KR100662293B1 - 시분할 듀플렉스 모드에서의 랜덤 액세스 방법 - Google Patents

시분할 듀플렉스 모드에서의 랜덤 액세스 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차세대 이동통신 시스템에 관한 것으로, 특히 저속의 칩레이트를 갖는 시분할 듀플렉스(Time Division Duplex : TDD) 모드에서 상향링크 파일럿 타임 슬롯(UpPTS)을 이용하지 않고, 랜덤 액세스 채널 메시지를 이용한 시분할 듀플렉스 (TDD) 모드에서의 랜덤 액세스 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 랜덤 액세스 방법은 사용자의 랜덤 액세스를 위해 상위 계층에서 제공하는 정보에 상응하는 액세스 프레임 단위로 이용 가능한 액세스 슬롯들을 일정 회수만큼 탐색하는 단계와, 상기 탐색 결과, 선택된 슬롯을 통하여 사용자의 역방향 데이터를 시스템에 전송하는 단계를 포함하여 이루어진다.
액세스 서비스 클래스(ASC), SYNC1, 물리 랜덤 액세스 채널(PRACH)

Description

시분할 듀플렉스 모드에서의 랜덤 액세스 방법{Method for Accessing random in Time Division Duplex Mode}
도 1은 일반적인 1.28 Mcps 시분할 듀플렉스(TDD) 모드의 무선 프레임 구조를 나타낸 도면.
도 2는 도 1에 도시된 무선 프레임을 구성하는 타임슬롯들 중 UpPTS의 구조를 나타낸 도면.
도 3은 일반적인 3.84 Mcps 시분할 듀플렉스(TDD) 모드의 무선 프레임 구조를 나타낸 도면.
도 4는 표준 타임 슬롯의 제1 버스트 타입 포맷을 나타낸 도면.
도 5는 표준 타임 슬롯의 제2 버스트 타입 포맷을 나타낸 도면.
도 6은 표준 타임 슬롯의 제3 버스트 타입 포맷을 나타낸 도면.
도 7은 본 발명에 따른 랜덤 액세스 채널의 프레임 구조를 나타낸 도면.
본 발명은 차세대 이동통신 시스템에 관한 것으로, 특히 저속의 칩레이트를 갖는 시분할 듀플렉스(Time Division Duplex : TDD) 모드에서 상향링크 파일럿 타 임 슬롯(UpPTS)을 이용하지 않고, 랜덤 액세스 채널 메시지를 이용한 시분할 듀플렉스 (TDD) 모드에서의 랜덤 액세스 방법에 관한 것이다.
ITU는 실내 환경, 도보 환경, 운송 수단 환경하(120km/h)에서도 저속의 칩레이트(1.28Mcps)를 갖는 시분할 듀플렉스(Time Division Duplex : TDD) 모드가 지원되어야 함을 건의하였다. TDD 옵션중의 하나인 저속 칩 레이트 옵션은 기본 서비스(베어러 서비스)를 지원해야 하며, ITU 요구에 부응하는 IMT-2000 호환 시스템과 실내 환경에서도 2Mbps의 데이터 서비스가 지원되어야 하며, 실외 도보 환경하에서도 데이터 서비스가 384kbps 이상까지 지원되어야 하며, 움직이고 있는 사용자(적어도 120km/h이하의 운반수단의 속도)에 대한 데이터 레이트도 384kbps 또는 그 이상의 데이터 서비스가 지원되어야 한다.
이러한 저속의 칩레이트를 갖는 TDD 모드에서의 물리 계층(layer)에서는 상향링크와 하향링크 모두에서 저속 칩레이트를 갖는 TDD 모드에서의 전력 제어를 위한 전력 제어 동작과, 셀 탐색 동작과, 상향링크 동기화, 랜덤 액세스, 빔포밍(beamforming ; 옵션)등이 고속의 칩레이트(3.84Mbps이상)를 갖는 TDD 모드와는 다른 방식 또는 추가적으로 요구되는 절차들이다.
특히, 저속의 칩레이트를 갖는 TDD 모드에서의 서브 프레임 구조는 상기에서 설명한 빔포밍 또는 상향링크 동기화를 위하여 기술적으로 고려되어져야 할 사항들이 존재한다.
