KR101821939B1

KR101821939B1 - 무선 시스템에 대한 매체 액세스 제어

Info

Publication number: KR101821939B1
Application number: KR1020177006897A
Authority: KR
Inventors: 모-한 퐁; 항 장; 로버트 노박
Original assignee: 애플 인크.
Priority date: 2009-07-06
Filing date: 2010-07-06
Publication date: 2018-01-25
Also published as: CN102625998A; CN105376868B; RU2546611C2; EP2452531A4; JP5930963B2; KR101717674B1; CA2773961A1; EP2452531A2; CN105376868A; JP2016123125A; KR20170031801A; BR112012000354B1; WO2011003195A2; WO2011003195A3; BR112012000354A2; CA2773961C; KR20140031073A; RU2012103924A; JP2013502092A; CN102625998B

Abstract

이동 통신 네트워크에서 이동국(MS)에 의해 실행되는 방법으로서, 이 방법은 MS를 수반하는 레인징 동작(ranging operation) 동안 네트워크로부터 제1 MS 식별자를 수신하는 단계, 제1 MS 식별자를 사용하여, 상기 레인징 동작 동안 네트워크로부터 수신된 적어도 하나의 메시지의 내용을 추출하는 단계, 및 제1 MS 식별자와 상이한 제2 MS 식별자를 사용하여, 상기 레인징 동작이 완료된 후에 네트워크로부터 수신된 적어도 하나의 메시지의 내용을 추출하는 단계를 포함한다. 또한, 기지국에 의해 실행되는 방법으로서, 이 방법은 MS로 보내지는 제1 메시지를 출력하는 단계 - 제1 메시지는 레인징 동작 동안 MS에 의해 사용되는 제1 식별자를 포함함 -, 상기 레인징 동작이 완료되었는지를 판정하는 단계, 및 MS로 보내지는 제2 메시지를 출력하는 단계 - 제2 메시지는 네트워크와의 차후의 통신에서 MS에 의해 사용되는 제2 식별자를 포함함 - 를 포함한다.

Description

무선 시스템에 대한 매체 액세스 제어{MEDIUM ACCESS CONTROL FOR WIRELESS SYSTEMS}

<마이크로피시 부록>

이용가능하지 않음.

<발명의 분야>

본 출원은 무선 통신 기법에 관한 것이다.

초안 IEEE 802.16m 시스템 설명 문서인 IEEE 802.16m-08/003r1(2008년 4월 15일)에는 다음과 같이 기술되어 있다: "이 [802.16m] 표준은 면허 대역에서 동작하기 위한 진보된 공중 인터페이스를 제공하기 위해 IEEE 802.16 WirelessMAN-OFDMA 규격을 수정한 것이다. 이는 IMT-Advanced 차세대 모바일 네트워크의 셀룰러 계층 요구사항을 충족시킨다. 이 수정안은 레거시 WirelessMAN-OFDMA 장비에 대한 계속적인 지원을 제공한다. 이 표준의 목적은 장래의 진보된 서비스 및 응용, 예컨대 Report ITU-R M.2072에서 ITU에 의해 기술된 것을 지원하는 데 필요한 성능 향상을 제공하는 데 있다."

또한, IEEE 802.16m 시스템 요구사항 문서인 IEEE 802.16m- 07/002r4에는 다음과 같이 기술되어 있다: "모든 응용에 대해 제어 시그널링에 대한 오버헤드는 물론 베어러 데이터 전송에 관련된 오버헤드를 비롯한 오버헤드가, 전체 성능을 떨어뜨리는 일 없이 시스템 특징의 적절한 지원을 보장하면서 실행가능한 한 감소될 것이다."

제1 광의의 양태에 따르면, 본 발명은 이동 통신 네트워크에서 이동국에 의해 실행되는 방법을 제공하기 위한 것으로서, 이 방법은 이동국을 수반하는 레인징 동작(ranging operation) 동안 네트워크로부터 제1 이동국 식별자를 수신하는 단계, 제1 이동국 식별자를 사용하여, 상기 레인징 동작 동안 네트워크로부터 수신된 적어도 하나의 메시지의 내용을 추출하는 단계, 및 제1 이동국 식별자와 상이한 제2 이동국 식별자를 사용하여, 상기 레인징 동작이 완료된 후에 네트워크로부터 수신된 적어도 하나의 메시지의 내용을 추출하는 단계를 포함한다.

제2 광의의 양태에 따르면, 본 발명은 이동국을 제공하기 위한 것으로서, 이 이동국은 네트워크로부터 메시지를 수신하도록 구성된 수신 회로 - 메시지 중 적어도 하나가 레인징 동작 동안 수신되고 제1 이동국 식별자를 포함함 -, 및 처리 엔티티를 포함하고, 이 처리 엔티티는 제1 이동국 식별자에 기초하여 상기 레인징 동작 동안 네트워크로부터 수신된 적어도 하나의 메시지의 내용을 추출하고, 제1 이동국 식별자와 상이한 제2 이동국 식별자에 기초하여 상기 레인징 동작이 완료된 후에 네트워크로부터 수신된 적어도 하나의 메시지의 내용을 추출하도록 구성되어 있다.

제3 광의의 양태에 따르면, 본 발명은 이동국 내의 컴퓨팅 엔티티에 의해 실행될 때, 이동국으로 하여금 제1 이동국 식별자를 사용하는 것에 기초하여 레인징 동작 동안 네트워크로부터 수신된 적어도 하나의 메시지의 내용을 추출하고, 제1 이동국 식별자와 상이한 제2 이동국 식별자를 사용하는 것에 기초하여 상기 레인징 동작이 완료된 후에 네트워크로부터 수신된 적어도 하나의 메시지의 내용을 추출하게 하는 컴퓨터 판독가능 명령어를 포함하는 컴퓨터 판독가능 저장 매체를 제공하기 위한 것이다.

제4 광의의 양태에 따르면, 본 발명은 이동국을 제공하기 위한 것으로서, 이 이동국은 네트워크로부터 메시지를 수신하는 수단 - 메시지 중 적어도 하나가 레인징 동작 동안 수신되고 제1 이동국 식별자를 포함함 -, 제1 이동국 식별자에 기초하여 상기 레인징 동작 동안 네트워크로부터 수신된 적어도 하나의 메시지의 내용을 추출하는 수단, 및 제1 이동국 식별자와 상이한 제2 이동국 식별자에 기초하여 상기 레인징 동작이 완료된 후에 네트워크로부터 수신된 적어도 하나의 메시지의 내용을 추출하는 수단을 포함한다.

제5 광의의 양태에 따르면, 본 발명은 이동 통신 네트워크에서 기지국에 의해 실행되는 방법을 제공하기 위한 것으로서, 이 방법은 이동국으로 보내지는 제1 메시지를 출력하는 단계 - 제1 메시지는 레인징 동작 동안 이동국에 의해 사용되는 제1 이동국 식별자를 포함함 -, 상기 레인징 동작이 완료되었는지를 판정하는 단계, 및 이동국으로 보내지는 제2 메시지를 출력하는 단계 - 제2 메시지는 네트워크와의 차후의 통신에서 이동국에 의해 사용되는 제2 이동국 식별자를 포함함 - 를 포함한다.

제6 광의의 양태에 따르면, 본 발명은 기지국을 제공하기 위한 것으로서, 이 기지국은 이동국으로 보내지는 메시지를 출력하도록 구성된 송신 회로, 및 처리 엔티티를 포함하고, 이 처리 엔티티는 이동국을 수반하는 레인징 동작이 완료될 때를 판정하고 레인징 동작 동안 전송되는 메시지들 중 제1 메시지에 상기 레인징 동작 동안 이동국에 의해 사용되는 제1 이동국 식별자를 삽입하며, 메시지들 중 제2 메시지에 상기 레인징 동작이 완료된 후에 이동국에 의해 사용되는 제2 이동국 식별자를 삽입하도록 구성되어 있다.

제7 광의의 양태에 따르면, 본 발명은 기지국 내의 컴퓨팅 엔티티에 의해 실행될 때, 기지국으로 하여금 레인징 동작에 수반되는 이동국으로 보내지는 제1 메시지에 상기 레인징 동작 동안 이동국에 의해 사용되는 제1 이동국 식별자를 삽입하고, 이동국으로 보내지는 제2 메시지에 상기 레인징 동작이 완료된 후에 이동국에 의해 사용되는 제2 이동국 식별자를 삽입하게 하는 컴퓨터 판독가능 명령어를 포함하는 컴퓨터 판독가능 저장 매체를 제공하기 위한 것이다.

제8 광의의 양태에 따르면, 본 발명은 기지국을 제공하기 위한 것으로서, 이 기지국은 이동국으로 보내지는 메시지를 출력하는 수단, 이동국을 수반하는 레인징 동작이 완료될 때를 판정하는 수단, 레인징 동작 동안 전송되는 메시지들 중 제1 메시지에 상기 레인징 동작 동안 이동국에 의해 사용되는 제1 이동국 식별자를 삽입하는 수단, 및 메시지들 중 제2 메시지에 상기 레인징 동작이 완료된 후에 이동국에 의해 사용되는 제2 이동국 식별자를 삽입하는 수단을 포함한다.

제9 광의의 양태에 따르면, 본 발명은 데이터 전송 방법을 제공하기 위한 것으로서, 이 방법은 수신자와 설정된 서비스 흐름과 연관되어 있고 수신자로 전송될 일정량의 데이터를 획득하기 위해 메모리에 액세스하는 단계, 서비스 흐름을 특징지우는 제어 정보를 획득하기 위해 메모리에 액세스하는 단계, 데이터의 적어도 일부를 데이터그램의 페이로드 내에 배치하고, 서비스 흐름을 특징지우는 제어 정보를 데이터그램의 헤더에 배치함으로써 데이터그램을 작성하는 단계 - 서비스 흐름을 특징지우는 제어 정보는 헤더의 16 비트 미만을 차지함 -, 및 데이터그램으로 무선 주파수 신호를 변조하고 무선 주파수 신호를 무선 매체를 통해 방출하는 단계를 포함한다.

첨부 도면 및 부록과 관련하여 개시 내용의 구체적인 실시예에 대한 이하의 설명을 살펴보면, 본 출원의 기타 양태 및 특징이 당업자에게 명백하게 될 것이다.

