KR101502626B1 - 랜덤 액세스 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 랜덤 액세스 방법은 네트워크로 랜덤 액세스 프리앰블을 전송하는 단계, 복수의 무선자원 할당 정보 및 각각의 상기 무선자원 할당 정보에 상응하며 상기 랜덤 액세스 프리앰블을 식별하기 위한 랜덤 액세스 프리앰블 아이디가 포함된 랜덤 액세스 응답을 상기 네트워크로부터 수신하는 단계, 복수의 상기 무선자원 할당 정보에 따른 복수의 할당 자원을 통해 하나 이상의 스케줄링된 메시지를 상기 네트워크로 전송하는 단계를 포함한다. 사용자 대기 시간의 지연을 방지할 수 있다.

랜덤 액세스, 무선자원, 자원할당.

Description

랜덤 액세스 방법{METHOD OF RANDOM ACCESS}

본 발명은 무선 통신에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선통신 시스템에서 랜덤 액세스 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 목적 은 초기 접속(initial access), 핸드오버(handover), 무선자원 요청(Scheduling Request), 시간 동기(timing alignment) 등이 있을 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.

여기서 경합이란 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 경합 가능성이 존재한다.

랜덤 액세스 과정에서는, 단말이 랜덤 액세스 프리앰블을 전송하면 네트워크는 단말로 랜덤 액세스 응답을 전송하고, 단말은 다시 네트워크로 스케줄링된 메시지(scheduled message)를 전송한다. 랜덤 액세스 과정에 대하여는 이후 발명의 실시예와 함께 보다 상세히 설명하도록 한다.

여기서 랜덤 액세스 응답에는 랜덤 액세스 프리앰블 아이디와 스케줄링된 메시지의 전송을 위한 무선자원 할당 정보가 포함되는데, 단말이 스케줄링된 메시지를 네트워크로 전송하기에는 할당된 무선자원이 부족한 경우에는 랜덤 액세스 과정을 다시 수행하거나 스케줄링 요청을 통해 무선자원을 다시 할당받을 때까지 대기 시간이 지속된다. 따라서 랜덤 액세스 과정이 완료되기까지 지연 시간이 발생하게 되고, 이에 따라 핸드오버의 지연, 단말의 네트워크 접속 지연 등의 문제가 발생하게 된다.

본 발명은 랜덤 액세스 과정의 지연을 방지하고 호 설정 시간을 단축하고자 한다. 따라서 랜덤 액세스 과정의 지연에 따른 단말의 네트워크 접속 지연이나 사용자 대기 시간이 길어지는 것을 방지하고자 한다.

또한 무선자원 할당 시 자원 할당의 효율성을 높이고자 한다.

본 발명의 일 양태에 따른 랜덤 액세스 방법은 네트워크로 랜덤 액세스 프리앰블을 전송하는 단계, 복수의 무선자원 할당 정보 및 각각의 상기 무선자원 할당 정보에 상응하며 상기 랜덤 액세스 프리앰블을 식별하기 위한 랜덤 액세스 프리앰블 아이디가 포함된 랜덤 액세스 응답을 상기 네트워크로부터 수신하는 단계, 복수의 상기 무선자원 할당 정보에 따른 복수의 할당 자원을 통해 하나 이상의 스케줄링된 메시지를 상기 네트워크로 전송하는 단계를 포함한다.

또한 본 발명의 다른 양태에 따른 랜덤 액세스 방법은 단말로부터 랜덤 액세스 프리앰블을 수신하는 단계, 복수의 무선자원 할당 정보 및 상기 무선자원 할당 정보에 따라 무선자원을 할당받는 상기 단말을 특정하기 위한 랜덤 액세스 프리앰블 아이디를 포함하는 랜덤 액세스 응답을 생성하는 단계, 상기 랜덤 액세스 응답을 상기 단말로 전송하는 단계, 상기 무선자원 할당 정보에 따라 상기 단말에 할당한 무선자원인 할당 자원들을 통해 전송되는 하나 이상의 스케줄링된 메시지를 상기 단말로부터 수신하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면 랜덤 액세스 과정의 지연을 방지하고 호 설정 시간(Call Setup Time)을 단축할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에 따르면 랜덤 액세스 과정의 지연을 방지함으로써 네트워크 접속이나 핸드오버에 걸리는 시간을 단축하여 사용자 대기 시간이 길어지는 것을 방지할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에 따르면 무선 자원의 할당 및 사용 시 효율을 증대시킬 수 있으며, 무선자원 할당을 위한 하향링크 채널의 사용량을 줄일 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. 빗금친 박스는 무선 프로토콜 계층(radio protocol layer)을 나타내고, 흰 박스는 제어 평면의 기능적 개체(functional entity)를 나타낸다.

도 2를 참조하면, 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)와 같은 무선자원 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) 페이 징(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) NAS(Non-Access Stratum) 시그널링, (2) NAS 시그널링 보안(security), (3) 아이들 모드 UE 도달성(Idle mode UE Reachability), (4) 트랙킹 영역 리스트 관리(Tracking Area list management), (5) 로밍(Roaming), (6) 인증(Authentication).

S-GW는 다음과 같은 기능을 수행한다. (1) 이동성 앵커링(mobiltiy anchoring), (2) 합법적 감청(lawful interception). P-GW(PDN-Gateway)는 다음과 같은 기능을 수행한다. (1) 단말 IP(internet protocol) 할당(allocation), (2) 패킷 필터링.

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)를 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 사 용자 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 무선자원 제어(radio resource control; 이하 RRC라 함) 계층은 단말과 네트워크 간에 무선자원을 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.

제2 계층의 MAC 계층은 논리채널(logical channel)을 통해 상위계층인 무선링크제어(Radio Link Control; RLC) 계층에게 서비스를 제공한다. 제2 계층의 RLC계층은 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 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 수행한다.

도 6은 하향링크 논리채널과 하향링크 전송채널간의 맵핑을 나타낸다. 도 7은 상향링크 논리채널과 상향링크 전송채널간의 맵핑을 나타낸다. 이들은 3GPP TS 36.300 V8.3.0 (2007-12) Technical Specification Group Radio Access Network; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) and Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN); Overall description; Stage 2 (Release 8)의 6.1.3절을 참조할 수 있다.

도 6 및 7을 참조하면, 하향링크에서 PCCH(Paging Control Channel)는 PCH(Paging Channel)에 매핑되고, BCCH(Broadcast Control Channel)은 BCH(Broadcast Channel) 또는 DL-SCH(Downlink Shared Channel)에 매핑된다. CCCH(Common Control Channel), DCCH(Dedicated Control Channel), DTCH(Dedicated Traffic Channel), MCCH(Multicast Control Channel) 및 MTCH(Multicast Traffic Channel)는 DL-SCH에 매핑된다. MCCH와 MTCH는 MCH(Multicast Channel)에도 맵핑된다. 상향링크에서 CCCH, DCCH 및 DTCH는 UL-SCH(uplink shared channel)에 맵핑된다.

