KR20090076260A - 경합 기반의 랜덤 액세스 수행방법 - Google Patents

경합 기반의 랜덤 액세스 수행방법 Download PDF

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Abstract

경합 기반의 랜덤 액세스 수행방법을 제공한다. 상기 방법은 랜덤 액세스 프리앰블을 기지국으로 전송하는 단계, 상기 랜덤 액세스 프리앰블에 대한 응답으로 타이밍 옵셋 정보를 포함하는 랜덤 액세스 응답을 상기 기지국으로부터 수신하는 단계, 및 상기 타이밍 옵셋 정보와 상기 기지국으로부터 수신되는 신호의 세기간의 상관관계가 성립되는 경우, 랜덤 액세스 경합에서 선순위인 경우 무선자원 전송 메시지를 상기 기지국으로 전송하는 단계를 포함한다. 랜덤 액세스 경합이 발생한 경우 단말간의 충돌을 방지하고 상향링크 채널을 할당받을 때까지의 지연시간을 줄일 수 있다.
랜덤 액세스, 프리앰블, random access, timing alignment(TA), timing advance, contention, collision

Description

경합 기반의 랜덤 액세스 수행방법{Method of Performing Contention Based Random Access Procedure}
본 발명은 무선통신에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 경합 기반의 랜덤 액세스 수행방법에 관한 것이다.
WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access) 무선 액세스 기술을 기반으로 하는 3GPP(3rd Generation Partnership Project) 이동통신 시스템은 전세계에서 광범위하게 전개되고 있다. WCDMA의 첫번째 진화 단계로 정의할 수 있는 HSDPA(High Speed Downlink Packet Access)은 중기적인(mid-term) 미래에서 높은 경쟁력을 가지는 무선 액세스 기술을 3GPP에 제공한다. 그러나 사용자와 사업자의 요구 사항과 기대가 지속적으로 증가하고 경쟁하는 무선 액세스 기술 개발이 계속 진행되고 있으므로 향후 경쟁력을 가지기 위해서는 3GPP에서의 새로운 기술 진화가 요구된다.
이에 따라 3GPP는 고품질의 서비스를 제공하면서도 비용을 획기적으로 줄일 수 있는 무선 전송 기술 개발을 목적으로 "Evolved UTRA and UTRAN"이라는 연구 과제를 2004년 말부터 착수하였다. 이 3G 장기 진화(Long Term Evolution; 이하 LTE) 과제는 커버리지 확장 및 시스템 용량 개선뿐만 아니라 사용자와 사업자의 비용을 줄이고 서비스 품질을 개선하는 것을 목표로 한다. 3G LTE는 비트당 비용 감소, 서비스 가용성 증대, 융통성 있는 주파수 밴드의 사용, 단순 구조와 개방형 인터페이스 및 단말의 적절한 파워 소모를 상위 레벨 요구사항으로 정의하고 있다.
일반적으로 하나의 셀에는 하나의 기지국이 배치된다. 하나의 셀에는 다수의 단말이 위치할 수 있다. 일반적으로 단말이 망(network)에 접속하기 위해 랜덤 액세스 과정을 거친다. 랜덤 액세스 과정은 상향 전송 채널인 RACH(Random Access Channel)을 통해 이루어진다. RACH를 통해 단말이 망으로 초기 제어메시지를 전송한다. RACH를 이용하는 목적으로는 단말이 망과 시간 동기를 맞추기 위한 것과 단말이 상향링크로 데이터 전송이 필요한데 상기 데이터를 전송할 상향링크의 무선자원이 없는 경우에 무선자원(Radio Resource)을 획득하기 위한 것이다.
3G LTE는 한정된 무선자원을 다수의 단말이 사용하는 통신 시스템이다. 단말이 상향링크 전송을 하기 위해서는 기지국에 무선자원 할당을 요청해야 한다. 그러나 단말은 다른 단말의 상태를 알 수 없으므로, 동시에 같은 주파수에 대해서, 다수의 단말이 무선자원 할당을 요청하는 경우가 발생할 수 있다. 이때 다수의 단말들은 무선자원을 획득하기 위해 경합하게 되고, 오직 하나의 단말만이 무선자원 획득에 성공한다. 이 과정을 경합해결(contention resolution) 방식이라 한다.