이제부터, 본 출원의 실시예가, 단지 예로서, 첨부 도면을 참조하여 기술될 것이며, 상이한 도면에서 유사한 참조 번호가 유사한 구성요소를 나타내는 데 사용된다.
도 1은 셀룰러 통신 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 출원의 일부 실시예를 구현하는 데 사용될 수 있는 예시적인 기지국의 블록도이다.
도 3은 본 출원의 일부 실시예를 구현하는 데 사용될 수 있는 예시적인 무선 단말의 블록도이다.
도 4는 본 출원의 일부 실시예를 구현하는 데 사용될 수 있는 예시적인 중계국의 블록도이다.
도 5는 본 출원의 일부 실시예를 구현하는 데 사용될 수 있는 예시적인 OFDM 송신기 아키텍처의 논리적 분석의 블록도이다.
도 6은 본 출원의 일부 실시예를 구현하는 데 사용될 수 있는 예시적인 OFDM 수신기 아키텍처의 논리적 분석의 블록도이다.
도 7은 전체적인 네트워크 아키텍처의 예인 IEEE 802.16m-08/003r1의 그림 1을 나타낸 도면이다.
도 8은 전체적인 네트워크 아키텍처에서의 중계국인 IEEE 802.16m-08/003r1의 그림 2를 나타낸 도면이다.
도 9는 시스템 참조 모델인 IEEE 802.16m-08/003r1의 그림 3을 나타낸 도면이다.
도 10은 IEEE 802.16m 프로토콜 구조인 IEEE 802.16m-08/003r1의 그림 4를 나타낸 도면이다.
도 11은 IEEE 802.16m MS/BS 데이터 평면 처리 흐름인 IEEE 802.16m-08/003r1의 그림 5를 나타낸 도면이다.
도 12는 IEEE 802.16m MS/BS 제어 평면 처리 흐름인 IEEE 802.16m-08/003r1의 그림 6을 나타낸 도면이다.
도 13은 다중 반송파 시스템을 지원하는 일반 프로토콜 아키텍처인 IEEE 802.16m-08/003r1의 그림 7을 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 특정의 비제한적인 실시예에 따른, 초기 네트워크 진입의 경우에 기지국 및 기지국과의 레인징 동작에 수반된 이동국 사이의 메시지 흐름을 나타낸 흐름도이다.
도 15는 MAC PDU(medium access control protocol data unit)의 헤더를 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 16은 도 14의 흐름도의 한 변형을 나타낸 도면이다.
도 17은 도 14의 흐름도의 다른 변형을 나타낸 도면이다.
도 18은 본 발명의 특정의 비제한적인 실시예에 따른, 이동국이 유휴 상태로부터 네트워크에 재진입하는 경우에 기지국 및 기지국과의 레인징 동작에 수반된 이동국 사이의 메시지 흐름을 나타낸 흐름도이다.
도 19는 본 발명의 특정의 비제한적인 실시예에 따른, 위치 업데이트의 경우에 기지국 및 기지국과의 레인징 동작에 수반된 이동국 사이의 메시지 흐름을 나타낸 흐름도이다.
도 20은 초기화 상태, 액세스 상태, 연결됨 상태 및 유휴 상태를 비롯한 다수의 가능한 상태를 나타낸 이동국의 상태도이다.
도 21은 이동국이 초기화 상태로 어떻게 천이해 들어가고 나오는지를 더 상세히 나타낸 도면이다.
도 22는 이동국이 액세스 상태로 어떻게 천이해 들어가고 나오는지를 더 상세히 나타낸 도면이다.
도 23은 이동국이 연결됨 상태로 어떻게 천이해 들어가고 나오는지를 더 상세히 나타낸 도면이다.
도 24는 이동국이 유휴 상태로 어떻게 천이해 들어가고 나오는지를 더 상세히 나타낸 도면이다.
이 설명 및 도면이 단지 본 발명의 특정 실시예를 설명하기 위한 것에 불과하고 이해를 돕기 위한 것임을 명백히 알 것이다. 이들은 본 발명의 범위를 한정하기 위한 것이 아니다.

본 개시 내용에서, IEEE 802.16 및 IEEE 802.16m를 참조한다. 이하에서, "IEEE 802.16"이라는 용어는 IEEE 표준 802.16- 2004 및 -2009를 포함하지만, 이들로 제한되지 않는 IEEE 표준 802.16-의 버전을 포괄하기 위한 것이지만, "IEEE 802.16m"이라는 용어는 802.16m-08/003r3, /003r1 및 /003r9a를 포함하지만, 이들로 제한되지 않는 IEEE 802.16m-08의 버전을 포괄하기 위한 것이다. 참조 문헌으로서 본 명세서에 포함된 이상의 문서들 모두는 미국 10016-5997 뉴욕주 뉴욕 파크 애비뉴 3 소재의 IEEE로부터 입수가능하며, 본 발명의 특정 실시예가 응용될 수 있는 상황에 관한 부가의 배경 정보를 얻기 위해 참조될 수 있다.

도면을 참조하면, 도 1은 대응하는 BS(base station, 기지국)(14)에 의해 서비스되는 다수의 셀(12) 내에서의 무선 통신을 제어하는 BSC(base station controller, 기지국 제어기)(10)를 나타낸 것이다. 일부 구성에서, 각각의 셀은 다수의 섹터(13) 또는 구역(도시 생략)으로 추가로 분할된다. 일반적으로, 각각의 BS(14)는 대응하는 BS(14)와 연관된 셀(12) 내에 있는 이동국(MS)(16)과의 통신을 용이하게 한다. MS(16)는 대안으로서 이동 단말, 무선국, 무선 단말, 가입자국, 가입자 단말 등이라고 할 수 있다.

MS(16)가 BS(14)와 관련하여 이동하면 채널 조건에 상당한 변동이 생긴다. 예시된 바와 같이, BS(14) 및 MS(16)는 통신에 공간 다이버시티를 제공하기 위해 다수의 안테나를 포함할 수 있다. 일부 구성에서, 중계기[또는 중계국(RS)](15)은 BS(14)와 MS(16) 사이의 통신을 지원할 수 있다. MS(16)는 임의의 셀(12), 섹터(13), 구역(도시 생략), BS(14) 또는 RS(15)로부터 다른 셀(12), 섹터(13), 구역(도시 생략), BS(14) 또는 RS(15)로 핸드오프(18)될 수 있다. 일부 구성에서, BS(14)는 백홀 네트워크(backhaul network)(11)를 통해 서로 그리고 다른 네트워크(예컨대, 코어 네트워크 또는 인터넷, 둘다 도시되지 않음)와 통신한다. 일부 구성에서, BSC(10)가 필요하지 않다.

도 2를 참조하면, BS(14)의 예가 도시되어 있다. BS(14)는 일반적으로 제어 시스템(20), 기저대역 프로세서(22), 송신 회로(24), 수신 회로(26), 다수의 안테나(28), 및 네트워크 인터페이스(30)를 포함한다. 수신 회로(26)는 MS(16)(도 3에 도시됨) 및 RS(15)(도 4에 도시됨)에 의해 제공되는 하나 이상의 원격 송신기로부터 정보를 갖는 무선 주파수 신호를 수신한다. 저잡음 증폭기 및 필터(도시 생략)가 협동하여, 처리를 위해 신호로부터 광대역 간섭을 증폭하여 제거할 수 있다. 하향 변환 및 디지털화 회로(도시 생략)는 이어서 필터링된 수신 신호를 중간 또는 기저대역 주파수 신호로 하향 변환하고, 이 신호는 이어서 하나 이상의 디지털 스트림으로 디지털화된다.

기저대역 프로세서(22)는 디지털화된 수신 신호를 처리하여, 수신 신호 내의 전달되는 정보 또는 데이터 비트를 추출한다. 이 처리는 통상적으로 복조, 디코딩, 및 오류 정정 동작을 포함한다. 그에 따라, 기저대역 프로세서(22)는 일반적으로 하나 이상의 디지털 신호 처리기(DSP) 또는 ASIC(application-specific integrated circuit)에 구현된다. 수신된 정보는 이어서 네트워크 인터페이스(30)를 통해 무선 네트워크를 거쳐 송신되거나 BS(14)에 의해 서비스되는 다른 MS(16)로 직접 또는 RS(15)의 도움을 받아 전송된다.

송신측에서, 기저대역 프로세서(22)는 음성, 데이터 또는 제어 정보를 나타낼 수 있는 디지털화된 데이터를 제어 시스템(20)의 제어 하에서 네트워크 인터페이스(30)로부터 수신하고, 전송을 위해 데이터를 인코딩한다. 인코딩된 데이터는 송신 회로(24)로 출력되고, 송신 회로에서 원하는 송신 주파수 또는 주파수들을 갖는 하나 이상의 반송파 신호에 의해 변조된다. 전력 증폭기(도시 생략)는 변조된 반송파 신호를 전송에 적절한 레벨로 증폭하고 정합 회로망(도시 생략)을 통해 변조된 반송파 신호를 안테나(28)로 전달할 것이다. 변조 및 처리 상세에 대해서는 이하에서 더 상세히 기술한다.

도 3을 참조하면, MS(16)의 예가 도시되어 있다. BS(14)와 유사하게, MS(16)는 제어 시스템(32), 기저대역 프로세서(34), 송신 회로(36), 수신 회로(38), 다수의 안테나(40), 및 사용자 인터페이스 회로(42)를 포함할 것이다. 수신 회로(38)는 하나 이상의 BS(14) 및 RS(15)로부터 정보를 갖는 무선 주파수 신호를 수신한다. 저잡음 증폭기 및 필터(도시 생략)가 협동하여, 처리를 위해 신호로부터 광대역 간섭을 증폭하여 제거할 수 있다. 하향 변환 및 디지털화 회로(도시 생략)는 이어서 필터링된 수신 신호를 중간 또는 기저대역 주파수 신호로 하향 변환하고, 이 신호는 이어서 하나 이상의 디지털 스트림으로 디지털화된다.

기저대역 프로세서(34)는 디지털화된 수신 신호를 처리하여, 수신 신호 내의 전달되는 정보 또는 데이터 비트를 추출한다. 이 처리는 통상적으로 복조, 디코딩, 및 오류 정정 동작을 포함한다. 기저대역 프로세서(34)는 일반적으로 하나 이상의 디지털 신호 처리기(DSP) 또는 ASIC(application-specific integrated circuit)에 구현된다.