도 1은 일반적인 1.28 Mcps 시분할 듀플렉스(TDD) 모드의 무선 프레임 구조를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 저속의 칩레이트를 갖는 TDD 모드에서의 무선 프레임은 10ms 길이로 이루어지고, 이 무선 프레임은 5ms(6400칩) 길이로 이루어진 두 개의 서브 프레임으로 이루어진다. 상기 서브 프레임은 7개의 트래픽 슬롯들과, 특수한 기능의 3개의 타임슬롯들로 나뉘어지는데, 저속의 칩레이트를 갖는 TDD 모드에서는 상기 프레임 구조가 상향링크 또는 하향링크 타임 슬롯으로 적절히 나뉘어져 대칭 또는 비대칭 구조로 동작되어질 수 있다. 이때, 상기 7개의 슬롯들에는 각각의 슬롯 번호(TsN ; N은 0부터 6까지 증가하는 정수)들이 부여되는데, Ts0 타임 슬롯은 하향링크에, Ts1 타임 슬롯은 상향링크에 할당되는 타임슬롯이다. 또한, 상기 Ts0와 Ts1의 타임 슬롯 사이에는 특수한 기능들을 지닌 3개의 타임슬롯들이 위치하는데, 보호 구간(Guard Period ;이하 GP라 약칭함)과 하향링크 파일럿 타임 슬롯(Downlink Pilot Time Slot;이하, DwPTS라 약칭함)이 서브 프레임 내에서 Ts0 타임 슬롯 이후에 고정적으로 위치하여 사용자로 하여금 동기화를 잃지 않도록 하고, 기지국(Node B)이 동기화 절차(DwPTS 채널을 통하여)를 수행하도록 한다. 또한, 상향링크 파일럿 타임 슬롯(Uplink Pilot Time Slot ;이하 UpPTS라 약칭함)들을 전송하는 사용자들로 하여금 다른 사용자의 DwPTS를 전송하는 사용자들을 방해하지 못하도록 한다.
도 2는 도 1에 도시된 무선 프레임을 구성하는 타임슬롯들 중 UpPTS의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2를 참고하면, UpPTS는 SYNC1 필드(128칩)와, GP 필드(32칩)로 이루어진다. 상기 UpPTS는 총 125us 길이를 갖는 타임슬롯으로서, 사용자는 5ms 서브 프레 임마다 한 번씩 상기 UpPTS를 보낼 수 있다. 여기서, SYNC1은 128칩의 직교 골드 (gold) 시퀀스로 이루어진 것으로, 기지국(또는 셀)당 8개의 직교 골드 코드들이 할당되어 있다.
기지국(Node B)은 이 UpPTS의 전송 타이밍과 전력 레벨을 측정한 후 하향링크 고속 물리 액세스 채널(Fast Physical Access Channel : FPACH)을 통해 전송 타이밍 조정과, 전력 조정 명령을 내린다. 이 정보를 통해 사용자는 상향링크시 물리 랜덤 액세스 채널(PRACH)을 통하여 정확한 전송 타이밍과 전력으로 신호를 보낼 수 있게 된다. 참고적으로, FDD는 프리엠블(Preamble)을 기지국에 보낸후 획득 지시 채널(Acquisition Indicator Channel;이하 AICH)을 통해 랜덤 액세스 Ack나 Nack정보를 받은 후 랜덤 액세스 메시지를 보내는 과정을 거친다.
도 3은 일반적인 3.84 Mcps 시분할 듀플렉스(TDD) 모드의 무선 프레임 구조를 나타낸 도면이다. 3.84 Mcps 시분할 듀플렉스(TDD) 모드의 경우에는 상술한 1.28 Mcps의 경우와는 달리, 광대역 TDD(3.84Mcps TDD)는 PRACH를 보내는데 이용될 정보가 포함되어 있는 액세스 서비스 클래스(Access Service Class;이하 ASC라 약칭함)를 상위계층으로부터 전달 받고, 이 ASC에 대한 이용 가능한 PRACH 서브 채널을 임의로 선택을 한다. 여기서, ASC는 사용자들마다 우선 순위를 주기 위한 것으로 각각의 ASC들은 PRACH 자원들(타임 슬롯, 채널화 코드)중에서 어떤 부분들을 알려주는 지시자(지시자는 0에서 NumASC 사이의 정수로 0~7사이의 값을 갖는다)와 저항값(Persistence Value :전송할 수 있는 확률)으로 구성된다.
