KR100403860B1 - 차세대 이동통신 시스템의 접속시도시의 충돌감소를 위한알에이씨에이치 선택방법 - Google Patents

차세대 이동통신 시스템의 접속시도시의 충돌감소를 위한알에이씨에이치 선택방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차세대 이동통신 시스템에 관한 것으로, 특히 호통화를 위한 접속시도를 할 때 RACH 서브채널의 선택시에 분산을 최대화하는 방식으로 RACH의 충돌확률을 줄이며, 차세대 이동통신 규정에 맞는 차세대 이동통신 시스템의 접속시도시의 충돌감소를 위한 RACH 선택방법에 관한 것이다.
종래기술의 문제점은 MAC 계층으로부터 동일한 ASC를 받았을 경우 각각의 단말기가 가지는 RACH 서브채널 그룹은 그 구성이 무작위로 다르기 때문에 최초 1회의 접속 시도 시에는 무작위로 선택된 서브채널을 가지고 있으므로 회피확률이 비교적 높으나, 최소 1회 실패시의 경우 2차, 3차의 시도에도 동일한 회피확률을 가지게 되므로 효과적으로 충돌을 회피하지 못하게 된다.
본 발명에서는 차세대 이동통신의 RACH 처리에서 RACH 사용시의 단말간 충돌을 최소화할 수 있는 방법으로써, RACH 서브채널 그룹을 생성할 수 있고, 동일한 ASC를 가진 단말들 간의 충돌확률을 효과적으로 감소시키는 효과가 있는 것으로, 최소 1회의 RACH 서브채널에 의하여 나머지 RACH 서브채널의 번호가 시간축 상에 최대한 분산되는 구조로서, 동일한 ASC를 가지는 단말간의 충돌확률을 효과적으로 낮출 수 있게 된다.

Description

차세대 이동통신 시스템의 접속시도시의 충돌감소를 위한 알에이씨에이치 선택방법{Method for RACH selection for collision decrease during connection attempt in IMT 2000 system}
본 발명은 차세대 이동통신 시스템에 관한 것으로, 특히 호통화를 위한 접속시도를 할 때 RACH 서브채널의 선택시에 분산을 최대화하는 방식으로 RACH의 충돌확률을 줄이며, 차세대 이동통신 규정에 맞는 차세대 이동통신 시스템의 접속시도시의 충돌감소를 위한 RACH 선택방법에 관한 것이다.
일반적으로 차세대 이동통신 시스템인 IMT-2000(International Mobile Telecommunications - 2000)은 ITU-T 스터디그룹 11에서 제안한 표준 기술이 채택된 차세대 이동통신 시스템으로서, 위성을 이용한 통신서비스를 수행한다. IMT-2000의 특징은 세계 어느 지역에서나 음성전화, 텔렉스, 무선호출, 전자우편 등의 서비스를 제공받을 수 있다는 점이다. 현재 음성서비스 위주로 된 셀룰러폰과 PCS 등의 이동통신서비스는 점차 고속의 데이터, 패킷, 영상 등 멀티미디어 개인통신을 지원하는 IMT-2000 서비스로 발전하는 추세이다.
차세대 이동통신 시스템은, 도1에 도시된 바와 같이, 이동통신 서비스를 사용하는 단말기(10)와, 단말기(10)와 무선으로 연결되어 CDMA(Code Division Multiple Access) 기지국 기능을 수행하는 기지국(20)과, 기지국(20)과 연결되어 차세대 이동통신 서비스를 제공하는 교환국(30)으로 구성된다.
또한, 차세대 이동통신의 종래 기술(2000-03 기준)은 접속시 RACH(Random Access Channel) 서브채널의 개념을 사용하고 있다.
RACH서브채널이란 동시에 다수의 단말이 사용 가능한 RACH의 특성상 프레임에 의해 구분되는 시간축 상에 하나의 서브채널에 속한 단말기(10)가 사용 가능한 AS(Access Slot)를 미리 적절히 배분하고, 배분된 AS를 기준으로 각 서브채널에 속한 단말기(10)는 해당 SFN(System Frame Number), 해당 AS에만 RACH 사용을 시도하도록 함으로써 RACH 사용시의 단말간의 충돌을 줄이도록 하는 구조를 말한다.
그리고 RACH 서브채널 그룹이란 이러한 RACH 서브채널의 집합체이다.
또한 각 단말기(10)의 우선순위 결정을 위하여 ASC(Access Service Class)를 이용하여 동시 사용가능한 서브채널의 개수를 제한하도록 하고 있다. ASC는 일종의 우선순위 개념이며, ASC에 의해 RACH 서브채널 개수가 제한된다. RACH 서브채널 그룹을 사용함으로써 각 단말기(10)는 한 프레임 내에서 복수개의 AS에 대해 RACH 사용을 시도할 수 있다.