초기 접속 과정에서 다수의 단말 간에 충돌이 발생하여 접속 시간의 지연 등이 발생할 수 있다. 단말 간의 충돌을 방지하고, 단말이 효율적으로 기지국으로 접속되도록 하기 위한 방안이 필요하다.
본 발명의 기술적 과제는 경합 기반의 랜덤 액세스 수행방법을 제공함에 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면 경합 기반의 랜덤 액세스 수행방법을 제공한다. 상기 방법은 랜덤 액세스 프리앰블을 기지국으로 전송하는 단계, 상기 랜덤 액세스 프리앰블에 대한 응답으로 타이밍 옵셋 정보를 포함하는 랜덤 액세스 응답을 상기 기지국으로부터 수신하는 단계, 및 상기 타이밍 옵셋 정보와 상기 기지국으로부터 수신되는 신호의 세기간의 상관관계가 성립되는 경우, 랜덤 액세스 경합에서 선순위인 경우 무선자원 전송 메시지를 상기 기지국으로 전송하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면 경합 기반의 랜덤 액세스 수행방법을 제공한다. 상기 방법은 랜덤 액세스 프리앰블을 기지국으로 전송하는 단계, 상기 랜덤 액세스 프리앰블에 대한 응답으로 타이밍 옵셋 정보를 포함하는 랜덤 액세스 응답을 상기 기지국으로부터 수신하는 단계, 및 상기 타이밍 옵셋 정보와 상기 기지국으로부터 수신되는 신호의 세기간의 상관관계가 성립되지 않는 경우, 랜덤 액세스 경합에서 후순위인 경우 랜덤 액세스 프리앰블을 기지국으로 전송하는 단계를 포함한다.
랜덤 액세스 경합이 발생한 경우 단말간의 충돌을 방지하고 상향링크 채널을 할당받을 때까지의 지연시간을 줄일 수 있다.
도 1은 무선 통신 시스템을 나타낸 블록도이다. 이는 E-UMTS(Evolved- Universal Mobile Telecommunications System)의 망 구조일 수 있다. E-UMTS 시스템은 LTE(Long Term Evolution) 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, NB(NodeB), 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.
도 2는 E-UTRAN과 EPC 간의 기능 분할(functional split)을 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하면, 빗금친 블록은 무선 프로토콜 계층(radio protocol layer)을 나타내고, 빈 블록은 제어 평면의 기능적 개체(functional entity)를 나타낸다.
기지국은 다음과 같은 기능을 수행한다. (1) 무선 베어러 제어(Radio Bearer Control), 무선 허가 제어(Radio Admission Control), 연결 이동성 제어(Connection Mobility Control), 단말로의 동적 자원 할당(dynamic resource allocation)와 같은 무선 자원 관리(Radio Resource Management; RRM) 기능, (2) IP(Internet Protocol) 헤더 압축 및 사용자 데이터 스트림의 해독(encryption), (3) S 게이트웨이로의 사용자 평면 데이터의 라우팅(routing), (4) 페이징(paging) 메시지의 스케줄링 및 전송, (5) 브로드캐스트(broadcast) 정보의 스케줄링 및 전송, (6) 이동성과 스케줄링을 위한 측정과 측정 보고 설정.
MME는 다음과 같은 기능을 수행한다. (1) 기지국들로 페이징 메시지의 분산, (2) 보안 제어(Security Control), (3) 아이들 상태 이동성 제어(Idle State Mobility Control), (4) S 베어러 제어, (5) NAS(Non-Access Stratum) 시그널링의 암호화(Ciphering) 및 무결 보호(Integrity Protection).
S 게이트웨이는 다음과 같은 기능을 수행한다. (1) 페이징에 대한 사용자 평면 패킷의 종점(termination), (2) 단말 이동성의 지원을 위한 사용자 평면 스위칭.
