KR101514841B1 - 효율적인 랜덤 액세스 재시도를 수행하는 방법 - Google Patents

효율적인 랜덤 액세스 재시도를 수행하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선통신 서비스를 제공하는 무선통신 시스템과 단말에 관한 것으로서, UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) 에서 진화된 E-UMTS (Evolved Universal Mobile Telecommunications System) 또는 LTE 시스템 (Long Term Evolution System)의 랜덤 액세스 과정 (Random Access procedure)에서 문제가 발생하는 경우, 빠른 랜덤 액세스 재시도를 가능하게 하는 방법에 관한 것이다.
무선통신, 단말, 랜덤 액세스, 3GPP

Description

효율적인 랜덤 액세스 재시도를 수행하는 방법{Method for re-attempting a random access effectively}
본 발명은 무선통신 서비스를 제공하는 무선통신 시스템과 단말에 관한 것으로서, E-UMTS (Evolved Universal Mobile Telecommunications System) 또는 LTE 시스템 (Long Term Evolution System)상에 단말(UE)과 네트워크 (또는 기지국(eNB))간에 랜덤 액세스 과정 (Random Access procedure)에서 문제가 발생하는 경우 상기 단말이 상기 랜덤 액세스 과정에서 전송오류를 판단하고 빠른 랜덤 액세스 재시도를 가능하게 하는 방법에 관한 것이다.
도 1은 종래 및 본 발명이 적용되는 이동통신 시스템인 E-UMTS(Evolved Universal Mobile Telecommunications System)의 망구조를 나타낸 그림이다. E-UMTS시스템은 기존 UMTS시스템에서 진화한 시스템으로 현재 3GPP에서 기초적인 표준화 작업을 진행하고 있다. E-UMTS 시스템은 LTE(Long Term Evolution) 시스템이라고 할 수도 있다.
E-UMTS망은 크게 E-UTRAN과 CN으로 구분 할 수 있다. E-UTRAN은 단말(User Equipment; 이하 UE로 약칭)과 기지국(이하 eNode B로 약칭), 망의 종단에 위치하 여 외부망과 연결되는 접속게이트웨이(Access Gateway; 이하 AG로 약칭)로 구성된다. AG는 사용자 트래픽 처리를 담당하는 부분과 제어용 트래픽을 처리하는 부분으로 나누어 질 수도 있다. 이 때는 새로운 사용자 트래픽 처리를 위한 AG와 제어용 트래픽을 처리하는 AG 사이에 새로운 인터페이스를 사용하여 서로 통신 할 수도 있다. 하나의 eNode B에는 하나이상의 셀(Cell)이 존재할 수 있다. eNode B간에는 사용자 트래픽 혹은 제어 트래픽 전송을 위한 인터페이스가 사용될 수도 있다. CN은 AG와 기타 UE의 사용자 등록 등을 위한 노드 등으로 구성될 수도 있다. E-UTRAN과 CN을 구분하기 위한 인터페이스가 사용될 수도 있다.
단말과 망사이의 무선인터페이스 프로토콜 (Radio Interface Protocol)의 계층들은 통신시스템에서 널리 알려진 개방형시스템간상호접속 (Open System Interconnection; OSI)기준모델의 하위 3개 계층을 바탕으로 L1 (제1계층), L2 (제2계층), L3(제3계층)로 구분될 수 있는데, 이중에서 제 1계층에 속하는 물리계층은 물리채널(Physical Channel)을 이용한 정보전송서비스(Information Transfer Service)를 제공하며, 제 3계층에 위치하는 무선자원제어(Radio Resource Control; 이하 RRC라 약칭함)계층은 단말과 망간에 무선자원을 제어하는 역할을 수행한다. 이를 위해 RRC계층은 단말과 망간에 RRC메시지를 서로 교환한다. RRC계층은 eNode B와 AG 등 망 노드들에 분산되어 위치할 수도 있고, eNode B 또는 AG에만 위치할 수도 있다.
도 2는 3GPP 무선접속망 규격을 기반으로 한 단말과 UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) 사이의 무선인터페이스 프로토콜 (Radio Interface Protocol)의 구조를 나타낸다. 도2의 무선인터페이스 프로토콜은 수평적으로 물리계층(Physical Layer), 데이터링크계층(Data Link Layer) 및 네트워크계층(Network Layer)으로 이루어지며, 수직적으로는 데이터정보 전송을 위한 사용자평면(User Plane)과 제어신호(Signaling)전달을 위한 제어평면(Control Plane)으로 구분된다. 도 2의 프로토콜 계층들은 통신시스템에서 널리 알려진 개방형시스템간상호접속 (Open System Interconnection; OSI)기준모델의 하위 3개 계층을 바탕으로 L1 (제1계층), L2 (제2계층), L3(제3계층)로 구분될 수 있다.
이하에서 상기 도 2의 무선프로토콜 제어평면과 도3의 무선프로토콜 사용자평면의 각 계층을 설명한다.
제1계층인 물리계층은 물리채널(Physical Channel)을 이용하여 상위 계층에게 정보전송서비스(Information Transfer Service)를 제공한다. 물리계층은 상위에 있는 매체접속제어(Medium Access Control)계층과는 전송채널(Transport Channel)을 통해 연결되어 있으며, 이 전송채널을 통해 매체접속제어계층과 물리계층 사이의 데이터가 이동한다. 그리고, 서로 다른 물리계층 사이, 즉 송신측과 수신측의 물리계층 사이는 물리채널을 통해 데이터가 이동한다.