전송의 경우, 기저대역 프로세서(34)는 제어 시스템(32)으로부터 음성, 비디오, 데이터 또는 제어 정보를 나타낼 수 있는 디지털화된 데이터를 수신하고, 전송을 위해 인코딩한다. 인코딩된 데이터는 송신 회로(36)로 출력되고, 송신 회로에서 원하는 송신 주파수 또는 주파수들에 있는 하나 이상의 반송파 신호를 변조하기 위해 변조기에 의해 사용된다. 전력 증폭기(도시 생략)는 변조된 반송파 신호를 전송에 적절한 레벨로 증폭하고 정합 회로망(도시 생략)을 통해 변조된 반송파 신호를 안테나(40)로 전달할 것이다. 이동 단말과 기지국 간에 직접 또는 중계국을 통해 신호를 전송하는 데 당업자가 이용할 수 있는 다양한 변조 및 처리 기술이 사용된다.

OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 변조에서, 전송 대역은 다수의 직교 반송파로 분할된다. 각각의 반송파는 전송될 디지털 데이터에 따라 변조된다. OFDM이 전송 대역을 다수의 반송파로 분할하기 때문에, 반송파당 대역폭이 감소되고 반송파당 변조 시간이 증가된다. 다수의 반송파가 병렬로 전송되기 때문에, 임의의 주어진 반송파에서의 디지털 데이터 또는 심볼에 대한 전송 속도는 하나의 반송파가 사용될 때보다 낮다.

OFDM 변조는 전송될 정보에 대해 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)를 수행하는 것을 이용한다. 복조의 경우, 수신 신호에 대해 FFT(Fast Fourier Transform)를 수행하면 전송된 정보가 복원된다. 실제로는, IFFT 및 FFT가, 각각, IDFT(Inverse Discrete Fourier Transform) 및 DFT(Discrete Fourier Transform)를 수행하는 디지털 신호 처리에 의해 제공된다. 따라서, OFDM 변조를 특징지우는 특징은 전송 채널 내의 다수의 대역에 대해 직교 반송파가 발생된다는 것이다. 변조된 신호는 비교적 낮은 전송 속도를 갖고 그 각자의 대역 내에 들어갈 수 있는 디지털 신호이다. 개개의 반송파가 디지털 신호에 의해 직접 변조되지 않는다. 그 대신에, 모든 반송파가 IFFT 처리에 의해 한꺼번에 변조된다.

OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)는 OFDM 디지털 변조 방식의 다중-사용자 버전이다. OFDMA에서 개개의 사용자에 부반송파의 부분집합을 할당함으로써 다중 접속이 달성된다. 이것은 몇명의 사용자로부터 동시적인 저속 데이터 전송을 가능하게 한다. OFDM과 같이, OFDMA도 다수의 가까운 간격으로 있는 부반송파를 이용하지만, 부반송파가 부반송파의 그룹으로 나누어져 있다. 각각의 그룹은 서브채널이라고 한다. 서브채널을 형성하는 부반송파가 인접할 필요는 없다. 하향링크에서, 서브채널은 상이한 수신기를 위한 것일 수 있다. 상향링크에서, 송신기는 하나 이상의 서브채널을 할당받을 수 있다. 서브채널화는 채널 조건 및 데이터 요구사항에 따라 MS에 할당될 수 있는 서브채널을 정의한다. 서브채널화를 사용하여, 동일한 시간 슬롯 내에서, BS는 낮은 SNR(Signal-to-Noise Ratio)로 사용자 장치(MS)에 더 많은 전송 전력을 할당하고 높은 SNR로 사용자 장치에 더 적은 전력을 할당할 수 있다. 서브채널화는 또한 BS가 실내 MS에 할당된 서브채널에 더 많은 전력을 할당할 수 있게 하며, 그 결과 더 나은 빌딩내 서비스 범위가 얻어진다. 상향링크에서의 서브채널화는 사용자 장치 전송 전력을 절감할 수 있는데, 그 이유는 전력을 그에 할당된 특정의 서브채널(들)에만 집중할 수 있기 때문이다. 이 전력 절감 특징은 배터리-전원 사용자 장치에 특히 유용하다.

동작을 설명하면, OFDM은 적어도 BS(14)로부터 MS(16)로의 하향링크(DL) 전송에 사용될 수 있다. 각각의 BS(14)는 "n"개의 송신 안테나(28)(n >=1)를 구비하고 있으며, 각각의 MS(16)는 "m"개의 수신 안테나(40)(m>=1)를 구비하고 있다. 주목할 점은, 각자의 안테나가 적절한 듀플렉서 또는 스위치를 사용하여 수신 및 전송을 위해 사용될 수 있고 명확함을 위해서만 그렇게 표시되어 있다는 것이다. [RS(15)가 사용될 때, OFDM은 BS(14)로부터 RS(15)로의 그리고 RS(15)로부터 MS(16)로의 하향링크 전송에 사용될 수 있다.]

상향링크 방향에서, MS(16)는 OFDMA 디지털 변조 방식을 사용할 수 있다. [RS(15)가 사용될 때, OFDMA는 BS(14)로부터 RS(15)로의 그리고 RS(15)로부터 MS(16)로의 상향링크 전송에 사용될 수 있다.] 하향링크에서의 OFDM의 선택 및 상향링크에서의 OFDMA의 선택이 결코 제한하는 것이 아니고, 다른 변조 방식이 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.

도 4를 참조하면, RS(15)의 예가 도시되어 있다. BS(14) 및 MS(16)와 유사하게, RS(15)는 제어 시스템(132), 기저대역 프로세서(134), 송신 회로(136), 수신 회로(138), 다수의 안테나(130), 및 중계 회로(142)를 포함할 것이다. 중계 회로(142)는 RS(15)가 BS(14)와 MS(16) 사이의 통신을 지원할 수 있게 한다. 수신 회로(138)는 하나 이상의 BS(14) 및 MS(16)로부터 정보를 갖는 무선 주파수 신호를 수신한다. 저잡음 증폭기 및 필터(도시 생략)가 협동하여, 처리를 위해 신호로부터 광대역 간섭을 증폭하여 제거할 수 있다. 하향 변환 및 디지털화 회로(도시 생략)는 이어서 필터링된 수신 신호를 중간 또는 기저대역 주파수 신호로 하향 변환하고, 이 신호는 이어서 하나 이상의 디지털 스트림으로 디지털화된다.

기저대역 프로세서(134)는 디지털화된 수신 신호를 처리하여, 수신 신호 내의 전달되는 정보 또는 데이터 비트를 추출한다. 이 처리는 통상적으로 복조, 디코딩, 및 오류 정정 동작을 포함한다. 기저대역 프로세서(134)는 일반적으로 하나 이상의 디지털 신호 처리기(DSP) 또는 ASIC(application-specific integrated circuit)에 구현된다.

전송의 경우, 기저대역 프로세서(134)는 제어 시스템(132)으로부터 음성, 비디오, 데이터 또는 제어 정보를 나타낼 수 있는 디지털화된 데이터를 수신하고, 전송을 위해 인코딩한다. 인코딩된 데이터는 송신 회로(136)로 출력되고, 송신 회로에서 원하는 송신 주파수 또는 주파수들에 있는 하나 이상의 반송파 신호를 변조하기 위해 변조기에 의해 사용된다. 전력 증폭기(도시 생략)는 변조된 반송파 신호를 전송에 적절한 레벨로 증폭하고 정합 회로망(도시 생략)을 통해 변조된 반송파 신호를 안테나(130)로 전달할 것이다. 상기한 바와 같이, 이동 단말과 기지국 간에 직접적으로 또는 중계국을 통해 간접적으로 신호를 전송하는 데 당업자가 이용할 수 있는 다양한 변조 및 처리 기술이 사용된다.

도 5를 참조하여, 논리적 OFDM 전송 아키텍처에 대해 기술할 것이다. 먼저, BSC(10)는 다양한 MS(16)로 전송될 데이터를 BS(14)로 직접 또는 RS(15)의 도움을 받아 송신할 것이다. BS(14)는 이동 단말과 연관된 CQI(channel quality indicator)를 사용하여 전송을 위한 데이터를 스케줄링하는 것은 물론 스케줄링된 데이터를 전송하기에 적절한 코딩 및 변조를 선택할 수 있다. CQI는 MS(16)로부터 직접 온 것이거나, MS(16)에 의해 제공된 정보에 기초하여 BS(14)에서 결정될 수 있다. 어느 경우라도, 각각의 MS(16)에 대한 CQI는 OFDM 주파수 대역에 걸쳐 채널 진폭(또는 응답)이 변하는 정도의 함수이다.

비트 스트림인 스케줄링 데이터(44)는 데이터 스크램블링 로직(46)을 사용하여 데이터와 연관된 피크 대 평균 전력비(peak-to-average power ratio)를 감소시키는 방식으로 스크램블된다. 스크램블된 데이터에 대한 CRC(cyclic redundancy check)가 결정되고 CRC 추가 로직(48)을 사용하여 스크램블된 데이터에 첨부된다. 그 다음에, 데이터에 효과적으로 중복성을 부가하여 MS(16)에서의 복원 및 오류 정정을 용이하게 하기 위해 채널 인코더 로직(50)을 사용하여 채널 코딩이 수행된다. 다시, 특정의 MS(16)에 대한 채널 코딩은 CQI에 기초한다. 일부 구현예에서, 채널 인코더 로직(50)은 기지의 터보 인코딩 기법을 사용한다. 인코딩된 데이터는 이어서 인코딩과 연관된 데이터 확장을 보상하기 위해 레이트 매칭 로직(rate matching logic)(52)에 의해 처리된다.

비트 인터리버 로직(54)은 연속적인 데이터 비트의 손실을 최소화하기 위해 인코딩된 데이터 내의 비트를 체계적으로 재정렬한다. 얻어진 데이터 비트는, 매핑 로직(56)에 의해, 선택된 기저대역 변조에 따라 체계적으로 대응하는 심볼에 매핑된다. 예로서, QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 또는 QPSK(Quadrature Phase Shift Key) 변조가 사용될 수 있다. 변조도가 특정의 이동 단말에 대한 CQI에 기초하여 선택될 수 있다. 심볼 인터리버 로직(58)을 사용하여 주파수 선택적 페이딩에 의해 야기되는 주기적인 데이터 손실에 대한 전송된 신호의 면역성을 추가적으로 보강하기 위해 심볼이 체계적으로 재정렬될 수 있다.