각 논리채널 타입은 어떤 종류의 정보가 전송되는가에 따라 정의된다. 논리채널은 제어채널과 트래픽 채널 2종류가 있다.

제어채널은 제어평면 정보의 전송에 사용된다. BCCH는 시스템 제어 정보를 브로드캐스팅하기 위한 하향링크 채널이다. PCCH는 페이징 정보를 전송하는 하향링크 채널로, 네트워크가 단말의 위치를 모를 때 사용한다. CCCH는 단말과 네트워크 간의 제어 정보를 전송하는 채널로, 단말이 네트워크와 RRC 연결이 없을 때 사용한다. MCCH는 MBMS(multimedia broadcast multicast service) 제어정보를 전송하는 데 사용되는 점대다(point-to-multipoint) 하향링크 채널이며, MBMS를 수신하는 단말들에게 사용된다. DCCH는 단말과 네트워크간의 전용 제어정보를 전송하는 점대점 단방향 채널이며, RRC 연결을 갖는 단말에 의해 사용된다.

트래픽 채널은 사용자 평면 정보의 전송에 사용된다. DTCH는 사용자 정보의 전송을 위한 점대점 채널이며, 상향링크과 하향링크 모두에 존재한다. MTCH는 트래픽 데이터의 전송을 위한 점대다 하향링크 채널이며, MBMS를 수신하는 단말에게 사용된다.

전송채널은 무선 인터페이스를 통해 데이터가 어떻게 어떤 특징으로 전송되는가에 따라 분류된다. BCH는 셀 전 영역에서 브로드캐스트되고 고정된 미리 정의된 전송 포맷을 가진다. DL-SCH는 HARQ(hybrid automatic repeat request)의 지원. 변조, 코딩 및 전송파워의 변화에 의한 동적 링크 적응의 지원, 브로드캐스트의 가능성, 빔포밍의 가능성, 동적/반정적(semi-static) 자원 할당 지원, 단말 파워 절약을 위한 DRX(discontinuous reception) 지원 및 MBMS 전송 지원으로 특징된다. PCH는 단말 파워 절약을 위한 DRX 지원, 셀 전영역에의 브로드캐스트로 특징된다. MCH는 셀 전영역에의 브로드캐스트 및 MBSFN(MBMS Single Frequency Network) 지원 으로 특징된다.

상향링크 전송채널은 UL-SCH와 RACH(random access channel)이 있다. UL-SCH는 전송 파워 및 변조 및 코딩을 변화시키는 동적 링크 적응의 지원, HARQ 지원 및 동적 및 반정적 자원 할당의 지원으로 특징된다. RACH는 제한된 제어 정보와 충돌 위험으로 특징된다.

도 8은 하향링크 전송채널과 하향링크 물리채널간의 맵핑을 나타낸다. 도 9는 상향링크 전송채널과 상향링크 물리채널간의 맵핑을 나타낸다.

도 8 및 9를 참조하면, 하향링크에서 BCH는 PBCH(physical broadcast channel)에 맵핑되고, MCH는 PMCH(physical multicast channel)에 매핑되고, PCH와 DL-SCH는 PDSCH(physical downlink shared channel)에 매핑된다. PBCH는 BCH 전송 블록을 나르고, PMCH는 MCH를 나르고, PDSCH는 DL-SCH와 PCH를 나른다. 상향링크에서 UL-SCH는 PUSCH(physical uplink shared channel)에 맵핑되고, RACH는 PRACH(physical random access channel)에 맵핑된다. PRACH는 랜덤 액세스 프리앰블을 나른다.

물리계층에서 사용되는 몇몇 물리 제어채널들이 있다. PDCCH(physical downlink control channel)는 단말에서 PCH와 DL-SCH의 자원 할당 및 DL_SCH와 관련된 HARQ 정보에 대해 알려준다. PDCCH는 단말에게 상향링크 전송의 자원 할당을 알려주는 상향링크 스케줄링 그랜트를 나를 수 있다. PCFICH(physical control format indicator channel)는 단말에게 PDCCH들에 사용되는 OFDM 심벌의 수를 알려주고, 매 서브프레임마다 전송된다. PHICH(physical Hybrid ARQ Indicator Channel)는 상향링크 전송의 응답으로 HARQ ACK/NAK 신호를 나른다. PUCCH(Physical uplink control channel)은 하향링크 전송에 대한 HARQ ACK/NAK, 스케줄링 요청 및 CQI와 같은 상향링크 제어 정보를 나른다.

도 10은 무선 프레임의 구조를 나타낸다.

하나의 무선 프레임(radio frame)은 10개의 서브프레임(subframe)으로 구성되고, 하나의 서브프레임은 2개의 슬롯(slot)으로 구성된다. 하나의 서브 프레임이 전송되는 데 걸리는 시간을 TTI(transmission time interval)이라 하고, 예를 들어 하나의 서브프레임의 길이는 1ms이고, 하나의 슬롯의 길이는 0.5ms 일 수 있다.

도 10을 참조하여 설명하는 무선 프레임의 구조는 예시에 불과하고, 무선 프레임에 포함되는 서브프레임의 수 또는 서브프레임에 포함되는 슬롯의 수, 슬롯에 포함되는 OFDM 심벌의 수는 다양하게 변경될 수 있다.

도 11은 하나의 하향링크 슬롯에 대한 자원 그리드(resource grid)를 나타낸 예시도이다.

도 11을 참조하면, 하향링크 슬롯은 시간 영역(time domain)에서 복수의 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 심벌을 포함한다. 여기서, 하나의 하향링크 슬롯은 7 OFDM 심벌을 포함하고, 하나의 자원블록은 주파수 영역에서 12 부반송파를 포함하는 것을 예시적으로 기술하나, 이에 제한되는 것은 아니다.

자원 그리드 상의 각 요소(element)를 자원요소(resource element)라 하며, 하나의 자원블록은 12×7 자원요소를 포함한다. 하향링크 슬롯에 포함되는 자원블 록의 수 NDL은 셀에서 설정되는 하향링크 전송 대역폭(bandwidth)에 종속한다.

도 12는 서브프레임의 구조를 나타낸다.

도 12를 참조하면, 서브 프레임은 2개의 연속적인(consecutive) 슬롯을 포함한다. 서브 프레임내의 첫번째 슬롯의 앞선 최대 3 OFDM 심벌들이 PDCCH가 할당되는 제어영역(control region)이고, 나머지 OFDM 심벌들은 PDSCH가 할당되는 사용자 영역이 된다. PCFICH는 서브프레임내에서 PDCCH들의 전송에 사용되는 OFDM 심벌의 수에 관한 정보를 나른다.

이하 랜덤 액세스 과정을 설명한다.

먼저, 아래의 경우에 대해 단말은 기지국으로 랜덤 액세스 과정을 수행할 수 있다.