한편, 단말과 기지국 사이의 무선 인터페이스 프로토콜(radio interface protocol)의 계층에는 물리 계층(physical layer), MAC(Medium Access Control) 계층, RLC(Radio Link Control) 계층, PDCP(Packet Data Convergence Protocol) 계층, RRC(Radio Resource Control) 계층이 있다.
상기 무선 인터페이스 프로토콜의 계층들은 통신시스템에서 널리 알려진 개방형 시스템간 상호연결 (Open System Interconnection; 이하 OSI) 모델의 하위 3개 계층을 바탕으로 L1(제1 계층), L2(제2 계층), L3(제3 계층)로 구분될 수 있다. OSI 모델과 비교할 때, 물리 계층은 L1에 해당하고, 그 상위의 MAC 계층 및 RLC 계층은 L2에 해당하며, RRC 계층은 L3에 해당한다. 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 간에 무선 자원을 제어하는 역할을 수행한다. 이를 위해 RRC 계층은 단말과 망간에 RRC 메시지를 서로 교환한다. RRC 계층은 기지국(20)과 S-GW(30) 등 망 노드들에 분산되어 위치할 수 있고, 기지국(20) 또는 S-GW(30)에만 위치할 수도 있다.
상기 무선 인터페이스 프로토콜의 계층구조는 단말과 E-UTRAN에서 동일하게 적용될 수 있는데, 단말에서는 이 모든 프로토콜들이 하나의 개체 안에 들어가지만, E-UTRAN에서는 각 망 구성 요소별로 분산될 수 있다.
이러한 전체의 프로토콜 구조에 의해 전송되는 데이터는 종류에 따라 사용자 평면(User Plane)과 제어평면(Control Plane)의 두 가지 영역으로 구분될 수 있다. 사용자평면은 음성이나 IP 패킷 등 사용자의 트래픽 정보가 전송되는 영역이고, 제 어평면은 망의 인터페이스 또는 호의 유지 및 관리 등 제어 정보가 전달되는 영역이다. RRC에 의해 전달되는 데이터는 제어평면에 포함된다. RLC 계층은 연결된 상위 계층의 종류에 따라 사용자평면에 속할 수도 있고, 제어평면에 속할 수도 있다. 즉, RLC가 RRC로 연결된 경우에는 제어평면에 속하고, 나머지 경우에는 사용자평면에 속할 수 있다.
도 3은 단말의 요소를 나타낸 블록도이다. 단말(50)은 프로세서(processor, 51), 메모리(memory, 52), RF부(RF unit, 53), 디스플레이부(display unit, 54), 사용자 인터페이스부(user interface unit, 55)을 포함한다. 프로세서(51)는 무선 인터페이스 프로토콜의 계층들이 구현되어, 제어 평면과 사용자 평면을 제공한다. 각 계층들의 기능은 프로세서(51)를 통해 구현될 수 있다. 메모리(52)는 프로세서(51)와 연결되어, 단말 구동 시스템, 애플리케이션 및 일반적인 파일을 저장한다. 디스플레이부(54)는 단말의 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 프로세서와 연결되어, 무선 신호(radio signal)을 송신 및/또는 수신한다.
단말과 네트워크 사이의 무선 인터페이스 프로토콜(radio interface protocol)의 계층들은 통신시스템에서 널리 알려진 개방형 시스템간 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 네트워크 간에 무선 자원을 제어하는 역할을 수행한다. 이를 위해 RRC 계층은 단말과 네트워크 간에 RRC 메시지를 서로 교환한다.
도 4는 무선 인터페이스 프로토콜의 사용자평면을 나타낸 블록도이다. 도 5는 무선 인터페이스 프로토콜의 제어평면을 나타낸 블록도이다. 이는 단말과 E-UTRAN 사이의 무선 인터페이스 프로토콜의 구조를 나타낸다. 사용자평면은 사용자 데이터 전송을 위한 프로토콜 스택(protocol stack)이고, 제어 평면은 제어신호 전송을 위한 프로토콜 스택이다.