이 시점에서, 비트 그룹이 진폭 및 위상 성상(constellation)에서의 위치를 나타내는 심볼에 매핑되었다. 공간 다이버시티가 요망될 때, 전송된 신호를 간섭에 더 내성을 갖고 MS(16)에서 더 쉽게 디코딩되도록 만드는 방식으로 심볼을 수정하는 STC(space-time block code) 인코더 로직(60)에 의해 심볼 블록이 그 후에 처리된다. STC 인코더 로직(60)은 들어오는 심볼을 처리하고 BS(14)의 송신 안테나(28)의 수에 대응하는 "n"개의 출력을 제공할 것이다. 도 5와 관련하여 상기한 바와 같은 제어 시스템(20) 및/또는 기저대역 프로세서(22)는 STC 인코딩을 제어하는 매핑 제어 신호를 제공할 것이다. 이 시점에서, "n"개의 출력에 대한 심볼이 전송될 데이터를 나타내고 MS(16)에 의해 복원될 수 있는 것으로 가정한다.

이 예에서, BS(14)가 2개의 안테나(28)(n=2)를 갖고 STC 인코더 로직(60)이 2개의 출력 심볼 스트림을 제공하는 것으로 가정한다. 따라서, STC 인코더 로직(60)에 의해 출력되는 각각의 심볼 스트림은 이해의 편의상 개별적으로 나타내어져 있는 대응하는 IFFT 프로세서(62)로 보내진다. 당업자라면 하나 이상의 프로세서가 단독으로 또는 본 명세서에 기술된 다른 처리와 함께 이러한 디지털 신호 처리를 제공하는 데 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 예에서, IFFT 프로세서(62)는 역푸리에 변환을 제공하도록 각자의 심볼에 대해 동작한다. IFFT 프로세서(62)의 출력은 시간 영역에서의 심볼을 제공한다. 시간 영역 심볼은 프리픽스별 삽입(prefix by prefix insertion) 로직(64)과 연관되어 있는 프레임으로 그룹화된다. 각각의 얻어진 신호는 대응하는 디지털 상향-변환(DUC, digital up-conversion) 및 디지털-아날로그(DA, digital-to-analog) 변환 회로(66)를 통해 디지털 영역에서 중간 주파수로 상향-변환되고 아날로그 신호로 변환된다. 얻어진 (아날로그) 신호는 이어서 RF 회로(68) 및 안테나(28)를 통해 동시에 원하는 RF 주파수로 변조되고, 증폭되며, 전송된다. 주목할 점은, 의도된 MS(16)가 알고 있는 파일럿 신호가 부반송파들 간에 분산되어 있다는 것이다. 이하에서 상세히 기술되는 MS(16)는 채널 추정을 위해 파일럿 신호를 사용할 수 있다.

이제부터 도 6을 참조하여 MS(16)가 전송된 신호를 BS(14)로부터 직접 또는 RS(15)의 도움을 받아 수신하는 것에 대해 설명한다. 전송된 신호가 MS(16)의 각각의 안테나(40)에 도착할 때, 각자의 신호가 대응하는 RF 회로(70)에 의해 복조되고 증폭된다. 간결함과 명확함을 위해, 2개의 수신 경로 중 하나만이 상세히 기술되고 예시된다. 아날로그-디지털(A/D) 변환기 및 하향-변환 회로(72)는 디지털 처리를 위해 아날로그 신호를 디지털화하고 하향 변환한다. 얻어진 디지털화된 신호는 수신 신호 레벨에 기초하여 RF 회로(70) 내의 증폭기의 이득을 제어하기 위해 자동 이득 제어 회로(AGC)(74)에 의해 사용될 수 있다.

먼저, 디지털화된 신호가 동기화 로직(76)에 제공되고, 동기화 로직(76)은 몇개의 OFDM 심볼을 버퍼링하고 2개의 연속적인 OFDM 심볼 간의 자기-상관을 계산하는 개략 동기화 로직(78)을 포함한다. 상관 결과의 최대값에 대응하는 얻어진 시간 인덱스는 미세 동기화 검색 창(fine synchronization search window)을 결정하고, 이 검색 창은 헤더에 기초하여 정밀한 프레이밍 시작 위치를 결정하기 위해 미세 동기화 로직(80)에 의해 사용된다. 미세 동기화 로직(80)의 출력은 프레임 정렬 로직(84)에 의한 프레임 획득을 용이하게 한다. 차후의 FFT 처리가 시간 영역으로부터 주파수 영역으로의 정확한 변환을 제공하도록 적절한 프레이밍 정렬이 중요하다. 미세 동기화 알고리즘은 헤더에 의해 전달되는 수신된 파일럿 신호와 기지의 파일럿 데이터의 로컬 사본 간의 상관에 기초한다. 프레임 정렬 획득이 행해지면, OFDM 심볼의 프리픽스가 프리픽스 제거 로직(86)에 의해 제거되고, 얻어진 샘플이 송신기 및 수신기에서의 정합되지 않은 국부 발진기에 의해 야기되는 시스템 주파수 오프셋을 보상하는 주파수 오프셋 정정 로직(88)으로 보내진다. 동기화 로직(76)은, 헤더에 기초하여 전송된 신호에 대한 이러한 효과를 추정하고 그 추정을 정정 로직(88)에 제공하여 OFDM 심볼을 적절히 처리하는 데 도움을 주는 주파수 오프셋 및 클록 추정 로직(82)을 포함할 수 있다.

이 시점에서, 시간 영역에서의 OFDM 심볼은 FFT 처리 로직(90)을 사용하여 주파수 영역으로 변환될 준비가 된다. 그 결과 주파수 영역 심볼이 얻어지며, 이 주파수 영역 심볼이 처리 로직(92)으로 보내진다. 처리 로직(92)은 분산 파일럿 추출 로직(94)을 사용하여 분산된 파일럿 신호를 추출하고, 채널 추정 로직(96)을 사용하여 추출된 파일럿 신호에 기초하여 채널 추정치를 결정하며, 채널 재구성 로직(98)을 사용하여 모든 부반송파에 대한 채널 응답을 제공한다. 각각의 부반송파에 대한 채널 응답을 결정하기 위해, 파일럿 신호는 기본적으로 시간 및 주파수 둘다에서 기지의 패턴으로 OFDM 부반송파들에 걸쳐 데이터 심볼들 간에 분산되는 다수의 파일럿 심볼이다. 계속하여 도 6에서, 처리 로직은 수신된 파일럿 심볼을 특정의 때에 특정의 부반송파에서 예상되는 파일럿 심볼과 비교하여, 파일럿 심볼이 전송되었던 부반송파에 대한 채널 응답을 결정한다. 파일럿 심볼이 제공되지 않은 나머지 부반송파의 전부는 아니지만 그 대부분에 대한 채널 응답을 추정하기 위해 이 결과가 보간된다. 실제의 보간된 채널 응답이 OFDM 채널 내의 부반송파의 전부는 아니지만 그 대부분에 대한 채널 응답을 포함하는 전체 채널 응답을 추정하는 데 사용된다.

각각의 수신 경로에 대한 채널 응답으로부터 도출되는 주파수 영역 심볼 및 채널 재구성 정보는 양 수신 경로에 대한 STC 디코딩을 제공하여 전송된 심볼을 복원하는 STC 디코더(100)에 제공된다. 채널 재구성 정보는 각자의 주파수 영역 심볼을 처리할 때 전송 채널의 효과를 제거하기에 충분한 등화 정보를 STC 디코더(100)에 제공한다.

복원된 심볼은 송신기의 심볼 인터리버 로직(58)에 대응하는 심볼 디인터리버 로직(102)을 사용하여 순서대로 다시 배치된다. 디인터리빙된 심볼은 이어서 디매핑 로직(104)을 사용하여 대응하는 비트스트림으로 복조되거나 디매핑된다. 비트는 이어서 송신기 아키텍처의 비트 인터리버 로직(54)에 대응하는 비트 디인터리버 로직(106)을 사용하여 디인터리빙된다. 디인터리빙된 비트는 이어서 레이트 디매칭 로직(rate de-matching logic)(108)에 의해 처리되고, 초기 스크램블된 데이터 및 CRC 체크섬을 복원하기 위해 채널 디코더 로직(110)에 제공된다. 따라서, CRC 로직(112)은 CRC 체크섬을 제거하고, 종래의 방식으로 스크램블된 데이터를 검사하며, 이를 디스크램블링 로직(114)에 제공하여 기지의 기지국 디스크램블링 코드를 사용하여 원래 전송된 데이터(116)를 복원한다.

데이터(116)를 복원하는 것과 병렬로, CQI 또는 적어도 BS(14)에서 CQI를 생성하기에 충분한 정보가 결정되고 BS(14)로 전송된다. 상기한 바와 같이, CQI는 반송파대 간섭비(carrier-to-interference ratio, CR)는 물론, OFDM 주파수 대역에서의 다양한 부반송파에 걸쳐 채널 응답이 변하는 정도의 함수일 수 있다. 이 실시예에서, 정보를 전송하는 데 사용되는 OFDM 주파수 대역에서의 각각의 부반송파에 대한 채널 이득이 서로에 대해 비교되어, OFDM 주파수 대역에 걸쳐 채널 이득이 변하는 정도를 결정한다. 변동의 정도를 측정하는 데 다수의 기법이 이용가능하지만, 하나의 기법은 데이터를 전송하는 데 사용되는 OFDM 주파수 대역에 걸쳐 각각의 부반송파에 대한 채널 이득의 표준 편차를 계산하는 것이다.

일부 실시예에서, 중계국은 단 하나의 무선기를 사용하여 시분할 방식으로 동작할 수 있거나, 대안으로서 다수의 무선기를 포함할 수 있다.

이제 도 7을 참조하면, 본 발명의 비제한적인 실시예에 따른, 상기한 BS(14), MS(16) 및 RS(15) 사이의 무선 통신을 지원하는 네트워크의 논리적 표현인 예시적인 네트워크 참조 모델이 도시되어 있다. 네트워크 참조 모델은 기능적 엔티티 및 이들 기능적 엔티티 간에 상호운용성이 달성되는 참조점을 식별한다. 구체적으로는, 네트워크 참조 모델은 MS(16), ASN(Access Service Network) 및 CSN(Connectivity Service Network)을 포함할 수 있다.