(1) 단말이 기지국과의 RRC 연결이 없어, 초기 접속(initial access)을 하는 경우

(2) 단말이 핸드오버 과정에서, 타겟 셀로 처음 접속하는 경우

(3) 기지국의 명령에 의해 요청되는 경우

(4) 상향링크의 시간 동기가 맞지 않거나 상향링크 무선자원이 할당되지 않은 상황에서 상향링크 데이터가 발생하는 경우

(4) 무선 링크 실패 (radio link failure) 또는 핸드오버 실패 (handover failure)시 복구 과정의 경우

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 경합이란 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 경합 가능성이 존재한다. 그리고, 비경합 기반 랜덤 액세스 과정은 상술한 랜덤 액세스 이유들 중 핸드오버 과정이나 기지국의 명령에 의해 요청되는 경우에만 사용될 수 있다.

도 13a는 경합 기반 랜덤 액세스 과정을 나타낸 흐름도이다.

도 13a를 참조하면, 단계 S110에서, 단말은 랜덤 액세스 프리앰블 집합에서 임의로 하나의 랜덤 액세스 프리앰블을 선택하고, 선택된 랜덤 액세스 프리앰블을 PRACH 자원(PRACH resource)을 통하여 기지국으로 전송한다. 랜덤 액세스 프리앰블 집합의 구성에 대한 정보는 시스템 정보의 일부 또는 핸드오버 명령(handover command) 메시지를 통해 기지국으로부터 얻을 수 있다.

단계 S120에서, 단말은 랜덤 액세스 응답 수신 윈도우 내에서 자신의 랜덤 액세스 응답의 수신을 시도한다. 랜덤 액세스 응답 수신 윈도우는 상기 시스템 정보의 일부 또는 핸드오버 명령 메시지를 통해 지시될 수 있으며, 랜덤 액세스 응답 을 모니터링하기 위한 윈도우를 말한다. 좀더 자세하게, 랜덤 액세스 응답은 MAC PDU의 형식으로 전송되며, 상기 MAC PDU는 물리채널인 PDSCH로 전달된다. 상기 PDSCH의 수신 정보는 제어채널인 PDCCH를 통해 획득된다. PDCCH는 상기 PDSCH를 수신할 단말의 정보, 상기 PDSCH의 무선자원 할당 정보 및 상기 PDSCH의 전송 형식 등을 나른다. 단말은 먼저 랜덤 액세스 응답 수신 윈도우에 속하는 서브프레임내에서 PDCCH를 모니터링하여, PDCCH의 수신에 성공하면 PDCCH에 의해 지시되는 PDSCH 상으로 랜덤 액세스 응답을 수신한다.

랜덤 액세스 응답은 단말의 상향링크 동기화를 위한 시간 동기(time alignment, TA) 값, 상향링크 무선자원 할당 정보, 랜덤 액세스를 수행하는 단말들을 식별하기 위한 랜덤 액세스 프리앰블 식별자(random access preamble identifier, RAPID) 및 임시(temporary) C-RNTI(Cell-Radio Network Temporary Identity)와 같은 단말의 임시 식별자를 포함한다. 랜덤 액세스 프리앰블 식별자는 수신한 랜덤 액세스 프리앰블을 식별하기 위함이다.

단계 S130에서, 단말은 상기 시간 동기 값을 적용하고, 상기 상향링크 무선자원 할당 정보를 이용하여 랜덤 액세스 식별자를 포함하는 스케줄링된 메시지(scheduled message)를 기지국으로 전송한다.

상기 랜덤 액세스 식별자는 기지국이 랜덤 액세스 과정을 수행하는 단말을 구분하는 데 사용된다. 상기 랜덤 액세스 식별자는 두가지 방법으로 얻을 수 있다. 첫번째 방법은 단말이 상기 랜덤 액세스 과정 이전에 이미 해당 셀에서 할당받은 유효한 셀 식별자(예를 들어, C-RNTI)를 가지고 있다면, 이 셀 식별자를 상기 랜덤 액세스 식별자로 사용한다. 두번째 방법은 랜덤 액세스 과정 이전에 단말이 유효한 셀 식별자를 할당받지 못하였다면, 단말은 자신의 고유 식별자(S-TMSI(SAE Temporary Mobile Station Identifier) 또는 상위계층 식별자)를 상기 랜덤 액세스 식별자로 사용한다. 단말은 상기 스케줄링된 메시지를 전송함에 따라 충돌 해결 타이머(contention resolution timer)를 시작한다.

단계 S140에서, 기지국은 스케줄링된 메시지를 수신한 후에, 상기 랜덤 액세스 식별자를 포함하는 경합 해결(contention resolution) 메시지를 단말로 전송한다.

경합 기반 랜덤 액세스 과정에서 경합은 가능한 랜덤 액세스 프리앰블의 수가 유한하기 때문에 발생한다. 셀내 모든 단말들에게 고유의 랜덤 액세스 프리앰블을 부여할 수 없으므로, 단말은 랜덤 액세스 프리앰블 집합 중에서 임의로 하나의 랜덤 액세스 프리앰블을 선택해서 전송한다. 이에 따라 동일한 PRACH 자원을 통해 둘 이상의 단말들이 동일한 랜덤 액세스 프리앰블을 선택하여 전송할 수 있다. 이것이 경합이 발생한 경우이다. 랜덤 액세스 프리앰블을 수신한 기지국은 경합 여부를 모르는 상태에서 상기 랜덤 액세스 프리앰블에 대한 랜덤 액세스 응답을 전송한다.

그러나, 경합이 발생하였기 때문에 둘 이상의 단말들이 동일한 랜덤 액세스 응답을 수신하게 되고, 상기 단말들은 상기 랜덤 액세스 응답에 포함된 정보를 바탕으로 스케줄링된 메시지를 각각 전송한다. 이는 랜덤 액세스 응답에 포함된 상향링크 무선자원 할당 정보를 통해 둘 이상의 단말들이 서로 다른 스케줄링된 메시지 를 전송함을 의미한다. 이때, 스케줄링된 메시지의 전송은 모두 실패하거나, 단말들의 위치 또는 전송 파워에 따라 특정 단말의 스케줄링된 메시지만이 기지국이 성공적으로 수신한다.

스케줄링된 메시지를 기지국에서 성공적으로 수신한 경우, 기지국은 스케줄링된 메시지에 포함된 랜덤 액세스 식별자를 이용하여 경합 해결 메시지를 전송한다. 자신의 랜덤 액세스 식별자를 수신한 단말은 경합 해결이 성공적임을 알 수 있다. 경합 기반의 랜덤 액세스 과정에서 단말이 경합의 실패 또는 성공 여부를 알 수 있도록 하는 것이 경합 해결(contention resolution)이라 한다.

