KR101669364B1 - 프리앰블 할당을 통한 임의 접속 수행 방법 및 상기 방법을 수행하는 기지국 및 노드 - Google Patents

Abstract

일실시예에 따른 기지국이 임의접속 절차를 수행하는 방법이 개시된다. 임의접속 절차를 수행하는 방법은, 셀에 복수의 공간 그룹을 형성하는 단계, 복수의 공간 그룹들 중에서 최소 이격 거리 이상 떨어진 공간 그룹들에 동일한 프리앰블 집합을 할당하는 단계, 공간 그룹 정보를 브로드캐스팅하는 단계, 복수의 노드들로부터, 프리앰블 신호들을 수신하는 단계 및 프리앰블 신호들에 응답하여, 시간 정렬 정보 및 상향 링크 허가 정보를 포함하는 복수의 임의 접속 응답 메시지들을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

프리앰블 할당을 통한 임의 접속 수행 방법 및 상기 방법을 수행하는 기지국 및 노드{METHOD FOR RANDOM ACCESS PROCEDURE THROUGH PREAMBLE ALLOCATION AND NODE AND BASE STATION PERFORMING THEREOF}

아래 실시예들은 OFDMA 기반의 셀룰러 시스템에서 임의접속(Random access) 기술에 관한 것이다.

셀룰러 네트워크 영역에 있는 각 노드들은 기지국과 통신을 하기 위해 초기에 임의 접속 절차를 통하여 기지국과 접속을 한다. 셀룰러 네트워크에서의 임의 접속 절차는 4단계로 이루어지며, 실제 데이터가 전송되는 것은 아니다. 각 노드는 임의로 선택한 프리앰블을 기지국으로 먼저 전송하고, 기지국으로부터 해당 응답을 받은 후에, 접속을 요구하는 메시지를 전송하게 되고, 그에 대한 응답을 받은 후에, 기지국과 실질적인 통신을 할 수 있게 된다. 이러한 임의 접속 절차는 물리적 임의 접속 채널(PRACH)을 통하여 수행이 되며, 이 때 사용하는 임의 접속 자원의 효율적인 사용 방법에 따라 임의 접속 절차의 성능이 좌우된다.

셀룰러 네트워크에서 사물지능통신(Machine-to-machine communication; M2M 통신)이 더욱 각광을 받게 될 것이며 사물지능통신의 응용분야가 무궁무진하게 다양해 질 것으로 예상된다. 다양한 사물지능통신 응용분야가 발생함에 따라서 사물 노드들의 수가 급격히 증가할 것이며 수많은 사물 노드들의 임의접속 요청으로 인해 기지국과 네트워크는 임의접속 과부하 현상을 겪게 될 것이다. OFDMA 기반의 셀룰러 시스템의 셀 안에서 많은 수의 사물 노드들을 수용해야 하고 그들의 임의접속 요청을 받아들일 수 있는 충분한 임의접속 자원이 필요하다.

각 사물 노드가 셀룰러 네트워크에 접속하여 데이터 패킷을 전송하기 위해 임의 접속을 수행하는 경우, 기지국에 프리앰블을 전송함으로써 접속 절차를 시작하게 된다. OFDMA 기반의 셀룰러 시스템 중에 3GPP LTE 시스템 에서는 기존 임의접속 방식에 사용되는 프리앰블의 수는 64개로 제한되어 있다. 이렇게 무선 자원은 한정되어 있으나, 사물 노드의 수가 기하급수적으로 늘어나게 되면, 충돌 확률 또한 기하급수적으로 늘어나게 되며, 대부분의 사물 노드는 네트워크에 접속하지 못하는 현상이 발생할 수 있다. 따라서, 셀에서 제공하는 한정된 자원을 이용해서 더 많은 수의 사물 노드를 수용할 수 있게 하기 위해서 프리앰블의 할당에 대한 새로운 기술이 필요하다.

실시예들은 그룹화된 공간에 프리앰블을 효과적으로 할당하여 프리앰블의 자원 효율성을 증대하는 것을 목적으로 한다.

실시예들은, 한정된 프리앰블 집합을 복수의 그룹이 나누어 사용하여 프리앰블이 효과적으로 재사용되는 것을 목적으로 한다.

일실시예에 따른 기지국의 임의 접속 수행 방법은, 셀에 복수의 공간 그룹을 형성하는 단계 및 상기 복수의 공간 그룹들 중에서 최소 이격 거리 이상 떨어진 공간 그룹들에 동일한 프리앰블 집합을 할당하는 단계를 포함할 수 있다.

일 측에 따르면, 상기 공간 그룹을 형성하는 단계는, 기지국으로부터의 거리 및 기지국에서 브로드캐스팅하는 기준 신호의 세기가 감쇄하는 정도 중 적어도 하나를 기초로 상기 복수의 공간 그룹들을 형성할 수 있다.

이때, 상기 공간 그룹들의 수, 상기 기지국으로부터의 거리는 공평성 지수 및 최소 이격 거리에 기초하여 계산될 수 있다.

다른 일 측에 따르면, 상기 프리앰블 집합을 할당하는 단계는, 형성된 공간 그룹의 면적을 기초로, 상기 공간 그룹에 할당되는 프리앰블 집합에 포함되는 프리앰블의 수를 결정할 수 있다.

다른 일 측에 다르면, 상기 공간 그룹들의 수, 상기 공간 그룹들의 기지국으로부터의 거리 및 상기 공간 그룹들에 할당된 상기 프리앰블 집합을 포함하는 공간 그룹 정보를 브로드캐스팅하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또 다른 일 측에 따르면, 복수의 노드들로부터, 상기 노드들이 속하는 공간 그룹에 할당된 프리앰블 집합을 이용하여 생성된 프리앰블 신호들을 수신하는 단계 및 상기 프리앰블 신호들에 응답하여, 시간 정렬 정보 및 상향 링크 허가 정보를 포함하는 복수의 임의 접속 응답 메시지들을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

일실시예에 따르면, 노드의 임의 접속 수행 방법은 기지국으로부터 공간 그룹 정보를 수신하는 단계, 상기 공간 그룹 정보를 기초로 노드에 대응하는 공간 그룹을 식별하는 단계 및 상기 식별된 공간 그룹에 할당된 프리앰블을 이용하여 프리앰블 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서 상기 공간 그룹 정보는, 복수의 공간 그룹들 중에서 최소 이격 거리 이상 떨어진 공간 그룹들에 동일한 프리앰블 집합이 할당된, 프리앰블 할당 정보를 포함할 수 있다.

일 측에 따르면, 상기 공간 그룹을 식별하는 단계는, 상기 기지국으로부터 수신된 기준 신호의 세기를 이용하여 상기 노드까지의 거리를 측정하여 상기 노드에 대응하는 공간 그룹을 식별할 수 있다.

