KR20160137886A - Mtc 단말을 위한 랜덤 액세스 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3GPP LTE/LTE-A 시스템에서 MTC(Machine Type Communication) operation을 위한 low complexity UE category/type을 지원하기 위한 하향 링크 송수신 방안에 대해 제안한다. 특히 MTC operation을 위한 low complexity UE category/type을 효율적으로 지원하기 위해 MTC 단말을 위한 랜덤 액세스 동작 방법에 대해 제안한다.

Description

MTC 단말을 위한 랜덤 액세스 방법 및 장치{Apparatus and method of Random access procedure for MTC UEs}

본 발명은 3GPP LTE/LTE-A 시스템에서 MTC(Machine Type Communication) operation을 위한 low complexity UE category/type을 지원하기 위한 하향 링크 송수신 방안에 대해 제안한다. 특히 MTC operation을 위한 low complexity UE category/type을 효율적으로 지원하기 위해 MTC 단말을 위한 랜덤 액세스 동작 방법에 대해 제안한다.

본 발명은 MTC 단말의 랜덤 액세스 동작에 있어서, 랜덤 액세스 프리앰블을 전송하는 단계 및 상기 랜덤 액세스 프리앰블에 대한 응답으로 랜덤 액세스 응답을 미리 설정된 윈도우 내에서 반복하여 수신하는 단계를 포함하는 방법 및 장치를 포함한다.

도 1은 시스템 정보의 전송을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 시스템 정보의 변경을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 Contention free 랜덤 액세스 절차를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 Contention based 랜덤 액세스 절차를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 랜덤 액세스 프리앰블 구조를 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 랜덤 액세스 응답 구조를 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 방법 1을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 방법 2를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 또 다른 실시예에 의한 기지국의 구성을 보여주는 도면이다.
도 10은 또 다른 실시예에 의한 사용자 단말의 구성을 보여주는 도면이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 명세서에서 MTC 단말은 low cost(또는 low complexity)를 지원하는 단말 또는 coverage enhancement를 지원하는 단말 등을 의미할 수 있다.　　 본 명세서에서 MTC 단말은 low cost(또는 low complexity) 및 coverage enhancement를 지원하는 단말 등을 의미할 수 있다. 또는 본 명세서에서 MTC 단말은 low cost(또는 low complexity) 및/또는 coverage enhancement를 지원하기 위한 특정 카테고리로 정의된 단말을 의미할 수 있다.

다시 말해 본 명세서에서 MTC 단말은 LTE 기반의 MTC 관련 동작을 수행하는 새롭게 정의된 3GPP Release-13 low cost(또는 low complexity) UE category/type을 의미할 수 있다. 또는 본 명세서에서 MTC 단말은 기존의 LTE coverage 대비 향상된 coverage를 지원하거나, 혹은 저전력 소모를 지원하는 기존의 3GPP Release-12 이하에서 정의된 UE category/type, 혹은 새롭게 정의된 Release-13 low cost(또는 low complexity) UE category/type을 의미할 수 있다.

본 발명에서의 무선통신시스템은 음성, 패킷 데이터 등과 같은 다양한 통신 서비스를 제공하기 위해 널리 배치된다. 무선통신시스템은 사용자 단말(User Equipment, UE) 및 기지국(Base Station, BS, 또는 eNB)을 포함한다. 본 명세서에서의 사용자 단말은 무선 통신에서의 단말을 의미하는 포괄적 개념으로서, WCDMA 및 LTE, HSPA 등에서의 UE(User Equipment)는 물론, GSM에서의 MS(Mobile Station), UT(User Terminal), SS(Subscriber Station), 무선기기(wireless device) 등을 모두 포함하는 개념으로 해석되어야 할 것이다.

기지국 또는 셀(cell)은 일반적으로 사용자 단말과 통신하는 지점(station)을 말하며, 노드-B(Node-B), eNB(evolved Node-B), 섹터(Sector), 싸이트(Site), BTS(Base Transceiver System), 액세스 포인트(Access Point), 릴레이 노드(Relay Node), RRH(Remote Radio Head), RU(Radio Unit), small cell 등 다른 용어로 불릴 수 있다.

즉, 본 명세서에서 기지국 또는 셀(cell)은 CDMA에서의 BSC(Base Station Controller), WCDMA의 NodeB, LTE에서의 eNB 또는 섹터(싸이트) 등이 커버하는 일부 영역 또는 기능을 나타내는 포괄적인 의미로 해석되어야 하며, 메가셀, 매크로셀, 마이크로셀, 피코셀, 펨토셀 및 릴레이 노드(relay node), RRH, RU, small cell 통신범위 등 다양한 커버리지 영역을 모두 포괄하는 의미이다.

상기 나열된 다양한 셀은 각 셀을 제어하는 기지국이 존재하므로 기지국은 두 가지 의미로 해석될 수 있다. i) 무선 영역과 관련하여 메가셀, 매크로셀, 마이크로셀, 피코셀, 펨토 셀, 스몰 셀을 제공하는 장치 그 자체이거나, ii) 상기 무선영역 그 자체를 지시할 수 있다. i)에서 소정의 무선 영역을 제공하는 장치들이 동일한 개체에 의해 제어되거나 상기 무선 영역을 협업으로 구성하도록 상호작용하는 모든 장치들을 모두 기지국으로 지시한다. 무선 영역의 구성 방식에 따라 eNB, RRH, 안테나, RU, LPN, 포인트, 송수신포인트, 송신 포인트, 수신 포인트 등은 기지국의 일 실시예가 된다. ii) 에서 사용자 단말의 관점 또는 이웃하는 기지국의 입장에서 신호를 수신하거나 송신하게 되는 무선 영역 그 자체를 기지국으로 지시할 수 있다.

따라서, 메가셀, 매크로셀, 마이크로셀, 피코셀, 펨토 셀, 스몰 셀, RRH, 안테나, RU, LPN(Low Power Node), 포인트, eNB, 송수신포인트, 송신 포인트, 수신포인트를 통칭하여 기지국으로 지칭한다.

