KR100697711B1 - 무선 통신 시스템에서 사용하기 위한 기지국과 이동국 - Google Patents

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Abstract

무선 통신 시스템을 작동하는 방법은 2차국으로 하여금 메시지를 1차국으로 송신하게 하기 위해 랜덤 억세스 채널을 사용한다. 2차국은 프리앰블(102)을 1차국으로 송신한다. 프리앰블을 성공적으로 수신한 후에, 1차국은 제어 채널(502)을 송신하는데, 상기 제어 채널(502)은 2차국이 송신기의 출력 전력을 조정하도록 명령하는 전력 제어 정보를 포함한다. 이 방법은, 2차국이 1차국에 의해 성공적으로 메시지(104)가 수신되도록 충분한 전력으로 메시지를 송신하는 동시에, 송신에 의해 생성된 간섭을 최소화한다는 것을 보장한다.

Description

무선 통신 시스템에서 사용하기 위한 기지국과 이동국{BASE STATION AND MOBILE STATION FOR USE IN A RADIO COMMUNICATION SYSTEM}
도 1은 본 발명에 따른 무선 통신 시스템의 개략적인 블록도.
도 2는 전술한 바와 같이, 전력을 제어하지 않는 기본 랜덤 억세스 채널 구성을 도시한 도면.
도 3은 전술한 바와 같이, 프리앰블 전력 램핑(ramping) 및 신속한 확인 응답을 갖는 랜덤 억세스 채널 구성을 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따라 전력 제어를 하는 기본 랜덤 억세스 채널 구성을 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따라 전력 제어를 하는 프리앰블 전력 램핑을 갖는 랜덤 억세스 채널 구성을 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따라 확인 응답 및 전력 제어를 하는 프리앰블 전력 램핑을 갖는 랜덤 억세스 채널 구성을 도시한 도면.
본 발명은 랜덤 억세스 채널(random access channel)을 갖는 무선 통신 시스 템을 작동하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 그러한 시스템에 더 관한 것이고, 그러한 시스템에서 사용하기 위한 1차국(primary station) 및 2차국(secondary station)에 관한 것이다. 본 명세서가 최근의 범용 이동 통신 시스템(UMTS: Universal Mobile Telecommunication System)과 특정한 관련이 있는 시스템을 기술할 지라도, 그러한 기법이 다른 이동 무선 시스템에 사용하는데 동일하게 응용가능하다는 것을 알 수 있다.
랜덤 억세스 채널은, 이동국(mobile station)(MS)으로 하여금 짧은 메시지를 기지국(base station)(BS)으로 송신하게 하는, 무선 통신 시스템의 정상적인 성분(normal component)이다. 응용은, MS가 턴 온(turn on)될 때 BS로 신호 발신(signalling)하는 단계와, MS가 호출(call)을 착수하지 않을 때 데이터 패킷을 BS로 송신하는 단계, 및 MS가 사용하기 위한 리소스를 할당할 것을 BS에게 요청하는 단계를 포함한다.
다양한 방법이 랜덤 억세스 채널의 구현을 위해 제안되었다. UMTS{광 대역 코드 분할 다중 억세스(CDMA: Code Division Multiple Access) 주파수 분할 이중 모드에서}에서의 사용에 대해, 일예가 도 2에 도시된다. MS는 메시지 패킷(MSG)(104)이 후속되는 프리앰블(preamble)(P)(102)을 송신함으로써 상향링크(uplink) 채널을 억세스한다. BS는 프리앰블(102)을 수신할 때 메시지 패킷(104)을 처리하기 시작할 수 있다. 일단 BS가 메시지(104)를 수신하고 나면, BS는 메시지(104)가 정확하게 수신되고 디코딩된다는 것을 MS에 나타내기 위해 확인 응답(acknowledgement)(ACK)(106)을 하향링크 채널에 송신한다. 일반적으로 프리앰블 (102)은 0.25ms의 시간 간격 후 10ms의 메시지(104)가 후속하는, 1ms동안 지속할 수 있다.