다른 일 측에 따르면, 상기 생성된 프리앰블 신호를 상기 기지국에 전송하는 단계, 상기 프리앰블 신호에 대응하는 복수의 임의 접속 응답 메시지를 수신하는 단계 및 상기 복수의 임의 접속 응답 메시지 중 상기 노드에 대응하는 시간 정렬 정보를 기초로 상기 노드의 임의 접속 응답 메시지를 검출하는 단계를 더 포함할 수 있다.

일실시예에 따르면, 기지국은 기지국의 셀 내부에 복수의 공간 그룹을 형성하는 공간 그룹 형성부 및 상기 복수의 공간 그룹들 중에서 최소 이격 거리 이상 떨어진 공간 그룹들에 동일한 프리앰블 집합을 할당하는 프리앰블 할당부를 포함할 수 있다.

일실시예에 따르면, 노드는, 기지국으로부터 수신된 공간 그룹 정보를 통해 노드에 대응하는 공간 그룹을 식별하는 식별부, 상기 식별된 공간 그룹에 할당된 프리앰블을 이용하여 프리앰블 신호를 생성하는 프리앰블 신호 생성부, 상기 생성된 프리앰블 신호를 상기 기지국에 전송하는 전송부 및 상기 프리앰블 신호에 대응하여 수신된 복수의 임의 접속 응답 메시지 중 상기 노드에 대응하는 시간 정렬 정보를 기초로 상기 노드의 임의 접속 응답 메시지를 검출하는 검출부를 포함할 수 있다.

실시예들에 따르면, 기지국에 많은 수의 사물 노드가 연결되어도 충돌 확률을 낮게 유지할 수 있다.

실시예들에 따르면, 사물 노드의 수가 증가하더라도 낮은 접속 지연 시간을 보장할 수 있다.

실시예들에 따르면, 서로 다른 공간 그룹에 존재하는 두 개의 사물 노드가 동일한 프리앰블을 이용하여 임의 접속을 수행하더라도, 기지국에서는 간섭 및 충돌 없이 해당 프리앰블을 수신할 수 있다.

실시예들에 따르면, 각 사물 노드는 복수의 임의 접속 응답 메시지 중에서 자신의 메시지를 성공적으로 찾을 수 있다.

실시예들에 따르면, 하나의 기지국에서 수용 가능한 사물 노드의 수를 증가시킬 수 있다.

도 1은 기지국과 기지국에 수용되는 노드를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 기지국으로부터의 거리가 비슷한 두 개의 노드가 동일한 프리앰블 인덱스를 이용하여 임의 접속을 수행하는 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 기지국으로부터의 거리가 서로 다른 두 개의 노드가 동일한 프리앰블 인덱스를 이용하여 임의 접속을 수행하는 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일실시예에 따른 셀의 공간 그룹과 프리앰블 집합의 할당을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일실시예에 따른 노드와 기지국의 임의 접속 수행 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 일실시예에 따른 기지국에서의 프리앰블 할당을 통한 임의 접속 수행 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7은 일실시예에 따른 노드에서의 프리앰블 할당을 통한 임의 접속 수행 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8은 일실시예에 따른 프리앰블 할당을 통한 임의 접속 수행 방법을 수행하는 기지국을 설명하기 위한 블록도이다.
도 9는 일실시예에 따른 프리앰블 할당을 통한 임의 접속 수행 방법을 수행하는 노드를 설명하기 위한 블록도이다.
도 10 및 도11은 일실시예에 따른 프리앰블 할당을 통한 임의 접속 수행 방법의 효과를 설명하기 위한 그래프이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 기지국과 기지국에 수용되는 노드를 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 기지국(110)이 커버하는 셀(120) 안에 존재하는 수많은 노드들(131, 132, 133, ...)을 확인할 수 있다.

사물 인터넷은 현실 세계의 사물들과 가상 세계를 네트워크로 상호 연결해 사람과 사물, 사물과 사물 간에 서로 소통할 수 있도록 하는 기술을 말한다. 사물 인터넷에서 어떤 통신 네트워크 인프라를 이용할 것인지가 문제되는데, 언제 어디서나 서비스를 지원할 수 있는 셀룰러 네트워크(Cellular Network)가 각광받고 있다.

사물 지능 통신(Machine-to-machine Communications, M2M Communications)은, 3GPP/IEEE 표준에서 사물 인터넷을 구현하기 위한 통신 방식을 말한다. 이때, 사물 지능 통신의 목표는 인터넷 프로토콜을 통한 유비쿼터스 연결을 구현하는 것이며, 이를 구현하기 위해서는 매우 많은 수의 노드들(131, 132, 133, ...)이 존재할 수 있다.

각 노드들(131, 132, 133, ...)은 데이터 패킷을 기지국(110)에 전송하기 위해서 임의 접속을 수행할 수 있다. 임의 접속을 수행하기 위해서는 프리앰블(preamble)이라는 무선 자원을 이용할 수 있다. 이때, 복수의 노드들이 동일한 프리앰블을 사용하여 임의 접속을 수행하는 경우, 동일한 프리앰블을 사용한 사물 노드 사이에서 충돌이 발생할 수 있다.

그런데, 두 개의 노드가 동일한 프리앰블을 사용하여 임의 접속을 수행하더라도, 두 노드의 기지국(110)으로부터의 거리가 상이하여, 무선 전파 시간(propation delay)이 임계치 이상이 되면, 기지국(110)은 수신된 두 개의 신호를 구분할 수가 있다. 즉, 하나의 셀이 기지국으로부터의 거리를 기준으로 여러 개의 공간 그룹으로 나뉠 수 있으며, 서로 일정 거리가 떨어진 공간 그룹들에 같은 프리앰블 집합을 할당해주어 프리앰블의 재사용을 허용하더라도, 기지국(110)은 서로 다른 공간 그룹에서 사용한 동일한 프리앰블 인덱스를 동시에 검출할 수가 있다.

도 2는 기지국으로부터의 거리가 비슷한 두 개의 노드가 하나의 프리앰블 인덱스를 이용하여 임의 접속을 수행하는 경우를 설명하기 위한 도면이다. 여기서 프리앰블 인덱스는 프리앰블을 식별하기 위한 식별자를 말한다.

도 2(A)를 참조하면, 기지국(210)의 셀(240) 내부에 있는 두 개의 노드(220, 230)가 동시에 기지국(210)에 임의 접속을 수행할 수 있다. 이때, 노드(220) 및 노드(230)는 기지국으로부터의 거리가 비슷할 수 있다.

