KR101473005B1 - 무선통신 시스템에서 상향링크 동기화를 수행하는 방법 - Google Patents

Abstract

무선통신 시스템에서 상향링크 동기화를 수행하는 방법은 임의로 선택한 랜덤 액세스 프리앰블을 전송하는 단계, 상기 랜덤 액세스 프리앰블에 대한 응답으로 시간 동기 보정값을 포함하는 랜덤 액세스 응답 메시지를 수신하는 단계, 상기 시간 동기 보정값을 이용하여 시간 동기 타이머를 시작하는 단계, 만료되면 랜덤 액세스 실패를 가리키는 충돌 해결 타이머를 시작하는 단계 및 상기 충돌 해결 타이머가 만료되면 상기 시간 동기 타이머를 중지하는 단계를 포함한다.

Description

무선통신 시스템에서 상향링크 동기화를 수행하는 방법{METHOD OF PERFORMING UPLINK SYNCHRONIZATION IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 무선 통신에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선통신 시스템에서 상향링크 동기화를 수행하는 방법에 관한 것이다.

WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access) 무선 접속 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 접속 기술을 3GPP에 제공한다. 그러나 사용자와 사업자의 요구 사항과 기대가 지속적으로 증가하고 있고 무선 접속 기술 개발이 진행되고 있으므로 향후 경쟁력을 가지기 위해서는 3GPP에서의 새로운 기술 진화가 요구된다. 비트당 비용 감소, 서비스 가용성 증대, 융통성 있는 주파수 밴드의 사용, 단순 구조와 개방형 인터페이스, 단말의 적절한 파워 소모 등이 요구 사항으로 되고 있다.

일반적으로 하나의 기지국에는 하나 이상의 셀이 배치된다. 하나의 셀에는 다수의 단말이 위치할 수 있다. 일반적으로 단말이 망(network)에 접속하기 위해 랜덤 액세스 과정을 거친다. 단말이 네트워크로 랜덤 액세스 과정을 수행하는 목적은 1)초기 접속(initial access), 2)핸드오버(Handover), 3)무선자원 요청(Scheduling Request), 4)시간 동기(timing synchronization) 등이 있을 수 있다. 이는 일 예에 불과하고 랜덤 액세스 과정을 수행하는 목적은 시스템에 따라 그 수나 내용이 달라질 수 있다.

랜덤 액세스 과정은 경합 기반 랜덤 액세스 과정(Contention based random access procedure)과 비경합 기반 랜덤 액세스 과정(Non-contention based random access procedure)으로 구분될 수 있다. 경합 기반 랜덤 액세스 과정과 비경합 기반 랜덤 액세스 과정의 가장 큰 차이점은 랜덤 액세스 프리앰블(Random access preamble)이 하나의 단말에게 전용(dedicated)으로 지정되는지 여부에 대한 것이다. 비경합 기반 랜덤 액세스 과정에서는 단말이 자신에게만 지정된 전용 랜덤 액세스 프리앰블을 사용하기 때문에 다른 단말과의 경합(또는 충돌)이 발생하지 않는다. 여기서 충돌이란 2개 이상의 단말이 동일한 자원을 통해 동일한 랜덤 액세스 프리앰블을 사용하여 랜덤 액세스 과정을 시도하는 것을 말한다. 경합기반 랜덤 액세스 과정에서는 단말이 임의로 선택한 랜덤 액세스 프리앰블을 사용하기 때문에 충돌 가능성이 존재한다.

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 기반의 무선통신 시스템에서는 사용자 간의 간섭을 최소화하기 위해 단말과 기지국 간의 시간 동기를 맞추는 것이 중요하다. 랜덤 액세스 과정은 상향링크 동기화를 위해 수행한다. 랜덤 액세스 과정 동안 단말은 기지국으로부터 전송되는 시간 동기 보정값을 통해 시간 동 기를 맞춘다. 상향링크 동기화가 이루어지면 단말은 시간 동기 타이머(time alignment timer)를 작동시킨다. 시간 동기 타이머가 작동 중이면 단말과 기지국은 서로 동기가 이루어져 있다고 한다. 시간 동기 타이머가 만료되면, 단말과 기지국은 서로 동기가 이루어져 있지 않다고 하고 랜덤 액세스 프리앰블의 전송 이외의 상향링크 전송은 금지된다.