본 명세서에서 사용자 단말과 기지국은 본 명세서에서 기술되는 기술 또는 기술적 사상을 구현하는데 사용되는 두 가지 송수신 주체로 포괄적인 의미로 사용되며 특정하게 지칭되는 용어 또는 단어에 의해 한정되지 않는다. 사용자 단말과 기지국은, 본 발명에서 기술되는 기술 또는 기술적 사상을 구현하는데 사용되는 두 가지(Uplink 또는 Downlink) 송수신 주체로 포괄적인 의미로 사용되며 특정하게 지칭되는 용어 또는 단어에 의해 한정되지 않는다. 여기서, 상향링크(Uplink, UL, 또는 업링크)는 사용자 단말에 의해 기지국으로 데이터를 송수신하는 방식을 의미하며, 하향링크(Downlink, DL, 또는 다운링크)는 기지국에 의해 사용자 단말로 데이터를 송수신하는 방식을 의미한다.

무선통신시스템에 적용되는 다중 접속 기법에는 제한이 없다. CDMA(Code Division Multiple Access), TDMA(Time Division Multiple Access), FDMA(Frequency Division Multiple Access), OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access), OFDM-FDMA, OFDM-TDMA, OFDM-CDMA와 같은 다양한 다중 접속 기법을 사용할 수 있다. 본 발명의 일 실시예는 GSM, WCDMA, HSPA를 거쳐 LTE 및 LTE-advanced로 진화하는 비동기 무선통신과, CDMA, CDMA-2000 및 UMB로 진화하는 동기식 무선 통신 분야 등의 자원할당에 적용될 수 있다. 본 발명은 특정한 무선통신 분야에 한정되거나 제한되어 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상이 적용될 수 있는 모든 기술분야를 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

상향링크 전송 및 하향링크 전송은 서로 다른 시간을 사용하여 전송되는 TDD(Time Division Duplex) 방식이 사용될 수 있고, 또는 서로 다른 주파수를 사용하여 전송되는 FDD(Frequency Division Duplex) 방식이 사용될 수 있다.

또한, LTE, LTE-A와 같은 시스템에서는 하나의 반송파 또는 반송파 쌍을 기준으로 상향링크와 하향링크를 구성하여 규격을 구성한다. 상향링크와 하향링크는, PDCCH(Physical Downlink Control CHannel), PCFICH(Physical Control Format Indicator CHannel), PHICH(Physical Hybrid ARQ Indicator CHannel), PUCCH(Physical Uplink Control CHannel), EPDCCH(Enhanced Physical Downlink Control CHannel) 등과 같은 제어채널을 통하여 제어정보를 전송하고, PDSCH(Physical Downlink Shared CHannel), PUSCH(Physical Uplink Shared CHannel) 등과 같은 데이터채널로 구성되어 데이터를 전송한다.

한편 EPDCCH(enhanced PDCCH 또는 extended PDCCH)를 이용해서도 제어 정보를 전송할 수 있다.

본 명세서에서 셀(cell)은 송수신 포인트로부터 전송되는 신호의 커버리지 또는 송수신 포인트(transmission point 또는 transmission/reception point)로부터 전송되는 신호의 커버리지를 가지는 요소반송파(component carrier), 그 송수신 포인트 자체를 의미할 수 있다.

실시예들이 적용되는 무선통신 시스템은 둘 이상의 송수신 포인트들이 협력하여 신호를 전송하는 다중 포인트 협력형 송수신 시스템(coordinated multi-point transmission/reception System; CoMP 시스템) 또는 협력형 다중 안테나 전송방식(coordinated multi-antenna transmission system), 협력형 다중 셀 통신시스템일 수 있다. CoMP 시스템은 적어도 두개의 다중 송수신 포인트와 단말들을 포함할 수 있다.

다중 송수신 포인트는 기지국 또는 매크로 셀(macro cell, 이하 'eNB'라 함)과, eNB에 광케이블 또는 광섬유로 연결되어 유선 제어되는, 높은 전송파워를 갖거나 매크로 셀영역 내의 낮은 전송파워를 갖는 적어도 하나의 RRH일 수도 있다.

이하에서 하향링크(downlink)는 다중 송수신 포인트에서 단말로의 통신 또는 통신 경로를 의미하며, 상향링크(uplink)는 단말에서 다중 송수신 포인트으로의 통신 또는 통신 경로를 의미한다. 하향링크에서 송신기는 다중 송수신 포인트의 일부분일 수 있고, 수신기는 단말의 일부분일 수 있다. 상향링크에서 송신기는 단말의 일부분일 수 있고, 수신기는 다중 송수신 포인트의 일부분일 수 있다.

이하에서는 PUCCH, PUSCH, PDCCH, EPDCCH 및 PDSCH 등과 같은 채널을 통해 신호가 송수신되는 상황을 ‘PUCCH, PUSCH, PDCCH, EPDCCH 및 PDSCH를 전송, 수신한다’는 형태로 표기하기도 한다.

또한 이하에서는 PDCCH를 전송 또는 수신하거나 PDCCH를 통해서 신호를 전송 또는 수신한다는 기재는 EPDCCH를 전송 또는 수신하거나 EPDCCH를 통해서 신호를 전송 또는 수신하는 것을 포함하는 의미로 사용될 수 있다.

즉, 이하에서 기재하는 물리 하향링크 제어채널은 PDCCH를 의미하거나, EPDCCH를 의미할 수 있으며, PDCCH 및 EPDCCH 모두를 포함하는 의미로도 사용된다.

또한, 설명의 편의를 위하여 PDCCH로 설명한 부분에도 본 발명의 일 실시예인 EPDCCH를 적용할 수 있으며, EPDCCH로 설명한 부분에도 본 발명의 일 실시예로 EPDCCH를 적용할 수 있다.