도 2(B)를 참조하면, 기지국에서 수신한 프리앰블 신호들(221, 231)을 확인할 수 있다. 여기서 프리앰블 신호(221)는 노드(220)에서 생성된 프리앰블 신호이고, 프리앰블 신호(231)는 노드(230)에서 생성된 프리앰블 신호가 될 수 있다. 이때, 제1 프리앰블 신호(221)와 제2 프리앰블 신호(231)는 서로 간섭이 생기며, 기지국(210)은 어느 노드에서 송신한 프리앰블 신호인지 검출하기 어렵다.

도 3은 기지국으로부터의 거리가 서로 다른 두 개의 노드가 하나의 프리앰블 인덱스를 이용하여 임의 접속을 수행하는 경우를 설명하기 위한 도면이다.

도 3(A)를 참조하면, 기지국(310)의 셀(340) 내부에 있는 두 개의 노드(320, 330)가 동시에 기지국(310)에 임의 접속을 수행할 수 있다. 이때, 노드(320) 및 노드(330)는 기지국으로부터의 거리가 상이할 수 있다. 즉, 노드(320)는 기지국(310)으로부터의 거리가 가까운 노드에 해당하고, 노드(330)는 기지국으로부터의 거리가 먼 노드에 해당한다. 이때, 노드(320) 및 노드(330)의 거리 차는 일정 임계치 이상이어야 한다. 일실시예에 따르면, 임계치는 최소 이격 거리가 될 수 있다.

도 3(B)를 참조하면, 기지국에서 수신한 프리앰블 신호들(321, 331)을 확인할 수 있다. 여기서 프리앰블 신호(321)는 노드(320)에서 생성된 프리앰블 신호이고, 프리앰블 신호(331)는 노드(330)에서 생성된 프리앰블 신호가 될 수 있다. 이때, 노드(320) 및 노드(330)의 거리 차는 일정 임계치 이상인 경우, 프리앰블 신호(321)와 프리앰블 신호(331)는 무선 전파의 지연 확산(delay spread)으로 인한 간섭이 생기지 않으며, 기지국(310)은 어느 노드에서 송신한 프리앰블 신호인지 검출할 수 있다. 즉, 기지국으로부터의 거리가 상이한 두 개의 노드(320, 330)가 동일한 프리앰블 인덱스를 사용하여 임의 접속을 수행하더라도, 거리에 따른 무선 전파 시간(propagation delay)이 상당히 다르면, 기지국(310)은 수신된 두 개의 신호를 구분할 수 있다.

이때, 무선 전파의 지연 확산(delay spread)으로 인한 신호의 간섭을 피하기 위한 공간 그룹간의 최소한의 이격 거리를 최소 이격 거리(minimum separation distance)라고 할 수 있다. 따라서, 최소 이격 거리 이상 떨어진 복수의 공간 그룹에 속한 각 노드는 같은 프리앰블 인덱스를 사용하여 임의 접속을 수행해도 충돌이 발생하지 않는다.

일실시예에 따르면, 최소 이격 거리는, 프리앰블 신호(321)와 프리앰블 신호(331)간의 신호 공간상의 거리(350)가 신호 공간상의 지연 확산 거리 이상이 되는, 두 노드가 속한 공간 그룹 간의 거리가 될 수 있다. 이때, 프리앰블 신호(321)와 프리앰블 신호(331)간의 거리(350)가 지연 확산 거리 이상이 되면, 기지국(310)은 동일한 프리앰블 인덱스를 동시에 검출할 수 있다. 여기서, 지연 확산 거리는 하나의 프리앰블 신호가 지연으로 인하여 확산되는 신호 공간상의 거리가 될 수 있다.

도 4는 일실시예에 따른 셀의 공간 그룹과 프리앰블 집합의 할당을 설명하기 위한 도면이다.

도 4를 참조하면, 일실시예에 따라, 셀은 기지국(410)으로부터의 거리를 기준으로 제1 공간 그룹(420), 제2 공간 그룹(430) 및 제3 공간 그룹(440)으로 분리될 수 있다. 그러나, 공간 그룹의 수는 3개 이상이 될 수도 있으며, 실시예에 한정되지 않는다. 이때, 기지국(410)은 각 공간 그룹에서 사용할 프리앰블 집합을 할당할 수 있다.

기지국(410)은, 제1 공간 그룹(420)에는 프리앰블 집합 A를 할당하고, 제2 공간 그룹(430)에는 프리앰블 집합 B를 할당하고, 제3 공간 그룹(440)에는 프리앰블 집합 C를 할당할 수 있다. 그런데, 각 공간 그룹에 서로 다른 프리앰블 집합을 할당하면, 한정된 프리앰블의 개수 때문에 각 공간 그룹에 적은 수의 프리앰블을 할당할 수 밖에 없다. 따라서, 일실시예에 따라 도 3에서 검토한 바와 같이 최소 이격 거리 이상 떨어져있는 공간 그룹들에는 동일한 프리앰블 집합을 할당할 수 있다. 이때, 최소 이격 거리(minimum separation distance)는 무선 전파의 지연 확산으로 인한 신호 간의 간섭을 피하기 위해 필요한 공간 그룹 간 거리를 포함할 수 있다.

따라서, 제1 공간 그룹(420) 및 제3 공간 그룹(440)이 최소 이격 거리 이상 떨어져있다면, 일실시예에 따른 기지국(410)은, 제1 공간 그룹(420)에는 프리앰블 집합 A를 할당하고, 제2 공간 그룹(430)에는 프리앰블 집합 B를 할당하고, 제3 공간 그룹(440)에는 다시 프리앰블 집합 A를 할당할 수 있다. 이때, 제1 노드(450)와 제2 노드(460)가 동일한 프리앰블 인덱스를 사용하는 프리앰블 신호를 생성하여도, 기지국(410)은 간섭 없이 성공적으로 어느 노드에서 송신된 프리앰블 신호인지 검출할 수 있다.

결과적으로, 간섭을 일으키지 않는 공간 그룹끼리 프리앰블 집합을 공유할 수 있기 때문에 셀에 제공되는 프리앰블의 전체 개수가 논리적으로 증대되는 효과를 얻을 수 있다. 일실시예에 따른 공간 그룹 간의 프리앰블 집합의 공유는 프리앰블 집합의 재사용으로 표현할 수도 있다. 따라서, 일실시예에 따른 기지국(410)은 최소 이격 거리 이상 떨어진 공간 그룹에 동일한 프리앰블 집합을 할당할 수 있다.

일실시예에 따르면, 기지국(410)은 최적의 공간 그룹 파라미터를 결정할 수 있다. 공간 그룹 파라미터는 공간 그룹의 수, 공간 그룹의 기지국으로부터의 거리 및 공간 그룹이 사용하는 프리앰블의 집합을 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 전체 공간 그룹의 임의 접속 충돌 확률의 가중합을 최소화 시키면서, 공간 그룹의 수, 공간 그룹의 기지국으로부터의 거리 및 공간 그룹이 사용하는 프리앰블의 집합이 통합적으로 계산될 수 있다.