도 4 및 5를 참조하면, 제1 계층인 물리계층은 물리채널(physical channel)을 이용하여 상위 계층에게 정보 전송 서비스(information transfer service)를 제공한다. 물리계층은 상위에 있는 매체연결제어(Medium Access Control; MAC) 계층과는 전송채널(transport channel)을 통해 연결되어 있으며, 이 전송채널을 통해 MAC과 물리계층 사이의 데이터가 이동한다. 그리고 서로 다른 물리계층 사이, 즉 송신 측과 수신 측의 물리계층 사이는 물리채널을 통해 데이터가 이동한다.
물리 계층에는 데이터 다중화, 채널 코딩, 확산, 변조 등의 기술들이 적용된다. 이와 더불어, 무선 환경에서는 단말의 이동이나 주위 환경에 따라 무선신호가 수시로 변하므로, 이를 보정할 수 있는 다양한 방법들이 요구된다.
제2 계층에 해당하는 무선 데이터링크 계층은 MAC 계층, RLC 계층, PDCP 계 층으로 구성된다. 제2 계층의 MAC은 논리채널과 전송채널 사이의 매핑을 담당하는 계층으로, RLC 계층에서 전달된 데이터를 전송하기 위하여 적절한 전송채널을 선택하고, 필요한 제어 정보를 MAC PDU(Protocol Data Unit)의 헤더(header)에 추가한다. 논리채널과 전송채널간의 맵핑관계에 관하여는 후술된다.
제2 계층의 RLC는 MAC의 상위에 위치하여 데이터의 신뢰성있는 전송을 지원한다. 또한 RLC는 무선 구간에 맞는 적절한 크기의 데이터를 구성하기 위하여 상위 계층으로부터 전달된 RLC SDU(Service Data Unit)들을 분할(Segmentation)하고 연결(Concatenation)한다. 수신기의 RLC에서는 수신한 RLC PDU들로부터 원래의 RLC SDU를 복구하기 위해 데이터의 재결합(Reassembly)기능을 지원한다.
각 RLC 개체(entity)는 RLC SDU의 처리 및 전송 방식에 따라 투명모드(Transparent Mode ; TM), 비확인모드(Unacknowledged Mode ; UM), 확인모드(Acknowledged Mode ; AM)로 동작할 수 있다. 모든 RLC 모드들에 대하여 물리 계층에서의 CRC 오류 검출이 수행된다. 그리고 CRC 검사의 결과가 실제 데이터와 함께 RLC에 전달된다.
제2 계층의 PDCP 계층은 패킷교환 영역에서만 사용되며, 무선채널에서 패킷 데이터의 전송효율을 높일 수 있도록 IP패킷의 헤더를 압축하여 전송할 수 있다.
제3 계층의 RRC 계층은 제어평면에서만 정의된다. RRC 계층은 하위 계층을 제어하는 역할과 함께, 단말과 네트워크 사이에서 무선자원 제어정보를 교환한다. 단말의 통신 상태에 따라 다양한 RRC 상태가 정의되며, 필요에 따라 RRC 상태간 전이가 가능하다. RRC 계층에서는 시스템 정보방송, RRC 접속 관리 절차, 무선 베어 러(Radio Bearer) 제어절차, 보안절차, 측정절차, 이동성 관리 절차(핸드오버)등 무선자원관리와 관련된 다양한 절차들이 정의된다.
하향링크 전송채널(downlink transport channel)에는 시스템 정보를 전송하는 BCH(Broadcast Channel), 단말의 호출정보를 전송하는 PCH(Paging CHannel), 그 이외에 사용자 트래픽이나 제어메시지를 전송하는 DL-SCH(Downlink-Shared Channel)이 있다. 하향링크 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.
상향링크 전송채널로는 초기 제어메시지를 전송하는 RACH(Random Access Channel)와 사용자 트래픽이나 제어메시지를 전송하는 UL-SCH(Uplink-Shared Channel)가 있다.