이 방법이 갖는 문제는 임의의 전력 제어의 결여에 있다. 이상적으로 프리앰블(102)과 메시지(104)가 BS에 의해 메시지(104)의 정확한 디코딩에 요구된 전력 레벨로 수신되도록, MS 송신 전력은 선택되어야 한다. MS가 너무 높은 전력 레벨로 송신한 경우, MS의 신호는 BS에서 수신된 다른 신호를 제거(swamp)할 수 있는 반면, MS가 너무 낮은 전력 레벨로 송신한 경우, MS의 신호는 BS에 의해 전혀 수신되지 않을 수 있다.
여기서 MS는, 하향링크 채널을 통해 BS로부터 수신된 전력을 측정하고 상향링크 채널의 경로 손실을 추정하기 위해 이 측정치를 사용함으로써, 송신할 전력을 결정한다. 그러나, 그러한 방법은 매우 확실하지 않다. 2가지 문제는, BS에서 요구되고 수신된 전력이 일정하지 않고 무선 채널 상태 및 MS의 속도에 의해 변한다는 점과, 상향링크 채널 및 하향링크 채널이 반드시 상호적인 것은 아니라는 점이다.
메시지(104)가 BS에 의해 정확히 수신되지 않는다면, 어떠한 확인 응답(106)도 송신되지 않는다. MS는, 억세스 시도가 실패했다는 것을 확인 응답(106)이 없는 것으로(lack of acknowledgement) 결정하고, 백-오프(back-off) 기간 동안 기다린 후에 상기 시도를 반복한다. 이 구성은, 현저한 지연의 가능성을 발생시켜서, 몇몇 재송신이 필요하게 될 수 있다는 단점을 갖는다.
향상된 구성은 도 3에 도시된다. MS는 감소된 전력 레벨로 먼저 프리앰블(102)을 송신한다. BS가 프리앰블을 정확하게 수신하고 디코딩하면, BS는 프리앰블 확인 응답(A)(204)을 송신한다. 도 3에 도시된 일예에서, 제 1 프리앰블이 송신된 후에 어떠한 확인 응답도 확인 응답(일반적으로 1ms의 길이일 수 있는)에 할당된 슬롯(202)으로 복귀되지 않는다. 그러므로, MS는 또 다른 프리앰블(102)을 보다 높은 전력 레벨로 송신한다. 다시, 어떠한 확인 응답도 슬롯(202)에 수신되지 않아서, MS는 더욱 더 높은 전력으로 또 다른 프리앰블(102)을 송신한다. 이것은 확인 응답(204)을 송신하는 BS에 의해 수신되고 디코딩된다. 상기 확인 응답을 수신함에 따라, MS는 메시지(104)를 송신할 수 있다.
그러나, 이러한 향상된 구성은 폐쇄된 루프 전력 제어(closed loop power control)를 메시지(104)에 여전히 제공하지 않는데, 이것은 노멀 데이터 송신보다 높은 Eb/No(비트 당 에너지/잡음 밀도)를 필요로 한다는 것을 의미한다. 따라서, MS는 평소보다 많은 간섭을 일으키며 평균보다 많은 송신기 전력을 사용할 필요가 있고, 시스템 상향링크 용량은 소비될 수 있다.
본 발명의 목적은 폐쇄된 루프 전력 제어를 랜덤 억세스 채널에 제공하는데 있다.
본 발명의 제 1 측면에 따라, 무선 통신 시스템을 작동하는 방법이 제공되는데, 상기 무선 통신 시스템은 2차국으로 하여금 메시지를 1차국으로의 송신을 가능하게 하기 위한 랜덤 억세스 채널(random access channel)을 구비하고, 랜덤 억세스 채널 상의 서명(signature)을 사용하여 인코딩된 프리앰블을 1차국으로 송신하고 후속적으로 메시지를 송신하는 2차국을 포함하되, 프리앰블을 성공적으로 수신 한 후에 전력 제어 정보를 포함하는 제어 채널을 송신하고, 상기 전력 제어 정보에 따라 2차국은 송신기의 출력 전력을 조정하는, 1차국을 특징으로 한다.