일실시예에 따르면, 셀에 포함된 공간 그룹의 수, 공간 그룹의 기지국으로부터의 거리는 공평성 지수 및 최소 이격 거리에 기초하여 계산될 수 있다. 여기서, 공평성 지수는 각 공간 그룹에 속한 노드 간에 임의 접속 수행 성능이 얼마나 공평한지를 나타내는 지수를 말한다.

하기 수학식 1을 통해서 최적의 공간 그룹 파라미터를 구할 수 있다.

여기서, K*는 셀에 형성되는 공간 그룹의 수, d*는 공간 그룹의 거리, M*은 공간 그룹이 사용하는 프리앰블의 집합을 의미한다. 또,

는 k번째 공간 그룹의 전체 셀에 대한 비율이고,

는 k번째 공간 그룹의 충돌 확률을 말한다. ε은 공평성 지수를 의미하고,

는 k번째 프리앰블을 의미하며,

는 최소 이격 거리이고, ||X||는 X의 절대값이고, |X|는 X의 원소 개수를 의미한다.

는 두 공간 그룹간의 거리를 의미하고, 두 공간 그룹 간의 거리는 근접한 공간 그룹의 경우 0이고, 두 공간 그룹 사이에 하나 이상의 공간 그룹이 더 존재하는 경우에는 사이에 있는 공간 그룹의 거리들의 합이 될 수 있다.

일실시예에 따른 기지국(410)은 수신된 프리앰블 신호에서 사용된 프리앰블 인덱스를 검출할 수 있다. 예를 들면, 제1 노드(450) 및 제2 노드(460)가 동일한 프리앰블 인덱스를 포함하는 프리앰블 신호를 송신한 경우, 기지국(410)은 하나의 프리앰블 인덱스를 사용하는 두 개의 프리앰블 신호를 검출한 수 있다.

일실시예에 따른 기지국(410)은 수신된 복수의 프리앰블 신호가 하나의 프리앰블 인덱스를 사용한 경우, 하나의 프리앰블 인덱스로부터 복수의 임의 접속 응답 메시지를 생성할 수 있다.

예를 들면, 제1 공간 그룹(420)과 제3 공간 그룹(440)이 최소 이격 거리 이상 떨어진 경우, 제1 공간 그룹(420)과 제3 공간 그룹(440)에는 동일한 프리앰블 집합이 할당될 수 있다. 이때, 제1 노드(450)와 제2 노드(460)가 프리앰블 집합 중 동일한 i번째 프리앰블을 사용하여 프리앰블 신호를 생성할 경우, 기지국(410)은 두 개의 프리앰블 신호를 검출할 수 있다. 일실시예에 따른 기지국(410)은 i번째 프리앰블에 대응하여 두 개의 임의 접속 응답 메시지를 생성할 수 있다. 여기서, 두 개의 임의 접속 응답 메시지는 RAR(i, Ω1, θ1), RAR(i, Ω2, θ2)로 표현할 수 있다. 이때, Ω는 시간 정렬(Time Alignment) 정보이고, θ는 상향링크 허가(uplink grant) 정보이다.

일실시예에 따른 제1 노드(450)와 제2 노드(460)는 두 개의 임의 접속 응답 메시지 중 시간 정렬 정보를 통해서 자신의 임의 접속 응답 메시지를 검출할 수 있다. 즉, 제1 노드(450)와 제2 노드(460)는 자신의 위치 정보를 기반으로 자신의 시간 정렬 정보를 예측할 수 있다. 예를 들면 제1 노드(450)는 이미 알고 있는 자신의 위치 정보를 통해 수신 가능한 시간 정렬 정보를 예측할 수 있으며, 예측된 시간 정렬 정보를 통해 자신의 임의 접속 응답 메시지가 RAR(i, Ω1, θ1)임을 판단할 수 있다. 또, 제2 노드(460)는 이미 알고 있는 자신의 위치 정보를 통해 수신 가능한 시간 정렬 정보를 예측할 수 있으며, 예측된 시간 정렬 정보를 통해 자신의 임의 접속 응답 메시지가 RAR(i, Ω2, θ2)임을 판단할 수 있다.

일실시예에 따르면, 제1 노드(450)와 제2 노드(460)는 기지국(410)으로부터 브로드캐스팅되는 기준(reference) 신호의 세기 감쇄 정도를 통해 기지국으로부터의 거리를 예측할 수 있다. 여기서, 기준 신호는 기지국에서 브로드캐스팅되는 모든 신호를 포함할 수 있다.

도 5는 일실시예에 따른 노드와 기지국의 임의 접속 수행 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 5를 참조하면, 노드(510)는 프리앰블 신호를 통해서 기지국(520)에 임의 접속을 요청하고, 기지국(520)은 임의 접속 응답 메시지를 통해 노드(510)에 응답할 수 있다.

단계(530)에서, 기지국(520)은 노드(510)(예를 들면, 사물 노드)에 공간 그룹 정보를 전송할 수 있다. 여기서 공간 그룹 정보는 공간 그룹의 수, 공간 그룹의 기지국으로부터의 거리 및 각 공간 그룹에 할당된 프리앰블 집합을 포함할 수 있다. 여기서 공간 그룹 정보의 전송은 브로드캐스팅 또는 멀티캐스팅 방식을 이용할 수 있다.

단계(540)에서, 노드(510)는 할당된 프리앰블 집합 중 하나의 프리앰블 인덱스를 이용하여 생성한 프리앰블 신호를 기지국(520)에 전송할 수 있다.

일실시예에 따르면, 노드(510)는 수신된 공간 그룹 정보 및 자신의 기지국으로부터의 거리를 통해 노드(510)가 속한 공간 그룹을 판단할 수 있다.

일실시예에 따르면, 노드(510)는 자신이 속한 공간 그룹에 할당된 프리앰블 집합(preamble set)에서 임의로 하나의 프리앰블을 선택하여 물리적 임의 접속 채널(Physical random access channel; PRACH)을 통하여 기지국(520)에 프리앰블 신호를 전송할 수 있다. 여기서, 프리앰블은 Zadoff-Chu 수열로부터 생성되며, i번째 프리앰블은 기준(Reference) 수열을

에 대응하여 순환 이동시켜서 생성될 수 있다. 여기서,

는 순환 이동의 크기이다.

단계(550)에서, 기지국(520)은 프리앰블 신호에 대응하는 임의 접속 응답 메시지를 생성하여 노드(510)에 전송할 수 있다. 일실시예에 다른 임의 접속 응답 메시지는 물리적 하향링크 공유 채널(Physical Downlink Shared Channel; PDSCH)을 통해 노드에 전송될 수 있다.