하향링크 전송채널이 매핑되는 하향링크 물리채널(downlink physical channel)에는 DL-SCH가 매핑되는 PDSCH(Physical Downlink Shared CHannel)와 제어신호를 전송하는 PDCCH(Physical Downlink Control CHannel)가 있다. 상향링크 전송채널이 맵핑되는 상향링크 물리채널에는 RACH가 매핑되는 PRACH (Physical Random Access Channel) 및 UL-SCH가 맵핑되는 PUSCH(Physical Uplink Shared CHannel)가 있다. PUSCH는 물리 상향링크 공용 채널로서, 단말이 상향링크로 데이터를 전송하는 데 사용되는 채널이다.
이하에서는 WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access)의 RACH에 대해 설명한다. RACH는 상향으로 짧은 길이의 데이터를 전송하기 위해 사용된다. RRC 연 결 요청 메시지(RRC Connection Request Message)와 셀 갱신 메시지(Cell Update Message), URA 갱신 메시지(URA Update Message) 등의 일부 RRC 메시지가 RACH를 통해 전송된다. 논리채널 CCCH(Common Control Channel), DCCH(Dedicated Control Channel), DTCH(Dedicated Traffic Channel)가 전송채널 RACH에 매핑될 수 있으며, 전송채널 RACH는 다시 물리채널 PRACH(Physical Random Access Channel)에 매핑된다.
도 6은 랜덤 액세스 경합이 발생하는 경우를 나타내는 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 동일한 셀내에 위치한 제1 및 제2 단말이 동시에 동일한 프리앰블 시퀀스(sequence)를 이용하여 랜덤 액세스 프리앰블을 기지국으로 전송한다(S200,S210). 즉, 랜덤 액세스 경합이 발생한다. 기지국이 상기 제1 단말에 대한 랜덤 액세스 응답을 전송하나, 상기 제1 단말뿐만 아니라 상기 제2 단말도 상기 랜덤 액세스 응답을 수신한다(S220,S230).
상기 제1 단말은 상기 랜덤 액세스 응답에 따라 동일한 무선자원을 이용하여 제1 메시지를 전송하고(S240), 상기 제2 단말은 상기 랜덤 액세스 응답에 따라 동일한 무선자원을 이용하여 제2 메시지를 전송한다(S250). 상기 제1 및 제2 메시지가 동시에 동일한 무선자원을 통해 전송되어 충돌(collision)이 발생한다. 기지국은 상기 제1 메시지와 상기 제2 메시지를 동시에 수신하므로 데이터 복원에 실패하여 HARQ NACK을 전송한다(S260,S270).
HARQ NACK에 대해 상기 제1 및 상기 제2 단말은 각각 상기 제1 및 제2 메시지를 재전송하므로 또 다시 충돌이 발생할 수 있다. 여기서 기지국이 소정시간 경 과 후에 상기 제1 단말의 상기 제1 메시지를 정상적으로 수신하면, 상기 제2 단말은 상기 소정시간 경과 후에 다시 랜덤 액세스를 수행해야하므로, 채널을 할당받기까지 지연이 생긴다. 또한 충돌과 재전송의 남발로 인해, PHICH, PDCCH, PUSCH의 무선자원이 낭비된다.
도 7은 본 발명의 일 예에 따른 랜덤 액세스 경합시 선순위를 판단하는 기준이 되는 상관관계를 설명해주는 블록도이다.
도 7을 참조하면, 기지국은 고정된 파워(power)로 신호를 전송한다. 기지국이 고정된 파워로 전송하는 신호는 제1 동기 채널(Primary Sync Channel) 또는 제2 동기 채널(Secondary Sync Channel)을 통해 전송되는 신호일 수 있다. 또는 기지국이 고정된 파워로 전송하는 신호는 모든 단말에게 브로드캐스팅되는 채널인 BCH(Broadcast Channel)일 수 있다. 기지국이 고정된 파워 P0으로 신호를 전송하더라도, 상기 신호를 수신하는 단말은 도 8과 같이 기지국과의 거리에 따라 각각 다른 파워의 신호를 수신한다. 즉, 기지국으로부터 거리가 멀어질수록 단말이 수신하는 신호의 세기(intensity)는 감소한다. 제1 단말(UE1)은 제2 단말(UE2)보다 기지국으로부터 가까운 위치에 있으므로 P0보다 ΔP1만큼 줄어든 P1로 신호를 수신하고, 제2 단말은 기지국으로부터 멀리 떨어져 있으므로 P0보다 ΔP2만큼 줄어든 P2로 신호를 수신한다. 여기서 P1≥P2 이다.