경합 해결을 위해 경합 해결 타이머를 이용한다. 경합 해결 타이머는 랜덤 액세스 응답을 수신한 후에 시작된다. 경합 해결 타이머는 단말이 스케줄링된 메시지를 전송할 때 시작될 수 있다. 경합 해결 타이머가 만료되면 경합 해결이 성공적이지 않다고 판단하고, 새로운 랜덤 액세스 과정을 개시한다. 자신의 랜덤 액세스 식별자를 포함하는 경합 해결 메시지를 수신하면 경합 해결 타이머는 중단되고(stop), 경합 해결이 성공적이라고 판단한다.

만약 단말이 랜덤 액세스 과정 전에 이미 C-RNTI와 같은 고유의 셀 식별자를 가지고 있다면, 단말은 자신의 셀 식별자를 포함한 스케줄링된 메시지를 기지국으로 전송한 후, 경합 해결 타이머를 시작한다. 경합 해결 타이머가 만료되기 전에 자신의 셀 식별자에 의해 지시되는(address) PDCCH를 수신하면, 단말은 자신이 경합에서 성공했다고 판단하고 랜덤 액세스 과정을 정상적으로 마치게 된다.

또는, 단말이 C-RNTI를 가지고 있지 않은 경우 상위 계층 식별자를 랜덤 액 세스 식별자로 사용할 수 있다. 단말은 상위 계층 식별자를 포함하는 스케줄링된 메시지를 전송한 후, 경합 해결 타이머를 시작한다. 경합 해결 타이머가 만료되기 전에 자신의 상위 식별자를 포함한 경합 해결 메시지를 DL-SCH 상으로 수신한 경우, 단말은 랜덤 액세스 과정이 성공했다고 판단한다.

상기 경합 해결 메시지는 임시 C-RNTI에 의해 지시되는 PDCCH를 이용하여 수신한다. 그러나, 경합 해결 타이머가 만료될 때까지 자신의 랜덤 액세스 식별자를 포함한 경합 해결 메시지를 DL-SCH 상으로 수신하지 못하면, 단말은 경합에서 실패한 것으로 판단한다.

도 13b는 비경합 기반 랜덤 액세스 과정을 나타낸 흐름도이다.

도 13b를 참조하면, 단계 S210에서, 단말은 기지국으로부터 전용 랜덤 액세스 프리앰블을 할당받는다. 비경합 기반의 랜덤 액세스 과정을 위해서는 충돌 가능성이 없는 전용 랜덤 액세스 프리앰블을 기지국으로부터 할당받는 것이 필요하다. 전용 랜덤 액세스 프리앰블은 핸드오버 명령 메시지에 포함되거나 PDCCH 상으로 전송될 수 있다. 랜덤 액세스 과정이 핸드오버 과정 중에 수행되는 경우, 단말은 전용 랜덤 액세스 프리앰블을 핸드오버 명령 메시지로부터 얻을 수 있다. 랜덤 액세스 과정이 기지국의 요청에 의해 수행되는 경우 단말은 전용 랜덤 액세스 프리앰블을 PDCCH를 통해 얻을 수 있다.

단계 S220에서, 단말은 전용 랜덤 액세스 프리앰블을 PRACH 자원을 통하여 기지국으로 전송한다.

단계 S230에서, 단말은 상기 전용 랜덤 액세스 프리앰블에 대응하는 랜덤 액세스 응답을 수신한다. 경합 기반 랜덤 액세스 과정에 비해서, 비경합 기반 랜덤 액세스 과정에서는 랜덤 액세스 응답을 수신함으로써, 랜덤 액세스 과정이 정상적으로 수행되었다고 판단하고, 랜덤 액세스 과정을 종료한다.

이후 단말은 랜덤 액세스 과정에서 할당받은 무선자원을 이용하여 스케줄링된 메시지를 네트워크로 전송할 수 있다.

도 14는 랜덤 액세스 응답을 위한 MAC PDU 구조를 나타낸다. MAC PDU는 맥(MAC) 헤더와 맥(MAC) 페이로드를 포함한다. MAC 페이로드는 적어도 하나의 MAC RAR(random access response)를 포함한다. MAC 헤더는 적어도 하나 이상의 MAC 서브헤더를 포함하며, MAC 서브헤더는 RAPID MAC 서브헤더와 BI(backoff indicator) MAC 서브헤더로 나뉜다. 각 RAPID MAC 서브헤더는 하나의 MAC RAR에 대응된다. 본 발명의 실시예에서는 랜덤 액세스 응답을 위한 맥(MAC) 헤더는 랜덤 액세스 응답 헤더로, 맥(MAC) 페이로드는 랜덤 액세스 응답 페이로드로, 또한 MAC RAR(random access response)은 랜덤 액세스 응답 정보라 지칭한다.

도 15 내지 도 16은 랜덤 액세스 응답을 위한 MAC 헤더에 포함되는 서브헤더를 나타낸다. 도 15는 RAPID MAC 서브헤더를, 도 16은 BI MAC 서브헤더를 나타낸다.

도 15는 RAPID MAC 서브헤더를 나타낸다. E(extentsion) 필드는 MAC 헤더내에 다른 필드가 존재하는지 여부를 지시하는 플래그(flag)이다. T(type) 필드는 MAC 서브헤더가 RAPID를 포함하는지 아니면 BI를 포함하는지 여부를 지시하는 플래 그이다. RAPID 필드는 전송된 랜덤 액세스 프리앰블을 구별하는 데 사용된다.

도 16은 BI MAC 서브헤더를 나타낸다. E(extentsion) 필드는 MAC 헤더내에 다른 필드가 존재하는지 여부를 지시하는 플래그(flag)이다. T(type) 필드는 MAC 서브헤더가 RAPID를 포함하는지 아니면 BI를 포함하는지 여부를 지시하는 플래그이다. R(reserved) 필드는 예약된 비트를 나타낸다. BI 필드는 셀에서 오버로드 상태에 따라 다음 랜덤 액세스를 언제 시도할지를 식별하는 데 사용된다.

도 17은 랜덤 액세스 응답 정보(MAC RAR)를 나타낸다. 랜덤 액세스 응답 정보는 복수의 필드를 통해 각 랜덤 액세스 프리앰블에 대한 랜덤 액세스 응답에 관한 다양한 정보를 포함한다. TA(time alignment) 필드는 타이밍 동기화를 위해 사용되는 상향링크 전송 타이밍에 필요한 조정을 지시한다. UL Grant 필드는 상향링크 무선자원 할당 정보를 나타낸다. 임시 C-RNTI는 랜덤 액세스 동안 단말에 의해 사용되는 임시 식별자를 지시한다.

도 18a는 본 발명의 일 실시예에 따른 랜덤 액세스 방법을 나타낸 흐름도이다.

단말과 네트워크는 랜덤 액세스 과정을 수행한다. 단말은 우선 네트워크로 랜덤 액세스 프리앰블을 전송한다(S1810). 그리고 상기 랜덤 액세스 프리앰블에 상응하여 네트워크로부터 랜덤 액세스 응답을 수신한다(S1820).