그런데, 경합기반의 랜덤 액세스 과정에서는 충돌 가능성이 항상 존재하고, 랜덤 액세스 실패가 발생할 수 있다. 랜덤 액세스 실패에 다른 상향링크 동기화를 수행하는 방법이 필요하다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 랜덤 액세스 과정이 실패한 경우 상향링크 동기화를 수행하는 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 일 양태에 따른 무선통신 시스템에서 상향링크 동기화를 수행하는 방법은 임의로 선택한 랜덤 액세스 프리앰블을 전송하는 단계, 상기 랜덤 액세스 프리앰블에 대한 응답으로 시간 동기 보정값을 포함하는 랜덤 액세스 응답 메시지를 수신하는 단계, 상기 시간 동기 보정값을 이용하여 시간 동기 타이머를 시작하는 단계, 만료되면 랜덤 액세스 실패를 가리키는 충돌 해결 타이머를 시작하는 단계 및 상기 충돌 해결 타이머가 만료되면 상기 시간 동기 타이머를 중지하는 단계를 포함한다.

랜덤 액세스 실패가 발생하더라도 단말의 잘못된 상향링크 전송을 방지한다. 따라서 다른 단말로의 간섭 및 서비스 지연을 방지할 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 제어 평면(control plane)과 사용자 평면(user plane)을 제공하는 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, 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)들은 X2 인터페이스를 통하여 서로 연결될 수 있다. 기지국(20)은 S1 인터페이스를 통해 EPC(Evolved Packet Core), 보다 상세하게는 MME(Mobility Management Entity)/S-GW(Serving Gateway, 30)와 연결된다. S1 인터페이스는 기지국(20)과 MME/SAE 게이트웨이(30) 간에 다수-대-다수 관계(many-to-many-relation)를 지원한다.

도 2는 E-UTRAN과 EPC 간의 기능 분할(functional split)을 나타낸 블록도이다.

도 2를 참조하면, 빗금 친 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 허락 제어(Radio Admission Control), 연결 이동성 제어(Connection Mobility Control), 단말로의 동적 자원 할당(dynamic resource allocation)과 같은 무선 자원 관리(Radio Resource Management; RRM) 기능, (2) IP(Internet Protocol) 헤더 압축 및 사용자 데이터 스트림의 해독(encryption), (3) S-GW로의 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) SAE 베어러 제어, (5) NAS(Non-Access Stratum) 시그널링의 암호화(Ciphering) 및 무결 보호(Integrity Protection).

S-GW는 다음과 같은 기능을 수행한다. (1) 페이징에 대한 사용자 평면 패킷의 종점(termination), (2) 단말 이동성의 지원을 위한 사용자 평면 스위칭.

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 사용자 평면(user plane)에 대한 무선 프로토콜 구조(radio protocol architecture)를 나타낸 블록도이다. 도 5는 제어 평면(control plane)에 대한 무선 프로토콜 구조를 나타낸 블록도이다. 이는 단말과 E-UTRAN 사이의 무선 인터페이스 프로토콜의 구조를 나타낸다. 데이터 평면은 사용자 데이터 전송을 위한 프로토콜 스택(protocol stack)이고, 제어 평면은 제어신호 전송을 위한 프로토콜 스택이다.

도 4 및 5를 참조하면, 제1 계층인 물리계층(PHY(physical) layer)은 물리채널(physical channel)을 이용하여 상위 계층에게 정보 전송 서비스(information transfer service)를 제공한다. 물리계층은 상위에 있는 매체접속제어(Medium Access Control; MAC) 계층과는 전송채널(transport channel)을 통해 연결되어 있으며, 이 전송채널을 통해 MAC 계층과 물리계층 사이의 데이터가 이동한다. 그리고 서로 다른 물리계층 사이, 즉 송신 측과 수신 측의 물리계층 사이는 물리채널을 통해 데이터가 이동한다. 상기 물리채널은 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식으로 변조되며, 시간과 주파수를 무선자원으로 활용할 수 있다.