일실시예에 따르면, 기지국(520)은 수신된 프리앰블 신호에서 프리앰블 인덱스를 검출할 수 있다. 만약, 동일한 프리앰블 인덱스를 갖는 복수의 신호가 수신되어도, 노드 간의 거리가 충분히 떨어져 있으면, 기지국은 다른 노드가 동일한 프리앰블 인덱스를 이용하여 임의 접속을 수행했다는 것을 알 수 있다.

기지국(520)은 수신된 프리앰블 신호에 대응하는 임의 접속 응답 메시지를 생성할 수 있다. 여기서, 임의 접속 응답 메시지는 프리앰블 인덱스, 시간 정렬 정보, 상향 링크 허가 정보 및 C-RNTI(Cell-Radio Network Temporary Identifier)를 포함할 수 있다. 만약, 동일한 프리앰블 인덱스를 갖는 복수의 신호가 수신된 경우라면 복수의 임의 접속 응답 메시지를 생성할 수 있다. 이때, 복수의 임의 접속 응답 메시지는 프리앰블 인덱스는 동일하지만 상이한 시간 정렬 정보 및 상이한 상향 링크 허가 정보를 포함할 수 있다.

단계(560)에서, 노드(510)는 기지국(520)에 패킷을 예약 전송(scheduled transmission)할 수 있다. 이때, 예약 전송은 물리적 상향링크 공유 채널(Physical Uplink Shared Channel; PUSCH)을 통해 수행될 수 있다.

일실시예에 따르면, 노드(510)는 자신이 사용한 프리앰블 인덱스를 포함하는 임의 접속 응답 메시지에 포함된 상향 링크 허가 정보를 이용하여 예약 전송을 수행할 수 있다. 이때, 복수의 임의 접속 응답 메시지를 수신한 경우, 노드(510)는 자신의 기지국과의 거리를 통해 시간 정렬 정보를 예측하여 자신의 임의 접속 응답 메시지를 검출할 수 있다. 따라서, 노드(510)는 검출된 임의 접속 응답 메시지에 포함된 상향 링크 허가 정보를 이용하여 예약 전송을 수행할 수 있다.

단계(570)에서, 기지국(520)은 노드(510)의 경합을 해결할 수 있다.

일실시예에 따르면, 기지국(520)은 디코딩된 메시지에 대하여 노드(510)에 ACK(Acknowledge)를 전송할 수 있다. 이때, ACK는 물리적 하향링크 공유 채널(Physical Downlink Shared Channel; PDSCH)을 통해 노드에 전송될 수 있다.

도 6은 일실시예에 따른 기지국에서의 프리앰블 할당을 통한 임의 접속 수행 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 6을 참조하면, 단계(610)에서 기지국은 셀에 복수의 공간 그룹을 형성할 수 있다.

일실시예에 따르면, 기지국은 기지국으로부터의 거리를 기초로 복수의 공간 그룹들을 형성할 수 있다. 다른 일실시예에 따르면, 기지국은 기지국으로부터 송신되는 신호 세기의 감쇄 정도를 기초로 복수의 공간 그룹들을 형성할 수 있다. 예를 들면, 기지국에서 브로드캐스팅하는 기준 신호의 세기가 감쇄하는 정도에 따라 공간 그룹을 형성할 수 있다.

이때, 공간 그룹의 수, 공간 그룹의 기지국으로부터의 거리는 공평성 지수 및 최소 이격 거리에 기초하여 결정될 수 있다.

단계(620)에서, 기지국은 복수의 공간 그룹에 프리앰블 집합을 할당할 수 있다.

일실시예에 다르면, 기지국은 공간 그룹의 면적을 기초로 공간 그룹에 할당되는 프리앰블 집합에 포함되는 프리앰블의 수를 결정할 수 있다.

즉, 기지국은 공간 그룹의 면적을 고려하여 면적이 넓은 공간 그룹에 많은 프리앰블을 할당하고, 면적이 좁은 공간 그룹에는 적은 수의 프리앰블을 할당할 수 있다. 따라서, 기지국은 공간 그룹 별 공평성(fairness)이 유사하도록 프리앰블 집합을 할당할 수 있다.

일실시예에 따르면, 기지국은 복수의 공간 그룹들 중에서 최소 이격 거리 이상 떨어진 공간 그룹들에 동일한 프리앰블 집합을 할당할 수 있다.

단계(630)에서, 기지국은 공간 그룹 정보를 브로드캐스팅할 수 있다.

일실시예에 따르면, 공간 그룹 정보는 셀의 공간 그룹의 수, 공간 그룹의 기지국으로부터의 거리 및 공간 그룹에 할당된 프리앰블 집합을 포함할 수 있다.

단계(640)에서, 기지국은 노드로부터 노드가 속하는 공간 그룹에 할당된 프리앰블 집합을 이용하여 생성된 프리앰블 신호를 수신할 수 있다.

일실시예에 따르면, 기지국은 복수의 노드들로부터 프리앰블 신호를 수신할 수 있다. 여기서, 프리앰블 신호는 노드가 속하는 공간 그룹에 할당된 프리앰블 집합 중 하나의 프리앰블 인덱스를 선택하여, 노드에서 생성된 신호가 될 수 있다.

단계(650)에서, 기지국은 임의 접속 응답(random access response; RAR) 메시지를 생성할 수 있다. 임의 접속 응답 메시지는 시간 정렬 정보 및 상향 링크 허가 정보를 포함할 수 있다.

일실시예에 따르면, 기지국은 동일한 프리앰블 인덱스를 사용하는 두 개의 프리앰블 신호를 수신할 수 있다. 이때, 하나의 프리앰블 신호는 기지국으로부터의 거리가 가까운 노드로부터 수신한 프리앰블 신호이고, 나머지 하나의 프리앰블 신호는 기지국으로부터의 거리가 먼 노드로부터 수신한 프리앰블 신호가 될 수 있다. 기지국은 이에 대응하여 복수의 임의 접속 응답 메시지를 생성할 수 있다. 이때, 복수의 임의 접속 응답 메시지는 동일한 프리앰블 인덱스를 갖지만 시간 정렬 정보 및 상향 링크 허가 정보는 상이할 수 있다.

도 7은 일실시예에 따른 노드에서의 프리앰블 할당을 통한 임의 접속 수행 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 7을 참조하면, 단계(710)에서, 노드는 기지국에서 브로드캐스팅되는 공간 그룹 정보를 수신할 수 있다.

일실시예에 따르면, 공간 그룹 정보는 공간 그룹의 수, 공간 그룹의 기지국으로부터의 거리 및 공간 그룹에 할당되는 프리앰블 집합을 포함할 수 있다.

단계(720)에서, 노드는 자신이 속하는 공간 그룹을 식별할 수 있다.