여기서 네트워크가 단말로 전송할 랜덤 액세스 응답에는 단말이 네트워크로스케줄링된 메시지를 전송하기 위한 무선자원 할당 정보, 즉 단말에 할당될 무선자원인 할당 자원에 대한 정보가 함께 실려있다. 본 발명의 실시예에 따르면 단말은 네트워크의 랜덤 액세스 응답으로 수신한 MAC PDU에 포함되어 있는 복수의 할당 자원들의 정보를 통해 무선자원을 할당 받는다.

단말이 랜덤 액세스 과정 중, 앞서 설명한 스케줄링된 메시지를 전송하기 위해서는 스케줄링된 메시지(scheduled message)의 크기에 맞는 무선자원을 할당받아야 하는데, 네트워크에는 무선 환경에 따라 특정 시점에는 스케줄링된 메시지를 전송할 수 있을 만큼의 크기를 가진 무선자원이 없을 수 있다.

이 경우 충분한 무선자원이 준비될 때까지 무선자원 할당을 지연시키면 호 설정 시간(call set-up time)이나 사용자의 대기 시간이 길어진다. 따라서 단말이 전송해야 할 스케줄링된 메시지를 한번에 실어 나르기에는 크기가 부족할지라도 즉시 할당 가능한 무선자원이 있다면 네트워크는 할당 가능한 무선자원들을 할당할 수 있다. 이 경우, 하나의 동일한 랜덤 액세스 프리앰블 아이디에 상응하는 복수의 할당 자원들에 대한 복수의 무선자원 할당 정보가 랜덤 액세스 응답에 포함될 수 있다. 여기서 복수의 무선자원들은 복수의 서브 프레임 내에서 할당될 수 있다. 또한, 복수의 서브 프레임으로부터 복수의 할당 자원이 할당되는 경우, 하나의 서브 프레임으로부터 하나의 할당 자원이 각각 할당됨으로써 단말에는 결과적으로 복수의 할당 자원들이 할당된다.

그러면 단말은 스케줄링된 메시지를 복수의 할당 자원들을 통해 수회에 걸쳐 네트워크로 전송한다. 즉 스케줄링된 메시지는 복수의 할당 자원을 통해 전송됨으로써, 결과적으로 스케줄링된 메시지 전체의 전송이 완료된다. 이와 같이 스케줄링된 메시지를 1회의 랜덤 액세스 응답을 통해 할당받은 무선자원으로 여러 번에 걸 쳐 전송하는 경우, 네트워크에 충분한 크기를 가진 하나의 무선자원이 준비될 때까지 기다리거나 수 회에 걸쳐 무선자원을 할당받는 경우보다 호 설정 시간(call set-up time)이나 사용자 대기 시간이 단축될 수 있다. 다만, 복수의 할당 자원을 통한 스케줄링된 메시지의 전송은 반드시 하나의 TTI 내에서 수행될 필요는 없다. 할당 자원들이 복수의 서브 프레임으로부터 할당될 수 있기 때문이다.

또한, 한 번의 랜덤 액세스 응답에 다수의 무선자원 할당정보가 포함되어, 복수의 할당자원을 한꺼번에 할당하면, 수회에 걸쳐 무선자원을 할당하는 경우에 비하여 PDCCH를 한 번만 사용해도 된다는 장점이 있다. 만일 무선자원 할당정보를 수회에 걸쳐 전송하는 경우, 매 무선자원 할당 시마다 상향링크 스케줄링 그랜트(Uplink Scheduling Grant)를 전송하기 위해서 PDCCH를 소비해야 했을 것이다. 그러나 본 발명의 실시예에 따르면 1회의 무선자원 할당만으로 복수의 할당 자원에 대한 무선자원 할당정보가 단말로 전송되므로 PDCCH를 여러 번 사용할 필요가 없다.

랜덤 액세스 응답을 수신한 단말은 우선 랜덤 액세스 응답에 단말에 상응하는 랜덤 액세스 프리앰블 아이디가 몇 개가 포함되어 있는지를 파악한다. 단말에 상응하는 랜덤 액세스 프리앰블 아이디가 중복적으로 랜덤 액세스 응답에 복수개가 포함되어 있는 경우, 단말은 스케줄링된 메시지의 전송을 위해 여러 개의 할당 자원이 할당되었음을 인지할 수 있다.

랜덤 액세스 응답은 랜덤 액세스 응답 페이로드(payload) 및 랜덤 액세스 응답 헤더를 포함한다. 랜덤 액세스 응답 페이로드에는 스케줄링된 메시지의 크기에 상응하여 할당되는 복수의 할당 자원에 대한 시간과 주파수 정보가 포함된다 그리고 랜덤 액세스 응답 헤더에는 할당 자원들이 할당될 단말을 특정하는 랜덤 액세스 프리앰블 아이디가 상기 할당 자원의 개수에 상응하여 포함된다. 같은 값의 랜덤 액세스 프리앰블 아이디가 여러 개인 경우, 랜덤 액세스 응답 페이로드에 포함되는 랜덤 액세스 응답 정보도 여러 개가 된다. 무선 자원 할당 정보는 랜덤 액세스 응답 정보에 포함되며, 랜덤 액세스 응답 페이로드는 하나 이상의 랜덤 액세스 응답 정보로 구성된다.

여기서 랜덤 액세스 응답 페이로드(payload)는 도 14에서 설명한 랜덤 액세스 응답을 위한 MAC PDU 중에서 MAC 페이로드를 의미하며, 랜덤 액세스 응답 헤더는 도 14에서 설명한 랜덤 액세스 응답을 위한 MAC PDU 중에서 MAC 헤더를 의미한다.

단말은 복수의 랜덤 액세스 프리앰블 아이디에 상응하는 랜덤 액세스 응답의 페이로드를 디코딩하여 할당 자원들에 관한 무선자원 할당 정보를 획득한다. 무선자원 할당 정보는 단말이 할당받은 할당 자원들에 대한 시간이나 주파수에 관한 정보이다.

단말은 할당 자원들의 크기와 개수에 따라 스케줄링된 메시지들을 복수의 할당자원들을 통해 모두 전송한다(S1830). 복수의 할당 자원을 통해 네트워크로 전송되는 스케줄링된 메시지는 하나이거나 또는 여러 개일 수 있다.

도 18b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 랜덤 액세스 방법을 나타낸 흐름도이다. 단말과 네트워크는 랜덤 액세스 과정을 수행하되, 여기서는 비경합 기반 랜 덤 액세스 과정이 수행된다.

단말은 기지국으로부터 전용 랜덤 액세스 프리앰블을 할당받는다(s1840). 전용 랜덤 액세스 프리앰블은 도 13b에서 이미 설명한 바와 같이 핸드오버 명령 메시지에 포함되거나 PDCCH 상으로 전송될 수 있다.

단말은 전용 랜덤 액세스 프리앰블을 PRACH 자원을 통하여 기지국으로 전송한다(S1850). 그리고 단말은 상기 전용 랜덤 액세스 프리앰블에 대응하는 랜덤 액세스 응답을 수신한다(S1860).