제2 계층의 MAC 계층은 논리채널(logical channel)을 통해 상위계층인 무선링크제어(Radio Link Control; RLC) 계층에게 서비스를 제공한다. 제2 계층의 RLC 계층은 신뢰성 있는 데이터의 전송을 지원한다. RLC 계층에는 데이터의 전송방법에 따라 투명모드(Transparent Mode, TM), 비확인 모드(Unacknowledged Mode, UM) 및 확인모드(Acknowledged Mode, AM)의 세 가지의 동작모드가 존재한다. AM RLC는 양방향 데이터 전송 서비스를 제공하고, RLC PDU(Protocol Data Unit)의 전송 실패시 재전송을 지원한다.

제2 계층의 PDCP(Packet Data Convergence Protocol) 계층은 IPv4나 IPv6와 같은 IP(Internet Protocol) 패킷 전송시에 대역폭이 작은 무선 구간에서 효율적으로 패킷을 전송하기 위하여 상대적으로 크기가 크고 불필요한 제어 정보를 담고 있는 IP 패킷 헤더 사이즈를 줄여주는 헤더 압축(header compression) 기능을 수행한다.

제3 계층의 무선자원제어(Radio Resource Control; 이하 RRC) 계층은 제어 평면에서만 정의된다. RRC 계층은 무선 베어러(Radio Bearer; RB)들의 설정(configuration), 재설정(re-configuration) 및 해제(release)와 관련되어 논리채널, 전송채널 및 물리채널들의 제어를 담당한다. RB는 단말과 E-UTRAN 간의 데이터 전달을 위해 제2 계층에 의해 제공되는 서비스를 의미한다. 단말의 RRC와 네트워크의 RRC 사이에 RRC 연결(RRC Connection)이 있을 경우, 단말은 RRC 연결 모드(RRC Connected Mode)에 있게 되고, 그렇지 못할 경우 RRC 아이들 모드(RRC Idle Mode)에 있게 된다.

RRC 계층 상위에 위치하는 NAS(Non-Access Stratum) 계층은 연결관리(Session Management)와 이동성 관리(Mobility Management) 등의 기능을 수행한 다.

네트워크에서 단말로 데이터를 전송하는 하향링크 전송채널(transport channel)로는 시스템 정보(System Information)를 전송하는 BCH(Broadcast Channel), 사용자 트래픽이나 제어메시지를 전송하는 DL-SCH(Downlink-Shared Channel) 등이 있다. 하향링크 멀티캐스트 또는 브로드캐스트 서비스의 트래픽 또는 제어메시지의 경우 DL-SCH를 통해 전송될 수도 있고, 또는 하향링크 MCH(Multicast Channel)을 통해 전송될 수도 있다. 단말에서 네트워크로 데이터를 전송하는 상향링크 전송채널로는 초기 제어메시지를 전송하는 RACH(Random Access Channel)와 사용자 트래픽이나 제어메시지를 전송하는 UL-SCH(Uplink-Shared Channel)가 있다.

하향링크 전송채널에 맵핑되는 하향링크 물리채널로는 BCH의 정보를 전송하는 PBCH(Physical Broadcast Channel), MCH의 정보를 전송하는 PMCH(Physical Multicast Channel), PCH와 DL-SCH의 정보를 전송하는 PDSCH(Physical Downlink shared Channel), 그리고 하향링크 또는 상향힝크 무선자원 할당정보(DL/UL Scheduling Grant)등과 같이 제1계층과 제2계층에서 제공하는 제어 정보를 전송하는 PDCCH(Physical Downlink Control Channel)이 있다. PDCCH는 하향링크 L1/L2 제어채널이라고도 한다. 상향링크 전송채널에 맵핑되는 상향링크 물리채널로는 UL-SCH의 정보를 전송하는 PUSCH(Physical Uplink Shared Channel), RACH 정보를 전송하는 PRACH(Physical Random Access Channel), 그리고 HARQ ACK/NACK 신호, 스케줄링 요청(Scheduling Request) 신호, CQI(Channel Quality Indicator) 등과 같이 제 1계층과 제2계층에서 제공하는 제어 정보를 전송하는 PUCCH(Physical Uplink Control Channel)이 있다.