단말기(10)는 MAC(Media Access Control) 계층에서 주어지는 ASC 번호에 의해서 RACH 서브채널 그룹을 선택할 수 있으며, 이때 서브채널 그룹의 개수는 ASC에 의해 지정되며, 물리계층은 주어진 개수 만큼의 RACH 서브채널을 무작위 추출하여 사용한다.
종래 차세대 이동통신 시스템의 접속시도시의 충돌감소를 위한 RACH 선택방법은, 도 2에 도시된 바와 같이, MAC에 의해 주어진 ASC에서 RACH 서브채널 그룹 내의 RACH 서브채널의 개수를 선택하고, 무작위로 RACH 서브채널을 선택한 다음 주어진 프레임의 SFN에서 정해진 RACH 서브채널 그룹의 가능한 AS를 구하는 제1 단계(S1)(S2)와, 구해진 AS에서 ASC에 의해 주어진 시그너처(Signature)를 무작위로 선택하고, 최대 재전송회수와 초기 전송전력을 설정한 다음 정해진 AS에 주어진 시그너처, 전송전력으로 전송을 시도하는 제2단계(S3~S6)와, 제2단계 후 AICH(Acquisition Indicator Channel)를 통해 주어진 AI(Acquisition Indicator)를 반송 받았는지 판별하는 제3단계(S7)와, AI를 반송 받지 않으면 다른 AS를 선택하는 제4단계(S8)와, 제4단계 후 다른 시그너처를 선택하고 전력 전송을 향상시켜 재전송을 시도한 다음 제3단계를 재수행하는 제5단계(S9~S11)와, AI를 반송 받으면 AICH의 AI를 받는 제6단계(12)를 수행한다.
도3은 도2에 사용되는 RACH 서브채널의 액세스 슬롯 예를 보인 도면이고, 도 4는 도2에 의한 RACH 서브채널 선택 예를 보인 도면이다.
한편, 차세대 이동통신의 종래 기술(2000-03)에 의한 동작원리는 다음과 같다.
MAC에 의해 주어진 ASC에서 RACH 서브채널 그룹 내의 RACH 서브채널의 개수를 선택하고, 무작위로 RACH 서브채널을 선택한다. 그리고 주어진 프레임의 SFN에서 정해진 RACH 서브채널 그룹의 가능한 AS를 구한다. 이때 각각의 주어진 프레임에서 가능한 AS의 개수는 MAC 계층에서 주어지는 ASC 값에 따라서 제한된다. 만약 해당 SFN에서 구할 수 없는 경우에는 SFN+1에서 동일한 절차를 반복하여 가능한 AS를 추출한다. 구해진 AS에서 ASC에 의해 주어진 시그너처를 무작위로 선택하며, 최대 재전송회수 Preamble_Retrans_Max를 설정하고, 초기 전송전력을 Preamble_Initial_Power로 설정한다. 정해진 AS에 주어진 시그너처, 전송전력으로 전송을 시도하며, AICH를 통해 주어진 AI를 반송 받았는지 판별한다.
이때, AI를 반송 받지 못하는 경우, 타 단말기(10)와의 충돌이 예상되기 때문에 다른 AS를 선택하고, 다른 시그너처를 선택하고, 또한 전력 전송을 향상시킨다. 이때 전송전력 △P는 Power_Ramp_Step[dB] 만큼 향상시켜 재전송을 시도한다. 재전송 시도회수는 Preamble_Retrans_Max 카운터에 의해 제한되며, 성공시에는 AICH의 AI를 전송받는다.
한편, 종래에는 MAC 계층으로부터 ASC를 받아서 RACH 서브채널 그룹을 선택하는 과정에서 모든 서브채널들을 무작위로 선택함으로써 다른 단말기들과의 충돌가능성을 효과적으로 제거하지 못하는 문제점이 있다.
이유는, 모든 단말기가 기본적으로 동일한 ASC를 받았을 경우 각각의 단말기가 가지는 RACH 서브채널 그룹은 그 구성이 무작위로 다르기 때문에 최초 1회의 접속 시도 시에는 무작위로 선택된 서브채널을 가지고 있으므로 회피확률이 비교적 높으나, 최소 1회 실패시의 경우 2차, 3차의 시도에도 동일한 회피확률을 가지게 되므로 효과적으로 충돌을 회피하지 못하게 된다.