제2계층의 매체접속제어 (Medium Access Control; 이하 MAC로 약칭)는 논리채널(Logical Channel)을 통해 상위계층인 무선링크제어(Radio Link Control)계층에게 서비스를 제공한다. 제2계층의 무선링크제어(Radio Link Control; 이하 RLC로 약칭)계층은 신뢰성 있는 데이터의 전송을 지원한다. RLC 계층의 기능이 MAC내부의 기능 블록으로 구현될 수도 있다. 이러한 경우에는 RLC계층은 존재하지 않을 수도 있다. 제2계층의 PDCP 계층은 IPv4나 IPv6와 같은 IP 패킷 전송시에 대역폭이 작은 무선 구간에서 효율적으로 전송하기 위하여 상대적으로 크기가 크고 불필요한 제어정보를 담고 있는 IP 패킷 헤더 사이즈를 줄여주는 헤더압축 (Header Compression) 기능을 수행한다.
제3계층의 가장 상부에 위치한 무선자원제어(Radio Resource Control; 이하 RRC라 약칭함)계층은 제어평면에서만 정의되며, 무선베어러 (Radio Bearer; RB라 약칭함)들의 설정(Configuration), 재설정(Re-configuration) 및 해제(Release)와 관련되어 논리채널, 전송채널 및 물리채널들의 제어를 담당한다. 이때, RB는 단말과 UTRAN간의 데이터 전달을 위해 제2계층에 의해 제공되는 서비스를 의미한다.
망에서 단말로 데이터를 전송하는 하향전송채널로는 시스템정보를 전송하는 BCH(Broadcast Channel)과 그 이외에 사용자 트래픽이나 제어메시지를 전송하는 하향 SCH(Shared Channel)이 있다. 하향 멀티캐스트 또는 방송 서비스의 트래픽 또는 제어메시지의 경우 하향 SCH를 통해 전송될 수도 있고, 또는 별도의 하향 MCH(Multicast Channel)을 통해 전송될 수도 있다. 한편, 단말에서 망으로 데이터를 전송하는 상향전송채널로는 초기 제어메시지를 전송하는 RACH(Random Access Channel)와 그 이외에 사용자 트래픽이나 제어메시지를 전송하는 상향 SCH(Shared Channel)가 있다.
그리고, 하향전송채널로 전달되는 정보를 망과 단말 사이의 무선구간으로 전송하는 하향물리채널로는, BCH의 정보를 전송하는 PBCH(Physical Broadcast Channel), MCH의 정보를 전송하는 PMCH(Physical Multicast Channel), PCH와 하향 SCH의 정보를 전송하는 PDSCH(Physical Downlink shared Channel), 그리고 하향 또는 상향 무선자원 할당정보(DL/UL Scheduling Grant)등과 같이 제1계층과 제2계층에서 제공하는 제어 정보를 전송하는 PDCCH(Physical Downlink Control Channel, 또는 DL L1/L2 control channel 이라고도 함)가 있다. 한편, 상향전송채널로 전달되는 정보를 망과 단말 사이의 무선구간으로 전송하는 상향 물리채널로는 상향 SCH의 정보를 전송하는 PUSCH(Physical Uplink Shared Channel), RACH 정보를 전송하는 PRACH(Physical Random Access Channel), 그리고 HARQ ACK 또는 NACK, 스케줄링 요청(SR; Scheduling Request), CQI(Channel Quality Indicator) 보고등과 같이 제1계층과 제2계층에서 제공하는 제어 정보를 전송하는 PUCCH(Physical Uplink Control Channel)이 있다.
종래기술의LTE 시스템에서 단말이 네트워크로 초기 접속을 하기 위한 과정을 설명한다.
먼저, 단말은 기지국으로부터 RRC 신호를 통해 전송 받은 시스템 정보 (System Information)를 통하여 사용 가능한 랜덤액세스 시그니처 (Random Access Signature)와 랜덤액세스 기회 (Random Access Occasion)을 선택하여 기지국으로 랜덤액세스 프리앰블 (Random Access Preamble; 이하 메시지1 또는 Message1 라고 함)을 전송한다. 기지국은 상기 단말의 랜덤액세스 프리앰블을 성공적으로 수신 한 후에, 단말에게 랜덤액세스 응답 (Random Access Response; 이하 메시지2 또는 Message2 라고 함)을 전송한다. 그 후에, 단말은 상기 랜덤액세스 응답을 수신한 후에, 상기 랜덤액세스 응답 정보에 포함된 무선자원 할당에 관한 정보에 따라 RRC CONNECTION REQUEST (이하 메시지3 또는 Message 3 라고 함)를 전송한다. 마지막으로, 기지국은 RRC CONNECTION REQUEST 메시지를 단말로부터 수신한 후에, RRC 충돌해결 (RRC contention resolution; 이하 메시지4 또는 Message 4 라고 함) 메시지를 단말에게 전송한다.
전술한 바와 같이, 종래 기술의 랜덤 액세스 과정에서 단말은 메시지3를 기지국으로 전송하고, 충돌 해결 타이머를 개시한다. 그리고, 만약 상기 충돌 해결 타이머가 만료되기 전까지, 자신의 셀 식별자 또는 상위 식별자가 포함된 메시지4를 수신하지 못하는 경우에, 단말은 랜덤액세스를 재시도 하게 된다. 하지만, 종래 기술에서는 단말이 상기 랜덤액세스를 재시도 하기 위해서는 충돌 해결 타이머의 만료를 기다려야만 하는 큰 문제점이 발생한다.