이하 랜덤 액세스 과정을 설명한다. 단말은 (1)초기 접속 과정, (2)핸드오버 과정, (3)시간 동기가 맞지 않은 단말에 하향링크 데이터를 전송하는 과정, (4)시간 동기가 맞지 않은 단말이 상향링크로 데이터를 전송하는 과정 및 (5)무선 연결의 장애 발생 시 복구 과정에서 랜덤 액세스를 수행하게 된다.

도 6은 랜덤 액세스 과정에 대한 흐름도이다.

도 6을 참조하면, 단말은 기지국으로부터 전송받은 시스템 정보를 이용하여 랜덤 액세스 프리앰블(Random Access Preamble)을 선택된 PRACH 자원(PRACH resource)을 통하여 기지국으로 전송한다(S110). 기지국은 단말로부터 랜덤 액세스 프리앰블을 수신한 후에, 랜덤 액세스 응답 (Random Access Response)메시지를 DL-SCH를 통하여 전송한다(S120). 랜덤 액세스 응답 메시지에는 단말의 시간동기 보정을 위한 옵셋정보 (Time Advance Value), 상향링크 무선자원 할당정보, 랜덤 액세스를 수행하는 단말들을 식별하기 위하여 수신한 랜덤 액세스 프리앰블의 인덱스 정보 및 임시 C-RNTI(Temporary Cell-Radio Network Temporary Identity)와 같은 단말의 임시 식별자 등이 포함된다. 단말은 랜덤 액세스 응답 메시지를 수신한 후에, 상기 랜덤 액세스 응답 메시지에 따라 시간 동기를 보정하고, 상향링크 무선자원 할당정보를 이용하여 단말 식별자를 포함하는 스케줄링된 메시지를 기지국으로 전송한다(S130). 여기서, 단말 식별자는 임시 C-RNTI, S-TMSI(SAE Temporary Mobile Station Identifier), 또는 Random Id일 수 있다. 기지국은 스케줄링된 메 시지를 수신한 후에, 단말이 전송한 단말 식별자를 이용하여 충돌 해결(Contention Resolution)메시지를 단말로 전송한다(S140).

이하 랜덤 액세스 수행 과정에서의 충돌 해결에 대하여 설명한다. 랜덤 액세스 과정에서 충돌은 랜덤 액세스 프리앰블의 수가 유한하기 때문에 발생한다. 즉, 기지국은 모든 단말들에게 고유의 랜덤 액세스 프리앰블을 부여할 수 없으므로, 단말은 공통의 랜덤 액세스 프리앰블들 중에서 임의로 하나를 선택해서 전송해야 한다. 이에 따라 동일한 PRACH 자원을 통해 둘 이상의 단말들이 동일한 랜덤 액세스 프리앰블을 선택하여 전송하는 경우가 발생한다. 기지국은 이를 하나의 단말로부터 전송되는 하나의 랜덤 액세스 프리앰블로 판단하게 되고, 상기 랜덤 액세스 프리앰블에 대한 랜덤 액세스 응답 메시지를 정상적으로 단말로 보내주게 된다. 그러나, 충돌이 발생하였기 때문에 둘 이상의 단말들이 하나의 랜덤 액세스 응답 메시지를 수신하게 되고, 이에 따라 단말들은 각각 다른 동작을 수행하게 된다. 즉, 랜덤 액세스 응답 메시지에 포함된 상향링크 무선자원 할당정보를 이용하여 단말들이 서로 다른 데이터를 동일한 무선자원으로 전송하게 된다. 이에 따라, 단말들의 데이터 전송은 모두 실패하거나, 단말들의 위치 또는 전송 파워에 따라 특정 단말의 데이터 전송만이 성공하게 된다. 특정 단말의 데이터만을 기지국에서 수신할 경우, 기지국은 데이터 전송에 실패한 단말들에게 실패 사실을 알려주어야 한다. 즉, 단말에 경쟁의 실패 또는 성공 여부를 알려주는 것이 충돌 해결 (Contention Resolution)이라 한다.