도4는 비효율적인 충돌회피의 결과를 도시한 것으로, 이는 결국 RACH 서브채널 그룹의 구성원 선택시 모두 무작위로 선택하기 때문에 발생하는 것이다.
또한 평균적으로 RACH의 사용은 각 단말기간에 해당 프레임 내의 주어진 AS의 연속구간만을 집중적으로 사용하게 되므로, 만약 선택된 RACH 서브채널의 구성요소가 시간축 상에 충분히 분산되지 못하는 경우 충돌을 차단할 수 없는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 보완하기 위해 RACH의 서브채널을 복수개 할당받고, 또한각 프레임 내에서 시도하기 위한 AS를 SFN에 따라서, SFN+1에 따라서 선택할 수 있도록 하고 있으나, 이 또한 근본적인 해결책이 되지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, MAC에 의해 주어진 ASC에 의해 어느 하나의 RACH서브채널을 선택하고, 이 선택된 RACH서브채널을 기준으로 제한된 범위내에서 나머지 RACH서브채널들을 생성하여 RACH서브채널그룹을 형성함으로써 상기 나머지 RACH서브채널의 구성요소가 시간축 상에 충분히 분산되는 것에 의해 호접속시 충돌을 최소화하는데 그 목적이 있다.
도1은 일반적인 차세대 이동통신 시스템의 블록구성도.
도2는 종래 차세대 이동통신 시스템의 접속시도시의 충돌감소를 위한 RACH 선택방법의 흐름도.
도3은 도2에 사용되는 RACH 서브채널의 액세스 슬롯 예를 보인 도면.
도4는 도2에 의한 RACH 서브채널 선택 예를 보인 도면.
도5는 본 발명에 의한 차세대 이동통신 시스템의 접속시도시의 충돌감소를 위한 RACH 선택방법의 흐름도.
도6은 도5에서 RACH 서브채널 그룹의 선택을 보인 흐름도.
도7은 도5에 의한 RACH 서브채널 선택 예를 보인 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 단말기, 20 : 기지국,
30 : 교환국.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차세대 이동통신 시스템의 접속시도시의 충돌감소를 위한 알에이씨에이치 채널 선택방법은, 무작위로 첫 번째의 RACH 서브채널을 결정하고, 상기 첫번째 결정된 RACH 서브채널을 기준으로 MAC계층에서 주어지는 ASC에 의해 결정되는 서브채널 개수에 따라 나머지 RACH 서브채널들을 시간축 상에 분산된 형태로 배열되게 선택하여 RACH 서브채널 그룹을 생성하는 단계; 각각 주어진 프레임의 SFN에서 상기 RACH 서브채널 그룹의 가능한 AS를 구하는 단계; 상기 구해진 AS에서 ASC에 의해 주어진 시그너처를 무작위로 선택하고, 최대 재전송회수와 초기 전송전력을 설정한 다음 정해진 AS에 주어진 시그너처, 전송전력으로 전송을 시도하는 단계; 상기 전송을 시도한 후 AICH를 통해 주어진 AI를 반송 받았는지 판별하고, 상기 AI를 반송 받지 않을 경우 무작위로 선택가능한 다른 서브채널의 다른 AS를 선택하는 단계; 및 상기 단계 후 다른 시그너처를 선택하고 전력 전송을 향상시켜 재전송을 시도하고, 상기 AI를 반송 받을 경우 AICH의 AI를 받는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 의한 차세대 이동통신 시스템의 접속시도시의 충돌감소를 위한 RACH 선택방법은, 도5에 도시된 바와 같이, MAC에 의해 주어진 ASC에서 RACH 서브채널 그룹 내의 RACH 서브채널의 개수를 선택하고, 무작위로 첫 번째의 RACH 서브채널을 선택하여 나머지 RACH 서브채널을 선택한 다음 주어진 프레임의 SFN에서 정해진 RACH 서브채널 그룹의 가능한 AS를 구하는 제1단계(S21)(S22)와, 구해진 AS에서 ASC에 의해 주어진 시그너처를 무작위로 선택하고, 최대 재전송회수와 초기 전송전력을 설정한 다음 정해진 AS에 주어진 시그너처, 전송전력으로 전송을 시도하는 제 2단계(S23~S26)와, 제2단계 후 AICH를 통해 주어진 AI를 반송 받았는지 판별하는 제 3 단계(S27)와, AI를 반송 받지 않으면 무작위로 선택가능한 다른 서브채널의 다른 AS를 선택하는 제4단계(S28)와, 제4단계 후 다른 시그너처를 선택하고 전력 전송을 향상시켜 재전송을 시도한 다음 제3단계를 재수행하는 제5단계(S29~S31)와, AI를 반송 받으면 AICH의 AI를 받는 제6단계(32)로 이루어진다.