여기서 네트워크가 단말로 전송할 랜덤 액세스 응답에는 단말이 네트워크로 스케줄링 된 메시지를 전송하기 위한 무선자원 할당 정보, 즉 단말에 할당될 무선자원인 할당 자원에 대한 정보가 함께 실려있다.

단말이 랜덤 액세스 과정 중, 앞서 설명한 스케줄링된 메시지를 전송하기 위해서는 스케줄링된 메시지(scheduled message)의 크기에 맞는 무선자원을 할당받아야 하는데, 네트워크에는 무선 환경에 따라 특정 시점에는 스케줄링된 메시지를 전송할 수 있을 만큼의 크기를 가진 무선자원이 없을 수 있다.

따라서 무선자원이 할당된 전체적인 상황을 알고 있는 네트워크는 하나 이상의 여러 서브 프레임으로부터 여러 주파수 자원을 할당자원으로써 단말에 할당할 수 있다. 스케줄링된 메시지를 모두 전송할 수 있는 복수의 할당자원을 하나의 랜덤 액세스 응답을 통해 한꺼번에 할당받으면, 하나의 무선자원만으로 스케줄링된 메시지를 모두 전송할 수 있을 때까지 기다리거나 또는 수회에 걸쳐 무선자원을 할당받아 수회의 전송에 걸쳐 스케줄링된 메시지를 전송하는 경우에 비해 대기 시간 이 짧아질 수 있다.

단말은 할당 자원들의 크기와 개수에 따라 스케줄링된 메시지들을 복수의 할당자원들을 통해 모두 전송한다(S1870).

도 19a 및 도 19b는 본 발명의 일 실시예에 따른 할당 자원이 표시된 상향링크 서브프레임(subframe)의 구조를 나타낸다. 본 발명의 실시예에 따라 할당 자원이 서브 프레임 내에서 분포하는 형태는 도 19a 및 도 19b에 도시된 바와 같다.

도 19a 및 도 19b를 참조하면, 하나의 상향링크 서브프레임은 두 개의 슬롯을 포함한다. 그리고 상향링크 서브 프레임은 주파수 영역에서 상향링크 제어 정보를 나르는 PUCCH(Physical Uplink Control Channel)가 할당되는 제어영역(control region)과 사용자 데이터를 나르는 PUSCH(Physical Uplink Shared Channel)가 할당되는 데이터영역(data region)으로 나누어진다. 단일 반송파 특성을 유지하기 위해, 하나의 단말은 PUCCH와 PUSCH를 동시에 전송하지 않는다.

하나의 단말에 대한 PUCCH는 서브프레임에서 자원블록(RB, resource block)의 쌍(pair)으로 할당되고, 하나의 자원블록 쌍에 속하는 2 개의 자원블록들은 2 슬롯(slot)들 각각에서 서로 다른 부반송파를 차지한다. 이를 가리켜 PUCCH에 할당되는 자원블록 쌍이 슬롯 경계(slot boundary)에서 주파수 도약(frequency hopping)된다고 한다.

PUCCH는 다중 포맷을 지원할 수 있다. 즉, 변조 방식(modualtion scheme)에 따라 서브프레임당 서로 다른 비트 수를 갖는 상향링크 제어 정보를 전송할 수 있다.

빗금친 부분은 네트워크의 랜덤 액세스 응답 전송 시 남아있는 가용 무선자원을 나타낸 것으로, 본 발명의 실시예에 따라 단말에 할당되는 할당 자원(1901, 1902, 1903 및 1904, 1905, 1906)들이 될 수 있다.

여기서 도 19a는 서브프레임 내에서의 주파수 호핑(Intra-subframe Frequency Hopping)이 적용되지 않은 경우의 할당 자원을 나타내며, 도 19b는 서브프레임 내에서의 주파수 호핑이 적용된 경우의 할당 자원을 나타낸다. 전자와 후자는 첫번째 슬롯과 두번째 슬롯에서의 할당 자원의 위치가 서로 같은 주파수 상에 있는지의 여부에서 차이가 있다. 할당 자원(1901 내지 1906)들 각각은 스케줄링된 메시지를 모두 전송하기에 부족하지만, 단말이 할당 자원(1901 내지 1906) 전부를 이용할 경우에는 스케줄링된 메시지를 모두 전송할 수 있다.

각 할당 자원(1901 내지 1906)들은 하나 또는 복수의 서브 프레임 및 TTI에서 할당되나 흩어져서 분포한다. 따라서 각각의 할당 자원(1901 내지 1906)들에 대한 시간과 주파수 등의 무선자원 할당 정보 및 랜덤 액세스 프리앰블 아이디와 같은 할당 자원(1901 내지 1906)에 상응하는 단말을 특정하기 위한 정보가 랜덤 액세스 응답에 포함되어야 한다. 랜덤 액세스 응답 헤더에 동일한 랜덤 액세스 프리앰블 아이디를 중복적으로 싣고, 동일한 복수의 랜덤 액세스 프리앰블 아이디에 상응하여 서로 다른 무선자원 할당 정보들을 생성하는 것은 이러한 이유에서이다. 여기서 무선자원 할당 정보는 랜덤 액세스 응답 페이로드에 포함되며, 하나 이상의 랜덤 액세스 응답 정보가 랜덤 액세스 응답 페이로드를 구성한다.

또한 단말이 할당 자원(1901 내지 1906)들을 이용하여 스케줄링된 메시지를 전송할 경우, 하나의 서브 프레임 내에서 모든 스케줄링된 메시지가 네트워크에 도달하게 된다.

도 19a 및 도 19b를 참조하여 설명한 실시예에서는 할당 자원들이 여러 개의 서브 프레임 내에서 할당되고, 따라서 스케줄링된 메시지가 여러 할당 자원들을 통해 여러 TTI에 전송된다.

도 20은 본 발명의 일 실시예에 따라 랜덤 액세스 과정에서 전송되는 랜덤 액세스 응답을 위한 MAC PDU의 헤더를 나타낸 도면이다.

옥텟 1(octet 1)은 도 16에 도시된 BI MAC 서브헤더이고, 옥텟 2(octet 2) 이하의 각 옥텟들은 도 15에 도시된 RAPID MAC 서브헤더이다.

네트워크는 단말이 전송하고자 하는 데이터의 크기에 맞게 무선자원을 할당하는데, 스케줄링된 메시지를 한번에 전송할 수 있을 정도의 크기의 무선 자원이 없는 경우, 본 발명의 실시예에서는 하나의 단말의 스케줄링된 메시지의 전송을 위해 스케줄링된 메시지의 용량보다는 작은 무선자원을 복수로 할당한다. 이와 같은 방법으로 할당된 작은 여러 개의 할당 자원들을 모두 합하면 스케줄링된 메시지를 모두 전송할 수 있는 용량이 된다. 이 때 할당 자원들은 서로 다른 복수의 TTI에서 할당된다.