충돌 해결 방법에는 크게 두 가지가 있다. 타이머를 이용하는 방법과 성공한 단말의 식별자를 전송하는 방법이다.

먼저, 타이머를 이용하는 방법은 단말이 랜덤 액세스 과정 전에 이미 C-RNTI와 같은 고유의 셀 식별자를 가지고 있는 경우에 사용된다. 상기 방법에 따르면, 이미 셀 식별자를 가진 단말은 랜덤 액세스 응답 메시지에 따라 자신의 셀 식별자를 포함한 데이터를 기지국으로 전송한 후, 타이머를 시작한다. 타이머가 만료되기 전에 자신의 셀 식별자를 포함한 데이터를 PDCCH를 통하여 수신하면, 단말은 자신이 경쟁에서 성공했다고 판단하고 랜덤 액세스 과정을 정상적으로 마치게 된다. 그러나, 타이머가 만료되기 전에 자신의 셀 식별자를 포함한 데이터를 PDCCH를 통하여 수신하지 못하면, 단말은 경쟁에서 실패한 것으로 판단하고 랜덤 액세스 과정을 재수행하거나 상위 계층으로 실패 사실을 통보한다.

다음으로, 성공한 단말의 식별자를 전송하는 방법은 단말이 랜덤 액세스 과정 전에 고유의 셀 식별자가 없는 경우에 사용된다. 상기 방법에 따르면, 단말 자신에게 셀 식별자가 없는 경우, 단말은 랜덤 액세스 응답에 포함된 상향링크 무선자원 할당정보에 따라 셀 식별자보다 상위 식별자인 S-TMSI 또는 Random Id를 포함하여 데이터를 전송한 후, 타이머를 시작한다. 타이머가 만료되기 전에 자신의 상위 식별자를 포함한 데이터를 DL-SCH를 통하여 수신한 경우, 단말은 랜덤 액세스 과정이 성공했다고 판단한다. 그러나, 타이머가 만료되기 전에 자신의 상위 식별자를 포함한 데이터를 DL-SCH를 통하여 수신하지 못하면, 단말은 경쟁에서 실패한 것으로 판단한다.

이하, 시간 동기 보정(Time Alignment)에 대하여 살펴본다. OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplex) 기반의 시스템에서는 사용자 간의 간섭을 최소화하기 위하여 단말과 기지국 간의 시간 동기를 맞추는 것이 중요하다.

랜덤 액세스 과정은 상향링크의 시간 동기화를 위한 한가지 방법이다. 즉, 기지국은 단말이 전송하는 랜덤 액세스 프리앰블을 통하여 시간 동기 값을 측정하고, 시간 동기 보정 값을 랜덤 액세스 응답을 통하여 단말에 제공한다. 랜덤 액세스 응답 메시지를 수신한 단말은 상기 시간 동기 보정 값을 적용시키고, 시간 동기 타이머(Time Alignment Timer)를 시작한다. 여기서, 시간 동기 타이머의 작동 중에는 단말과 기지국 간의 시간 동기가 유지되어 있고, 시간 동기 타이머가 만료되면 단말과 기지국 간의 시간 동기가 유지되지 않는다고 가정한다. 또한, 기지국이 랜덤 액세스 프리앰블 이외의 방법으로 단말의 시간 동기 값을 측정할 수도 있다. 이때, 필요에 따라 단말에 상기 시간 동기 보정 값을 제공할 수 있다. 단말은 수신한 시간 동기 보정 값을 적용시키고, 시간 동기 타이머를 시작하거나 재작동시킨다. 여기서, 시간 동기 타이머가 만료되면 단말은 랜덤 액세스 프리앰블 전송 이외에는 어떠한 상향링크로의 전송도 할 수 없다.

랜덤 액세스 수행 과정에서 충돌이 발생하면 단말이 잘못된 시간 동기 값을 적용할 수 있다. 단말이 랜덤 액세스 프리앰블을 전송하기 전에 단말과 기지국 간의 시간 동기가 맞지 않은 경우, 작동 중인 시간 동기 타이머로 인하여 상향링크로의 잘못된 전송을 할 수 있다. 이에 대하여 자세히 살펴본다.