ASN은 가입자(예컨대, IEEE 802.16e 또는 IEEE 802.16m 가입자)에게 무선 액세스를 제공하는 데 필요한 네트워크 기능의 전체 집합으로서 정의될 수 있다. ASN은 하나 이상의 BS(14) 및 하나 이상의 ASN 게이트웨이와 같은 네트워크 요소를 포함할 수 있다. ASN은 2개 이상의 CSN에 의해 공유될 수 있다. ASN은 다음과 같은 기능을 제공할 수 있다:

ㆍ 계층-1 및 계층-2와 MS(16)의 연결,

ㆍ 가입자 세션에 대한 인증, 허가 및 세션 과금을 위한 가입자의 H-NSP(Home Network Service Provider)로의 AAA 메시지의 전송,

ㆍ 네트워크 발견 및 가입자의 선호 NSP의 선택,

ㆍ 계층-3(L3)과 MS(16)의 연결을 설정하는 중계 기능(예컨대, IP 주소 할당),

ㆍ 무선 자원 관리.

상기 기능에 부가하여, 휴대 및 모바일 환경의 경우, ASN은 다음과 같은 기능을 추가로 지원할 수 있다:

ㆍ ASN 앵커 이동성(anchored mobility),

ㆍ CSN 앵커 이동성,

ㆍ 페이징,

ㆍ ASN-CSN 터널링.

그의 일부분에 대해서는, CSN은 가입자에게 IP 연결 서비스를 제공하는 네트워크 기능의 집합으로서 정의될 수 있다. CSN은 다음과 같은 기능을 제공할 수 있다:

ㆍ 사용자 세션에 대한 MS IP 주소 및 종단점 파라미터 할당,

ㆍ AAA 프록시 또는 서버,

ㆍ 사용자 가입 프로필에 기초한 정책 및 허용 제어,

ㆍ ASN-CSN 터널링 지원,

ㆍ 가입자 요금 청구 및 통신 사업자간 조정,

ㆍ 로밍을 위한 CSN간 터널링,

ㆍ ASN간 이동성.

CSN은 위치 기반 서비스, 피어-투-피어 서비스를 위한 연결, 프로비전, 허가 및/또는 IP 멀티미디어 서비스에의 연결과 같은 서비스를 제공할 수 있다. CSN은 라우터, AAA 프록시/서버, 사용자 데이터베이스, 및 연동 게이트웨이 MS와 같은 네트워크 요소를 더 포함할 수 있다. IEEE 802.16m과 관련하여, CSN은 IEEE 802.16m NSP의 일부로서 또는 기존의 IEEE 802.16e NSP의 일부로서 배포될 수 있다.

또한, RS(15)가 향상된 서비스 범위 및/또는 용량을 제공하도록 배포될 수 있다. 도 8을 참조하면, 레거시 RS를 지원할 수 있는 BS(14)는 "레거시 구역(legacy zone)"에 있는 레거시 RS와 통신한다. BS(14)는 "16m 구역"에서 레거시 프로토콜 지원을 제공할 필요가 없다. 중계 프로토콜 설계가 IEEE 802-16j의 설계에 기초할 수 있지만, "레거시 구역"에서 사용되는 IEEE 802-16j 프로토콜과 상이할 수 있다.

이제 도 9를 참조하면, MS(16) 및 BS(14) 둘다에 적용되고 MAC(Medium Access Control) 공통 부분 서브계층, 융합 서브계층(convergence sublayer), 보안 서브계층 및 물리(PHY) 계층을 비롯한 다양한 기능 블록을 포함하는 시스템 참조 모델이 도시되어 있다.

융합 서브계층은 CS SAP를 통해 수신된 외부 네트워크 데이터를 MAC SAP를 통해 MAC CPS에 의해 수신된 MAC SDU에 매핑하는 것, 외부 네트워크 SDU를 분류하는 것, 및 이들을 MAC SFID 및 CID, PHS(Payload header suppression/compression)와 연관시키는 것을 수행한다.

보안 서브계층은 허가 및 보안 키 교환 및 암호화를 수행한다.

물리 계층은 물리 계층 프로토콜 및 기능을 수행한다.

MAC 공통 부분 서브계층에 대해 이제부터 더 상세히 기술한다. 먼저, MAC(Medium Access Control)이 연결-지향(connection-oriented)이라는 것을 이해할 것이다. 즉, MS(16)에서 서비스에 매핑시키고 다양한 레벨의 QoS를 연관시키기 위해, "연결"과 관련하여 데이터 통신이 수행된다. 상세하게는, MS(16)가 시스템에 설치될 때 "서비스 흐름"이 프로비전될 수 있다. MS(16)의 등록 직후에, 대역폭을 요청하는 데 기준이 되는 참조를 제공하기 위해 연결이 이들 서비스 흐름과 연관된다(서비스 흐름마다 하나의 연결). 또한, 고객의 서비스가 변경을 필요로 할 때 새로운 연결이 설정될 수 있다. 연결은 MAC을 이용하는 피어 융합 프로세스 간의 매핑 및 서비스 흐름 둘다를 정의한다. 서비스 흐름은 연결을 통해 교환되는 MAC 프로토콜 데이터 단위(PDU)에 대한 QoS 파라미터를 정의한다. 따라서, 서비스 흐름은 대역폭 할당 프로세스에 필수적이다. 구체적으로는, MS(16)는 연결마다 상향링크 대역폭을 요청한다(서비스 흐름을 암시적으로 식별함). MS로부터의 연결별 요청에 응답한 허용의 집합으로서 대역폭이 BS에 의해 MS에 허용될 수 있다.

또한 도 10을 참조하면, MAC CPS(common part sublayer, 공통 부분 서브계층)가 RRCM(radio resource control and management, 무선 자원 제어 및 관리) 기능과 MAC(medium access control, 매체 접근 제어) 기능으로 분류된다.

RRCM 기능은 다음과 같은 무선 자원 기능과 관련되어 있는 몇가지 기능 블록을 포함한다:

ㆍ 무선 자원 관리

ㆍ 이동성 관리

ㆍ 네트워크 진입 관리

ㆍ 위치 관리

ㆍ 유휴 모드 관리

ㆍ 보안 관리

ㆍ 시스템 구성 관리

ㆍ MBS(Multicast and Broadcasting Service)

ㆍ 서비스 흐름 및 연결 관리

ㆍ 중계 기능

ㆍ 자기 조직화

ㆍ 다중-반송파

무선 자원 관리

무선 자원 관리 블록은 트래픽 부하에 기초하여 무선 네트워크 파라미터를 조정하고, 또한 부하 제어(부하 분산), 허용 제어 및 간섭 제어의 기능을 포함한다.

이동성 관리

이동성 관리 블록은 RAT내/RAT간 핸드오버에 관련된 기능을 지원한다. 이동성 관리 블록은 광고 및 측정을 포함하는 RAT내/RAT간 네트워크 토폴로지 획득을 처리하고, 후보 이웃 대상 BS/RS를 관리하며, 또한 MS가 RAT내/RAT간 핸드오버 동작을 수행하는지를 결정한다.

네트워크 진입 관리

네트워크 진입 관리 블록은 초기화 및 액세스 절차를 맡고 있다. 네트워크 진입 관리 블록은 액세스 절차, 즉, 레인징(ranging), 기본 성능 협상, 등록 등 동안 필요한 관리 메시지를 발생할 수 있다.

위치 관리

위치 관리 블록은 위치 기반 서비스(LBS)를 지원하는 일을 맡고 있다. 위치 관리 블록은 LBS 정보를 포함하는 메시지를 발생할 수 있다.

유휴 모드 관리

유휴 모드 관리 블록은 유휴 모드 동안 위치 업데이트 동작을 관리한다. 유휴 모드 관리 블록은 유휴 모드 동작을 제어하고, 코어 네트워크측에서의 페이징 제어기로부터의 페이징 메시지에 기초하여 페이징 광고 메시지를 발생한다.

보안 관리

보안 관리 블록은 보안 통신을 위한 인증/허가 및 키 관리를 맡고 있다.

시스템 구성 관리

시스템 구성 관리 블록은 시스템 구성 파라미터와, MS로 전송하기 위한 시스템 파라미터 및 시스템 구성 정보를 관리한다.

MBS(Multicast and Broadcasting Service)

MBS(Multicast Broadcast Service) 블록은 브로드캐스트 및/또는 멀티캐스트 서비스와 연관된 관리 메시지 및 데이터를 제어한다.

서비스 흐름 및 연결 관리

서비스 흐름 및 연결 관리 블록은 액세스/핸드오버/서비스 흐름 생성 절차 동안 "이동국 식별자"(또는 스테이션 식별자 - STID) 및 "흐름 식별자"(FID)를 할당한다. 이동국 식별자 및 FID에 대해 이하에서 더 논의할 것이다.

중계 기능

중계 기능 블록은 다중-홉 중계 메커니즘을 지원하는 기능을 포함한다. 이 기능은 BS와 액세스 RS 사이의 중계 경로를 유지하는 절차를 포함한다.

자기 조직화

자기 조직화 블록은 자기 구성 및 자기 최적화 메커니즘을 지원하는 기능을 수행한다. 이 기능은 자기 구성 및 자기 최적화에 대한 측정을 보고하라고 RS/MS에 요청하고 RS/MS로부터 측정을 수신하는 절차를 포함한다.

다중-반송파

다중-반송파(MC) 블록은 공통 MAC 엔티티가 다수의 주파수 채널을 통해 PHY 스패닝을 제어할 수 있게 한다. 채널은, 연속적인 주파수 대역에 있든 비연속적인 주파수 대역에 있든 간에, 상이한 대역폭(예컨대, 5, 10 및 20 MHz)을 가질 수 있다. 채널은 동일하거나 상이한 듀플렉싱 모드, 예컨대, FDD(Frequency Division Duplexing), TDD(Time Division Duplexing), 또는 양방향 및 브로드캐스트 전용 반송파의 혼합일 수 있다. 연속적인 주파수 채널의 경우, 중복된 보호 부반송파가 데이터 전송에 사용되기 위해 주파수 영역에서 정렬되어 있다.

MAC(medium access control)은 다음과 같은 물리 계층 및 링크 제어에 관련된 기능 블록을 포함한다:

ㆍ PHY 제어

ㆍ 제어 시그널링

ㆍ 절전 모드 관리

ㆍ QoS

ㆍ 스케줄링 및 자원 다중화

ㆍ ARQ

ㆍ 단편화/패킹

ㆍ MAC PDU 형성

ㆍ 다중-무선기 공존

ㆍ 데이터 전달

ㆍ 간섭 관리

ㆍ BS간 조정

PHY 제어

PHY 제어 블록은 레인징, 측정/피드백(CQI), 및 HARQ ACK/NACK와 같은 PHY 시그널링을 처리한다. CQI 및 HARQ ACK/NACK에 기초하여, PHY 제어 블록은 MS가 보는 채널 품질을 추정하고, 변조 및 코딩 방식(MCS) 및/또는 전력 레벨을 조정함으로써 링크 적응을 수행한다. 레인징 절차에서, PHY 제어 블록은 전력 조절, 주파수 오프셋 및 타이밍 오프셋 추정에 의해 상향링크 동기화를 수행한다.