일실시예에 따르면, 노드는 기지국으로부터 수신한 공간 그룹 정보를 기초로 노드에 대응하는 공간 그룹을 식별할 수 있다. 일실시예에 따르면, 노드는 기지국으로부터 노드까지의 거리를 측정하여 노드에 대응하는 공간 그룹을 식별할 수 있다. 예를 들면, 노드는 브로드캐스팅되는 공간 그룹 정보의 신호 세기의 감쇄 정도를 이용하여 기지국으로부터 노드까지의 거리를 측정할 수 있다.

단계(730)에서, 노드는 프리앰블 신호를 생성하여 기지국에 전송할 수 있다. 이때, 노드는 식별된 공간 그룹에 할당된 프리앰블을 이용하여 프리앰블 신호를 생성할 수 있다. 일실시예에 따르면, 노드는 자신이 속하는 공간 그룹에 할당된 프리앰블 집합 중 하나의 프리앰블 인덱스를 선택하여 프리앰블 신호를 생성할 수 있다.

단계(740)에서, 노드는 임의 접속 응답 메시지를 수신할 수 있다. 여기서, 임의 접속 응답 메시지는 프리앰블 신호에 응답하여 기지국에서 생성될 수 있다. 만약, 기지국에 동일한 프리앰블 인덱스를 갖는 복수의 프리앰블 신호가 수신된 경우, 임의 접속 응답 메시지는 복수 개 생성될 수 있다.

단계(750)에서, 노드는 임의 접속 응답 메시지 중 자신의 임의 접속 응답 메시지를 검출할 수 있다.

일실시예에 따르면, 노드는 복수의 임의 접속 응답 메시지를 수신할 수 있다. 이때, 노드는 복수의 임의 접속 응답 메시지 중 시간 정렬 정보를 기초로 자신의 임의 접속 응답 메시지를 검출할 수 있다.

일실시예에 따르면, 노드는 자신의 위치 정보를 기반으로 자신의 시간 정렬 정보를 예측할 수 있다. 따라서, 노드는 복수의 임의 접속 응답 메시지 중 예측된 시간 정렬 정보를 포함하는 임의 접속 응답 메시지를 자신의 임의 접속 응답 메시지로 검출할 수 있다.

도 8은 일실시예에 따른 프리앰블 할당을 통한 임의 접속 수행 방법을 수행하는 기지국을 설명하기 위한 블록도이다.

도 8을 참조하면, 기지국(800)은 공간 그룹 형성부(810), 프리앰블 할당부(820), 공간 그룹 정보 방송부(830), 수신부(840) 및 응답 메시지 생성부(850)를 포함할 수 있다.

일실시예에 따르면, 공간 그룹 형성부(810)는 기지국의 셀 내부에 복수의 공간 그룹을 형성할 수 있다. 여기서 공간 그룹은 기지국으로부터의 거리를 기초로 형성될 수 있다. 예를 들면, 기지국으로부터의 셀 반경이 4km인 경우, 1km 간격으로 공간 그룹 거리를 정해서 공간 그룹을 형성할 수 있다.

일실시예에 따르면, 공간 그룹 형성부(810)는 공간 그룹에 속하는 노드의 개수가 일정하도록 공간 그룹의 거리를 결정할 수 있다. 만약, 셀 내부에 노드가 균등하게 분포된 경우라면, 각 공간 그룹간의 면적이 동일하도록 공간 그룹의 거리를 결정할 수 있다.

일실시예에 따르면, 프리앰블 할당부(820)는 공간 그룹에 프리앰블 집합을 할당할 수 있다.

일실시예에 따른 프리앰블 할당부(820)는 복수의 공간 그룹들 중에서 최소 이격 거리 이상 떨어진 공간 그룹들에 동일한 프리앰블 집합을 할당할 수 있다. 이때, 최소 이격 거리(minimum separation distance)는 무선 전파의 지연 확산으로 인한 신호 간의 간섭을 피하기 위해 필요한 공간 그룹 간 거리를 포함할 수 있다. 따라서, 간섭을 일으키지 않는 공간 그룹끼리 프리앰블 집합을 공유할 수 있기 때문에 셀에 제공되는 프리앰블의 전체 개수가 논리적으로 증대되는 효과를 얻을 수 있다.

일실시예에 따르면, 공간 그룹 정보 방송부(830)는 공간 그룹의 수, 공간 그룹의 기지국으로부터의 거리 및 공간 그룹에 할당된 프리앰블 집합을 포함하는 공간 그룹 정보를 브로드캐스팅할 수 있다.

일실시예에 따르면, 수신부(840)는 노드에서 생성된 프리앰블 신호를 수신할 수 있다. 이때, 프리앰블 신호는 노드가 속하는 공간 그룹에 할당된 프리앰블 집합을 이용하여 노드에서 생성될 수 있다.

일실시예에 따르면, 수신부(840)는 복수의 노드들로부터 프리앰블 신호를 수신할 수 있다. 여기서, 프리앰블 신호는 노드가 속하는 공간 그룹에 할당된 프리앰블 집합 중 하나의 프리앰블 인덱스를 선택하여, 노드에서 생성된 신호가 될 수 있다.

일실시예에 따르면, 응답 메시지 생성부(850)는 수신된 프리앰블 신호에 응답하여, 임의 접속 응답 메시지를 생성할 수 있다.

일실시예에 따르면, 기지국이 하나의 프리앰블 인덱스를 갖는 복수의 프리앰블 신호를 수신한 경우, 응답 메시지 생성부(850)는 복수의 임의 접속 응답 메시지를 생성할 수 있다. 이때, 임의 접속 응답 메시지는 시간 정렬 정보 및 상향 링크 허가 정보를 포함할 수 있다. 일실시예에 따른 복수의 임의 접속 응답 메시지는, 동일한 프리앰블 인덱스를 갖지만 시간 정렬 정보 및 상향 링크 허가 정보는 상이할 수 있다.

도 9는 일실시예에 따른 프리앰블 할당을 통한 임의 접속 수행 방법을 수행하는 노드를 설명하기 위한 블록도이다.

도 9를 참조하면, 노드(900)는 식별부(910), 프리앰블 신호 생성부(920), 전송부(930), 수신부(940) 및 검출부(950)를 포함할 수 있다.

일실시예에 따르면, 식별부(910)는 기지국으로부터 수신된 공간 그룹 정보 및 자신의 기지국으로부터의 거리 정보를 기초로 자신의 공간 그룹을 식별할 수 있다.

일실시예에 따르면, 공간 그룹 정보는 공간 그룹의 수, 공간 그룹의 기지국으로부터의 거리 및 공간 그룹에 할당되는 프리앰블 집합을 포함할 수 있다.

일실시예에 따르면, 식별부(910)는 기지국으로부터 노드까지의 거리를 측정하여 노드에 대응하는 공간 그룹을 식별할 수 있다. 예를 들면, 식별부(910)는 브로드캐스팅되는 공간 그룹 정보의 신호 세기의 감쇄 정도를 이용하여 기지국으로부터 노드까지의 거리를 측정할 수 있다.