단말과 기지국 간의 시간 동기가 맞지 않은 경우, 단말이 상향링크로 전송해야 할 데이터가 발생하고, 무선 자원 요청을 위하여 랜덤 액세스 과정을 수행하게 된다. 먼저, 단말이 임의로 선택한 랜덤 액세스 프리앰블을 기지국으로 전송하고, 상기 랜덤 액세스 프리앰블에 대한 랜덤 액세스 응답 메시지를 수신한다. 충돌이 발생하여, 단말은 다른 단말의 랜덤 액세스 응답 메시지를 수신할 수 있다. 상기 단말은 현 시점에서 충돌 사실을 알 수 없으므로, 수신된 랜덤 액세스 응답 메시지에 포함된 시간 동기 보정 값을 자신에게 적용시키고, 시간 동기 타이머를 시작한다. 수신된 상향링크 무선자원 할당정보에 따라 자신의 셀 식별자를 포함한 스케줄링된 메시지를 기지국으로 전송하고, 충돌 해결 타이머를 시작한다. 상기 충돌 해결 타이머가 만료될 때까지 단말이 자신의 셀 식별자를 포함한 제어 신호를 PDCCH를 통하여 수신하지 못한다면, 단말은 랜덤 액세스 과정을 재시도하게 된다. 그러나, 시간 동기 타이머는 계속 작동하고 있으므로, 기지국에서 하향링크로 데이터를 전송하게 되면, 충돌 해결이 완료되지 않아 시간 동기가 맞지 않은 상태임에도 불구하고, 단말은 작동 중인 시간 동기 타이머로 인하여 시간 동기가 맞다고 판단하고, 상향링크로 데이터를 전송한다. 이는 다른 사용자의 전송에 간섭 작용을 일으킬 수 있다.

이하 단말이 랜덤 액세스 수행 과정에서 충돌 해결에 실패한 경우, 상향링크로 잘못된 메시지를 전송하는 것을 방지하는 방법을 설명한다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 상향링크 동기화 방법을 나타내는 흐름도이다. 먼저, 단말은 시간 동기 타이머가 만료되었거나, 시간 동기 타이머가 작동하지 않은 상태일 수 있고, 기지국은 시간 동기 타이머가 작동하지 않거나, 오류로 인해 시간 동기 타이머가 작동하는 상태일 수 있다. 또한, 단말은 초기 접 속(Initial Access), 무선링크 오류 (Radio Link Failure), 핸드오버 또는 상향링크로의 데이터 전송이 요구되는 상황에서, 경쟁 기반 랜덤 액세스 과정을 시작한다.

도 7을 참고하면, 단말은 임의로 선택한 랜덤 액세스 프리앰블을 기지국으로 전송한다(S210). 기지국은 단말의 랜덤 액세스 프리앰블을 수신한 후, 상기 랜덤 액세스 프리앰블에 대한 랜덤 액세스 응답 메시지를 단말로 전송한다(S220). 상기 랜덤 액세스 응답 메시지는 상향링크 무선자원 할당정보, 프리앰블 식별자, 시간 동기 보정 값, 임시 C-RNTI와 같은 임시 셀 식별자 등을 포함한다. 단말이 자신의 랜덤 액세스 응답 메시지를 수신한 후, 상기 랜덤 액세스 응답 메시지에 포함된 시간 동기 보정 값을 적용시키고, 시간 동기 타이머를 시작한다(S230).

단말은 수신된 랜덤 액세스 응답 메시지에 포함된 상향링크 무선자원 할당정보를 통하여, C-RNTI, S-TMSI 또는 Random Id와 같은 식별자를 포함한 스케줄링된 메시지를 기지국으로 전송한다(S240). 단말은 상기 스케줄링된 메시지를 전송한 후, 충돌 해결 타이머를 시작한다(S250).

상기 충돌 해결 타이머의 만료 시간(T_expiry) 전까지 단말이 자신의 셀 식별자를 포함한 메시지를 PDCCH를 통하여 수신하지 못한 경우 또는 S-TMSI 또는 Random Id와 같은 자신의 상위 식별자를 포함한 메시지를 DL-SCH를 통하여 수신하지 못한 경우, 단말은 시간 동기 타이머를 중지한다(S260). 이때, 단말은 경쟁에서 실패했다고 판단하고, 랜덤 액세스 과정을 재시도할 수 있다.