제어 시그널링

제어 시그널링 블록은 자원 할당 메시지를 발생한다. 절전 모드 관리 블록은 절전 모드 동작을 처리한다.

절전 모드 관리

절전 모드 관리 블록은 또한 절전 동작에 관련된 MAC 시그널링을 발생할 수 있고, 절전 기간에 따라 적절히 동작하기 위해 스케줄링 및 자원 다중화 블록과 통신할 수 있다.

QoS

QoS 블록은 각각의 연결에 대한 서비스 흐름 및 연결 관리 블록으로부터 입력된 QoS 파라미터에 기초하여 QoS 관리를 처리한다.

스케줄링 및 자원 다중화

스케줄링 및 자원 다중화 블록은 연결의 특성에 기초하여 패킷을 스케줄링 및 다중화한다. 연결의 특성을 반영하기 위해, 스케줄링 및 자원 다중화 블록은 각각의 연결에 대해 QoS 블록으로부터 QoS 정보를 수신한다.

ARQ

ARQ 블록은 MAC ARQ 기능을 처리한다. ARQ-지원 연결의 경우, ARQ 블록은 MAC SDU를 ARQ 블록으로 논리적으로 분할하고, 각각의 논리적 ARQ 블록에 번호를 매긴다. ARQ 블록은 또한 피드백 메시지(ACK/NACK 정보)와 같은 ARQ 관리 메시지를 발생할 수 있다.

단편화/패킹

단편화/패킹 블록은 스케줄링 및 자원 다중화 블록으로부터의 스케줄링 결과에 기초하여 MSDU의 단편화 또는 패킹을 수행한다.

MAC PDU 형성

MAC PDU 형성 블록은 BS/MS가 사용자 트래픽 또는 관리 메시지를 PHY 채널로 전송할 수 있도록 MAC PDU를 구성한다. MAC PDU 형성 블록은 MAC 헤더를 추가하고 서브헤더를 추가할 수 있다.

다중-무선기 공존

다중-무선기 공존 블록은 동일한 이동국 상에 동시에 위치하는 IEEE 802.16m 및 비IEEE 802.16m 무선기의 동시 동작을 지원하는 기능을 수행한다.

데이터 전달

데이터 전달 블록은 RS가 BS와 MS 사이의 경로에 존재할 때 전달 기능을 수행한다. 데이터 전달 블록은 스케줄링 및 자원 다중화 블록과 MAC PDU 형성 블록 등의 다른 블록과 협력할 수 있다.

간섭 관리

간섭 관리 블록은 셀/섹터간 간섭을 관리하는 기능을 수행한다. 이 동작은 다음과 같은 것을 포함할 수 있다:

ㆍ MAC 계층 동작

ㆍ MAC 시그널링을 통해 전송된 간섭 측정/평가 보고

ㆍ 스케줄링 및 유연한 주파수 재사용에 의한 간섭 완화

ㆍ PHY 계층 동작

ㆍ 전송 전력 제어

ㆍ 간섭 랜덤화

ㆍ 간섭 제거

ㆍ 간섭 측정

ㆍ Tx 빔형성/프리코딩

BS간 조정

BS간 조정 블록은 정보, 예컨대, 간섭 관리를 교환함으로써 다수의 BS의 동작을 조정하는 기능을 수행한다. 이 기능은, 예컨대, 백본 시그널링에 의해 및 MS MAC 메시징에 의해 BS 사이에서 간섭 관리를 위한 정보를 교환하는 절차를 포함한다. 이 정보는 간섭 특성, 예컨대, 간섭 측정 결과 등을 포함할 수 있다.

이제부터, BS(14) 및 MS(16)에서의 사용자 트래픽 데이터 흐름 및 처리를 보여주는 도 11을 참조한다. 파선 화살표는 네트워크 계층으로부터 물리 계층으로 또한 그 반대로의 사용자 트래픽 데이터 흐름을 나타낸다. 송신측에서는, 물리 계층으로 전송될 MAC PDU(들)를 형성하기 위해, 네트워크 계층 패킷이 융합 서브계층, ARQ 기능(존재하는 경우), 단편화/패킹 기능 및 MAC PDU 형성 기능에 의해 처리된다. 수신측에서는, 네트워크 계층 패킷을 형성하기 위해, 물리 계층 SDU가 MAC PDU 형성 기능, 단편화/패킹 기능, ARQ 기능(존재하는 경우), 및 융합 서브계층 기능에 의해 처리된다. 실선 화살표는 사용자 트래픽 데이터의 처리에 관련되어 있는 CPS 기능들 사이의 및 CPS와 PHY 사이의 제어 프리미티브(primitive)를 나타낸다.

이제부터, BS(16) 및 MS(14)에서의 CPS 제어 평면 시그널링 흐름 및 처리를 보여주는 도 12를 참조한다. 송신측에서, 파선 화살표는 제어 평면 기능으로부터 데이터 평면 기능으로의 제어 평면 시그널링의 흐름 및 공중을 통해 전송될 대응하는 MAC 시그널링(예컨대, MAC 관리 메시지, MAC 헤더/서브헤더)을 형성하기 위해 데이터 평면 기능에 의한 제어 평면 시그널링을 처리하는 것을 나타낸다. 수신측에서, 파선 화살표는 데이터 평면 기능에 의해 수신된 공중을 통한 MAC 시그널링을 처리하는 것 및 제어 평면 기능에 의해 대응하는 제어 평면 시그널링을 수신하는 것을 나타낸다. 실선 화살표는 제어 평면 시그널링의 처리에 관련되어 있는 CPS 기능들 사이의 및 CPS와 PHY 사이의 제어 프리미티브를 나타낸다. M_SAP/C_SAP와 MAC 기능 블록 사이의 실선 화살표는 네트워크 제어 및 관리 시스템(Network Control and Management System, NCMS)으로/으로부터의 제어 및 관리 프리미티브를 나타낸다. M_SAP/C_SAP로의/로부터의 프리미티브는 BS간 간섭 관리, RAT간/RAT내 이동성 관리 등과 같은 네트워크 관련 기능 및 위치 관리, 시스템 구성 등과 같은 관리 관련 기능을 정의한다.

MAC 관리 메시지의 비제한적인 예는 DL-MAP, UL-MAP, DCD 및 UCD를 포함한다. IEEE 802.16 및/또는 802.16m으로부터의 용어가 채택되어 있지만, 어느 한 표준을 엄격히 준수하는 것이 요구사항은 아니라는 것을 이해하여야 하고, 당업자라면 공통의 용어를 사용하는 것이 본 발명을 제한하는 것이 아니라 이해하는 데 도움이 된다는 것을 인식할 것이다.

DL-MAP 및 UL-MAP이, 각각, 하향링크 및 상향링크 정보에 대한 액세스를 정의하는 데 사용될 수 있다. DL-MAP은 하향링크에서의 버스트 시작 시간을 정의하는 MAC 관리 메시지이다. 등가적으로, UL-MAP은 스케줄링 구간 동안 모든 MS에 대한 전체(상향링크) 액세스를 정의하는 일련의 정보이다. 기본적으로, DL-MAP 및 UL-MAP은, BS에 의해 브로드캐스트되는, 하향링크 및 상향링크 프레임의 디렉토리로서 볼 수 있다.

DCD(Downlink Channel Descriptor) 메시지는, 다른 유용한 하향링크 파라미터에 부가하여, 버스트 동안 하향링크 물리 채널에 의해 사용될 수 있는 버스트 프로필(물리적 파라미터 집합)을 제공하기 위해 주기적인 시간 간격으로 BS(14)에 의해 전송되는 브로드캐스트된 MAC 관리 메시지이다. UCD(Uplink Channel Descriptor) 메시지는, 다른 유용한 상향링크 파라미터에 부가하여, 상향링크 물리 채널에 의해 사용될 수 있는 버스트 프로필(물리적 파라미터 집합) 설명을 제공하기 위해 주기적인 시간 간격으로 BS에 의해 전송되는 브로드캐스트된 MAC 관리 메시지이다.

이제부터, 다중 반송파 시스템을 지원하는 일반 프로토콜 아키텍처를 나타내는 도 13을 참조한다. 공통 MAC 엔티티는 다수의 주파수 채널을 통해 PHY 스패닝을 제어할 수 있다. 하나의 반송파를 통해 전송되는 일부 MAC 메시지는 또한 다른 반송파에도 적용될 수 있다. 채널은, 연속적인 주파수 대역에 있든 비연속적인 주파수 대역에 있든 간에, 상이한 대역폭(예컨대, 5, 10 및 20 MHz)을 가질 수 있다. 채널은 상이한 듀플렉싱 모드(예컨대, FDD, TDD), 또는 양방향 및 브로드캐스트 전용 반송파의 혼합일 수 있다. 공통 MAC 엔티티는 한번에 하나의 채널만을 통한 동작, 또는 연속적인 또는 비연속적인 채널에 걸친 통합과 같은 상이한 능력을 갖는 MS(16)의 동시 존재를 지원할 수 있다.

도 20은 MS(16)에 대한 가능한 상태 천이도를 나타낸 것이다. 비제한적인 예로서, 상태 천이도는 4개의 상태, 즉 초기화 상태, 액세스 상태, 연결됨 상태, 및 유휴 상태를 나타내고 있다.

초기화 상태

초기화 상태(도 21 참조)에서, MS(16)는 액세스 상태에 들어가기 전에 스캔, 동기화 및 시스템 구성 정보의 획득에 의해 셀 선택을 수행한다. MS(16)가 시스템 구성 정보 디코딩 및 셀 선택을 적절히 수행할 수 없는 경우, MS는 스캔 및 하향링크 동기화를 수행하기 위해 복귀한다. MS(16)가 성공적으로 정보를 디코딩하고 대상 BS(14)를 선택하는 경우, MS는 액세스 상태로 천이한다.