본 발명의 제 2 측면에 따라, 1차국, 2차국, 및 2차국으로부터 1차국으로 메시지의 송신을 위한 랜덤 억세스 채널을 포함하는 무선 통신 시스템이 제공되는데, 상기 2차국은 랜덤 억세스 채널 상의 서명을 사용하여 인코딩된 프리앰블을 송신하기 위한 수단을 갖되, 1차국이, 프리앰블을 성공적으로 수신한 후에 전력 제어 정보를 포함하는 제어 채널을 송신하기 위한 수단을 구비하고, 2차국이, 제어 채널의 수신에 응답하여 송신기의 출력 전력을 조정하기 위한 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 3 측면에 따라, 2차국으로부터 1차국으로의 메시지 송신을 위한 랜덤 억세스 채널을 구비하는 무선 통신 시스템에서 사용하기 위한 1차국이 제공되는데, 상기 1차국은, 2차국에 의해 송신된 랜덤 억세스 채널 상의 서명을 사용하여 인코딩된 프리앰블의 수신을 위한 수단, 및 2차국으로부터 수신된 송신 전력을 결정하기 위한 수단을 구비하되, 상기 수단이, 프리앰블을 성공적으로 수신한 후에 제어 채널을 송신하기 위해 제공되고, 제어 채널이 송신기의 출력 전력을 변경하기 위해 2차국에 대한 전력 제어 정보를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 4 측면에 따라, 1차국으로의 메시지 송신을 위한 랜덤 억세스 채널을 갖는 무선 통신 시스템에서 사용하기 위해 구성되는 2차국이 제공되는데, 상기 2차국은 랜덤 억세스 채널 상의 서명을 사용하여 인코딩된 프리앰블을 송신하기 위한 수단을 구비하되, 상기 2차국이, 1차국에 의해 송신된 제어 채널의 수신에 응답하여 송신기의 출력 전력을 조정하기 위한 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예는 첨부된 도면을 참조하여, 예로서 이제 기술될 것이다.
도면에서, 동일한 참조 번호는 해당 특성을 나타내도록 사용된다.
도 1에 도시된 시스템은 1차국(BS)(50) 및 다수의 2차국(MS)(60)을 포함한다. BS(50)는, 마이크로제어기(microcontroller)(μC)(52), 무선 송신 수단(56)에 연결된 트랜시버 수단(54), 및 공중 교환 전화망(PSTN: Public Switched Telephone Network) 또는 구내망(private network)에 연결하기 위한 연결 수단(58)을 포함한다. 각 MS(60)는 마이크로제어기(μC)(62), 무선 송신 수단(66)에 연결된 트랜시버 수단(64), 및 송신된 전력 레벨을 변경하기 위한 전력 제어 수단(68)을 포함한다. BS(50)로부터 MS(60)로의 통신이 하향링크 채널(72)에서 발생하는 반면, MS(60)로부터 BS(50)로의 통신은 상향링크 채널(74)에서 발생한다.
본 발명의 응용의 일예로 사용된 UMTS 시스템은 송신 채널을 기지국 및 이동국에 할당하기 위한 CDMA 시스템을 사용한다. 하향링크 채널(72) 상에서, 다수의 채널화 코드(channelisation code)는 상이한 사용자에게 지정된 송신을 분리하도록 사용되고, 추가 스크램블링 코드(scrambling code)는 송신하는 BS(50)를 구별하도록 인가된다. 따라서, 자신에게 지정된 메시지를 디코딩하기 위해서, MS(60)는 데이터를 송신하는 BS(50)에 대한 코드와 자신의 채널에 대한 코드인 2개의 코드를 알아야 한다.
상향링크 채널(74) 상에서 유사하게, 채널화 코드는 MS(60)가 송신할 채널을 선택하기 위해 사용되고, 스크램블링 코드는 MS(60)을 지정하기 위해 사용된다. 프리앰블 동안, MS(60)는 임의로 선택된 특정 코드 시퀀스인, 서명을 송신한다.