일실시예에 따르면, 프리앰블 신호 생성부(920)는 식별된 공간 그룹에 할당된 프리앰블 집합 중 하나의 프리앰블 인덱스를 이용하여 프리앰블 신호를 생성할 수 있다. 여기서 프리앰블 신호는 기지국에 임의 접속을 요청하는 신호를 포함할 수 있다.

일실시예에 따르면, 전송부(930)는 생성된 프리앰블 신호를 기지국에 전송할 수 있다.

일실시예에 따르면, 수신부(940)는 프리앰블 신호에 대응하는 임의 접속 응답 메시지를 수신할 수 있다. 여기서, 임의 접속 응답 메시지는 프리앰블 신호에 응답하여 기지국에서 생성될 수 있다. 이때, 기지국이 복수의 노드로부터 동일한 프리앰블 인덱스를 갖는 프리앰블 신호를 복수 개 수신한 경우, 수신부(940)는 복수의 임의 접속 응답 메시지를 수신할 수 있다.

일실시예에 따르면, 검출부(950)는 시간 정렬 정보를 기초로 자신의 임의 접속 응답 메시지를 검출할 수 있다.

일실시예에 따르면, 기지국이 복수의 노드로부터 동일한 프리앰블 인덱스를 갖는 프리앰블 신호를 복수 개 수신한 경우, 수신부(940)는 복수의 임의 접속 응답 메시지를 수신할 수 있다. 이때, 검출부(950)는 복수의 임의 접속 응답 메시지 중 노드(900)의 위치 정보를 기반으로 시간 정렬 정보를 예측하여 자신의 임의 접속 응답 메시지를 검출할 수 있다.

도 10 및 도11은 일실시예에 따른 프리앰블 할당을 통한 임의 접속 수행 방법의 효과를 설명하기 위한 그래프이다. 여기서, 종래의 방식에 따라 프리앰블을 할당하는 경우와 일실시예에 따라 프리앰블을 할당하는 경우의 충돌 확률 및 평균 접속 지연 시간을 비교할 수 있다.

두 방식 모두 셀 반경은 2km이고, 셀 내부의 사물 노드들의 분포는 균등 분포를 따르는 것으로 가정할 수 있다. 이때, 임의 접속의 도착 간격(inter-arrival) 시간은 지수 분포(exponential distribution)를 따른다. 셀룰러 통신 시스템이 제공하는 전체 프리앰블을 프리앰블 분리(preamble separation) 기법을 통하여 H2H 통신이 사용하는 프리앰블과 M2M 통신이 사용하는 프리앰블을 상호 배타적으로 나눌 수 있다. 이는 H2H 통신과 M2M 통신의 서로간의 간섭을 피하기 위함이다.

종래의 방식으로, 기지국의 셀에서 공간 그룹으로 분리하지 않고, H2H 통신과 M2M 통신을 분류하여, H2H 통신에 56개의 프리앰블이 할당되고, M2M 통신에 8개의 프리앰블이 할당될 수 있다.

일실시예에 따르면, 기지국의 셀을 복수의 공간 그룹으로 분리할 수 있다. 실시예에서는 종래의 기법에서 제공하는 성능을 보장하고, 해당 성능을 낼 수 있을 만큼 H2H 통신에 프리앰블을 할당하고, 나머지 프리앰블을 M2M 통신에 할당할 수 있다. 일실시예에 따른 프리앰블을 재사용하는 경우의 충돌 확률 그래프(1020)를 참조하면, 4개의 공간 그룹에서, 제1 공간 그룹과 제3 공간 그룹에 동일한 프리앰블 집합을 할당하고, 제2 공간 그룹과 제4 공간 그룹에 동일한 프리앰블 집합을 할당하면, H2H 통신에 할당된 프리앰블 수는 각 [19, 14, 19, 14]개이며, 나머지 프리앰블은 각 [17, 15, 17, 15]개가 M2M 통신에 할당될 수 있다. 여기서, 공평성 지수를 0.01로 설정하고, 최소 이격 거리는 0.4km로 설정할 수 있다.

도 10을 참조하면, 종래 방식에 따른 충돌 확률 그래프(1010)와 일실시예에 따라 프리앰블을 재사용하는 경우의 충돌 확률 그래프(1020)를 비교할 수 있다.

여기서 종래 방식의 충돌 확률 그래프(1010)를 보면, 사물 노드가 3만개인 경우, 충돌 확률은 0.145임을 확인할 수 있다. 일실시예에 따라 프리앰블을 재사용하는 경우의 충돌 확률 그래프(1020)를 보면, 사물 노드가 3만개인 경우, 충돌 확률은 0.016임을 확인할 수 있다. 따라서, 종래의 기법에 비해 제안하는 기법을 사용하는 경우 약 9배의 성능 이득을 보임을 확인할 수 있다.

또, 목표 충돌 확률을 0.01로 잡았을 경우, 종래 방식의 충돌 확률 그래프(1010)를 보면, 약 2천개의 사물 노드를 수용할 수 있는 반면, 일실시예에 따라 프리앰블을 재사용하는 경우의 충돌 확률 그래프(1020)를 보면, 약 2만개의 사물 노드를 수용할 수 있음을 확인할 수 있다.

도 11을 참조하면, 종래 방식에 따른 평균 접속 지연 그래프(1010)와 일실시예에 따라 프리앰블을 재사용하는 경우의 평균 접속 지연 그래프(1020)를 비교할 수 있다.

종래 방식에 따른 평균 접속 지연 그래프(1010)를 보면, 사물 노드의 수가 증가할수록 평균 접속 지연이 기하급수적으로 증가하는 반면, 일실시예에 따라 프리앰블을 재사용하는 경우의 평균 접속 지연 그래프(1020)에서는 사물 노드의 수가 증가하더라도 평균 접속 지연이 크게 증가하지 않음을 확인할 수 있다. 따라서, 실시예에 따르면, 사물 노드의 증가에 관계 없이, 낮은 접속 지연 시간을 보장할 수 있다.