따라서 본 발명은, 랜덤 액세스 과정에서 단말이 특정 오류를 발견 시, 즉시 랜덤 액세스를 재시도 하는 방법을 제안하고자 한다.
상기와 같은 본 발명의 과제 해결을 위하여, 본 발명에 따른 무선 통신 시스템상에서 상향 데이터를 전송 하는 방법으로서, 제 1 랜덤 액세스 프리앰블을 전송하는 단계와; 상기 제 1 랜덤 액세스 프리앰블에 대한 응답으로 랜덤 액세스 응답을 수신하는 단계에 있어서, 상기 랜덤 액세스 응답은 상향 무선자원 할당정보를 포함하고; 상기 상향 무선자원 할당정보를 사용하여 네트워크로 상기 상향 데이터 전송하는 단계와 충돌 해결 타이머를 개시하는 단계에 있어서, 상기 상향 데이터는 HARQ(Hybrid Automatic Repeat request)를 사용하여 전송되며, 만약 상기 HARQ 전송에 대한 긍정적인 응답을 상기 네트워크로부터 수신하지 못한 경우에 상기 상향 데이터를 HARQ 방식으로 재전송하는 단계와: 상기 상향 데이터 전송의 수와 HARQ 전송의 최대 수가 같은지 여부를 판단하는 단계와: 그리고 만약 상기 상향 데이터 전송의 수가 상기 HARQ 전송의 최대 수와 같거나 크다고 판단되었다면, 상기 충돌 해결 타이머가 만료되기 전에 상기 네트워크로 제 2 랜덤 액세스 프리앰블을 전송하는 단계를 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제 1 랜덤 액세스 프리앰블과 상기 제 2 액세스 프리앰블은 서로 같은 프리앰블인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제 1 랜덤 액세스 프리앰블과 상기 제 2 액세스 프리앰블은 경쟁 기반 랜덤 액세스 과정에 사용되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 랜덤 액세스 응답은 MAC PDU(Medium Access Control Protocol Data Unit)의 형식으로 수신되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 MAC PDU는 PDSCH(Physical Downlink Shared Channel)상으로 수신 되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 랜덤 액세스 응답은 랜덤 액세스 프리앰블 식별자(random access preamble ID), 임시 C-RNTI(temporary C-RNTI) 또는 시간 동기 보정 값(time alignment command) 중 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기와 같은 본 발명의 과제 해결을 위하여, 본 발명에 따른 무선 통신 시스템상에서 상향 데이터를 전송 하는 방법으로서, 제 1 랜덤 액세스 프리앰블을 전송하는 단계와; 상기 제 1 랜덤 액세스 프리앰블에 대한 응답으로 랜덤 액세스 응답을 수신하는 단계에 있어서, 상기 랜덤 액세스 응답은 상향 무선자원 할당정보 를 포함하고; 상기 상향 무선자원 할당정보를 사용하여 네트워크로 상기 상향 데이터 전송하는 단계와 충돌 해결 타이머를 개시하는 단계에 있어서, 상기 상향 데이터는 HARQ(Hybrid Automatic Repeat request)를 사용하여 전송되며, 만약 상기 HARQ 전송에 대한 긍정적인 응답을 상기 네트워크로부터 수신하지 못한 경우에 상기 상향 데이터를 HARQ 방식으로 재전송하는 단계와: 상기 상향 데이터 전송의 수와 HARQ 전송의 최대 수가 같은지 여부를 판단하는 단계와: 그리고 만약 상기 상향 데이터 전송의 수가 상기 HARQ 전송의 최대 수와 같거나 크다고 판단되었다면, 상기 충돌 해결 타이머를 중지하는 단계와 상기 네트워크로 제 2 랜덤 액세스 프리앰블을 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 랜덤 액세스 응답은 MAC PDU(Medium Access Control Protocol Data Unit)의 형식으로 PDSCH(Physical Downlink Shared Channel)상으로 수신되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 랜덤 액세스 응답은 랜덤 액세스 프리앰블 식별자(random access preamble ID), 임시 C-RNTI(temporary C-RNTI) 또는 시간 동기 보정 값(time alignment command) 중 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기와 같은 본 발명의 과제 해결을 위하여, 본 발명에 따른 무선 통신 시스템상에서 상향 데이터를 전송하기 위한 이동 단말기로서, 상기 상향 데이터를 송수신하는 송수신기부와; 상기 송수신기부 또는 외부 입력을 통해 송수신 되는 상기 상향 데이터를 저장하는 메모리부와; 그리고 상기 송수신기부 그리고 메모리부와 연결되는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 제 1 랜덤 액세스 프리앰블을 전 송하는 단계와; 상기 제 1 랜덤 액세스 프리앰블에 대한 응답으로 랜덤 액세스 응답을 수신하는 단계에 있어서, 상기 랜덤 액세스 응답은 상향 무선자원 할당정보를 포함하고; 상기 상향 무선자원 할당정보를 사용하여 네트워크로 상기 상향 데이터 전송하는 단계와 충돌 해결 타이머를 개시하는 단계에 있어서, 상기 상향 데이터는 HARQ(Hybrid Automatic Repeat request)를 사용하여 전송되며, 만약 상기 HARQ 전송에 대한 긍정적인 응답을 상기 네트워크로부터 수신하지 못한 경우에 상기 상향 데이터를 HARQ 방식으로 재전송하는 단계와: 상기 상향 데이터 전송의 수와 HARQ 전송의 최대 수가 같은지 여부를 판단하는 단계와: 그리고 만약 상기 상향 데이터 전송의 수가 상기 HARQ 전송의 최대 수와 같거나 크다고 판단되었다면, 상기 충돌 해결 타이머를 중지하는 단계와 상기 네트워크로 제 2 랜덤 액세스 프리앰블을 전송하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 랜덤 액세스 과정의 메시지3 전송에 있어서, HARQ 최대 재전송 횟수에 도달하였지만, HARQ ACK을 수신하지 못한 경우에, 단말이 충돌 해결 타이머가 만료되기 전에도, 랜덤 액세스를 재시도 할 수 있는 방법을 제안한다. 이에 따라, 충돌 해결 타이머가 만료될 때까지 랜덤 액세스 재시도가 지연되는 문제점을 해결 할 수 있다.
