어떠한 개수의 프리앰블에 대해서, 즉 주어진 m에 대해서, M2M을 위한 RACH 스루풋과 동일한 수준의 쓰르풋을 제공하기 위해, Method 2의 Zone 2를 위한 프리앰블의 개수는

와 같이 표시되고, 하기와 같은 수학식으로 설명될 수 있다.

이 수식에서

는 x에 관한 함수로 표현되고, T₁₂ 는 주어진 m 값에 대한 스칼라 값으로 표현된다.

의 값은 하기 수학식에 의해 정의될 수 있다.

일반적으로, M2M을 위한 RACH 쓰루풋이 특정한 임계치

보다 작으면 안된다는 엄격한 요구사항이 적용되는 경우, 이러한 요구사항을 만족하는 프리앰블의 개수는 하기와 같은 수학식으로 주어질 수 있다.

상기 수식의 정수 해는 하기와 같은 수식으로 간략하게 표현될 수 있다.

프리앰블이 Method 2에서 Zone 2에 할당되어, Method 2 에서의 M2M RACH 쓰르풋이 Method 1에 대응된다고 전제하는 경우, H2H RACH 쓰르풋은 양 방법에 대해 비교될 수 있다. H2H RACH요청은 양 Zone에 할당된 프리앰블 중 하나를 사용하는 것으로 전제되기 때문에 H2H RACH 쓰루풋은 하기와 같은 수학식으로 주어질 수 있다.

하기 수학식은

을 획득하기 위해 사용될 수 있다.

상기 수학식으로부터 하기의 수학식이 추가로 획득될 수 있다.

최종적으로,

는 하기와 같은 수학식으로 획득될 수 있다.

과

는 비교될 수 있다.

상술한 바에 따라, H2H RACH 쓰루풋은 하기와 같이 정해질 수 있다.

상술한 바와 같이, Method 1 및 Method 2의 쓰루풋 성능한 다양한 파라미터에 영향을 받는다. 이하의 일례에서, 기지국은 UE를 위해 54개의 프리앰블을 할당하는 것으로 가정된다. 구체적으로, Method 1의 경우, H2H UE는 49개의 프리앰블을 사용하고, M2M UE는 5개의 프리앰블을 사용하는 것으로 가정된다. Method 2의 경우, H2H UE는 54개 중 하나의 프리앰블을 사용하고, M2M UE는 수학식 8에 의해 정해지는 개수에 따른 프리앰블 중 하나를 사용하는 것으로 가정된다.

도 30 내지 도 32는 M2M UE의 RA 시도에 대한 도착률의 변화에 따라 H2H UE의 RACH 쓰르풋을 나타낸 도면이다. H2H UE의 RA 시도에 대한 도착률은, 도 30-32에서 각각, 1, 10, 100으로 설정되었다.

도 30에 따라, H2H UE들의 RA 시도에 대한 도착률은 1로 설정되고(λ₁=1), M2M RA 시도에 대한 도착률이 0.1(Erlangs) 보다 작은 경우, Method 2는 보다 나은 성능을 보인다. 그러나, Method 2는 M2M RA 시도의 도착률이 0.1보다 큰 경우에는 쓰르풋이 감소한다. 만약 AC 바링이 적용되는 경우, AC 바링 체크 절차에서 관찰되는 Binomial 시도로 인해, 도착률은 시간에 따라 변하게 된다.

도 31을 참조하면, Method 2의 쓰르풋은 λ₂<1 인 경우, Method 1 에 비해 대략 2.5% 개선되지만, 다른 경우에는 Method 2의 성능이 9% 정도 감퇴한다. λ₁=1 이고 도착률이 1인 종전의 2개의 일례에서는, Method 2가 적용되는 경우 쓰르풋의 감소가 더 컸다.

도 32는, H2H의 도달률이 매우 큰 이례적인 경우(λ₁=100 )에 관한 것이다. 이러한 이례적 경우에는 Method 2는 Method 1에 비해 더 나은 성능을 보인다. 도 32를 참조하면, H2H UE의 성능은, λ₂=10인 상황에서 계곡과 같은 형상을 가진다. 이것은 수학식 16에서 표시된 x가 Zone 1과 Zone 2에서 감소하고 증가하는 특성을 보이는 것이 종합적으로 반경 되었기 때문이다.