한편, 이하에서 기재하는 상위계층 시그널링(High Layer Signaling)은 RRC 파라미터를 포함하는 RRC 정보를 전송하는 RRC시그널링을 포함한다.

eNB은 단말들로 하향링크 전송을 수행한다. eNB은 유니캐스트 전송(unicast transmission)을 위한 주 물리 채널인 물리 하향링크 공유채널(Physical Downlink Shared Channel, PDSCH), 그리고 PDSCH의 수신에 필요한 스케줄링 등의 하향링크 제어 정보 및 상향링크 데이터 채널(예를 들면 물리 상향링크 공유채널(Physical Uplink Shared Channel, PUSCH))에서의 전송을 위한 스케줄링 승인 정보를 전송하기 위한 물리 하향링크 제어채널(Physical Downlink Control Channel, PDCCH)을 전송할 수 있다. 이하에서는, 각 채널을 통해 신호가 송수신 되는 것을 해당 채널이 송수신되는 형태로 기재하기로 한다.

종래의 3GPP LTE/LTE-A 시스템에서 정의된 기지국과 단말 간의 하향 링크 무선 신호 및 무선 채널에 대한 송수신 방법에 따르면, 임의의 RRC connected 단말의 경우 모든 하향 링크 서브프레임 (혹은 DRX가 설정된 단말의 경우, DRX on period에 구성된 모든 하향 링크 서브프레임)의 하향 링크 제어 채널인 PDCCH 혹은 EPDCCH를 통해 구성된 CSS(Common Search Space) 및 USS(UE-specific Search Space)를 monitoring하여 해당 셀에서 전송되는 SIB(System Information Block), RAR(Random Access Response), paging message 등 broadcasting/multicasting traffic에 대한 scheduling 정보 및 해당 단말을 위한 unicasting traffic에 대한 scheduling 정보를 획득함으로써, 모든 하향 링크 서브프레임을 통해 broadcasting/multicasting message 및 unicasting message를 수신할 수 있도록 정의되었다.

구체적으로 임의의 하향 링크 서브프레임을 통해 전송되는 PDCCH/EPDCCH에서 임의의 단말을 위한 broadcasting/multicasting 메시지에 대한 scheduling 정보를 전송하기 위한 CSS 및 unicasting 메시지에 대한 scheduling 정보를 전송하기 위한 USS 구성 방법은 TS36.213 문서를 참조하도록 한다.

[Low complexity UE category/type for MTC operation]

LTE 네트워크가 확산될 수록, 이동통신 사업자는 네트워크의 유지보수 비용 등을 줄이기 위해 RAT(Radio Access Terminals)의 수를 최소화하기를 원하고 있다. 하지만, 종래의 GSM/GPRS 네트워크 기반의 MTC 제품들이 증가하고 있고, 낮은 데이터 전송률을 사용하는 MTC를 저비용으로 제공할 수 있다. 따라서 이동통신 사업자 입장에서 일반 데이터 전송을 위해서는 LTE 네트워크를 사용하고 MTC를 위해서는 GSM/GPRS 네트워크를 사용하므로, 두 개의 RAT을 각각 운영해야 하는 문제가 발생하며, 이는 주파수 대역의 비효율적 활용으로 이동통신 사업자의 수익에 부담이 된다.

이와 같은 문제를 해결하기 위해서, GSM/EGPRS 네트워크를 사용하는 값싼 MTC 단말을 LTE 네트워크를 사용하는 MTC 단말로 대체 해야 하며, 이를 위해서 LTE MTC 단말의 가격을 낮추기 위한 다양한 요구사항들을 반영한 low complexity UE category/type의 정의에 대한 필요성 및 이를 지원하기 위한 표준 기술에 대한 필요성이 제기되고 있다.

또한 Smart metering과 같은 MTC 서비스를 지원하는 MTC 단말 중 20%정도는 지하실과 같은 ‘Deep indoor’ 환경에 설치되므로, 성공적인 MTC 데이터 전송을 위해서, LTE MTC 단말의 커버리지는 종래 일반 LTE 단말의 커버리지와 비교하여 15dB 정도 향상되어야 한다. 또한 상기 MTC operation을 위한 low complexity UE category/type의 도입으로 인한 성능 감소를 추가적으로 고려한다면 LTE MTC 단말의 커버리지는 15dB 이상 향상되어야 한다.

이와 같이 LTE MTC 단말 가격을 낮추면서 커버리지를 향상시키기 위해서 PSD boosting 또는 Low coding rate 및 Time domain repetition 등과 같은 Robust한 전송을 위한 다양한 방법이 각각의 물리채널 별로 고려되고 있다.

구체적으로 MTC operation을 위한 low complexity UE category/type의 요구사항은 다음과 같다.

■ Reduced UE bandwidth of 1.4 MHz in downlink and uplink.

◆ Bandwidth reduced UEs should be able to operate within any system bandwidth.

◆ Frequency multiplexing of bandwidth reduced UEs and non-MTC UEs should be supported.

◆ The UE only needs to support 1.4 MHz RF bandwidth in downlink and uplink.

■ Reduced maximum transmit power.

■ Reduced support for downlink transmission modes.

● further UE processing relaxations

◆ Reduced maximum transport block size for unicast and/or broadcast signalling.

◆ Reduced support for simultaneous reception of multiple transmissions.

◆ Relaxed transmit and/or receive EVM requirement including restricted modulation scheme. Reduced physical control channel processing (e.g. reduced number of blind decoding attempts).

◆ Reduced physical data channel processing (e.g. relaxed downlink HARQ time line or reduced number of HARQ processes).

◆ Reduced support for CQI/CSI reporting modes.

● Target a relative LTE coverage improvement - corresponding to 15 dB for FDD - for the UE category/type defined above and other UEs operating delay tolerant MTC applications with respect to their respective nominal coverage.

● Provide power consumption reduction for the UE category/type defined above, both in normal coverage and enhanced coverage, to target ultra-long battery life:

본 발명에서는 설명의 편의를 위해 MTC operation을 위한 상기의 조건을 만족하는 새로운 coverage enhancement and low complexity UE category/type을 간단하게 Rel-13 MTC 단말이라 지칭하도록 하겠다.

[Physical Downlink Control/data Channel for MTC]

기존의 3GPP LTE/LTE-A rel-12 이하의 시스템에서 DCI(Downlink Control Information) 송수신 하기 위한 하향 링크 제어 채널로서 PDCCH 및 EPDCCH가 정의되었다. 특히 rel-10 이하의 시스템에서 단말은 모든 하향 링크 서브프레임의 첫 1~3 OFDM 심볼(시스템 대역폭이 1.4MHz인 경우 2~4 OFDM 심볼)을 통해 전송되는 PDCCH를 통해 하향 링크 제어 채널을 수신했다.