단말이 기지국으로 랜덤 액세스 프리앰블을 전송하면, 기지국은 상기 랜덤 액세스 프리앰블에 대응하여 랜덤 액세스 응답을 상기 단말로 전송한다. 상기 랜덤 액세스 응답은 타이밍 옵셋정보(Time Advance; TA), RRC 연결 요청 메시지의 전송을 위한 상향링크의 무선자원 할당에 관한 정보(예를 들어 상향 그랜트(Uplink grant)) 등을 포함할 수 있다. 타이밍 옵셋 정보는 단말이 전송 타이밍을 늦추거나 빠르게 하여 기지국과 단말간의 전파지연(propagation delay)을 보상하는데 사용되는 정보로서, 단말이 전송한 신호를 기지국이 수신한 타이밍(timing)으로부터 유추하여(derived) 계산할 수 있다. 타이밍 옵셋 정보는 타이밍 정렬(Timing Alignment)이라 불릴 수도 있다.
기지국과 단말간의 거리가 가까울수록 타이밍 옵셋의 크기는 감소하고, 기지국과 단말간의 거리가 멀어질수록 타이밍 옵셋의 크기는 증가한다. 전술된 거리와 수신신호의 세기와의 관계 및 거리와 타이밍 옵셋의 크기와의 관계로부터 수신신호의 세기와 타이밍 옵셋의 크기와의 관계를 도출해 낼 수 있다. 즉, 타이밍 옵셋의 크기가 작으면 수신신호의 세기는 크고, 타이밍 옵셋의 크기가 크면 수신신호의 세기는 작다. 이러한 상관관계는 도 7의 그래프로부터 일견하여 알 수 있다. 즉, P1≥P2 일 때 TA1≤TA2 이다. 즉, 수신신호의 세기와 타이밍 옵셋 정보간에 특정한 관계식이 성립될 수 있으며, 이러한 상관관계는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
TA=F(power of received signal)
즉, 타이밍 옵셋(TA)가 수신신호의 세기에 관한 함수 F()가 될 수 있다.
상기와 같이 수신신호의 세기와 타이밍 옵셋의 크기와의 상관관계로부터, 각 단말은 랜덤 액세스 경합에서 자신이 선순위여부를 판단할 수 있다. 모든 단말은 셀에 진입한 순간 또는 해당 셀의 주변 셀에 있을 때 상기 해당 셀로부터 수신되는 수신신호의 세기를 측정한다. 여기서 신호의 세기는 신호의 파워일 수 있다. 각 단말은 자신이 전송한 랜덤 액세스 프리앰블에 대한 응답인 랜덤 액세스 응답을 기지국으로부터 수신한다. 랜덤 액세스 응답을 수신한 각 단말은 상기 랜덤 액세스 응답에 포함된 타이밍 옵셋 정보와 상기 수신신호의 세기와의 상관관계가 성립되는지를 판단한다.
예를 들어, 수신신호의 세기가 크고 타이밍 옵셋 정보가 작은 경우 및 수신신호의 세기가 작고 타이밍 옵셋 정보가 큰 경우는 상기 상관관계가 성립되는 것으로 판단할 수 있다. 반면, 수신신호의 세기가 작고 타이밍 옵셋 정보가 작은 경우 및 수신신호의 세기가 크고 타이밍 옵셋 정보가 큰 경우는 상기 상관관계가 성립되지 않는 것으로 판단할 수 있다.
상관관계의 성립여부의 판단결과는 단말이 랜덤 액세스 경합에서 선순위인지 여부와 직결된다. 예를 들어, 수신신호의 세기가 크면 단말 자신은 기지국으로부터 매우 가까운 위치에 있음을 알 수 있다. 그런데, 랜덤 액세스 응답에 포함된 타이밍 옵셋 정보가 크다면 상기 랜덤 액세스 응답은 거리가 상대적으로 먼 단말을 위한 것임을 알 수 있다. 즉, 단말은 기지국이 다른 단말을 위해 상기 랜덤 액세스 응답을 전송한 것임을 알 수 있고, 결국 랜덤 액세스 경합에서 패하여 단말 자신이 다른 단말에 비해 후순위임을 판단할 수 있는 것이다.