이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

410: 기지국
420: 제1 공간 그룹
430: 제2 공간 그룹
440: 제3 공간 그룹
450: 제1 노드
460: 제2 노드

Claims (10)

1. 셀에 복수의 공간 그룹을 형성하는 단계;
   상기 복수의 공간 그룹에 포함되는 제1 공간 그룹에 프리앰블 집합을 할당하는 단계; 및
   상기 복수의 공간 그룹에 포함되고, 상기 제1 공간 그룹과 최소 이격 거리 이상 떨어진 적어도 하나의 제2 공간 그룹에 상기 제1 공간 그룹에 할당된 프리앰블 집합과 동일한 프리앰블 집합을 할당하는 단계
   를 포함하고,
   상기 제1 공간 그룹에 할당된 프리앰블 집합은, 상기 제2 공간 그룹에 재사용되고,
   상기 제1 공간 그룹과 제2 공간 그룹에 속한 노드들은 동일한 프리앰블 집합을 이용하여 상기 셀의 기지국에 대해 임의 접속을 수행하고,
   상기 최소 이격 거리는,
   상기 제1 공간 그룹에서 무선 전파의 지연 확산으로 인한 신호와 상기 제2 공간 그룹에서 무선 전파의 지연 확산으로 인한 신호 간의 간섭을 피하기 위한 제1 공간 그룹과 제2 공간 그룹 간의 최소한의 이격 거리인 기지국의 임의 접속 수행 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 공간 그룹을 형성하는 단계는,
   기지국으로부터의 거리 및 기지국에서 브로드캐스팅하는 기준 신호의 세기가 감쇄하는 정도 중 적어도 하나를 기초로 상기 복수의 공간 그룹들을 형성하고,
   상기 공간 그룹들의 수, 상기 기지국으로부터의 거리는 공평성 지수 및 최소 이격 거리에 기초하여 계산되는 기지국의 임의 접속 수행 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 프리앰블 집합을 할당하는 단계는,
   형성된 공간 그룹의 면적을 기초로, 상기 공간 그룹에 할당되는 프리앰블 집합에 포함되는 프리앰블의 수를 결정하는
   기지국의 임의 접속 수행 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 공간 그룹들의 수, 상기 공간 그룹들의 기지국으로부터의 거리 및 상기 공간 그룹들에 할당된 상기 프리앰블 집합을 포함하는 공간 그룹 정보를 브로드캐스팅하는 단계
   를 더 포함하는 기지국의 임의 접속 수행 방법.
5. 제1항에 있어서,
   복수의 노드들로부터, 상기 노드들이 속하는 공간 그룹에 할당된 프리앰블 집합을 이용하여 생성된 프리앰블 신호들을 수신하는 단계; 및
   상기 프리앰블 신호들에 응답하여, 시간 정렬 정보 및 상향 링크 허가 정보를 포함하는 복수의 임의 접속 응답 메시지들을 생성하는 단계
   를 더 포함하는 기지국의 임의 접속 수행 방법.
6. 노드의 임의 접속 수행 방법에 있어서,
   기지국으로부터 상기 노드가 속한 제1 공간 그룹에 대한 공간 그룹 정보를 수신하는 단계;
   상기 공간 그룹 정보를 기초로 상기 노드에 대응하는 제1 공간 그룹을 식별하는 단계; 및
   상기 식별된 제1 공간 그룹에 할당된 프리앰블 집합의 프리앰블을 이용하여 프리앰블 신호를 생성하는 단계를 포함하고,
   상기 제1 공간 그룹에 할당된 프리앰블 집합은, 최소 이격 거리 이상 떨어진 제2 공간 그룹에 동일하게 할당됨으로써 재사용되고,
   상기 최소 이격 거리는,
   상기 제1 공간 그룹에서 무선 전파의 지연 확산으로 인한 신호와 상기 제2 공간 그룹에서 무선 전파의 지연 확산으로 인한 신호 간의 간섭을 피하기 위한 제1 공간 그룹과 제2 공간 그룹 간의 최소한의 이격 거리인 노드의 임의 접속 수행 방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 공간 그룹을 식별하는 단계는,
   상기 기지국으로부터 수신된 기준 신호의 세기를 기초로 하여, 상기 기지국과 상기 노드까지의 거리를 측정하는 단계
   를 더 포함하는 노드의 임의 접속 수행 방법.
8. 제6항에 있어서,
   상기 생성된 프리앰블 신호를 상기 기지국에 전송하는 단계;
   상기 프리앰블 신호에 대응하는 복수의 임의 접속 응답 메시지를 수신하는 단계; 및
   상기 복수의 임의 접속 응답 메시지 중 상기 노드에 대응하는 시간 정렬 정보를 기초로 상기 노드의 임의 접속 응답 메시지를 검출하는 단계
   를 더 포함하는 노드의 임의 접속 수행 방법.
9. 기지국의 셀 내부에 복수의 공간 그룹을 형성하는 공간 그룹 형성부; 및
   상기 복수의 공간 그룹에 포함되는 제1 공간 그룹에 프리앰블 집합을 할당하고, 상기 복수의 공간 그룹에 포함되며 상기 제1 공간 그룹과 최소 이격 거리 이상 떨어진 적어도 하나의 제2 공간 그룹에 상기 제1 공간 그룹에 할당된 프리앰블 집합과 동일한 프리앰블 집합을 할당하는 프리앰블 할당부
   를 포함하고,
   상기 제1 공간 그룹에 할당된 프리앰블 집합은, 상기 제2 공간 그룹에 재사용되고,
   상기 제1 공간 그룹과 제2 공간 그룹에 속한 노드들은 동일한 프리앰블 집합을 이용하여 상기 셀의 기지국에 대해 임의 접속을 수행하고,
   상기 최소 이격 거리는,
   상기 제1 공간 그룹에서 무선 전파의 지연 확산으로 인한 신호와 상기 제2 공간 그룹에서 무선 전파의 지연 확산으로 인한 신호 간의 간섭을 피하기 위한 제1 공간 그룹과 제2 공간 그룹 간의 최소한의 이격 거리인 기지국.
10. 노드에 있어서,
    상기 노드가 속한 제1 공간 그룹에 대한 공간 그룹 정보를 기지국으로부터 수신하여, 상기 노드에 대응하는 제1 공간 그룹을 식별하는 식별부;
    상기 식별된 제1 공간 그룹에 할당된 프리앰블 집합의 프리앰블을 이용하여 프리앰블 신호를 생성하는 프리앰블 신호 생성부;
    상기 생성된 프리앰블 신호를 상기 기지국에 전송하는 전송부; 및
    상기 프리앰블 신호에 대응하여 수신된 복수의 임의 접속 응답 메시지 중 상기 노드에 대응하는 시간 정렬 정보를 기초로 상기 노드의 임의 접속 응답 메시지를 검출하는 검출부
    를 포함하고,
    상기 제1 공간 그룹에 할당된 프리앰블 집합은, 최소 이격 거리 이상 떨어진 제2 공간 그룹에 동일하게 할당됨으로써 재사용되고,
    상기 최소 이격 거리는,
    상기 제1 공간 그룹에서 무선 전파의 지연 확산으로 인한 신호와 상기 제2 공간 그룹에서 무선 전파의 지연 확산으로 인한 신호 간의 간섭을 피하기 위한 제1 공간 그룹과 제2 공간 그룹 간의 최소한의 이격 거리인 노드.

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