본 발명은 3GPP 통신기술, 특히 UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) 시스템, 통신 장치 및 통신 방법에 적용된다. 그러나, 본 발명은 이에 한 정하지 않고 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있는 모든 유무선 통신에도 적용될 수도 있다.
본 발명의 기본 개념은, 본 발명은 보다 효율적인 랜덤 액세스 재시도를 위하여, 무선 통신 시스템상에서 상향 데이터를 전송 하는 방법으로서, 제 1 랜덤 액세스 프리앰블을 전송하는 단계와; 상기 제 1 랜덤 액세스 프리앰블에 대한 응답으로 랜덤 액세스 응답을 수신하는 단계에 있어서, 상기 랜덤 액세스 응답은 상향 무선자원 할당정보를 포함하고; 상기 상향 무선자원 할당정보를 사용하여 네트워크로 상기 상향 데이터 전송하는 단계와 충돌 해결 타이머를 개시하는 단계에 있어서, 상기 상향 데이터는 HARQ(Hybrid Automatic Repeat request)를 사용하여 전송되며, 만약 상기 HARQ전송에 대한 긍정적인 응답을 상기 네트워크로부터 수신하지 못한 경우에 상기 상향 데이터를 HARQ방식으로 재전송하는 단계와: 상기 상향 데이터 전송의 수와 HARQ 전송의 최대 수가 같은지 여부를 판단하는 단계와: 그리고 만약 상기 상향 데이터 전송의 수가 상기 HARQ 전송의 최대 수와 같거나 크다고 판단되었다면, 상기 충돌 해결 타이머가 만료되기 전에 상기 네트워크로 제 2 랜덤 액세스 프리앰블을 전송하는 방법을 제안하고 이러한 방법을 수행할 수 있는 무선 이동통신 단말기를 제안한다.
한편, 본 발명은 보다 효율적인 랜덤 액세스 재시도를 위하여, 무선 통신 시스템상에서 상향 데이터를 전송 하는 방법으로서, 제 1 랜덤 액세스 프리앰블을 전송하는 단계와; 상기 제 1 랜덤 액세스 프리앰블에 대한 응답으로 랜덤 액세스 응답을 수신하는 단계에 있어서, 상기 랜덤 액세스 응답은 상향 무선자원 할당정보를 포함하고; 상기 상향 무선자원 할당정보를 사용하여 네트워크로 상기 상향 데이터 전송하는 단계와 충돌 해결 타이머를 개시하는 단계에 있어서, 상기 상향 데이터는 HARQ(Hybrid Automatic Repeat request)를 사용하여 전송되며, 만약 상기 HARQ전송에 대한 긍정적인 응답을 상기 네트워크로부터 수신하지 못한 경우에 상기 상향 데이터를 HARQ 방식으로 재전송하는 단계와: 상기 상향 데이터 전송의 수와 HARQ 전송의 최대 수가 같은지 여부를 판단하는 단계와: 그리고 만약 상기 상향 데이터 전송의 수가 상기 HARQ 전송의 최대 수와 같거나 크다고 판단되었다면, 상기 충돌 해결 타이머를 중지하는 단계와 상기 네트워크로 제 2 랜덤 액세스 프리앰블을 전송하는 방법을 제안하고 이러한 방법을 수행할 수 있는 무선 이동통신 단말기를 제안한다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예들의 구성 및 동작을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
일반적으로 단말은 다음과 같은 경우에 랜덤 액세스 과정을 수행할 수 있다. 1) 단말이 기지국과의 연결 (RRC Connection)이 없어, 초기 접속 (initial access)을 하는 경우 2) 단말이 핸드오버과정에서, target 셀로 처음 접속하는 경우 3) 기지국의 명령에 의해 요청되는 경우 4) 상향링크의 시간 동기가 맞지 않거나, 무선자원을 요청하기 위해 사용되는 지정된 무선자원이 할당되지 않은 상황에서, 상향링크로의 데이터가 발생하는 경우 5) 무선 연결 실패 (radio link failure) 또는 핸드오버 실패 (handover failure)시 복구 과정의 경우.