제1단계인 RACH 서브채널 그룹의 선택은, 도6에 도시된 바와 같이, 무작위 선택에 의해 첫 번째 RACH 서브채널의 번호를 설정하는 단계(S41)와, ASC에 의해 서브채널의 번호를 결정하는 단계(S42)와, RACH 서브채널의 최대 번호를 설정하는 단계(S43)와, 첫 번째 RACH 서브채널 번호와 ASC에 의한 서브채널 번호와 RACH 서브채널 번호를 이용하여 두 번째 이후의 RACH의 서브채널을 구하는 단계(S44)와, 구해진 RACH 서브채널에 의해 RACH 서브채널 그룹을 선택하는 단계(S45)로 이루어진다.
이와 같이 구성된 본 발명에 의한 차세대 이동통신 시스템의 접속시도시의 충돌감소를 위한 RACH 선택방법의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
먼저 본 발명은 RACH 처리상의 충돌문제를 효과적으로 개선하기 위한 것으로, RACH 서브채널 그룹의 서브채널 선택시에 최초의 1개 서브채널(서브채널 A)을 무작위로 선택한다. 그리고 나머지 ASC에 의한 서브채널 넘버들을 최초의 서브채널에 직교(Orthogonal)한 구조로 나머지 서브채널을 선택하는 방법이다.
한편, MAC 계층에서 받은 ASC에 의해 RACH 서브채널 그룹을 생성하는 과정에서 최소 1개의 RACH 서브채널을 무작위로 선택하고, 나머지 RACH 서브채널을 다음의 수학식 1에 의하여 선택한다.
Zi = (A + Int (C/B) * I) mod C
Zi = (I+1)st RACH sub-channel number
수학식 1에서 A는 무작위 선택에 의해 첫 번째 RACH 서브채널의 번호(1st RACH sub-channel number)이고, B는 ASC에 의해 결정된 서브채널의 번호(Number of sub-channel)이며, C는 RACH 서브채널의 최대 번호(Maximum Number of RACH sub-channel)이고, Zi는 두 번째 이후의 RACH의 서브채널((I+1)st RACH sub-channel number)이다.
또한, 선택된 RACH 서브채널 그룹은 다음의 수학식 2에 의해 구한다.
Z = {Z01B-1
수학식 1 및 2에 의하면 최초 1개의 RACH 서브채널이 결정되면, 나머지 RACH 서브채널은 시간축 상에 최대한 분산된 형태로 배열된다.
도7은 이러한 RACH 서브채널 선택 예를 도시한 것으로, 최초 1개의 RACH 서브채널이 결정되면, 나머지 RACH 서브채널은 시간축 상에 분산된 형태로 배열되어 있다.
본 발명에 의한 접속시도시에 RACH 동작순서는 다음과 같다.
MAC에 의해 주어진 ASC에서 RACH 서브채널 그룹 내의 RACH 서브채널의 번호(B)를 선택하고, 무작위로 첫 번째의 RACH 서브채널(A)을 선택한다. 첫 번째의RACH 서브채널을 기반으로 나머지 RACH 서브채널들(Zi)을 생성하고, 이를 이용하여 RACH 서브채널 그룹(Z)을 생성한다. 주어진 프레임의 SFN에서 정해진 RACH 서브채널 그룹의 가능한 AS를 구하며, 이때 각각의 주어진 프레임에서 가능한 AS의 개수는 MAC 계층에서 주어지는 ASC 값에 따라서 제한된다. 만약 해당 SFN에서 구할 수 없는 경우에는 SFN+1에서 동일한 절차를 반복하여 가능한 AS를 추출한다. 구해진 AS에서 ASC에 의해 주어진 시그너처를 무작위로 선택하며, 최대 재전송회수 Preamble_Retrans_Max를 설정하고, 초기 전송전력을 Preamble_Initial_Power로 설정하고, 정해진 AS에 주어진 시그너처, 전송전력으로 전송을 시도하며, AICH를 통해 주어진 AI를 반송 받았는지 판별한다.
만약 AI를 반송 받지 못하는 경우, 타 단말기(10)와의 충돌이 예상되기 때문에 무작위로 선택가능한 다른 서브채널의 다른 AS를 선택하고, 다른 시그너처를 선택하고, 전력 전송을 △P는 Power_Ramp_Step[dB] 만큼 향상시킨다. 그리고 재전송을 시도한다. 이때의 시도회수는 Preamble_Retrans_Max 카운터에 의해 제한되며,성공시 AICH의 AI를 전송받는다. 이때 RACH 서브채널은 서브채널 번호에 따라서 각각 순차적으로 분산되어 있는 구조이므로, RACH 서브채널 번호를 효과적으로 선택하면 시간축 상의 AS의 효과적인 분산이 가능하게 됨을 알 수 있다.