도 33-35는 M2M RA 시도에 대한 도착률이 정적인 경우 H2H RA 시도에 대한 도착률의 변화에 따른 쓰르풋 성능을 나타낸 도면이다. 도 33-35를 참조하면, H2H RA 시도에 대한 도착률이 10(Erlangs) 보다 작은 경우와 같이 실제 있을 수 있는 경우에는, Method 2는 Method 1보다 약간 뒤지는 성능을 보인다. 도 33-35에서 오직 H2H RA 시도가 M2M RA 시도에 비해 훨씬 많은 경우에만, Method 2가 우수한 성능을 보인다. 그러나 이 경우는 드문 경우라 할 수 있다.

도 36은 프리앰블 할당 모드를 지정하는 방법의 일례를 나타내는 절차흐름도이다. 도 36의 일례는 H2H UE와 M2M UE와 통신하는 기지국에 적용될 수 있다. S3010-S3020 단계에서 기지국은 H2H UE들에 대한 UE 정보 요청 메시지를 송신하고, H2H UE들에 대한 UE 정보 응답 메시지를 수신한다. UE 정보 응답 메시지는 마지막으로 성공적으로 완료된 렌덤 엑세스 절차에서 H2H UE들에 의해 송신된 프리앰블의 개수에 대한 정보를 포함한다.

S3030-S3040 단계에서 기지국은 M2M UE들에 대한 UE 정보 요청 메시지를 송신하고, M2M UE들에 대한 UE 정보 응답 메시지를 수신한다. UE 정보 응답 메시지는 마지막으로 성공적으로 완료된 렌덤 엑세스 절차에서 M2M UE들에 의해 송신된 프리앰블의 개수에 대한 정보를 포함한다.

S3050-S3060 단계에서, 기지국은 H2H RA 시도에 대한 제1 도착률과 M2M RA 시도에 대한 제2 도착률을 추정하고, 그에 따라 RA 프리앰블 할당 모드(Method 1 또는 Method 2)를 결정하고, 도착률을 기초로 Zone 1 및 Zone 2 간의 경계를 결정한다. 상술한 바와 같이, RA 프리앰블은 Method 1에 따라 H2H UE와 M2M UE 간에 중복이 없이 할당되거나 Method 2에 따라 일부 중복을 허용하면서 할당된다.

최종적으로, S3070 단계에서, 기지국은 할당 모드에 대한 정보 및 H2H 또는 M2M 통신을 위한 프리앰블 개수에 대한 정보를 SIB2에 포함시켜 UE로 방송한다.

도 36의 방법의 구체적 순서는 설명의 목적으로 도시되었다. 따라서 프리앰블을 할당하는 모드에 관한 방법의 순서는 이와 다르게 구현될 수 있고, 도 36에 제한되지 않는다.

도 37은 상술한 일례가 적용되는 무선장치의 일례를 나타낸다. 이러한 장치는 UE의 일부로서 구현될 수 있고, 또한 eNB, HeNB, HNB의 일부로 구현될 수 있다. CN(core network)의 일부로 구현될 수 있다. 무선장치(1000)는 프로세서(1010), 메모리(1020), RF(radio frequency) 유닛(1030)을 포함할 수 있다.

프로세서(1010)은 상술한 기능, 절차, 방법들을 구현하도록 설정될 수 있다. 라디오 인터페이스 프로토콜(radio interface protocol)의 계층(layer)들은 프로세서에 구현될 수 있다. 프로세서(1010)는 상술한 바와 같이 백오프의 하위 경계를 결정되기 위해 사용될 수 있다. 메모리(1020)는 프로세서(1010)와 동작적으로 연결되고, RF 유닛(1030)은 상기 프로세서(1010)에 또한 동작적으로 연결된다.

프로세서(1010)는 ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로 및/또는 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 메모리(1020)는 ROM(read-only memory), RAM(random access memory), 플래쉬 메모리, 메모리 카드, 저장 매체 및/또는 다른 저장 장치를 포함할 수 있다. RF부(1030)는 무선 신호를 처리하기 위한 베이스밴드 회로를 포함할 수 있다. 실시예가 소프트웨어로 구현될 때, 상술한 기법은 상술한 기능을 수행하는 모듈(과정, 기능 등)로 구현될 수 있다. 모듈은 메모리(1020)에 저장되고, 프로세서(1010)에 의해 실행될 수 있다. 메모리(1020)는 프로세서(1010) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 널리 알려진 다양한 수단으로 프로세서(1010)와 연결될 수 있다.