LTE 시스템에서는 기지국이 특정 단말에게 지정된 랜덤 액세스 프리앰블 (dedicated random access preamble)을 할당하고, 단말은 상기 랜덤 액세스 프리앰블로 랜덤 액세스 과정을 수행하는 비 경쟁 랜덤 액세스 과정을 제공한다. 다시 말해서, 랜덤 액세스 프리앰블을 선택하는 과정에서, 특정한 집합 안에서 단말이 임의로 하나를 선택하여 사용하는 경쟁 기반 랜덤 액세스 과정 (contention based random access procedure)과 기지국이 특정 단말에게만 할당해준 랜덤 액세스 프리앰블을 사용하는 비 경쟁 기반 랜덤 액세스 과정 (non-contention based random access procedure)이 있는 것이다. 상기 두 랜덤 액세스 과정의 차이점은 차후에 설명할 경쟁으로 인한 충돌문제 발생 여부에 있다. 그리고, 비 경쟁 기반 랜덤 액세스 과정은, 위에서 기술한 핸드오버 과정이나 기지국의 명령에 의해 요청되는 경우에만 사용될 수 있다.
상기의 설명을 바탕으로, 도4에서는 경쟁 기반 랜덤 액세스 과정에서의 단말과 기지국의 동작 과정을 나타낸다.
먼저, 경쟁 기반 랜덤 액세스에서 단말은 시스템 정보 또는 핸드오버 명령 (Handover Command)을 통해 지시된 랜덤 액세스 프리앰블의 집합에서 임의로(randomly) 하나의 랜덤 액세스 프리앰블을 선택하고, 상기 랜덤 액세스 프리앰블을 전송할 수 있는 PRACH 자원을 선택하여 기지국으로 전송한다 (1 단계).
단말이 상기와 같이 랜덤 액세스 프리앰블을 전송 후에, 상기 단말은 시스템 정보 또는 핸드오버 명령을 통해 지시된 랜덤 액세스 응답 수신 윈도우 내에서 자신의 랜덤 액세스 프리앰블에 대한 응답 수신을 시도한다 (2 단계). 보다 자세하게, 랜덤 액세스 응답 정보는 MAC PDU의 형식으로 전송되며, 상기 MAC PDU는 PDSCH(Physical Downlink Shared Channel)로 전달될 수도 있다. 또한 상기 PDSCH로 전달되는 정보를 단말이 적절하게 수신하기 위해 PDCCH(Physical Downlink Control Channel)도 함께 전달된다. 즉, 상기 PDCCH는 상기 PDSCH를 수신해야 하는 단말의 정보와, 상기 PDSCH의 무선자원의 주파수 그리고 시간 정보, 그리고 상기 PDSCH의 전송 형식 등이 포함될 수도 있다. 여기서, 만약 상기 단말이 자신에게 오는 상기 PDCCH의 수신에 성공하면, 상기 PDCCH의 정보들에 따라 상기 PDSCH로 전송되는 랜덤 액세스 응답을 적절히 수신한다. 그리고 상기 랜덤 액세스 응답에는 랜덤 액세스 프리앰블 식별자(ID), UL Grant (상향링크 무선자원), Temporary C-RNTI (임시 셀 식별자) 그리고 Time Alignment Command (시간 동기 보정 값)들이 포함된다. 상기 랜덤 액세스 프리앰블 구분자가 필요한 이유는, 하나의 랜덤 액세스 응답에는 하나 이상의 단말들을 위한 랜덤 액세스 응답 정보가 포함될 수 있기 때문에, 상기 UL Grant, Temporary C-RNTI 그리고 Time Alignment Command 정보가 어느 단말에게 유효한지를 알려주기 위한 것이다. 상기 랜덤 액세스 프리앰블 식별자는 1단계에서 자신이 선택한 랜덤 액세스 프리앰블과 일치한다.
여기서, 상기 단말이 자신에게 유효한 랜덤 액세스 응답을 수신한 경우에는, 상기 랜덤 액세스 응답에 포함된 정보들을 각각 처리한다. 즉, 상기 단말은 Time Alignment Command을 적용시키고, Temporary C-RNTI를 저장한다. 또한, UL Grant를 이용하여, 상기 단말의 버퍼에 저장된 데이터 또는 새롭게 생성된 데이터를 기지국으로 전송한다 (3단계). 이때, 상기 UL Grant에 포함되는 데이터 (이하 메시지3라고도 칭함) 중에, 필수적으로 단말의 식별자가 포함되어야 한다. 왜냐하면, 경쟁 기반 랜덤 액세스 과정에서는 기지국에서 어떠한 단말들이 상기 랜덤액세스 과정을 수행하는지 판단할 수 없는데, 차후에 충돌해결을 하기 위해서는 단말을 식별해야 하기 때문이다. 여기서, 상기 단말의 식별자를 포함시키는 방법으로는 두 가지 방법이 존재한다. 첫 번째 방법은 상기 단말이 상기 랜덤 액세스 과정 이전에 이미 해당 셀에서 할당 받은 유효한 셀 식별자를 가지고 있었다면, 상기 단말은 상기 UL Grant를 통해 자신의 셀 식별자 전송한다. 반면에, 만약 랜덤 액세스 과정 이전에 유효한 셀 식별자를 할당 받지 못하였다면, 상기 단말은 자신의 고유 식별자 (예를 들면, S-TMSI 또는 Random Id)를 포함하여 전송한다. 일반적으로 상기의 고유 식별자는 상기 셀 식별자 보다 길다. 상기 3단계에서 만약 상기 단말이 상기 UL Grant를 통해 데이터를 전송하였다면, 상기 단말은 충돌 해결을 위한 타이머 (contention resolution timer)를 개시 한다.