그리고 전술한 바와 같이 각각의 할당 자원들에 상응하는 랜덤 액세스 프리앰블 아이디를 랜덤 액세스 응답 헤더의 서브헤더에 실어서 해당 할당 자원을 할당받는 단말을 특정한다.

무선자원을 할당받을 단말을 특정하기 위한 랜덤 액세스 프리앰블 아이디는 맥 헤더에 실린다. 하나의 단말의 스케줄링된 메시지의 크기에 상응하여 할당되는 할당 자원이 여러 개인 경우, 할당 자원의 개수에 맞춰 복수의 랜덤 액세스 프리앰블 아이디가 맥 헤더에 실리게 된다(oct 3, oct 4 및 oct 5의 RAPID(Y)). 여기서 랜덤 액세스 프리앰블 아이디는 랜덤 액세스 응답 헤더를 이루는 서브헤더에 각각 실리게 된다. RAPID(X) 및 RAPID(Z)는 다른 단말로 전송될 랜덤 액세스 응답을 나타낸다.

따라서 본 발명의 실시예에 따르면 하나의 단말에 여러 개의 할당 자원이 할당되므로, 동일한 랜덤 액세스 프리앰블 아이디가 실린 서브헤더가 중복적으로 존재할 수 있다. 다만 랜덤 액세스 응답을 수신한 단말은 중복되는 랜덤 액세스 프리앰블 아이디에 대하여서는 디코딩을 생략할 수 있다.

이와 같이, 동일한 랜덤 액세스 프리앰블 아이디가 하나의 랜덤 액세스 응답에 중복적으로 포함될 수 있음으로 인해, 스케줄링된 메시지의 전송을 위한 복수의 할당 자원이 하나의 단말에 지연 없이 한번에 할당되는 것이 가능해진다. 따라서 단말은 하나의 무선자원만으로 스케줄링된 메시지의 전송이 가능해질 때까지 기다릴 필요가 없으며, 사용자 대기 시간 역시 단축될 수 있다.

그리고 각각의 랜덤 액세스 프리앰블 아이디마다 무선 자원 할당 정보를 포함하는 랜덤 액세스 응답 정보가 각각 생성된다. 서로 다른 랜덤 액세스 프리앰블 아이디에 대해서는 물론, 동일한 랜덤 액세스 프리앰블 아이디가 여러 개인 경우에도, 각각의 랜덤 액세스 프리앰블 아이디에 상응하여 랜덤 액세스 응답 정보가 각각 생성된다. 랜덤 액세스 응답 페이로드는 하나 이상의 랜덤 액세스 응답 정보를 포함하며, 랜덤 액세스 응답 정보에는 무선자원 할당을 위한 정보, 즉 할당 자원들에 상응하는 시간과 주파수 정보가 담겨 있다.

도 21은 본 발명의 다른 실시예에 따른 데이터 전송 방법을 나타낸 도면이다.

네트워크는 단말로부터 랜덤 액세스 프리앰블을 수신한다(S2110). 네트워크가 랜덤 액세스 과정을 수행하기 위해 단말로부터 스케줄링된 메시지를 수신하려면, 단말에 필요한 만큼의 무선자원을 할당하여야 한다. 이 때 단말에 할당할 무선자원에 관한 정보는 랜덤 액세스 프리앰블에 대한 응답인 랜덤 액세스 응답에 함께 실어서 전송한다.

그런데 무선환경은 동적으로 변화하고, 따라서 단말에 할당할 무선자원이 충분히 준비되어 있지 않은 시점이 존재할 수 있다. 그리고 남아있는 무선자원의 양은 충분할지라도, 스케줄링된 메시지를 한번에 전송하기에는 부족한 크기의 무선 자원들만이 남아있는 경우도 있을 수 있다. 이러한 경우 본 발명의 실시예에 따르면 네트워크는 단말의 스케줄링된 메시지를 한번에 실어 나르기에는 부족하지만, 하나 또는 복수의 서브 프레임 내에 흩어져서 존재하는 복수의 무선 자원들을 단말에 할당할 수 있다. 이들 무선 자원들을 모두 이용할 경우 스케줄링된 메시지를 전부 전송할 수 있게 된다.

따라서 네트워크는 이들 무선 자원들에 대한 할당 정보가 포함된 랜덤 액세스 응답을 생성하여 단말로 전송한다(S2120 내지 S2130). 단말에 할당되는 이러한 무선 자원들을 할당 자원이라 한다. 우선 랜덤 액세스 응답을 위한 MAC PDU의 헤더(이하, 랜덤 액세스 응답 헤더라 지칭한다)에는 각각의 할당 자원들이 할당될 단말을 특정할 수 있는 랜덤 액세스 프리앰블 아이디가 실린다. 랜덤 액세스 응답에 실려 전송되는 하나의 단말에 대한 랜덤 액세스 프리앰블 아이디의 개수는 해당 단말에 할당되는 할당 자원의 개수와 동일하다.

여기서 랜덤 액세스 응답 헤더는 복수의 서브헤더들로 구성된다. 그리고 랜덤 액세스 프리앰블 아이디는 서브 헤더에 하나씩 실린다. 따라서 본 발명의 실시예에 따르면 하나의 단말에 여러 개의 할당 자원이 할당되므로, 동일한 랜덤 액세스 프리앰블 아이디가 실린 서브헤더가 중복적으로 존재할 수 있다. 다만 랜덤 액세스 응답을 수신한 단말은 중복되는 랜덤 액세스 프리앰블 아이디에 대하여서는 디코딩을 생략할 수 있다.

그리고 네트워크는 할당 자원의 갯수에 맞게, 랜덤 액세스 응답 페이로드의 RAR을 생성한다. 여기서 랜덤 액세스 응답 페이로드는 복수의 RAR로 구성된다. 랜덤 액세스 응답 페이로드에는 단말에 할당되는 여러 개의 할당 자원들에 대한 정보가 실린다. 즉 할당 자원들의 시간과 주파수 정보가 랜덤 액세스 응답 페이로드에 포함된다.

그리고 네트워크는 랜덤 액세스 응답에 포함된 무선자원 할당 정보에 따라 복수의 할당 자원들을 통해 단말로부터 전송된 스케줄링된 메시지(scheduled message #1, scheduled message #2, scheduled message #3, …)를 모두 수신할 수 있다.(S2140). 이들 스케줄링된 메시지들은 원칙적으로 헤더를 포함한다. 헤더에는 스케줄링된 메시지를 전송한 단말을 식별하기 위한 정보, 몇 번째의 스케줄링된 메 시지의 전송인지를 알려주기 위한 정보 등이 포함된다.