또한 사용하는 서브채널의 순서를 Z0, Z1, Z2, ……의 순차적으로 진행하지 않고 무작위로 다른 서브채널을 선택함으로써(예를 들어, Z0, Z6, Z3, ……) 동일한 ASC에서 동일한 첫 번째 RACH 서브채널(A)을 선택하는 단말기들에 의한 연속적인충돌을 방지하게 함으로써 충돌회피를 구현하게 된다.
본 발명에서는 차세대 이동통신의 RACH 처리에서 RACH 사용시의 단말간 충돌을 최소화할 수 있는 방법으로써, RACH 서브채널 그룹을 생성할 수 있고, 동일한 ASC를 가진 단말들 간의 충돌확률을 효과적으로 감소시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 최초 1회의 RACH 서브채널 선택에 의하여 나머지 RACH 서브채널의 번호가 시간축 상에 최대한 분산되는 구조로서, 동일한 ASC를 가지는 단말간의 충돌확률을 효과적으로 낮출 수 있게 된다.
그러므로 RACH 서브채널 번호를 이용하면 차후의 접속시에도 AS까지 지정이 가능하여 AS 대신 RACH 서브채널 번호만을 사용하여 충돌회피를 구현하는 것이 가능하며, 차세대 이동통신의 RACH 처리 규격을 위배하지 않기 때문에 현 규격 내에서 효과적인 충돌방지의 구현이 가능한 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 무작위로 첫 번째의 RACH 서브채널을 결정하고, 상기 첫번째 결정된 RACH 서브채널을 기준으로 MAC계층에서 주어지는 ASC에 의해 결정되는 서브채널 개수에 따라 나머지 RACH 서브채널들을 시간축 상에 분산된 형태로 배열되게 선택하여 RACH 서브채널 그룹을 생성하는 단계;
    각각 주어진 프레임의 SFN에서 상기 RACH 서브채널 그룹의 가능한 AS를 구하는 단계;
    상기 구해진 AS에서 ASC에 의해 주어진 시그너처를 무작위로 선택하고, 최대 재전송회수와 초기 전송전력을 설정한 다음 정해진 AS에 주어진 시그너처, 전송전력으로 전송을 시도하는 단계;
    상기 전송을 시도한 후 AICH를 통해 주어진 AI를 반송 받았는지 판별하고, 상기 AI를 반송 받지 않을 경우 무작위로 선택가능한 다른 서브채널의 다른 AS를 선택하는 단계; 및
    상기 단계 후 다른 시그너처를 선택하고 전력 전송을 향상시켜 재전송을 시도하고, 상기 AI를 반송 받을 경우 AICH의 AI를 받는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차세대 이동통신 시스템의 접속시도시의 충돌감소를 위한 알에이씨에이치 선택방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 RACH 서브채널 그룹을 생성하는 단계는,
    무작위로 선택된 첫 번째 RACH 서브채널의 번호를 설정하는 과정, ASC에 의해 서브채널들의 번호를 결정하는 과정, RACH 서브채널의 최대 번호를 설정하는 과정, 상기 첫 번째 RACH 서브채널 번호와 상기 ASC에 의해 결정된 서브채널 번호와 상기 첫번째 RACH 서브채널 번호를 이용하여 두 번째 이후의 RACH의 서브채널을 구하는 과정과, 상기 구해진 RACH 서브채널에 의해 RACH 서브채널 그룹을 선택하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차세대 이동통신 시스템의 접속시도시의 충돌감소를 위한 알에이씨에이치 선택방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 두 번째 이후의 RACH의 서브채널을 구하는 과정은,
    A는 무작위 선택에 의해 첫 번째 RACH 서브채널의 번호(1st RACH sub-channel number)이고, B는 ASC에 의해 결정된 서브채널의 번호(Number of sub-channel)이며, C는 RACH 서브채널의 최대 번호(Maximum Number of RACH sub-channel)이고, Zi는 두 번째 이후의 RACH의 서브채널((I+1)st RACH sub-channel number)일 때,
    For (I = 0; I < B; I++)
    Zi = (A + Int (C/B) * I) mod C
    Zi = (I+1)st RACH sub-channel number
    로 Zi를 구하는 것을 특징으로 하는 차세대 이동통신 시스템의 접속시도시의 충돌감소를 위한 알에이씨에이치 선택방법.
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