상기 단말이 랜덤 액세스 응답에 포함된 상기 UL Grant를 통해 자신의 식별자를 포함한 데이터를 전송 한 이후, 상기 단말은 충돌 해결을 위해 기지국의 지시를 기다린다. 즉, 특정 메시지를 수신하기 위해 PDCCH의 수신을 시도한다 (4단계). 여기서, 상기 PDCCH를 수신하는 방법에 있어서도 두 가지 방법이 존재한다. 앞에서 언급한 바와 같이 상기 UL Grant를 통해 전송된 자신의 식별자가 셀 식별자인 경우, 자신의 셀 식별자를 이용하여 PDCCH의 수신을 시도하고, 상기 식별자가 고유 식별자인 경우에는, 랜덤 액세스 응답에 포함된 Temporary C-RNTI를 이용하여 PDCCH의 수신을 시도한다. 그 후, 전자의 경우, 만약 상기 충돌 해결 타이머가 만료되기 전에 자신의 셀 식별자를 통해 PDCCH (이하 메시지4로 칭함)를 수신한 경우 에, 단말은 정상적으로 랜덤 액세스 과정이 수행되었다고 판단하고, 랜덤 액세스 과정을 종료한다. 후자의 경우에는 상기 충돌 해결 타이머가 만료되기 전에 Temporary 셀 식별자를 통해 PDCCH를 수신하였다면, 상기 PDCCH가 지시하는 PDSCH이 전달하는 데이터 (이하 메시지4라고 칭함)를 확인한다. 만약 상기 데이터의 내용에 자신의 고유 식별자가 포함되어 있다면, 단말은 정상적으로 랜덤 액세스 과정이 수행되었다고 판단하고, 랜덤 액세스 과정을 종료한다.
도5는 비경쟁 기반 랜덤 액세스 과정에서의 단말과 기지국의 동작 과정을 나타낸 예시도 이다. 부가적으로, 상기 경쟁 기반 랜덤 액세스 과정에 비해서, 비 경쟁 기반 랜덤 액세스 과정에서는 랜덤 액세스 응답 정보를 수신함으로써, 랜덤 액세스 과정이 정상적으로 수행되었다고 판단하고, 랜덤 액세스 과정을 종료한다.
일반적으로, 비경쟁 기반 랜덤 액세스 과정은, 첫 번째로 핸드오버 과정의 경우와 두 번째로, 기지국의 명령에 의해 요청되는 경우에서 존재할 수 있다. 물론, 상기 두 경우에서 경쟁 기반 랜덤 액세스 과정이 수행될 수 도 있다. 먼저, 비경쟁 기반의 랜덤 액세스 과정을 위해서는 충돌의 가능성이 없는 지정된 랜덤 액세스 프리앰블을 기지국으로부터 수신 받는 것이 중요하다. 여기서, 상기 랜덤 액세스 프리앰블을 지시 받는 방법으로는 핸드오버 명령과 PDCCH 명령이 있을 수 있다. 이후, 단말은 상기와 같이 자신에게만 지정된 랜덤 액세스 프리앰블을 기지국으로 할당 받은 후에, 상기 프리앰블을 기지국으로 전송한다. 추후, 랜덤 액세스 응답 정보를 수신하는 방법은 상기 이미 설명한 경쟁 기반 랜덤 액세스과정에서와 동일하다.
여기서 랜덤 액세스 과정에서 충돌 해결 방법에 대해 좀더 구체적으로 설명한다. 먼저, 상기 랜덤 액세스 과정에서 충돌이 발생하는 이유는, 랜덤 액세스 프리앰블의 수가 유한하기 때문이다. 즉, 기지국은 모든 단말들에게 고유의 랜덤 액세스 프리앰블을 부여할 수 없기 때문에, 상기 단말은 공통의 랜덤 액세스 프리앰블들 중에서 임의적으로 하나를 선택해서 전송해야만 한다. 이에 따라 동일한 PRACH 자원을 통해 둘 이상의 단말들이 같은 랜덤 액세스 프리앰블을 선택하여 전송하게 되는 경우가 발생하지만, 상기 기지국에서는 하나의 단말에게서 전송되는 하나의 랜덤 액세스 프리앰블로 판단하게 된다. 그래서 상기 랜덤 액세스 프리앰블에 대한 랜덤 액세스 응답을 정상적으로 단말에게 보내주게 된다. 하지만, 충돌이 발생했기 때문에, 둘 이상의 단말들이 하나의 랜덤 액세스 응답을 수신하게 되며, 이에 따라 단말마다 각각 다른 동작을 수행하게 된다. 즉, 랜덤액세스 응답에 포함된 UL Grant를 이용하여, 단말들이 서로 다른 데이터를 동일한 무선자원에 전송하게 되는 문제점이 발생하게 된다. 이에 따라, 상기 데이터의 전송은 모두 실패할 수 도 있고, 단말들의 위치 또는 전송파워에 따라 특정 단말의 데이터만을 기지국에서 수신할 수도 있다. 후자의 경우, 둘 이상의 단말들은 모두 자신의 데이터의 전송이 성공했다고 가정하기 때문에, 기지국은 경쟁에서 실패한 단말들에게 실패 사실에 대한 정보를 알려주어야 한다. 즉, 상기 경쟁의 실패 또는 성공에 대한 정보를 알려주는 것이 충돌 해결 (Contention Resolution)라 한다.