그리고, 선택한 PRACH 서브 채널에서 N개의 프레임 중에서 이용 가능한 액세스 슬롯을 찾아낸다. 이는 첫 번째 프레임의 15개 타임 슬롯 중 상향 링크용으로 찾지 못하면 다음 프레임에서 찾도록 하고, 총 N개의 프레임동안 찾게 된다. 그래 서 이용 가능한 액세스 슬롯을 찾게 되면 확산 코드를 할당한 후 개방 루프 전력 제어를 통한 값을 상위층으로부터 받은 후 메시지를 전송하는 과정을 따른다.
그러나, 1.28Mcps TDD의 경우는 위에서 살펴본 바와 같이 TDD이면서 3.84Mcps의 랜덤 액세스 방식보다는 FDD의 랜덤 액세스 방식과 유사하다. 그러므로, 3.84Mcps TDD와의 호환성이 떨어지는 단점이 있다. 3.84Mcps TDD와 1.28Mcps TDD는 TDD 방식이기 때문에 표준화시 많은 부분들이 유사하다. 이와 같은 이유로 랜덤 액세스 절차도 두 방식간에 유사성을 두고 1.28Mcps TDD의 독특한 서브 프레임 구조로 인한 문제점을 해결하기 위한 방안들이 모색중이다.
따라서, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 협대역 TDD(1.28Mcps)에서의 랜덤 액세스시 상위 계층으로의 ASC를 이용함으로써, 광대역 TDD(3.84Mcps)와의 호환성을 제공하는 시분할 듀플렉스 모드에서의 랜덤 액세스 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 협대역 TDD(1.28Mcps)에서의 랜덤 액세스시 M개의 서브 프레임들에서 액세스 슬롯을 검색하도록 함으로써, 사용자간 액세스 충돌을 줄일 수 있도록 하는 시분할 듀플렉스 모드에서의 랜덤 액세스 방법을 제공하기 위한 것이다.
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이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법상 특징에 따르면, 사용자의 랜덤 액세스를 위해 상위 계층에서 제공하는 정보에 상응하는 액세스 프레임 단위로 이용 가능한 액세스 슬롯들을 일정 회수만큼 탐색하는 단계와, 상기 탐색 결과, 선택된 슬롯을 통하여 사용자의 역방향 데이터를 시스템에 전송하는 단계를 포함하여 이루어진다.
바람직하게, 상기 액세스 프레임은 5ms 길이를 갖는 두 개의 서브 프레임으로 구성된다.
이하 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 구성 및 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
저속의 칩레이트를 갖는 TDD 모드에서의 무선 프레임은 기 설명한 바와 같이 10ms 길이로 이루어지고, 이 무선 프레임은 5ms(6400칩) 길이로 이루어진 두 개의 서브 프레임으로 이루어진다. 상기 서브 프레임은 7개의 트래픽 슬롯들과, 특수한 기능의 3개의 타임슬롯들로 나뉘어지는데, 저속의 칩레이트를 갖는 TDD 모드에서는 상기 프레임 구조가 상향링크 또는 하향링크 타임 슬롯으로 적절히 나뉘어져 대칭 또는 비대칭 구조로 동작되어질 수 있다. 이때, 상기 7개의 슬롯들에는 각각의 슬롯 번호(TsN ; N은 0부터 6까지 증가하는 정수)들이 부여되는데, Ts0 타임 슬롯은 하향링크에, Ts1 타임 슬롯은 상향링크에 할당되는 타임슬롯이다. 또한, 상기 Ts0와 Ts1의 타임 슬롯 사이에는 특수한 기능들을 지닌 3개의 타임슬롯들이 위치하는데, 보호 구간(Guard Period ;이하 GP라 약칭함)과 하향링크 파일럿 타임 슬롯(Downlink Pilot Time Slot;이하, DwPTS라 약칭함)이 서브 프레임 내에서 Ts0 타임 슬롯 이후에 고정적으로 위치하여 사용자로 하여금 동기화를 잃지 않도록 하고, 기지국(Node B)이 동기화 절차(DwPTS 채널을 통하여)를 수행하도록 한다. 또 한, 상향링크 파일럿 타임 슬롯(Uplink Pilot Time Slot ;이하 UpPTS라 약칭함)들을 전송하는 사용자들로 하여금 다른 사용자의 DwPTS를 전송하는 사용자들을 방해하지 못하도록 한다. 이하 도 4와 도 5와 도 6은 상기 상향링크 또는 하향링크에 할당되는 표준 슬롯들을 나타내었다.