상술한 일례들에 기초하여 본 명세서에 따른 다양한 기법들이 도면과 도면 부호를 통해 설명되었다. 설명의 편의를 위해, 각 기법들은 특정한 순서에 따라 다수의 단계나 블록들을 설명하였으나, 이러한 단계나 블록의 구체적 순서는 청구항에 기재된 발명을 제하하는 것이 아니며, 각 단계나 블록은 다른 순서로 구현되거나, 또 다른 단계나 블록들과 동시에 수행되는 것이 가능하다. 또한, 통상의 기술자라면 간 단계나 블록이 한정적으로 기술된 것이나 아니며, 발명의 보호 범위에 영향을 주지 않는 범위 내에서 적어도 하나의 다른 단계들이 추가되거나 삭제되는 것이 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다.

상술한 실시예는 다양한 일례를 포함한다. 통상의 기술자라면 발명의 모든 가능한 일례의 조합이 설명될 수 없다는 점을 알 것이고, 또한 본 명세서의 기술로부터 다양한 조합이 파생될 수 있다는 점을 알 것이다. 따라서 발명의 보호범위는, 이하 청구항에 기재된 범위을 벗어나지 않는 범위 내에서, 상세한 설명에 기재된 다양한 일례를 조합하여 판단해야 할 것이다.