여기서, 충돌 해결 방법에는 두 가지 방법이 있는데 한 가지 방법은, 충돌 해결 타이머를 이용하는 방법과, 다른 한가지 방법은 성공한 단말의 식별자를 전송 하는 방법이다. 전자의 경우는, 단말이 랜덤 액세스 과정 전에 이미 고유의 셀 식별자 (C-RNTI)를 가지고 있는 경우에 사용된다. 즉, 이미 셀 식별자를 가지고 있는 단말은, 랜덤 액세스 응답에 따라 자신의 셀 식별자를 포함한 데이터를 기지국으로 전송하고, 상기 충돌 해결 타이머를 개시한다. 그리고, 만약 상기 충돌 해결 타이머가 만료되기 전에, 자신의 셀 식별자가 포함된 PDCCH 정보가 수신되면, 상기 단말은 자신이 경쟁에서 성공했다고 판단하고, 랜덤 액세스 과정을 정상적으로 마치게 된다. 반대로, 만약 상기 충돌 해결 타이머가 만료되기 전에, 자신의 셀 식별자가 포함된 PDCCH를 전송 받지 못한 경우는, 자신이 경쟁에서 실패했다고 판단하고, 랜덤 액세스 과정을 재 수행하던지, 상위 계층으로 실패 사실을 통보하게 된다. 충돌 해소 방법 중 후자의 경우, 즉 성공한 단말의 식별자를 전송하는 방법은, 상기 단말이 랜덤액세스 과정 전에 고유의 셀 식별자가 없는 경우에 사용된다. 즉, 단말 자신이 셀 식별자가 없는 경우, 랜덤 액세스 응답에 포함된 UL Grant 정보에 따라 셀 식별자 보다 상위 식별자 (S-TMSI 또는 Random Id)를 포함하여 전송하고, 상기 단말은 충돌 해결 타이머를 작동시킨다. 상기 충돌 해결 타이머가 만료되기 전에, 자신의 상위 식별자를 포함한 데이터가 DL-SCH로 전송된 경우, 상기 단말은 랜덤 액세스 과정이 성공했다고 판단한다. 반면에, 상기 충돌 해결 타이머가 만료되기 전에, 자신의 상위 식별자를 포함한 데이터를 DL-SCH로 전송 받지 못하는 경우에는, 상기 단말은 랜덤 액세스 과정이 실패했다고 판단하게 되는 것이다.
이처럼, 랜덤 액세스 과정에서 단말은 메시지3를 기지국으로 전송하고, 충돌 해결 타이머를 개시한다. 그리고, 만약 상기 충돌 해결 타이머가 만료되기 전까지, 자신의 셀 식별자 또는 상위 식별자가 포함된 메시지4를 수신하지 못하는 경우에, 단말은 랜덤액세스를 재시도 하게 된다. 하지만, 상기 메시지3는 HARQ (Hybrid Automatic Repeat and reQuest) 방식으로 전송되며, 상기 HARQ 방식에서 최대 재전송 횟수 (Maximum number of Message 3 HARQ transmission)는 랜덤 액세스 과정을 수행 전에, 이미 단말은 알고 있다. 따라서, 만약 상기 단말이 메시지3 전송에 있어서, 최대 재전송 횟수까지 전송을 하였지만, HARQ ACK(ACKnowledgment)를 수신하지 못한 경우에, 상기 단말은 바로 랜덤액세스 과정에서 오류가 발생했음을 판단할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 단말과 기지국의 랜덤 액세스 재시도 과정을 나타낸 예시도 이다. 즉, 단말이 메시지 3의 전송오류를 판단하고 랜덤 액세스를 재시도하는 동작을 나타내고 있다.
먼저, 단말은 랜덤 액세스 프리앰블을 기지국으로 전송한다. 그리고, 상기 단말로부터 상기 랜덤 액세스 프리앰블을 수신한 기지국은 UL Grant 정보를 포함한 랜덤 액세스 응답을 상기 단말에게 전송한다. 상기 단말은 상기 랜덤 액세스 응답을 수신 하고, 상기 응답에 포함된 상기 UL Grant 정보를 이용하여 데이터를 기지국으로 전송한다. 그리고, 충돌 해결 타이머를 개시한다. 그 후에, 만약 기지국이 상기 데이터를 정상적으로 수신하지 못하였다면, HARQ NACK (Negative ACKnowledgment)를 상기 단말에게 전송한다. 이처럼, 만약 단말이 상기 HARQ NACK을 수신한 경우라면, 상기 단말은 자신의 MAC 계층에서 HARQ 재전송 횟수를 관리하는 변수 CURRENT_TX_NB를 1 증가시키고 상기 데이터를 상기 기지국으로 재전송한 다.