추가적으로 3GPP LTE/LTE-A rel-11에서 새로운 하향 링크 제어 채널인 EPDCCH가 정의되어 임의의 단말은 기지국의 설정에 따라 PDCCH를 통해 하향 링크 제어 정보를 수신하거나, 혹은 EPDCCHㄹ르 통해 하향 링크 제어 정보를 수신하는 것이 가능해졌다.

기본적을 LTE/LTE-A 시스템에서 하향 링크 제어 정보 수신은 단말의 복수의 PDCCH candidates 혹은 EPDCCH candidates에 대한 모니터링을 통한 blind detection 방식으로 이루어졌다. 이를 위해 임의의 LTE/LTE-A 단말은 PDCCH 영역을 통해 복수의 PDCCH candidates로 구성된 CSS(Common Search Space) 및 USS(UE-specific Search Space)를 모니터링하거나, 혹은 EPDCCH 영역을 통해 복수의 EPDCCH candidates로 구성된 USS를 모니터링 하도록 정의되었다. 이 때 각각의 PDCCH candidate 혹은 EPDCCH candidate은 각각 PDCCH 및 EPDCCH의 기본 전송 단위가 되는 CCE(Control Channel Element) 혹은 ECCE(Enhanced Control Channel Element)의 집합으로 구성이 될 수 있었으며, 임의의 단말은 하향 링크 제어 정보 송수신에 대한 link adaptation을 적용하기 위해 각각 서로 다른 복수의 집합 레벨(Aggregation Level)을 갖는 PDCCH candidates 혹은 EPDCCH candidates에 모니터링을 수행할 수 있도록 해당 검색 공간(CSS 및 USS)이 정의되었다.

하지만 단일한 하향 링크 서브프레임을 통해 전송이 이루어졌던 기존의 PDCCH/EPDCCH와 달리, rel-13에서 새롭게 정의되는 MTC 단말을 위한 하향 링크 제어 채널인 M-PDCCH의 경우, CE를 위해 복수의 하향 링크 서브프레임을 통해 반복 전송(repetition)이 가능하도록 정의되었다. 이에 따라 M-PDCCH의 경우, link adaptation을 위해 기존의 집합 레벨, L(단, L={1,2,4,8} for PDCCH, L={1,2,4,8,16,32}), 외에 추가적으로 반복 전송 횟수, R의 domain이 추가되었다. 즉, 임의의 M-PDCCH candidate은 각각 단일한 하향 링크 서브프레임에서 해당 M-PDCCH 전송을 위해 사용되는 CCE(혹은 M-CCE)의 개수로 정의된 집합 레벨, L과 반복 전송이 이루어지는 하향 링크 서브프레임의 수로 정의된 repetition 횟수, R의 집합, 즉, {L,R}로 정의될 수 있으며, 각각의 MTC 단말은 coverage level에 따라 각각 서로 다른 L과 R을 갖는 복수의 M-PDCCH candidates에 대한 모니터링을 수행하도록 정의될 수 있다.

마찬가지로, MTC 단말을 위한 하향 링크 데이터 채널(PDSCH)를 송수신함에 있어서 coverage enhancement를 위해 임의의 MTC 단말을 위한 PDSCH가 복수의 하향링크 서브프레임을 통해 반복되어 전송될 수 있다. 이를 위해 기지국은 MTC 단말 별로 해당 단말이 속한 coverage level에 따라 PDSCH의 반복 전송 횟수를 지정하기 위한 set of PDSCH repetition level을 UE-specific RRC signaling을 통해 설정하고, PDSCH assignment 정보를 포함하는 DCI(Downlink Control Information)을 통해 해당 PDSCH에 적용할 repetition level의 값(상기의 set of PDSCH repetition level 중 적용할 PDSCH repetition level)을 dynamic하게 signaling해줄 수 있다.

추가적으로 상기의 M-PDCCH, PDSCH등 MTC 단말을 위한 하향 링크 무선 채널 혹은 하향 링크 무선 신호에 대한 송수신이 가능한 하향 링크 서브프레임(Valid subframe for DL transmission) 역시 MTC-SIB1을 통해 기지국이 cell-specific하게 설정하여 해당 셀 내의 MTC 단말들에게 broadcasting 하도록 정의되었다. 즉 상기의 M-PDCCH candidates 혹은 PDSCH 전송은 해당 MTC-SIB1을 통해 설정된 DL valid subframe을 통해서만 이루어진다.

시스템 정보 전송

도 1은 시스템 정보의 전송을 설명하기 위한 도면이다.

시스템 정보는 MIB(Master Information Block)와 여러 개의 SIBs(System Information Block)로 구성된다.

MIB는 필수적인 정보가 담기며, 40ms 주기를 가진다. MIB는 SFN mod 4 = 0인 라디오 프레임의 서브프레임 #0에 전송되고, 그 외의 라디오 프레임에 대해 서브프레임 #0에 repetition되어 전송되게 된다.

SIB1은 80ms의 주기를 가지며, 80ms 주기 내에서 repetition되어 전송되게 된다. 즉, SFN mod 8 = 0인 라디오 프레임의 서브프레임 #5에 전송되고, SFN mod 2 = 0인 라디오 프레임에 대해 서브프레임 #5에 repetition되어 전송되게 된다.

SIB1을 제외한 다른 SIB 메시지들(SIB2,3,4,…)은 SI(System Information)메시지에 포함되어 전송된다. SIB들의 SI메시지에 대한 매핑정보는 SIB1에 포함되어 있다. 단말은 SIB1을 수신하면 다른 SIB들이 언제 전송되는지를 알 수 있게 된다. 각각의 SIB는 하나의 SI메시지에 포함된다. 하나의 SI메시지 같은 주기를 가진 여러 개의 SIB메시지를 포함할 수 있다. 여러 SI 메시지들이 같은 주기를 가질 수도 있다. SI메시지는 SI window 내에서 전송되는데, 하나의 SI 메시지는 SI window와 연관(associate)되어 있다. 하나의 SI window내에는 하나의 SI 메시지만 전송될 수 있다. SI window내에서 SI 메시지의 반복 전송이 자유롭게 수행될 수 있다.