도 4는 표준 타임 슬롯의 제1 버스트 타입 포맷을 나타낸 도면이다.
도 5는 표준 타임 슬롯의 제2 버스트 타입 포맷을 나타낸 도면이다.
도 6은 표준 타임 슬롯의 제3 버스트 타입 포맷을 나타낸 도면이다.
도 4와 도 5와 도 6을 참조하면, 1.28Mcps는 서브 프레임을 단위로 하기 때문에 3.84Mcps TDD 방식보다 랜덤 액세스시 이용 가능한 액세스 슬롯 수가 평균 1/2이라고 볼 수 있다. 이는 사용자들이 랜덤 액세스시 상대적으로 액세스 충돌 확률이 높다. 그러므로, 이를 해결하기 위해 서브 프레임마다 액세스 슬롯을 찾는 것이 아니라, 3.84Mcps TDD처럼 10ms동안 찾도록 하기 위해 M개의 서브 프레임을 묶어서 ASC를 할당하도록 한다. 여기서, ASC는 사용자들마다 우선 순위를 주기 위한 것으로 각각의 ASC들은 PRACH 자원들(타임 슬롯, 채널화 코드)중에서 어떤 부분들을 알려주는 지시자(지시자는 0에서 NumASC 사이의 정수로 0~7사이의 값을 갖는다)와 저항값(Persistence Value :전송할 수 있는 확률)으로 구성된다.
참고적으로, 상기 도 4와, 도 5와, 도 6에서, 미드앰블(Midamble ; 512칩 또는 256칩)은 FDD의 파일럿 심볼들과 같은 필드로서 기지국은 같은 슬롯에 위치하는 각 사용자들의 미드앰블 필드를 측정하여 전력 레벨과 시프팅(shifting)된 전송 타이밍을 추정할 수 있도록 한다. 그리고, 다음 하향 링크 타임 슬롯상에 동기화 시 프팅 및 전력 제어 신호를 전송함으로써, 사용자가 전송(Tx) 타이밍 및 전송 전력 레벨을 적절히 조정할 수 있도록 하여 상향 링크 동기화가 유지된다.
즉, 협대역 TDD(1.28Mcps TDD)는 PRACH를 보내는데 이용될 정보가 포함되어 있는 액세스 서비스 클래스(Access Service Class;이하 ASC라 약칭함)를 상위계층으로부터 전달 받고, 이 ASC에 대한 이용 가능한 PRACH 서브 채널을 임의로 선택을 한다.
그리고, 선택한 PRACH 서브 채널의 N개의 프레임 중에서 이용 가능한 액세스 슬롯을 찾아낸다. 이는 첫 번째 프레임의 15개 타임 슬롯 중 상향 링크용으로 찾지 못하면 다음 프레임에서 찾도록 하고, 총 N개의 프레임동안 찾게 된다. 그래서 이용 가능한 액세스 슬롯을 찾게 되면 확산 코드를 할당한 후 개방 루프 전력 제어를 통한 값을 상위층으로부터 받은 후 메시지를 전송하는 과정을 따른다.
도 7은 본 발명에 따른 랜덤 액세스 채널의 프레임 구조를 나타낸 도면이다.