그런데 네트워크는 단말이 스케줄링된 메시지의 전송을 위해 필요한 상향링크 무선자원을 한번에 할당하였다. 따라서 네트워크는 단말로부터 몇 번의 스케줄링된 메시지의 전송이 있을지 이미 알고 있게 된다. 이 경우 단말은 복수의 전송 건에 의해 스케줄링된 메시지를 전송하면서 몇번째 메시지까지가 스케줄링된 메시지의 전송에 해당하는지, 이를 헤더를 통해 네트워크로 알려줄 필요가 없게 된다. 따라서 본 발명의 실시예에 따라 단말이 복수의 할당자원을 통해 스케줄링된 메시지들을 다수의 자원에 분할해서 전송할 때, 두 번째 전송건부터는 일반적으로 통신에서 필요한 메시지의 헤더(MAC 헤더(header), RLC 헤더 또는 PDCP 헤더)를 생략한 채로 전송할 수가 있다.

단말이 스케줄링 메시지 전송 시 두번째 이후의 전송건부터 스케줄링된 메시지의 헤더 부분을 생략한다면, 헤더의 전송을 위해 소모되었던 무선자원을 절약할 수 있고, 절약한 무선자원을 실질적인 메시지의 전송에 사용할 수 있으므로 자원 활용의 효율성이 증가한다.

본 발명의 일 실시예에 따라 복수의 할당 자원들이 서로 다른 서브 프레임들에 분포하고, 모든 서브 프레임에 대하여 하나의 서브 프레임 당 하나의 할당 자원이 해당 단말에 할당되는는 경우, 스케줄링된 메시지(scheduled message #1, scheduled message #2, scheduled message #3, …)들의 전송은 각기 다른 TTI에 수행된다.

본 발명은 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 하 드웨어 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 발명에 대하여 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시켜 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명은 이하의 특허청구범위의 범위 내의 모든 실시예들을 포함한다고 할 것이다.

도 1은 무선 통신 시스템을 나타낸 블록도.

도 2는 E-UTRAN과 EPC 간의 기능 분할을 나타낸 블록도.

도 3은 단말의 요소를 나타낸 블록도.

도 4는 사용자 평면에 대한 무선 프로토콜 구조를 나타낸 블록도.

도 5는 제어 평면에 대한 무선 프로토콜 구조를 나타낸 블록도.

도 6은 하향링크 논리채널과 하향링크 전송채널간의 맵핑을 나타낸 도면.

도 7은 상향링크 논리채널과 상향링크 전송채널간의 맵핑을 나타낸 도면.

도 8은 하향링크 전송채널과 하향링크 물리채널간의 맵핑을 나타낸 도면.

도 9는 상향링크 전송채널과 상향링크 물리채널간의 맵핑을 나타낸 도면.

도 10은 무선 프레임의 구조를 나타낸 도면.

도 11은 하나의 하향링크 슬롯에 대한 자원 그리드를 나타낸 예시도.

도 12는 서브프레임의 구조를 나타낸 도면.

도 13a는 경합 기반 랜덤 액세스 과정을 나타낸 흐름도.

도 13b는 비경합 기반 랜덤 액세스 과정을 나타낸 흐름도.

도 14는 랜덤 액세스 응답을 위한 MAC PDU 구조를 나타낸 도면.

도 15 내지 도 16은 랜덤 액세스 응답을 위한 MAC 헤더에 포함되는 서브헤더를 나타낸 도면.

도 17은 랜덤 액세스 응답 정보(MAC RAR)를 나타낸 도면.

도 18a는 본 발명의 일 실시예에 따른 랜덤 액세스 방법을 나타낸 흐름도.

도 18b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 랜덤 액세스 방법을 나타낸 흐름도.

도 19a 및 도 19b는 본 발명의 일 실시예에 따른 할당 자원이 표시된 상향링크 서브프레임(subframe)의 구조를 나타낸 도면.

도 20은 본 발명의 일 실시예에 따라 랜덤 액세스 과정에서 전송되는 랜덤 액세스 응답을 위한 MAC PDU의 헤더를 나타낸 도면.

도 21은 본 발명의 다른 실시예에 따른 데이터 전송 방법을 나타낸 도면.

Claims (12)

1. 단말이 기지국으로 랜덤 액세스 프리앰블을 전송하는 단계;

   상기 단말이 복수의 무선자원 할당 정보 및 복수의 랜덤 액세스 프리앰블 아이디가 포함된 랜덤 액세스 응답을 상기 기지국으로부터 수신하되, 상기 복수의 랜덤 액세스 프리앰블 아이디 각각은 상기 복수의 무선자원 할당 정보 각각에 대응하는 단계;

   랜덤 액세스 응답을 수신한 상기 단말은 중복되는 랜덤 액세스 프리앰블 아이디에 대하여 디코딩을 생략하는 단계; 및

   상기 단말은 스케줄링된 메시지 중 스케줄링된 제1 메시지 및 스케줄링된 제2 메시지를 각각 서로 다른 무선자원을 통해 상기 기지국으로 전송하는 단계를 포함하되,

   상기 복수의 랜덤 액세스 프리앰블 아이디는 상기 랜덤 액세스 프리앰블을 식별하는데 사용되고,

   상기 복수의 랜덤 액세스 프리앰블 아이디는 모두 동일하고,

   상기 서로 다른 무선자원은 상기 복수의 무선자원 할당 정보에 따라 할당되는 것을 특징으로 하는 랜덤 액세스 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 랜덤 액세스 응답은 MAC(Medium Access Control) PDU(Protocol Data Unit)로서, 랜덤 액세스 응답 헤더와 랜덤 액세스 응답 페이로드를 포함하고,

   상기 랜덤 액세스 응답 헤더는 복수의 서브헤더를 포함하되, 각각의 상기 서브헤더는 상기 복수의 랜덤 액세스 프리앰블 아이디를 각각 하나씩 포함하는 는 것을 특징으로 하는 랜덤 액세스 방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 랜덤 액세스 응답 페이로드는 복수의 랜덤 액세스 응답 정보를 포함하되, 상기 랜덤 액세스 응답 정보는 상기 복수의 무선자원 할당 정보를 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 랜덤 액세스 방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 스케줄링된 메시지는 서로 다른 서브프레임에서 전송되는 것을 특징으로 하는 랜덤 액세스 방법.
5. 무선 통신 시스템에서 단말에 있어서,

   메모리; 및

   상기 메모리와 연결되는 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는 기지국으로 랜덤 액세스 프리앰블을 전송하고;

   랜덤 액세스 응답을 수신한 상기 프로세서는 중복되는 랜덤 액세스 프리앰블 아이디에 대하여 디코딩을 생략하고,

   상기 프로세서는 스케줄링된 메시지 중 스케줄링된 제1 메시지 및 스케줄링된 제2 메시지를 각각 서로 다른 무선자원을 통해 상기 기지국으로 전송하고,

   상기 랜덤 액세스 프리앰블 아이디는 상기 랜덤 액세스 프리앰블을 식별하는데 사용되고,

   상기 랜덤 액세스 프리앰블 아이디는 모두 동일하고,

   상기 서로 다른 무선자원은 무선자원 할당 정보에 따라 할당되는 것을 특징으로 하는 단말.
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