시스템 정보의 변경

도 2는 시스템 정보의 변경을 설명하기 위한 도면이다.

시스템 정보의 변경은 특정 라디오 프레임에만 발생할 수 있다. 네트워크는 Modification period를 설정하여 해당 기간 내에는 동일한 내용의 시스템 정보가 방송된다. 네트워크가 시스템 정보 전체 또는 일부를 변경하는 경우 먼저 현 modification period 동안 단말에게 변경에 대해서 알리고, 그 다음 modification period에 변경된 시스템 정보를 방송한다. 네트워크로부터 시스템 정보 변경에 대해 수신한 단말은 다음 modification period가 시작하면 바로 새로운 시스템 정보를 수신한다. 그림 x는 시스템 정보의 변경에 대한 내용으로 다른 색은 변경된 시스템 정보를 의미한다.

modification의 경계는 SFN mod m=0으로 정의되고 m값은 SIB2에서 설정된다.

네트워크는 Paging 메시지를 통해 시스템 정보의 변경을 단말에 알려준다. 만약 단말이 systemInfoModification 을 포함한 paging 메시지를 수신하면, 다음 modification period의 시점부터 바로 모든 시스템 정보를 새로 수신한다.

SIB1에는 systemInfoValueTag이 있는데, 이 IE는 네트워크가 SIB들을 변경할 때 해당 값을 함께 업데이트하여 단말이 해당 값만을 비교해서 SIB들이 변경되었는지를 알 수 있게 해준다. 예를 들어, 단말이 out of coverage 상태에서 복귀했을 때 방송하는 SIB1의 systemInfoValueTag 값을 자신이 갖고 있는 값과 비교하여 갖고 있는 SIB들이 유효한(i.e. 동일한)지 여부를 확인할 수 있다. 상기 systemInfoValueTag 값은 ETWS information, CMAS information, time information(SIB8, SIB16), EAB 파라미터 등의 변경 시에는 업데이트되지 않을 수도 있다.

랜덤 액세스 절차

랜덤 액세스란 단말이 기지국과 업링크 타임 동기를 맞추거나 무선 자원을 할당 받기 위해서 사용하는 절차이다.

단말은 아래와 같은 경우에 랜덤 액세스 절차를 수행한다.

- 기지국과 연결(RRC Connection)이 없어 초기 접속을 하는 경우

- 무선 연결 실패 또는 핸드오버 실패 시 복구를 시도하는 경우

- 단말이 핸드오버과정에서 target cell에 처음 접속하는 경우

- 업링크 시간 동기가 맞지 않거나 무선 자원(UL grant)을 요청하기 위한 경우

- 기지국에 의해 요청되어지는 경우

이와 같은 랜덤 액세스 과정은 Contention based 랜덤 액세스 과정과 Non-contention based(Contention free) 랜덤 액세스 과정으로 구분된다. 상기 두 방식의 구분은 랜덤 액세스 과정에서 사용되는 프리앰블(Random access preamble)을 단말이 직접 선택했는지 혹은 기지국이 선택했는지에 따라 정해진다.

Non-contention based(Contention free) 랜덤 액세스 과정에서 단말은 기지국이 자신에게만 할당해준 프리앰블을 사용하는데, 해당 프리앰블은 다른 단말들은 사용할 수 없으므로, 충돌이 발생하지 않는다. 그러므로, 기지국이 해당 프리앰블을 수신할 경우 해당 단말에게 RAR을 전송한다. 해당 RAR을 수신한 단말은 포함된 TAC를 이용해 업링크 타임 동기를 맞추고, UL grant에 따라 해당하는 리소스로 업링크 전송 준비를 하는 것으로써 랜덤 액세스 과정은 종료된다. 도 3은 Contention free 랜덤 액세스 전체 과정이다.

도 3은 Contention free 랜덤 액세스 절차를 설명하기 위한 도면이다.

반면에 Contention based Random access procedure의 경우 단말은 사용할 수 있는 프리앰블 중 임의의 프리앰블을 단말 스스로 선택하여 전송하므로, 여러 단말에 의해 동시에 선택되어 사용될 가능성이 있다. 그러므로 기지국이 어떤 프리앰블을 수신하였을 때, 상기 프리앰블이 어떤 단말로부터 전송되었는지 알 수가 없다. 그러므로 Contention free Random access procedure와 다르게 한 단말만 선택되도록 하는 추가적인 과정이 필요하다. 도 4는 Contention based 랜덤 액세스 절차를 보여준다.

도 4는 Contention based 랜덤 액세스 절차를 설명하기 위한 도면이다.

1. 먼저 단말은 수신한 시스템 정보를 통해 설정된, 랜덤 액세스 프리앰블의 집합 중 임의로 하나의 프리앰블을 선택하고, 프리앰블을 전송할 수 있는 PRACH 자원을 선택해서 전송한다. 상기 PRACH 자원에 대한 설정은 시스템 정보를 통해서 제공된다.

2. 기지국은 수신한 프리앰블에 중 하나에 대해서 응답 메시지를, 시스템 정보를 통해 전달한 랜덤 액세스 응답 윈도우 안에 전달한다. 응답 메시지는 랜덤 액세스 프리앰블 ID, 업링크 무선자원(UL grant), 임시 C-RNTI(Temporary C-RNTI), 업링크 시간 동기 보정값 (Time Alignment Command) 등으로 구성된다. 상기 단말은 자신이 전송한 프리앰블에 해당하는 응답을 받았다면, 해당 응답에 포함된 내용을 설정한다. 상기 단말은 TAC를 적용하고, Temporary C-RNTI를 자신의 임시 C-RNTI로 설정한다. 그리고 수신한 업링크 무선자원을 통해 메시지를 전송할 준비를 한다. 이 때 동일한 Preamble을 동일한 PRACH 리소스를 통해서 전송했던 단말들은 RAR을 수신하게 되어 상기 설정을 적용하고 Msg3를 같이 전송하게 된다.