단말 액세스 실패가 발생하면, 단말은 이전에 작동시킨 시간 동기 타이머를 중지한다. 이전에 수신한 시간 동기 보정값이 타 단말을 위한 것일 수 있기 때문이다. 따라서, 시간 동기 타이머를 중지함으로써 잘못된 시간 동기 보정값을 이용한 상향링크 전송을 금지한다.

도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 상향링크 동기화 방법을 나타내는 흐름도이다. 먼저, 단말은 시간 동기 타이머가 만료되었거나, 시간 동기 타이머가 작동하지 않은 상태일 수 있고, 기지국은 시간 동기 타이머가 작동하지 않거나, 오류로 인해 시간 동기 타이머가 작동하는 상태일 수 있다. 또한, 단말은 초기 접속(Initial Access), 무선링크 오류 (Radio Link Failure), 핸드오버 또는 상향링크로의 데이터 전송이 요구되는 상황에서, 경쟁 기반 랜덤 액세스 과정을 시작한다.

도 8을 참고하면, 단말은 선택된 랜덤 액세스 프리앰블을 기지국으로 전송한다(S310). 기지국은 단말의 랜덤 액세스 프리앰블을 성공적으로 수신한 후, 이에 대한 응답으로 랜덤 액세스 응답 메시지를 단말로 전송한다(S320). 상기 랜덤 액세스 응답 메시지는 상향링크 무선자원 할당정보, 프리앰블 식별자, 시간 동기 보정 값, 임시 C-RNTI와 같은 임시 셀 식별자 등을 포함한다. 단말이 자신의 랜덤 액세스 응답 메시지를 수신하면, 상기 랜덤 액세스 응답 메시지에 포함된 시간 동기 보정 값을 적용시키고, 시간 동기 타이머를 시작한다(S330). 단말은 랜덤 액세스 응답 메시지에 포함된 상향링크 무선자원 할당정보를 통하여, C-RNTI, S-TMSI 또는 Random Id와 같은 식별자를 포함한 스케줄링된 메시지를 기지국으로 전송한 다(S340). 상기 스케줄링된 메시지를 전송한 수, 단말은 충돌 해결 타이머를 시작한다(S350). 충돌 해결 타이머의 만료 시간(T_expiry) 전에 충돌 해결 메시지를 수신한다(S360). 상기 충돌 해결 메시지를 수신하는 단계에서는 랜덤 액세스 응답 메시지로 할당받은 임시 셀 식별자를 포함한 메시지를 PDCCH를 통하여 수신하고, 상기 PDCCH가 지시하는 DL-SCH를 통하여 메시지를 수신한다. 단말은 상기 메시지를 이용하여 경쟁에서 성공 또는 실패 여부를 판단한다(S370). 예를 들어, 상기 메시지에 포함된 충돌 해결 식별자(Contention Resolution Identifier)와 S-TMSI 또는 Random Id와 같이 자신이 기지국으로 전송한 상위 식별자를 비교하고, 상기 충돌 해결 식별자와 자신의 상위 식별자가 일치하지 않은 경우, 경쟁에서 실패한 것으로 판단한다. 경쟁에서 실패한 것으로 판단한 경우, 단말은 시간 동기 타이머를 중지한다(S380). 이때, 단말은 랜덤 액세스 과정을 재시도하거나, 상위 계층으로 실패 사실을 통보할 수 있다.

랜덤 액세스 수행 과정에서 단말이 경쟁에 실패한 경우, 동작 중인 시간 동기 타이머를 중지한다. 시간 동기가 맞지 않은 경우에도 시간 동기 타이머가 작동하여 비정상적인 메시지를 전송하여 다른 사용자에 간섭작용을 일으키는 문제점을 해결할 수 있다.