본 발명의 기본적인 구현은 도 4에 도시된다. MS(60)는, 메시지 패킷(104)이 후속되는 프리앰블(102)을 송신함으로써, 도 2에 도시된 바와 같이 동일한 방법으로 상향링크 채널(74)을 억세스한다. 메시지(104)는, 고정된 길이를 갖도록 정의될 수 있거나, 가변 길이인 경우, 길이 표시(length indication) 정보를 포함할 수 있다. BS(50)가 프리앰블(102)을 검출할 때, BS는 물리적 제어 채널(PCCH: Physical Control CHannel)(302)을 하향링크 채널(72)을 통해 송신한다. PCCH는, 송신 전력 레벨을 상승시키거나 낮게 해야 하는지를 MS(60)에 나타내기 위해 전력 제어 정보를 포함하고, 메시지(104)의 지속 기간(duration) 동안 지속한다.
제어 채널(302)에 사용된 채널화 코드는, 전력 제어 정보가 디코딩될 수 있도록 이에 앞서 MS(60)에서 식별되어야 하는데, 이것은 사전-할당(pre-allocated)될 채널화 코드를 필요로 한다. 상기 코드는 상이한 이동국으로부터의 요청에 응답하여, 하향링크 채널(72) 상의 충돌을 최소화하기 위해 프리앰블 서명에 또한 특정되어야 한다. 사전-할당은 코드 부족을 야기할 수 있다.
이 문제의 해법은 제어 채널(302) 상의 상이한 스크램블링 코드를 주 하향링크 송신에 사용된 코드에 사용하는 것이다. BS(50)에 의한 그러한 제 2차 스크램블링 코드의 사용은, 비트 속도(bit rate) 및 듀티 주기(duty cycle) 모두가 낮게 될 것이기 때문에, 시스템 용량에 대수롭지 않은 영향을 미칠 것이다.
프리앰블과 메시지 사이의 시간 간격은, 제어 채널(302)이 메시지(104)의 시작에서 또는 시작 전에 설립될 수 있다는 것을 보증할 만큼 충분히 길어서, 오류없이 메시지가 수신될 가능성을 최대화한다. 이 시간은 BS(50) 처리 시간 및 전파 지연(propagation delay)을 고려한다. 예를 들어, 최대 약 38 km(일반적인 2 km보다 훨씬 긴)에 이르는 반경의 셀에서 사용하게 하기 위해, 시간 간격은 적어도 250㎲이상이 되어야 한다.
전력 제어 정보를 (이미 PCCH를 구비한)상향링크 송신에 또한 추가할 수 있다. 비트 속도가 낮기 때문에 사실상 상기 정보가 필요할 것 같지 않을지라도, 정보는 하향링크 제어 채널(302)의 전력 제어를 허용한다.
프리앰블 전력 램핑을 이용하는 시스템에서 사용하기 위한 대안적인 구현은 도 5에 도시된다. 이 구성은, 레벨이 제어 채널(302)의 전력 제어 정보에 응답하여 조정가능하기 전에 메시지(104)의 초기 전력 레벨이 대체로 정확하다는 이점이 있다. 확인 응답(204)은, BS(50)에 의한 프리앰블(102)의 정확한 수신을 확인 응답하는 제 1 기능 뿐 아니라, 시스템이 사용 중(busy)이거나 억세스가 거절된다는 것을 나타내는 것과 같은, 다른 기능을 수행할 수 있다.
도 6은, 확인 응답 및 전력 제어의 기능이 단일 제어 채널(502)에 조합되는 이러한 구성의 변경을 도시한다. 그러한 시스템에서, 제어 채널(502)의 시작은 BS(50)에 의한 프리앰블(102)의 수신을 나타낸다. 그 후에 제어 채널(502)의 중단(interruption)은, 다시 메시지를 송신하려고 시도하기 전에 MS(60)로 하여금 메시지(104)의 송신을 종료하게 하여, 상향링크 송신이 손상(corrupted)되었다는 것을 나타내도록 사용될 수 있다. 상향링크 송신의 손상을 나타내기 위한 방법은 전술한 임의의 다른 구성에 독립하거나 조합하여 또한 사용될 수 있다.