3. 단말은 상기 수신한 Temporary C-RNTI로, 상기 수신한 무선자원을 통해 Msg3를 전송한다. 상기 Msg 3에는 ue-Identity 같은 단말 고유의 정보를 포함한다.

4. 기지국은 단말로부터 수신하여 성공적으로 디코딩된 하나의 msg3에 대해 응답 메시지를 준비한다. Msg3에 포함되어 있던 단말의 고유 식별자(Contention Resolution ID = ue-Identity)를 포함하여 Msg4를 구성하고 Temporary C-RNTI로 전송한다.

5. 상기 응답 메시지(msg4)를 수신한 단말은 Msg4에 포함되어 있는 고유 식별자와 자신의 고유 식별자를 비교하여 동일하다면, 자신이 전송했던 Msg3의 응답으로 여기고 단말은 ACK을 기지국으로 전송한다. 만약 자신의 고유 식별자와 동일하지 않다면, 해당 단말은 랜덤 액세스 과정이 실패했다고 판단하고, 처음부터 다시 랜덤 액세스 과정을 다시 시작한다.

랜덤 액세스 프리앰블

도 5는 랜덤 액세스 프리앰블 구조를 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.

랜덤 액세스 프리앰블은 총 64개로 크게 Non-dedicated RA preamble 과 Dedicated RA preamble로 구분된다. Non-dedicated RA preamble은 Contention based 랜덤 액세스 과정에서 사용할 수 있는 프리앰블이고, Dedicated RA preamble은 Contention free 랜덤 액세스 과정에서 사용하는 preamble의 집합이다. Non-dedicated RA preamble들은 다시 Group A와 Group B로 나뉜다. Group A와 Group B은 랜덤 액세스 과정에서 메시지3(msg3)의 크기와 패스로스(Path loss)에 따라 구분하기 위해 나뉜다. 기지국은 System Information Block 2 를 통해 단말이 상황에 맞게 사용할 수 있는 preamble의 종류와 갯수를 미리 나뉘어 할당해놓게 된다.

Random Access Response

도 6은 랜덤 액세스 응답 구조를 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.

랜덤 액세스 프리앰블을 전송한 단말은 프리앰블을 전송했던 PRACH resource에 따라 RA-RNTI를 생성하고, 프리앰블 전송 후 3 서브프레임 이후부터 SIB2를 통해 미리 설정되어 있는 윈도우 시간(RAR window) 동안 기지국으로부터 자신의 프리앰블에 대해서 응답 메시지가 전송되는지 RA-RNTI를 이용하여 계속해서 모니터링 한다. 랜덤 액세스 프리앰블을 전송한 단말은 RAR 메시지를 응답 윈도우 내에 수신한다면, 해당 RAR메시지에 포함된 TA command에 따라 자신의 업링크 시간동기를 조정하고, Temporary C-RNTI를 자신의 RNTI로 설정하고, 상기 Temporary C-RNTI를 이용하여, UL grant 에 따라 msg3 를 전송할 준비를 한다.

랜덤 액세스 프리앰블을 전송한 단말은 3 서브프레임 이후부터 윈도우 시간(RAR window) 동안 기지국으로부터 자신의 프리앰블에 대해서 응답 메시지가 전송되는지 RA-RNTI를 이용하여 계속해서 모니터링 하게 되는데, 상기에서 서술한 MTC 단말의 경우 많게는 수백 번까지 반복 수신 동작을 수행해야 메시지를 수신할 수 있으므로, RA-RNTI를 이용하여 모니터링 하기는 불가능하고 상기 윈도우 시간 내에 수신하는 것 역시 불가능하므로, MTC 단말을 위한 랜덤 액세스 동작에 대해 새롭게 정의할 필요가 있다.

본 발명에서는 MTC 단말이 랜덤 액세스를 수행하는 방법에 대해 제안한다.

본 발명에서는 랜덤 액세스 프리앰블 전송 후 랜덤 액세스 응답 메시지를 수신하는 방법과 랜덤 액세스 과정 실패 시 단말 동작에 대해서 설명한다.

RAR Window 설정 방법1

RAR window는 단말의 프리앰블 반복 전송 끝에서 k 서브프레임 이후부터 해당 PRACH 레벨의 반복 전송 수(r)의 함수인 r’의 n 배로 설정될 수 있다. 상기 r’ 값은 PRACH 커버리지 레벨에 해당하는 반복 전송 수(r)의 함수로써 정해지는 값으로 스펙에 정의되거나 시스템 정보를 통해서 제공될 수 있으며, k 값은 단말이 프리앰블 전송 후에 RAR 수신을 위해 모니터링해야하는 RAR window까지의 간격이고, n 값은 RAR 윈도우 내에서 RAR 메시지가 최대 몇 개 전송될 수 있는 지에 대한 값으로 각 값들은 스펙에 정의된 값일 수도 있고, 시스템 정보를 통해 설정될 수도 있다. RAR Window 내에서 RAR 메시지는 RAR Window의 시작 서브프레임에서 전송이 시작되어 r’ 만큼 반복 전송되고, r’ 만큼의 서브프레임 간격마다 새로운 RAR 메시지가 최대 n개까지 순차적으로 전송될 수 있다. 즉, RAR Window 내에서 RAR 메시지의 전송 시점은 RAR Window의 시작 서브프레임에서 r’ 간격으로 고정되어 있다. 예를 들어, r에 의해 계산된 r’가 10 이고, RAR window의 시작 서브프레임이 3이고, n이 5인 경우, RAR 메시지는 RAR Window 내에서 매 3 서브프레임에 전송이 시작되어 최대 5개의 RAR 메시지가 전송될 수 있다.

여기서 r의 함수인 r'은 RAR의 반복 전송 수를 의미하는데, 세부적으로 RAR 메시지가 전송되는 PDSCH의 반복 전송 수를 의미할 수도 있고, RAR 메시지의 스케줄링 정보를 전송하는 M-PDCCH의 반복 전송 수를 의미할 수도 있다. 또는 이 두 반복 전송 수의 합을 의미할 수도 있다.