따라서, 수신신호의 세기와 타이밍 옵셋과의 상관관계의 성립여부를 판단한 다함은 결국 랜덤 액세스 경합에서 선순위인지 여부를 판단한다함과 동일한 의미이다. 즉, 단말은 타이밍 옵셋 정보와 수신신호의 세기를 이용하여 랜덤 액세스 경합에서의 선순위 여부를 판단할 수 있다.
정리하면, 단말이 상관관계의 성립여부를 판단한 결과(또는 랜덤 액세스 경합에서 선순위여부 판단결과) 상관관계가 성립하는 경우, 단말은 랜덤 액세스 응답이 자신을 위한 것임을 알 수 있고, 랜덤 액세스 경합에서 승리하여 모든 단말 중 자신이 선순위임을 알 수 있다. 반면, 단말이 상관관계의 성립여부를 판단한 결과 상관관계가 성립되지 않으면 단말은 랜덤 액세스 응답이 자신을 위한 것이 아님을 알 수 있고, 랜덤 액세스 경합에서 패하여 자신이 후순위임을 알 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 랜덤 액세스 수행방법을 나타낸 순서도이다.
도 8을 참조하면, 단말은 랜덤 액세스 프리앰블(Random Access Preamble)을 기지국으로 전송한다(S310). 단말이 기지국으로 랜덤 액세스를 수행하는 목적은 1) 초기 접속(initial access), 2) 핸드오버(Handover), 3) 시간 동기(timing synchronization) 등이 있을 수 있다. 이는 일 예에 불과하고 랜덤 액세스를 수행하는 목적은 시스템에 따라 그 수나 내용이 달라질 수 있다.
단말은 상기 프리앰블을 수신한 후에, 기지국으로부터 랜덤 액세스 응답(Random Access Response)을 수신한다(S320). 상기 랜덤 액세스 응답은 타이밍 옵셋정보(Time Advance; TA), RRC 연결 요청 메시지의 전송을 위한 상향링크의 무선자원 할당에 관한 정보(예를 들어 상향 그랜트(Uplink grant)) 등을 포함할 수 있다.
단말은 상기 타이밍 옵셋 정보와 기지국으로부터 전송되는 신호의 세기를 이용하여(즉 타이밍 옵셋 정보와 수신신호의 세기와의 상관관계가 성립하는지 여부를 판단)에 따라 랜덤 액세스 경합에서 선순위(priority)를 가지는지 여부를 판단한다(S330). 랜덤 액세스 경합에서 단말이 선순위인지 또는 후순위인지에 따라 단말이 기지국으로 전송하는 경합에 대한 결과 메시지(result message)는 다를 수 있다.
랜덤 액세스 경합에서 상기 단말이 선순위인 것으로 판단되면, 단말은 상기 랜덤 액세스 응답에 포함된 무선자원 할당에 관한 정보에 따라 무선자원 전송(scheduled transmission) 메시지를 전송한다(S340). 무선자원 전송 메시지는 UL-SCH로 전송되는 RRC 연결 요청(RRC Connection Request) 메시지일 수 있다. 단말은 해당 UL-SCH 메시지로 전송되는 랜덤 액세스 응답의 정보에 따라 무선자원 전송 메시지를 전송한다. 단말은 무선자원 전송 메시지를 전송한 후에, 기지국으로부터 경합 해결(contention resolution) 메시지를 수신한다(S350).
랜덤 액세스 경합에서 상기 단말이 후순위인 것으로 판단되면, 상기 단말은 랜덤 액세스 프리앰블을 기지국으로 재전송한다(S310). 즉, 랜덤 액세스 경합에서 선순위인 경우 단말은 결과 메시지로서 무선자원 전송(scheduled transmission) 메시지를 전송한다. 반면, 랜덤 액세스 경합에서 후순위인 경우 단말은 결과 메시지로서 랜덤 액세스 프리앰블을 전송한다.