이후에, 상기 단말의 CURRENT_TX_NB가 재전송 최대 횟수 (Maximum number of Message 3 HARQ transmission)와 같거나 큰 경우이고, 상기 기지국으로부터 상기 재전송에 대한 HARQ ACK을 수신하지 못한 경우라면 (즉, HARQ NACK 또는 HARQ DTX), 상기 단말은 상기 랜덤 액세스 과정이 실패했다고 판단한다. 이처럼, 상기 랜덤 액세스 과정이 실패로 판단하였다면, 상기 단말은 필요에 따라 곧바로 랜덤 액세스를 재시도 할 수 있다. 좀 더 구체적으로, 상기 단말은 상기와 같이 랜덤 액세스 과정이 실패했다고 판단되면, 충돌 해결 타이머가 만료 전에도, 랜덤 액세스를 재시도 할 수 있다. 또한, 상기 랜덤 액세스가 재시도 되는 경우 또는 상기와 같이 랜덤 액세스 과정이 실패했다고 판단되는 경우, 상기 단말은 충돌 해결 타이머를 중지할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 단말을 설명한다.
본 발명에 따른 단말은 무선상에서 데이터를 서로 주고 받을 수 있는 서비스를 이용할 수 있는 모든 형태의 단말을 포함한다. 즉, 본 발명에 따른 단말은 무선 통신 서비스를 이용할 수 있는 이동통신 단말기(예를 들면, 사용자 장치(UE), 휴대폰, 셀룰라폰, DMB폰, DVB-H폰, PDA 폰, 그리고 PTT폰 등등)와, 노트북, 랩탑 컴퓨터, 디지털 TV와, GPS 네비게이션와, 휴대용 게임기와, MP3와 그 외 가전 제품 등등을 포함하는 포괄적인 의미이다.
본 발명에 따른 단말은, 본 발명이 예시하고 있는 효율적인 시스템 정보 수신을 위한 기능 및 동작을 수행하는데 필요한 기본적인 하드웨어 구성(송수신부, 처리부 또는 제어부, 저장부등)을 포함할 수도 있다.
여기까지 설명된 본 발명에 따른 방법은 소프트웨어, 하드웨어, 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 방법은 저장 매체(예를 들어, 이동 단말기 또는 기지국의 내부 메모리, 플래쉬 메모리, 하드 디스크, 기타 등등)에 저장될 수 있고, 프로세서(예를 들어, 이동 단말기 또는 기지국 내부 마이크로 프로세서)에 의해서 실행될 수 있는 소프트웨어 프로그램 내에 코드들 또는 명령어들로 구현될 수 있다.
이상, 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1은 종래 및 본 발명이 적용되는 이동통신 시스템인 E-UTRAN의 망 구조이다.
도 2는 종래기술에서 단말과 E-UTRAN 사이의 무선인터페이스 프로토콜의 제어평면 구조를 나타낸 예시도 이다.
도 3은 종래기술에서 단말과 E-UTRAN 사이의 무선인터페이스 프로토콜의 사용자평면 구조를 나타낸 예시도 이다.
도 4는 경쟁 기반의 랜덤 액세스 과정을 나타낸 예시도 이다.
도 5는 비경쟁 기반의 랜덤 액세스 과정을 나타낸 예시도 이다.
도 6은 본 발명에 따른 랜덤 액세스를 재시도 하는 과정을 나타낸 예시도 이다.

Claims (10)

  1. 무선 통신 시스템상에서 상향 데이터를 전송 하는 방법으로서,
    제 1 랜덤 액세스 프리앰블을 전송하는 단계와;
    상기 제 1 랜덤 액세스 프리앰블에 대한 응답으로 랜덤 액세스 응답을 수신하는 단계에 있어서, 상기 랜덤 액세스 응답은 상향 무선자원 할당정보를 포함하고;
    상기 무선자원 상향 할당정보를 사용하여 네트워크로 상기 상향 데이터 전송하는 단계와 충돌 해결 타이머를 개시하는 단계에 있어서, 상기 상향 데이터는 HARQ(Hybrid Automatic Repeat request)를 사용하여 전송되며,
    만약 상기 HARQ전송에 대한 긍정적인 응답을 상기 네트워크로부터 수신하지 못한 경우에 상기 상향 데이터를 상기 HARQ 방식으로 재전송하는 단계와:
    상기 상향 데이터 전송의 수와 HARQ 방식으로 재전송되는 최대 수가 같은지 여부를 판단하는 단계와: 그리고
    만약 상기 상향 데이터 전송의 수가 상기 HARQ 방식으로 재전송되는 최대 수와 같거나 크다고 판단되었다면, 상기 충돌 해결 타이머가 만료되기 전에 상기 네트워크로 제 2 랜덤 액세스 프리앰블을 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템상에서 상향 데이터를 전송 하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 랜덤 액세스 프리앰블과 상기 제 2 액세스 프리 앰블은 서로 같은 프리앰블인 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템상에서 상향 데이터를 전송 하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 랜덤 액세스 프리앰블과 상기 제 2 액세스 프리앰블은 경쟁 기반 랜덤 액세스 과정에 사용되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템상에서 상향 데이터를 전송 하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 랜덤 액세스 응답은 MAC PDU(Medium Access Control Protocol Data Unit)의 형식으로 수신되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템상에서 상향 데이터를 전송 하는 방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 MAC PDU는 PDSCH(Physical Downlink Shared Channel)상으로 수신 되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템상에서 상향 데이터를 전송 하는 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 랜덤 액세스 응답은 랜덤 액세스 프리앰블 식별자(random access preamble ID), 임시 C-RNTI(temporary C-RNTI) 또는 시간 동기 보정 값(time alignment command) 중 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템상에서 상향 데이터를 전송 하는 방법.
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