예를 들어, RAR window는 단말의 프리앰블 반복 전송 끝에서 k 서브프레임 이후부터 RAR을 위한 M-PDCCH의 반복 전송 수 a 와 PDSCH의 반복 전송 수 b 의 함수인 m*(a+b)의 n배로 설정될 수 있다. RAR Window 내에서 RAR 메시지의 스케쥴링 정보 전송을 위한 M-PDCCH가 RAR Window의 시작 서브프레임에서 전송을 시작하여, a만큼 반복 전송되고, 이어서 RAR 메시지 전송을 위한 PDSCH가 b만큼 반복 전송된다. 그리고 RAR window내에서 a+b만큼의 서브프레임 간격마다 새로운 RAR 메시지를 위한 M-PDCCH와 PDSCH의 전송이 시작될 수 있다. 또한 주파수 retuning 등을 위한 시간의 필요로 인해 M-PDCCH와 PDSCH 사이에는 n 서브프레임의 간격이 존재할 수도 있다.

단말은 해당 RAR window 기간 동안 자신의 RAR을 수신할 때까지 모니터링 해야 한다. 자신의 RAR인지에 대한 판단은 RAR메시지에 자신이 전송한 프리앰블 ID가 있는지로 확인할 수 있다. 자신의 RAR을 수신한 후에는 동일 RAR window내의 나머지 RAR은 수신하지 않을 수도 있다.

도 7은 본 발명의 방법 1을 설명하기 위한 도면이다.

방법1의 SIB 메시지

Rel-13 MTC를 위한 SIB에는 다음의 랜덤 액세스 설정 정보가 포함될 수 있다.

- 각 PRACH 커버리지 레벨 별 랜덤 액세스 프리앰블 반복 전송 횟수 또는 특정 한 커버리지 레벨의 랜덤 액세스 프리앰블 반복 전송 횟수

- 각 PRACH 커버리지 레벨 별 랜덤 액세스 응답(Random Access Response) 반복 수신 횟수 또는 특정 한 커버리리 레벨의 RAR 반복 수신 횟수

- 특정 한 커버리지 레벨의 반복 전송/수신 횟수가 제공되는 경우 그 외의 커버리지 레벨의 반복 전송/수신 횟수를 계산하기 위한 값(e.g. 함수에 이용하는 값, 커버리지 레벨 간 차이 값 등)

- 랜덤 액세스 프리앰블 전송 후 RAR window 시작 시점까지의 간격(서브프레임 수)

- RAR Window 내에 전송될 수 있는 최대 RAR 메시지 수: RAR window 크기를 결정하기 위한 값으로, 각 커버리지의 RAR Window 크기는 각 커버리지에 해당하는 RAR 반복 수신 횟수 * 최대 RAR 메시지 수의 형태로 정해질 수 있다.

- Contention resolution timer: 실제 타이머에 이용되는 값은 해당 값과 자신이 속한 PRACH 커버리지 레벨의 반복 전송 수(r) 또는 반복 수신 수(r’)의 함수 형태로 정의될 수 있다. 예를 들어, (해당 값 * r 또는 r’)의 형태일 수 있다.

방법1의 RAR 메시지

Rel-13 MTC를 위한 RAR 메시지는 다음과 같이 구성될 수 있다.

- Backoff Indicator: 랜덤 액세스 실패 시 적용될 backoff 시간은 자신이 속한 PRACH 커버리지 레벨의 반복 전송 수(r) 또는 반복 수신 수(r’)와, 해당 값(Backoff Indicator)의 함수를 통해 계산되는 값과 0 사이에서 랜덤하게 선택될 수 있다. 예를 들어, 0 ~ (해당 값 * r 또는 r’) 사이에서 랜덤하게 선택된 시간을 backoff 타임으로 설정하고, 해당 시간 이후에 랜덤 액세스 과정을 다시 수행할 수 있다.

- RA Preamble ID: 단말이 전송한 Preamble ID. 해당 RAR이 어떤 Preamble ID의 응답인지를 알려줄 수 있다.

- TA command: 업링크 시간 동기를 위한 정보

- UL grant: 메시지3 전송을 위한 상향링크 그랜트(스케줄링 정보)

- Temporary C-RNTI: 단말이 사용할 임시 C-RNTI 값

RAR Window 설정 방법2

또는 RAR window는 단말의 프리앰블 반복 전송 끝에서 k 서브프레임 이후부터 해당 PRACH 커버리지 레벨의 반복 전송 수(r)의 함수로써 정해진 r’ 만큼의 서브프레임으로 설정되고 해당 RAR window가 n개 만큼 주기적으로 존재할 수 있다. RAR window 내에는 최대 하나의 RAR 메시지만 전송될 수 있고, RAR의 전송 시작 서브프레임은 RAR window의 시작 서브프레임으로 고정된다. 상기 r’ 값은 PRACH 커버리지 레벨에 해당하는 반복 전송 수의 값(r)의 함수로써 정해지는 값이고, 스펙에 정의되거나 시스템 정보를 통해서 제공될 수 있으며, 상기 n 값은 한 PRACH 리소스에 해당하는 RAR window의 개수(또는 최대 RAR 메시지의 개수)로 스펙에 정의된 값일 수도 있고, 시스템 정보를 통해 설정될 수도 있다. RAR Window 주기 역시 스펙에 정의되거나 시스템 정보를 통해 설정될 수 있다.

단말은 설정된 모든 RAR window 기간 동안 자신의 RAR을 수신할 때까지 모니터링 해야 한다. 자신의 RAR인지에 대한 판단은 RAR메시지에 자신이 전송한 프리앰블 ID가 있는지로 확인할 수 있다. 자신의 RAR을 수신한 후에는 다음 번 RAR window들의 나머지 RAR은 수신하지 않을 수도 있다.

도 8은 본 발명의 방법 2를 설명하기 위한 도면이다.

방법2의 SIB 메시지

Rel-13 MTC를 위한 SIB에는 다음의 랜덤 액세스 설정 정보가 포함될 수 있다.