Claims

무선 통신 시스템에서 랜덤 엑세스 프리앰블(random access preamble)을 결정하는 방법에서, 기지국에 의해 수행되는 방법에 있어서,
제1 유형의 사용자 장치(user equipment; UE)로 제1 UE 정보 요청 메시지를 송신하는 단계;
상기 제1 UE 정보 요청 메시지에 대응하여 상기 제1 유형의 사용자 장치(UE)로부터, 마지막으로 성공적으로 완료된 랜덤 엑세스 절차 과정에서 상기 제1 유형의 사용자 장치(UE)에 의해 송신된 프리앰블의 개수를 지시하는 제1 UE 정보 응답 메시지를 수신하는 단계;
상기 제1 유형의 사용자 장치(UE)와는 상이한 유형의 제2 유형의 사용자 장치(UE)로 제2 UE 정보 요청 메시지를 송신하는 단계;
상기 제2 UE 정보 요청 메시지에 대응하여 상기 제2 유형의 사용자 장치(UE)로부터, 마지막으로 성공적으로 완료된 랜덤 엑세스 절차 과정에서 상기 제2 유형의 사용자 장치(UE)에 의해 송신된 프리앰블의 개수를 지시하는 제2 UE 정보 응답 메시지를 수신하는 단계;
상기 제1 유형의 사용자 장치(UE)를 위한 제1 도착률(arrival rate) 및 상기 제2 유형의 사용자 장치(UE)를 위한 제2 도착률(arrival rate)을 추정하는 단계;
상기 제1 도착률 및 제2 도착률을 기초로, 랜덤 엑세스 프리앰블 할당 모드를 결정하되, 상기 랜덤 엑세스 프리앰블 할당 모드는, 상기 제1 유형의 사용자 장치(UE)와 상기 제2 유형의 사용자 장치(UE)가 중복 없이 랜덤 엑세스 프리앰블을 할당 받는 제1 할당 모드와, 상기 제1 유형의 사용자 장치(UE)와 상기 제2 유형의 사용자 장치(UE)가 일부 중복을 통해 랜덤 엑세스 프리앰블을 할당 받는 제2 할당 모드를 포함하고, 상기 제1 유형의 사용자 장치(UE)에 할당되는 랜덤 엑세스 프리앰블의 개수 및 상기 제2 유형의 사용자 장치(UE)에 할당되는 랜덤 엑세스 프리앰블의 개수는 상기 제1 도착률과 상기 제2 도착률을 기초로 결정되는 단계; 및
상기 결정된 랜덤 엑세스 프리앰블 할당 모드를 지시하는 제1 정보 요소, 및 상기 제1 유형의 사용자 장치(UE)에 할당되는 랜덤 엑세스 프리앰블의 개수와 상기 제2 유형의 사용자 장치(UE)에 할당되는 랜덤 엑세스 프리앰블의 개수를 지시하는 제2 정보 요소를 포함하는 RRC(radio resource control) 메지시를 방송하는 단계
를 포함하는
방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 유형의 사용자 장치(UE)는 H2H(human-to-human) 통신에 관련되고, 상기 제2 유형의 사용자 장치(UE)는 M2M(machine-to-machine) 통신에 관련되는
방법.
제1항에 있어서, 상기 RRC 메시지는 SIB2(system information block type 2)인
방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 UE 정보 요청 메시지 및 상기 제2 UE 정보 요청 메시지는 상기 기지국의 RRC 계층에 의해 송신되는
방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 도착률은 상기 제1 유형의 사용자 장치(UE)에 의해 송신된 프리앰블의 개수의 평균 값을 기초로 추정되는
방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 도착률은 프리앰블 전송의 성공 확률을 기초로 추정되는
방법.
무선 통신 시스템에서 랜덤 엑세스 프리앰블(random access preamble)을 결정하는 기지국에서 있어서,
제1 유형의 사용자 장치(user equipment; UE)로 제1 UE 정보 요청 메시지를 송신하고;
상기 제1 UE 정보 요청 메시지에 대응하여 상기 제1 유형의 사용자 장치(UE)로부터, 마지막으로 성공적으로 완료된 랜덤 엑세스 절차 과정에서 상기 제1 유형의 사용자 장치(UE)에 의해 송신된 프리앰블의 개수를 지시하는 제1 UE 정보 응답 메시지를 수신하고;
상기 제1 유형의 사용자 장치(UE)와는 상이한 유형의 제2 유형의 사용자 장치(UE)로 제2 UE 정보 요청 메시지를 송신하고;
상기 제2 UE 정보 요청 메시지에 대응하여 상기 제2 유형의 사용자 장치(UE)로부터, 마지막으로 성공적으로 완료된 랜덤 엑세스 절차 과정에서 상기 제2 유형의 사용자 장치(UE)에 의해 송신된 프리앰블의 개수를 지시하는 제2 UE 정보 응답 메시지를 수신하고;
상기 제1 유형의 사용자 장치(UE)를 위한 제1 도착률(arrival rate) 및 상기 제2 유형의 사용자 장치(UE)를 위한 제2 도착률(arrival rate)을 추정하고;
상기 제1 도착률 및 제2 도착률을 기초로, 랜덤 엑세스 프리앰블 할당 모드를 결정하되, 상기 랜덤 엑세스 프리앰블 할당 모드는, 상기 제1 유형의 사용자 장치(UE)와 상기 제2 유형의 사용자 장치(UE)가 중복 없이 랜덤 엑세스 프리앰블을 할당 받는 제1 할당 모드와, 상기 제1 유형의 사용자 장치(UE)와 상기 제2 유형의 사용자 장치(UE)가 일부 중복을 통해 랜덤 엑세스 프리앰블을 할당 받는 제2 할당 모드를 포함하고, 상기 제1 유형의 사용자 장치(UE)에 할당되는 랜덤 엑세스 프리앰블의 개수 및 상기 제2 유형의 사용자 장치(UE)에 할당되는 랜덤 엑세스 프리앰블의 개수는 상기 제1 도착률과 상기 제2 도착률을 기초로 결정되고;
상기 결정된 랜덤 엑세스 프리앰블 할당 모드를 지시하는 제1 정보 요소, 및 상기 제1 유형의 사용자 장치(UE)에 할당되는 랜덤 엑세스 프리앰블의 개수와 상기 제2 유형의 사용자 장치(UE)에 할당되는 랜덤 엑세스 프리앰블의 개수를 지시하는 제2 정보 요소를 포함하는 RRC(radio resource control) 메지시를 방송하도록 설정되는
제어부를 포함하는
기지국.
제7항에 있어서,
상기 제1 유형의 사용자 장치(UE)는 H2H(human-to-human) 통신에 관련되고, 상기 제2 유형의 사용자 장치(UE)는 M2M(machine-to-machine) 통신에 관련되는
기지국.
제7항에 있어서, 상기 RRC 메시지는 SIB2(system information block type 2)인
기지국.
제7항에 있어서, 상기 제1 UE 정보 요청 메시지 및 상기 제2 UE 정보 요청 메시지는 상기 기지국의 RRC 계층에 의해 송신되는
기지국.
제7항에 있어서, 상기 제1 도착률은 상기 제1 유형의 사용자 장치(UE)에 의해 송신된 프리앰블의 개수의 평균 값을 기초로 추정되는
기지국.
제7항에 있어서, 상기 제1 도착률은 프리앰블 전송의 성공 확률을 기초로 추정되는
기지국.