본 발명이 제안하는 1.28Mcps TDD의 랜덤 액세스 방식은 도 7에 도시된 바와 같이 3.84Mcps TDD 방식과 같이 프리앰블 사용하지 않고, 서프 프레임에 할당된 액세스 슬롯 중에 이용 가능한 슬롯을 찾아서 액세스하는 방식이다. 그러나, 1.28Mcps TDD는 5ms 서브 프레임 단위이기 때문에 이를 그대로 적용하면, 많은 사용자들이 액세스 시도시 충돌 확률이 높다. 그러므로, 이를 방지하기 위하여 3.84Mcps TDD와 같이 ASC를 10ms 단위로 나누어서 액세스 슬롯을 이 구간 안에서 찾도록 하여 액세스 충돌 확률을 줄인다. 총 M*N 서브 프레임동안 사용자는 랜덤 액세스를 시도할 수 있다.
상기 도 7에 도시된 프레임 구조에 따른 랜덤 액세스 절차를 요약하면 다음과 같다.
먼저, 무선 자원 제어(Radio Resource Control;이하 RRC라 약칭함) 상위층을 통해 주어진 ASC를 통해 임의의 PRACH 서브 채널을 선택한다. 앞에서 언급한대로 서브 채널은 두 개의 서브 프레임을 단위로 구성된다.
첫 번째 M개의 서브 프레임에서 이용 가능한 액세스 슬롯을 찾는다. 만약, 찾을 수 없다면 다음 M개의 서브 프레임에서 액세스 슬롯을 찾는다. 이러한 과정을 N개의 액세스 프레임까지 시도할 수 있다. 참고로, 액세스 프레임은 두 개의 서브 프레임으로 구성된다.
ASC를 통해 할당된 이용 가능한 스프레딩 코드를 임의로 선택한다. 이때, 미드앰블(Midamble)은 스프레딩 코드와 연관된 것을 사용한다.
개방 루프 전력 제어를 통해 전력을 정한 후, 랜덤 액세스 메시지를 전송한다.
이상의 설명에서와 같이 본 발명은 1.28Mcps TDD 랜덤 액세스를 이용하면, 3.84Mcps TDD와 유사하게 랜덤 액세스를 할 수 있어 두 가지 방식의 TDD 운영시의 복잡성을 줄일 수 있으며, UpPTS를 이용한 프리앰블을 보내지 않으므로 좀 더 빠르게 액세스 할 수 있으며, 서브 프레임을 두 개씩 묶어서 ASC를 할당함으로 랜덤 액세스시 액세스 충돌 확률를 줄일 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니 하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정하는 것이 아니라 특허 청구 범위에 의해서 정해져야 한다.

Claims (4)

  1. 사용자의 랜덤 액세스를 위해 상위 계층에서 제공하는 정보에 상응하는 액세스 프레임 단위로 이용 가능한 액세스 슬롯들을 일정 회수만큼 탐색하는 단계와,
    상기 탐색 결과, 선택된 슬롯을 통하여 사용자의 역방향 데이터를 시스템에 전송하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 시분할 듀플렉스 모드에서의 랜덤 액세스 방법.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 액세스 프레임은 5ms 길이를 갖는 두 개의 서브 프레임으로 구성되는 것을 특징으로 하는 시분할 듀플렉스 모드에서의 랜덤 액세스 방법.
  3. 랜덤 엑세스 시에 사용자의 우선 순위 부여를 위한 제어 정보에 상응하는 엑세스 프레임 단위로, 상기 엑세스 프레임에 포함되는 적어도 하나의 데이터 슬롯을 순차적으로 탐색하되,
    상기 데이터 슬롯을 통해 상기 사용자의 역방향 데이터를 전송할 수 있는지 여부를 탐색하는 단계; 및
    상기 탐색 결과에 따라 선택되는 데이터 슬롯을 통해 상기 사용자의 데이터를 시스템으로 전송하는 단계를 포함하여 이루어지되,
    상기 엑세스 프레임의 길이는, 순방향 데이터 전송을 위한 적어도 하나의 데이터 슬롯과 역방향 데이터 전송을 위한 적어도 하나의 데이터 슬롯을 포함하여 이루어지는 서브 프레임의 길이에 정수 배인 것을
    특징으로 하는 시분할 듀플렉스 모드에서의 랜덤 엑세스 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 엑세스 프레임의 길이는, 기 설정된 길이를 갖는 적어도 두 개의 서브 프레임으로 구성되는 것을
    특징으로 하는 시분할 듀플렉스 모드에서의 랜덤 엑세스 방법.
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