- 각 PRACH 커버리지 레벨 별 랜덤 액세스 프리앰블 반복 전송 횟수 또는 특정 한 커버리지 레벨의 랜덤 액세스 프리앰블 반복 전송 횟수

- 각 PRACH 커버리지 레벨 별 랜덤 액세스 응답(Random Access Response) 반복 수신 횟수 또는 특정 한 커버리리 레벨의 RAR 반복 수신 횟수

- 특정 한 커버리지 레벨의 반복 전송/수신 횟수가 제공되는 경우 그 외의 커버리지 레벨의 반복 전송/수신 횟수를 계산하기 위한 값(e.g. 함수에 이용하는 값, 커버리지 레벨 간 차이 값 등)

- 랜덤 액세스 프리앰블 전송 후 RAR window 시작 시점까지의 간격(서브프레임 수)

- RAR Window 의 개수 또는 최대 RAR 메시지 개수: 하나의 PRACH 리소스에 상응하는 RAR 메시지와 관련한 RAR window의 개수 또는 최대 RAR 메시지의 개수를 의미하는 값이다.

- RAR Window의 주기: 복수개의 RAR Window 또는 RAR 메시지가 존재하도록 설정된 경우 RAR Window 또는 RAR 메시지의 전송 주기를 의미한다.

- Contention resolution timer: 실제 타이머에 이용되는 값은 해당 값과 자신이 속한 PRACH 커버리지 레벨의 반복 전송 수(r) 또는 반복 수신 수(r’)의 함수 형태로 정의될 수 있다. 예를 들어, (해당 값 * r 또는 r’)의 형태일 수 있다.

방법2의 RAR 메시지

Rel-13 MTC를 위한 RAR 메시지는 다음과 같이 구성될 수 있다.

- Backoff Indicator: 랜덤 액세스 실패 시 적용될 backoff 시간은 자신이 속한 PRACH 커버리지 레벨의 반복 전송 수(r) 또는 반복 수신 수(r’)와, 해당 값(Backoff Indicator)의 함수를 통해 계산되는 값과 0 사이에서 랜덤하게 선택될 수 있다. 예를 들어, 0 ~ (해당 값 * r 또는 r’) 사이에서 랜덤하게 선택된 시간을 backoff 타임으로 설정하고, 해당 시간 이후에 랜덤 액세스 과정을 다시 수행할 수 있다.

- RA Preamble ID: 단말이 전송한 Preamble ID. 해당 RAR이 어떤 Preamble ID의 응답인지를 알려줄 수 있다.

- TA command: 업링크 시간 동기를 위한 정보

- UL grant: 메시지3 전송을 위한 상향링크 그랜트(스케줄링 정보)

- Temporary C-RNTI: 단말이 사용할 임시 C-RNTI 값

랜덤 액세스 실패 시 단말 동작

단말은 RAR Window 내에 RAR을 수신하지 못하는 경우, RAR을 수신했지만, 자신이 전송했던 RA Preamble ID가 포함되어 있지 않은 경우, 또는 Contention resolution이 실패하는 경우 단말은 랜덤 액세스 과정을 처음부터 다시 수행할 수 있다. 만약 단말이 랜덤 액세스 과정을 시스템 정보를 통해 설정된 횟수 이상 연속 실패하는 경우 해당 커버리지 레벨에서 다음 커버리지 레벨로 이동하여 랜덤 액세스 과정을 다시 수행할 수 있다. 또는 한번의 실패로도 다음 커버리지 레벨로 이동하여 랜덤 액세스 과정을 수행하도록 할 수도 있다. 즉, PRACH 커버리지 레벨을 변경하여, 더 많은 반복 전송/수신으로 랜덤 액세스 과정을 다시 수행할 수 있다. 만약 셀이 지원하는 가장 높은 PRACH 커버리지 레벨(가장 많은 반복 전송/수신 수를 갖는 커버리지 레벨)에서 시스템 정보를 통해 설정된 횟수 이상 반복적으로 실패한 경우에는 RRC로 랜덤 액세스 과정 실패를 알릴 수 있다. 그 후 단말의 RRC는 랜덤 액세스 과정을 중지하고 다른 셀로 이동할 수 있다.

도 9는 또 다른 실시예에 의한 기지국의 구성을 보여주는 도면이다.

도 9를 참조하면, 또 다른 실시예에 의한 기지국(1000)은 제어부(1010)과 송신부(1020), 수신부(1030)을 포함한다.

제어부(1010)는 전술한 본 발명을 수행하기에 필요한 MTC 단말의 랜덤 액세스 동작에 따른 전반적인 기지국의 동작을 제어한다.

송신부(1020)와 수신부(1030)는 전술한 본 발명을 수행하기에 필요한 신호나 메시지, 데이터를 단말과 송수신하는데 사용된다.

도 10은 또 다른 실시예에 의한 사용자 단말의 구성을 보여주는 도면이다.

도 10을 참조하면, 또 다른 실시예에 의한 사용자 단말(1100)은 수신부(1110) 및 제어부(1120), 송신부(1130)을 포함한다.

수신부(1110)는 기지국으로부터 하향링크 제어정보 및 데이터, 메시지를 해당 채널을 통해 수신한다.

또한 제어부(1120)는 전술한 본 발명을 수행하기에 필요한 MTC 단말의 랜덤 액세스 동작에 따른 전반적인 단말의 동작을 제어한다.

송신부(1130)는 기지국에 상향링크 제어정보 및 데이터, 메시지를 해당 채널을 통해 전송한다.

전술한 실시예에서 언급한 표준내용 또는 표준문서들은 명세서의 설명을 간략하게 하기 위해 생략한 것으로 본 명세서의 일부를 구성한다. 따라서, 위 표준내용 및 표준문서들의 일부의 내용을 본 명세서에 추가하거나 청구범위에 기재하는 것은 본 발명의 범위에 해당하는 것으로 해석되어야 한다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (1)

1. MTC 단말의 랜덤 액세스 동작에 있어서,
   랜덤 액세스 프리앰블을 전송하는 단계; 및
   상기 랜덤 액세스 프리앰블에 대한 응답으로 랜덤 액세스 응답을 미리 설정된 윈도우 내에서 반복하여 수신하는 단계를 포함하는 방법.

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