액세스 상태

액세스 상태(도 22 참조)에서, MS(16)는 대상 BS(14)를 사용하여 네트워크 진입을 수행한다. 네트워크 진입은 레인징, 인증전 능력 협상(pre-authentication capability negotiation), 인증 및 허가, 능력 교환 및 등록으로 이루어진 다단계 프로세스이다.

비제한적인 예로서, 하향링크 스캔 및 동기화부터 연결이 설정되는 시점까지의 시스템 진입 절차의 분석은 다음과 같을 수 있다:

ㆍ 하향링크 스캔 및 동기화 및 (상향링크 자원을 허용하는) 허용 메시지의 획득 및 하향링크 채널 및 상향링크의 설명의 획득

ㆍ 초기 레인징

ㆍ 능력 협상

ㆍ 허가 및 인증/키 교환

ㆍ BS(14)에의 등록

ㆍ 연결 설정

네트워크 진입을 완료하지 못할 때, MS(16)는 초기화 상태로 천이할 수 있다.

연결됨 상태

연결됨 상태에 있을 때, MS(16)는 3개의 모드(도 23 참조) 중 하나에서 동작할 수 있다: 절전 모드, 활성 모드 및 스캔 모드. 연결됨 상태 동안, MS(16)는 액세스 상태 동안 설정된 하나 이상의 기본 연결을 유지할 수 있다. 또한, MS(16) 및 BS(14)는 부가의 전송 연결을 설정할 수 있다. MS(16)는 핸드오버 동안 연결됨 상태에 있을 수 있다. MS(16)는 BS(14)로부터 명령이 있을 시에 연결됨 상태로부터 유휴 상태로 천이할 수 있다. 기본 연결(들)을 유지하지 못하는 것은 또한 MS(16)에게 초기화 상태로 천이하라고 요청할 수 있다.

이제부터 연결됨 상태에서의 동작 모드를 참조하면, MS(16)가 활성 모드에 있을 때, BS(14)는 구현되는 프로토콜에 의해 제공되는 가장 빠른 이용가능한 기회에서 전송 및 수신하도록 MS(16)를 스케줄링할 수 있는데, 즉, MS가 BS(14)에 대해 '이용가능'한 것으로 가정된다. MS(16)는 활성 모드로부터 절전 또는 스캔 모드로의 천이를 요청할 수 있다. 절전 또는 스캔 모드로의 천이는 BS(14)로부터 명령이 있을 시에 일어날 수 있다. MS(16)는 연결됨 상태의 활성 모드로부터 유휴 상태로 천이할 수 있다.

절전 모드에 있을 때, MS(16) 및 BS(14)는 시간에서의 자원을 절전 윈도우(Sleep Window)과 수신 대기 윈도우(Listening Window)으로 분할하는 것에 관해 합의한다. MS(16)는 단지 수신 대기 윈도우 동안에 BS(14)로부터의 전송을 수신할 수 있을 것으로 예상되고, 그 때 동안에 임의의 프로토콜 교환이 개시되어야만 한다. BS(14)로부터 수신된 제어 메시지에 의해 활성 모드로의 MS(16) 천이가 요청된다. MS(16)는 수신 대기 구간 동안 연결됨 상태의 절전 모드로부터 유휴 상태로 천이할 수 있다.

스캔 모드에 있을 때, MS(16)는 BS(14)에 의해 지시된 대로 측정을 수행한다. 스캔 모드에 있는 동안 MS(16)는 BS(14)에 의해 이용가능하지 않다. 스캔을 위해 BS(14)와 협상된 기간이 만료되면 MS(16)는 활성 모드로 복귀한다.

유휴 상태

유휴 상태(도 24 참조)는, 비제한적인 예로서, 그의 동작 및 MAC 메시지 발생에 기초하여 2개의 개별 모드, 즉, 페이징 이용가능 모드 및 페이징 이용불가 모드를 포함할 수 있다. 유휴 상태 동안, MS(16)는 페이징 이용가능 모드와 페이징 이용불가 모드 사이에서 전환함으로써 전력 절감을 수행할 수 있다.

유휴 모드에서, MS(16)는 하나 또는 다수의 페이징 그룹에 속할 수 있다. 유휴 모드에 있을 때, MS(16)는 사용자 이동성에 기초하여 상이한 크기 및 형상의 페이징 그룹을 할당받을 수 있다. MS(16)는 MS의 페이징 수신 대기 구간 동안 페이징 메시지를 모니터링한다. MS의 페이징 수신 대기 구간의 시작은 페이징 사이클 및 페이징 오프셋에 기초하여 도출된다. 페이징 오프셋 및 페이징 사이클이 수퍼프레임의 수로서 정의될 수 있다.

MS(16)는 따라서 페이징 이용가능 모드에 있는 동안 (특별 페이징 메시지를 사용하여) BS(14)에 의해 페이징될 수 있다. 연결됨 상태로 복귀하라는 표시가 MS(16)에게 페이징되는 경우, MS(16)는 네트워크 재진입을 위해 액세스 상태로 천이한다.

MS(16)는 또한 유휴 상태 동안 위치 업데이트 절차를 수행할 수 있다.

페이징 이용불가 모드 동안, MS(16)는 전력 소비를 감소시키기 위해 하향링크 채널을 모니터링할 필요가 없다.

MS는 동작 동안 MS(16)를 식별하는 전역 주소(또는 전역 식별자) 및 논리 주소(또는 논리 식별자)를 가진다. 구체적으로는, 전역 주소는 IEEE 등록 기관(Registration Authority)에 의해 관리되는 24-비트 OUI(Organizationally Unique Identifier) 값에 기초하여 전역적으로 고유한 48-비트 IEEE 확장 고유 식별자(Extended Unique Identifier)(EUI-48™)일 수 있다. 그러나, 이것이 본 발명의 제한 또는 한정은 아니다.

논리 식별자에 관한 한, 이들은 하나 이상의 "흐름 식별자(flow identifier)"(FID) 및 하나 이상의 "이동국 식별자"를 포함할 수 있다. FID는 MS(16)가 네트워크와 설정한 관리 연결 및 전송 연결을 고유하게 식별할 수 있다. 일부 특정의 FID가 사전 할당될 수 있다. 그와 관련하여, 이동국 식별자는 BS(14)의 도메인 내의 MS(16)를 고유하게 식별한다. 다양한 유형의 STID는 다음과 같을 수 있다:

액세스 ID: 레인징 동작을 수행할 때 MS(16)에 할당된 임시 식별자(즉, 액세스 상태에 있는 동안 네트워크 진입 시 또는 네트워크 재진입 시 또는 유휴 상태에 있는 동안 위치 업데이트 동안). 이 ID는, BS(14)가 MS(16)로부터의 레인징 코드 전송을 처음으로 검출할 때, BS(14)에 의해 MS(16)에 할당될 수 있다.

MS ID: 연결됨 상태에서 사용하기 위한 MS(16)에 할당된 식별자. MS ID는 레인징 동작 동안 액세스 ID를 대체하고 MS(16)로 전송될 수 있다. 특정의 MS에 전용된 하향링크 제어 정보(예컨대, 하향링크 PHY 버스트/자원 할당)가 MS ID를 사용하여 어드레싱될 수 있다. MS ID가 액세스 ID 식별자와 동일한 길이일 수 있지만, 반드시 그럴 필요는 없다.

유휴 ID: 유휴 상태에서 사용하기 위한 MS에 할당된 식별자. 시그널링 오버헤드를 감소시키고 위치 프라이버시(location privacy)를 제공하기 위해, 특정의 페이징 그룹에 있는 유휴 상태에 있는 그 MS를 고유하게 식별하기 위해 유휴 ID가 할당될 수 있다. MS(16)가 동일한 페이징 그룹에 있는 한, 유휴 ID는 MS(16)에 대해 유효한 채로 있다. 유휴 상태 진입 동안 또는 페이징 그룹 변화로 인한 위치 업데이트 동안 유휴 ID가 할당될 수 있다. 유휴 ID가 페이지 응답 또는 위치 업데이트를 위해 유휴 상태에 있는 MS(16)에 의해 전송된 메시지에 포함될 수 있다.

예로서, 전술한 이동국 식별자는 8 비트, 10 비트 또는 12 비트 길이일 수 있지만, 본 발명을 벗어나지 않고 더 길거나 더 짧은 STID가 가능하다. 상이한 이동국 식별자가 상이한 길이를 가질 수 있다. 예를 들어, 액세스 ID가 MS ID와 동일한 길이일 수 있고, 이들 둘다가 유휴 ID보다 짧을 수 있다. 그러나, 이것은 예에 불과하고, 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 다른 이동국 식별자가 존재할 수 있고, 예를 들어, 브로드캐스트 또는 멀티캐스트 서비스를 위해 예약될 수 있다.

당업자라면 이해하는 바와 같이, MAC PDU는 헤더, 연결 주소, 및 한 유형의 매체(예컨대, 무선 채널)를 통해 정보를 제어 및 전달하는 데 사용되는 데이터 프로토콜 정보를 포함하는 데이터 패키지(데이터 비트의 그룹 또는 데이터그램)이다. 이제 도 15를 참조하면, 주어진 연결과 관련하여 생성된 MAC PDU는 제어 정보[예컨대, MAC PDU의 페이로드의 길이를 나타내는 길이 필드, 및 설정된 경우, 부가의 정보가 헤더의 확장 부분(도시 생략)에 나타나는 확장 헤더(Extended Header, EH) 비트]와 함께 대응하는 FID를 보유하는 헤더를 포함한다. MAC PDU는 또한 헤더 이후에 데이터의 페이로드 및 오류 검사 비트(CRC)(예컨대, 사용자 데이터)를 가질 수 있다. 페이로드는 다양한 트래픽 연결과 연관된 관리 메시지 및 데이터를 전달하는 데 사용될 수 있다.

MS에 로컬이지만, 각각의 FID는 IEEE 표준 802.16-2004 또는 IEEE 표준 802.16-2009에 정의된 16-비트 CID보다 짧다. 한 비제한적인 실시예에서, FID는 4 비트 길이일 수 있다. 다른 비제한적인 실시예에서, FID는 3 비트 길이일 수 있다. 다른 가능한 경우가 본 발명의 범위 내에 속한다. MAC 헤더에 FID를 사용하면, IEEE 802.16-2004 또는 IEEE 802.16-2009에 제안된 것보다 더 짧은 전체 MAC 헤더가 얻어지고, 여기서 16-비트 CID가 사용된다.