본 명세서를 읽음으로써, 다른 변형이 이루어질 수 있음이 당업자에게는 명백할 것이다. 그러한 변형은 무선 통신 시스템과 그것의 구성 소자에서 이미 공지되었거나, 본 명세서에서 이미 설명된 특성을 대신하거나 추가하여 사용될 수 있는 다른 특성을 수반할 수도 있다.
본 명세서 및 청구항에서, 한 요소 앞의 단어 "하나의("a" 또는 "an")"라는 단어는 다수의 그러한 소자의 존재를 배제하지 않는다. 또한, "포함하는"이라는 단어는 기록된 것보다 다른 요소 또는 단계의 존재를 배제하지 않는다.
본 발명은 무선 통신 시스템, 예를 들어, UMTS의 범위에서 응용가능하다.

Claims (7)

  1. 이동국으로부터 기지국으로의 메시지 송신을 위한 랜덤 억세스 채널을 구비하는 무선 통신 시스템에서 사용하기 위한 기지국으로서, 상기 기지국은 상기 이동국에 의해 송신된 상기 랜덤 억세스 채널을 통해 서명(signature)을 사용하여 인코딩된 프리앰블을 수신하기 위한 수단, 상기 이동국으로부터 수신된 송신 전력을 결정하기 위한 수단, 및 상기 프리앰블을 성공적으로 수신한 후에, 상기 이동국으로 하여금 자신의 송신기의 출력 전력을 변경하도록 하는 전력 제어 정보를 포함하는 제어 신호를 제어 채널 상에서 송신하기 위한 수단을 포함하는, 상기 기지국에 있어서,
    상기 제어 신호를 운반하는 상기 제어 채널을 위해 상기 프리앰블의 상기 서명에 특정되는 채널화 코드(channelisation code)를 선택하기 위한 수단을 특징으로 하는, 무선 통신 시스템에서 사용하기 위한 기지국.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 프리앰블을 성공적으로 수신한 후에 확인 응답(acknowledgement)을 송신하기 위한 수단을 특징으로 하는, 무선 통신 시스템에서 사용하기 위한 기지국.
  3. 제 2 항에 있어서, 요구된 확인 응답을 제공하기 위해 상기 제어 신호의 송신을 개시하기 위한 수단을 특징으로 하는, 무선 통신 시스템에서 사용하기 위한 기지국.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 메시지의 적어도 일부분이 손상된 상태로 수신된다는 것을 나타내기 위하여 상기 제어 신호의 송신을 중단시키기 위한 수단을 특징으로 하는, 무선 통신 시스템에서 사용하기 위한 기지국.
  5. 기지국으로의 메시지 송신을 위한 랜덤 억세스 채널을 갖는 무선 통신 시스템에서 사용하기 위한 이동국으로서, 상기 이동국은 상기 랜덤 억세스 채널을 통해 서멍을 사용하여 인코딩된 프리앰블을 송신하기 위한 수단, 후속적으로 상기 메시지를 송신하기 위한 수단, 및 상기 기지국에 의해 송신된 제어 신호의 수신에 응답하여 자신의 송신기의 출력 전력을 조정하기 위한 수단을 구비하는, 상기 이동국에 있어서,
    상기 프리앰블의 상기 서명에 특정되는 채널화 코드를 사용하여 상기 제어 신호를 디코딩하기 위한 수단을 특징으로 하는, 무선 통신 시스템에서 사용하기 위한 이동국.
  6. 제 5 항에 있어서, 일련의 프리앰블들을 증가하는 전력 레벨과 사전 결정된 간격으로 송신하기 위한 수단, 상기 기지국으로부터 확인 응답을 수신하기 위한 수단, 및 상기 확인 응답의 수신 후에 상기 메시지를 송신하기 위한 수단을 특징으로 하는, 무선 통신 시스템에서 사용하기 위한 이동국.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 제어 신호의 중단에 응답하여 상기 메시지의 송신을 종료하기 위한 수단을 특징으로 하는, 무선 통신 시스템에서 사용하기 위한 이동국.
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