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 특허청구범위의 범위 내의 모든 실시예들을 포함한다고 할 것이다.
도 1은 무선 통신 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 2는 E-UTRAN과 EPC 간의 기능 분할(functional split)을 나타낸 블록도이다.
도 3은 단말의 요소를 나타낸 블록도이다.
도 4는 무선 인터페이스 프로토콜의 사용자평면을 나타낸 블록도이다.
도 5는 무선 인터페이스 프로토콜의 제어평면을 나타낸 블록도이다.
도 6은 랜덤 액세스 경합이 발생하는 경우를 나타내는 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 예에 따른 랜덤 액세스 경합시 선순위를 판단하는 기준이 되는 상관관계를 설명해주는 블록도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 랜덤 액세스 수행방법을 나타낸 순서도이다.

Claims (11)

  1. 경합 기반(contention based)의 랜덤 액세스(random access) 수행방법에 있어서,
    랜덤 액세스 프리앰블(preamble)을 기지국으로 전송하는 단계;
    상기 랜덤 액세스 프리앰블에 대한 응답으로 타이밍 옵셋(timing advance) 정보를 포함하는 랜덤 액세스 응답(random access response)을 상기 기지국으로부터 수신하는 단계; 및
    상기 타이밍 옵셋 정보와 상기 기지국으로부터 수신되는 신호의 세기를 이용하여 랜덤 액세스 경합에서 선순위여부를 판단하는 단계;
    상기 판단결과에 따라 상기 기지국으로 결과 메시지를 전송하는 단계를 포함하는 랜덤 액세스 수행방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 랜덤 액세스 경합에서 선순위인 것으로 판단된 경우 상기 결과 메시지는 무선자원 전송(scheduled transmission) 메시지인, 랜덤 액세스 수행방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 무선자원 전송 메시지를 전송한 후, 경합 해결(contention resolution) 메시지를 상기 기지국으로부터 수신하는 단계를 더 포함하는, 랜덤 액세스 수행방 법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 랜덤 액세스 경합에서 선순위가 아닌 것으로 판단된 경우, 상기 메시지는 랜덤 액세스 프리앰블인, 랜덤 액세스 수행방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 랜덤 액세스 응답 메시지는 전송채널인 DL-SCH를 통해 전송되는, 랜덤 액세스 수행방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 타이밍 옵셋 정보는 기지국과 단말간의 전파지연(propagation delay)을 보상하기 위해 전송 타이밍을 맞추는 타이밍 정렬(Timing Alignment) 정보인, 랜덤 액세스 수행방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 랜덤 액세스 응답은 랜덤 액세스 프리앰블 식별자, 무선자원 할당정보인 상향 그랜트(UL grant)를 더 포함하는, 랜덤 액세스 수행방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호의 세기는 상기 기지국으로부터 전송되는 제1 동기 채널(Primary Sync Channel)의 세기인, 랜덤 액세스 수행방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호의 세기는 상기 기지국으로부터 전송되는 제2 동기 채널(Secondary Sync Channel)의 세기인, 랜덤 액세스 수행방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호의 세기는 상기 기지국으로부터 전송되는 BCH(Broadcast Channel)의 세기인, 랜덤 액세스 수행방법.
  11. 경합 기반의 랜덤 액세스 수행방법에 있어서,
    랜덤 액세스 프리앰블을 기지국으로 전송하는 단계;
    상기 랜덤 액세스 프리앰블에 대한 응답으로 타이밍 옵셋 정보를 포함하는 랜덤 액세스 응답을 상기 기지국으로부터 수신하는 단계; 및
    상기 타이밍 옵셋 정보와 상기 기지국으로부터 수신되는 신호의 세기를 이용하여 랜덤 액세스 경합에서 선순위인지 여부를 판단한 결과 선순위가 아닌 경우 랜덤 액세스 프리앰블을 기지국으로 전송하는 단계를 포함하는 랜덤 액세스 수행방법.
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