본 발명은 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 하드웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하기 위해 디자인된 ASIC(application specific integrated circuit), DSP(digital signal processing), PLD(programmable logic device), FPGA(field programmable gate array), 프로세서, 제어기, 마이크로 프로세서, 다른 전자 유닛 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 소프트웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하는 모듈로 구현될 수 있다. 소프트웨어는 메모리 유닛에 저장될 수 있고, 프로세서에 의해 실행된다. 메모리 유닛이나 프로세서는 당업자에게 잘 알려진 다양한 수단을 채용할 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형 또는, 변경하여 실시할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 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 사용자 평면(user plane)에 대한 무선 프로토콜 구조(radio protocol architecture)를 나타낸 블록도이다.

도 5는 제어 평면(control plane)에 대한 무선 프로토콜 구조를 나타낸 블록도이다.

도 6은 랜덤 액세스 과정에 대한 흐름도이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 상향링크 동기화 수행 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 상향링크 동기화 수행 방법을 나타내는 흐름도이다.

Claims (13)

1. 무선통신 시스템에서 상향링크 동기화를 수행하는 방법에 있어서,

   단말(user equipment; UE)에서 네트워크로 랜덤 엑세스 프리앰블을 송신하는 단계;

   상기 단말에서 상기 네트워크로부터 랜덤 엑세스 응답을 수신하되, 상기 랜덤 엑세스 응답은 임시 UE 식별자(UE identifier) 및 상기 네트워크와의 상향링크 동기화를 위한 시간 동기(time alignment) 값을 포함하는 단계;

   상기 시간 동기 값에 대응하여, 상기 시간 동기 값을 적용하고 상기 단말에서 시간 동기 타이머(time alignment timer)를 시작하는 단계;

   상기 랜덤 엑세스 응답에 대응하여, 스케쥴된 메시지(scheduled message)를 상기 네트워크로 송신하는 단계;

   상기 스케줄링된 메시지를 메시지를 송신한 이후에, 상기 단말에서 충돌해결 타이머(contention resolution timer)를 시작하는 단계;

   상기 단말과 상기 네트워크 간에 충돌 해결(contention resolution)이 성공적인지를 판단하되, 상기 충돌해결 타이머가 만료하면 상기 충돌 해결은 성공적이지 않은 것으로 판단하는 단계; 및

   만약 상기 충돌 해결이 성공적이지 않은 경우, 상기 단말에서 상기 시간 동기 타이머를 중지하는 단계

   를 포함하는 상향링크 동기화 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 단말에서 랜덤 엑세스 응답과 함께 상향링크 무선자원할당을 수신하는 단계; 및

   상기 상향링크 무선자원할당을 사용하여 상기 네트워크로 스케쥴된 메시지를 송신하는 단계

   를 더 포함하는 상향링크 동기화 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 시간 동기 타이머는 상기 단말과 상기 네트워크 간에 시간 동기가 유지되었음을 가정하기 위해 사용되는

   상향링크 동기화 방법.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 무선통신 시스템에서 상향링크 동기화를 수행하는 단말에 있어서,

    상기 단말에서 네트워크로부터 랜덤 엑세스 응답을 수신하되, 상기 랜덤 엑세스 응답은 임시 UE 식별자(UE identifier) 및 상기 네트워크와의 상향링크 동기화를 위한 시간 동기(time alignment) 값을 포함하는 수신부;

    상기 랜덤 엑세스 응답을 수신하기 이전에 상기 네트워크로 랜덤 엑세스 프리앰블을 송신하고, 상기 랜덤 엑세스 응답에 대응하여 스케쥴된 메시지(scheduled message)를 상기 네트워크로 송신하는 송신부; 및

    상기 시간 동기 값에 대응하여, 상기 시간 동기 값을 적용하고 상기 단말에서 시간 동기 타이머(time alignment timer)를 시작하고,

    상기 스케줄링된 메시지를 메시지를 송신한 이후에, 상기 단말에서 충돌해결 타이머(contention resolution timer)를 시작하고,

    상기 단말과 상기 네트워크 간에 충돌 해결(contention resolution)이 성공적인지를 판단하되, 상기 충돌해결 타이머가 만료하면 상기 충돌 해결은 성공적이지 않은 것으로 판단하고,

    만약 상기 충돌 해결이 성공적이지 않은 경우, 상기 단말에서 상기 시간 동기 타이머를 중지하는 프로세스

    를 포함하는 단말.
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제

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