이제부터, 이하에서는 연결을 설정하기 위해 MS(16) 및 BS(14)에 의해 수행될 수 있는 레인징 동작에 대해 기술한다. 레인징 동작은 전술한 적절한 기능 블록, 상세하게는 MAC(Medium Access Control) CPS(Common Part Sublayer)에 속하는 기능 블록에 의해 수행된다. 이들 기능 블록은, 예를 들어, 네트워크 진입 관리 블록 및 유휴 모드 관리 블록[RRCM(radio resource control and management) 기능의 일부]은 물론, 도 10과 관련하여 앞서 기술한 PHY 제어 블록[MAC(medium access control) 기능의 일부]을 포함할 수 있지만, 이들로 제한되지 않는다.

레인징 동작의 3개의 비제한적인 시나리오, 즉 MS(16)가 네트워크와 초기 연결을 설정하려고 하는 시나리오 A[즉, MS(16)가 전원이 켜지고, 초기화 상태를 거쳐 액세스 상태로부터 레인징을 수행함], MS(16)가 네트워크에 재진입할 시에[예컨대, 유휴 상태에 있은 후에, 상이한 네트워크를 사용하기 위해 네트워크를 빠져 나간 다음에 되돌아온(즉, 로밍) 후에 등] 레인징을 수행하는 시나리오 B, 및 MS(16)가 유휴 상태에 있은 후에 위치 업데이트와 관련하여 레인징을 수행하는 시나리오 C에 대해 기술할 것이다.

시나리오 A

시나리오 A에서, MS(16)는 네트워크와 초기 연결을 설정하려고 한다. 먼저, MS(16)는 전원이 켜지고 초기화 상태를 거친다. 초기화 상태 동안, MS(16)는 스캔 및 동기화를 수행한다. 환언하면, MS(16)가 네트워크에 조인(join)하고자 할 때, MS는 먼저 적당한 채널을 검색하기 위해 하향링크 주파수를 스캔한다. MS가 하향링크 프레임을 검출하자 마자 검색이 완료된다. 그 다음 단계는 BS(14)와 동기화를 확립하는 것이다. MS(16)가 DL-MAP 메시지 및 DCD 메시지를 수신하면, 하향링크 동기화 단계가 완료되고, MS(16)는 DL-MAP 및 DCD 메시지를 계속 수신하고 있는 한 동기화된 채로 있다. 동기화가 확립된 후에, MS(16)는 상향링크 채널 파라미터를 획득하기 위해 UCD 메시지를 기다린다.

MS(16)가 액세스 상태에 있는 동안 레인징 동작이 이제 행해진다. 도 14를 참조하면, BS(14)는 상향링크 프레임에서 MS(16)에 의해 사용될 초기 레인징 구간을 정의하는 상향링크 허용 메시지(1410)(예컨대, UL-MAP 메시지)를 발생한다. 상향링크 허용 메시지의 내용은 BS(14)에 있는 상향링크 스케줄러에 의해 작성될 수 있다. 상향링크 스케줄러는 상향링크 대역폭을 관리하고, 그의 서비스 흐름(들) 및 대역폭 요청의 QoS 요구사항에 기초하여 상향링크 허용을 할당받을 MS를 스케줄링한다. 상향링크 스케줄러에 의해 할당된 상향링크 허용은 예약된 FID(예컨대, 브로드캐스트)에 관한 것이고, 예를 들어, BPSK 1/2 변조/FEC에서 소정의 견고한 프로필을 사용할 수 있다. 허용 메시지(1410)의 전송 후에, BS(14)는 계속하여 정상적으로 동작한다(1412). 이것은 허용 메시지(1422)와 같은 다른 허용 메시지의 주기적인 발생을 포함한다.

한편, 1412에 도시된 바와 같이, MS(16)는 허용 메시지의 수신을 기다리고, 궁극적으로 허용 메시지(1410)를 수신하는 것으로 가정된다. 허용 메시지(1410)의 수신 시에, MS(16)는 일련의 레인징 자원에 의해 특징지워지는 레인징 메시지(1416)를 작성한다. 예를 들어, MS(16)는 일련의 의사노이즈 레인징 코드로부터 코드를 랜덤하게 선택하고, 이를 레인징 서브채널 상에 변조하고, 이어서 이를 상향링크 프레임 상의 일련의 이용가능한 레인징 슬롯 중에서 랜덤하게 선택된 레인징 슬롯에서 전송할 수 있다. MS(16)는 레인징 슬롯을 선택하기 위해 랜덤 선택 또는 랜덤 백오프(random backoff)를 사용할 수 있다. 랜덤 선택이 사용될 때, MS(16)는 균일 랜덤 프로세스를 사용하여 단일 프레임 내의 모든 이용가능한 슬롯 중에서 하나의 레인징 슬롯을 선택할 수 있지만, 다른 경우도 존재한다. 랜덤 백오프가 사용될 때, MS(16)는, 예를 들어, 균일 랜덤 프로세스를 사용하여 대응하는 백오프 윈도우 내의 모든 이용가능한 레인징 슬롯 중에서 하나의 레인징 슬롯을 선택할 수 있다.

BS(14)가 레인징 메시지(1416)의 레인징 슬롯에서 레인징 코드의 존재를 적절히 검출하는 경우, BS(14)는 MS(16)에 대해 레인징 응답 메시지를 발생한다. 예를 들어, 레인징 응답 메시지는 IEEE 802.16 또는 802.16m에 정의된 RNG-RSP 메시지와 유사한 형태를 가질 수 있다. 이 경우를 예상하여, 단계(1426)에서, MS(16)는 RNG-RSP 메시지가 BS(14)로부터 수신되었는지를 판정한다. 특정의 양의 시간이 경과하고 RNG-RSP 메시지가 수신되지 않은 경우, 이것은 BS(14)가 레인징 메시지(1416)의 레인징 슬롯에서 레인징 코드의 존재를 적절히 검출하지 않았음을 의미한다. 이것은 전력 문제, 간섭 등을 비롯한 다양한 이유 때문일 수 있다. 한편, MS(16)는 또한 추가의 허용 메시지의 수신에 주의한다(단계 1420). 실제로 BS(14)로부터 중간 RNG-RSP 메시지를 수신함이 없이 상기한 허용 메시지(1422)가 수신되는 경우, MS(16)에게 상향링크 프레임에서의 새로운 레인징 구간이 허용될 것이다.

그에 응답하여, 앞서 기술된 것과 유사하게, MS(16)는 일련의 레인징 자원에 의해 특징지워지는 레인징 메시지(1424)를 작성한다. 구체적으로는, MS(16)는 일련의 의사노이즈 레인징 코드로부터 코드를 랜덤하게 선택하고, 이를 레인징 서브채널 상에 변조하고, 이어서 이를 상향링크 프레임 상의 일련의 이용가능한 레인징 슬롯 중에서 랜덤하게 선택된 레인징 슬롯에서 전송하고, 단계(1426)로 복귀한다. BS(14)가 레인징 메시지(1424)의 레인징 슬롯에서 레인징 코드의 존재를 적절히 검출하는 경우, BS(14)는 MS(16)에 대해 레인징 응답 메시지를 발생할 것이다. 이 경우를 예상하여, 단계(1426)에서, MS(16)는 레인징 응답 메시지가 BS(14)로부터 수신되었는지를 판정한다. 특정의 양의 시간이 경과하고 레인징 응답 메시지가 여전히 수신되지 않은 경우, 단계(1420)에서 MS(16)는 또 다른 허용 메시지를 수신할 것이고, 기타 등등이다. 그러나, BS(14)가 레인징 메시지(1424)의 레인징 슬롯에서 레인징 코드의 존재를 적절히 검출하는 경우(단계 1428), BS(14)는 레인징 동작이 성공적인지를 판정할 것이다(단계 1430). 환언하면, BS(14)가 MS(16)를 들을 수 있다는 것이 MS(16)가 적절한 전력, 타이밍 및 주파수 파라미터를 사용하고 있다는 것을 의미하지 않기 때문이다.

따라서, 단계(1430)의 결과는 BS(14)가 레인징 동작이 성공인 것으로 판정했다는 것일 수 있고, 이 경우에 BS(14)는 계속하여 이 판정을 나타내는 레인징 응답 메시지(1450)를 발생한다. 한편, 단계(1430)의 결과는 BS(14)가 레인징 동작이 성공이 아닌 것으로 판정했다는 것일 수 있다. 이 경우에, BS(14)는 단계(1432)로 진행하여 파라미터 조절이 계산된다. 이것은 MS(16)에 의해 사용되는 시그널링을 특징지우는 주파수, 타이밍 및 전력 중 하나 이상에 영향을 줄 수 있다. 상향링크 신호의 전력, 타이밍 및/또는 주파수 특성의 조절을 결정하기 위해 다양한 알고리즘이 사용될 수 있다. 또한, 단계(1432)에서, BS(14)는 MS(16)에 의해 사용될 새로운 레인징 코드 및/또는 새로운 레인징 슬롯을 계산한다. 또한, 단계(1432)에서, BS(14)는 MS(16)에 대한 액세스 ID를 결정한다. 액세스 ID는 MS(16)에게 아직 알려져 있지 않다. 액세스 ID는 BS(14)에 의해 레인징 동작 동안 MS(16)로 보내지는 콘텐츠에 대한 주소, 암호화 키, 또는 스크램블링 코드로서 사용될 수 있다.

BS(14)는 이어서 계속하여 MS(16)로 전송되는 레인징 응답 메시지(1434)를 작성한다. 레인징 응답 메시지(1434)는 레인징이 계속되어야 한다는 것을 명시하고, 상향링크 신호의 타이밍/주파수/전력 특성에 대한 임의의 필요한 조절을 제공한다. 또한, 레인징 응답 메시지(1434)는 레인징 메시지(1424)를 전송하기 위해 MS(16)에 의해 사용된 레인징 코드 및/또는 레인징 슬롯을 명시한다. 이것은 MS(16)가 레인징 응답 메시지(1434)가 실제로 그에게로 보내진 것임을 인식할 수 있게 한다. 또한, 레인징 응답 메시지(1434)는 그 다음에 MS(16)에 의해 사용될 할당된 레인징 코드 및/또는 할당된 레인징 슬롯을 식별한다. 또한, 레인징 응답 메시지(1434)는 전술한 액세스 ID를 포함한다.

레인징 응답 메시지(1434)가 이어서 MS(16)에 수신된다. MS(16)는 단계(1426)를 실행하고, 레인징 응답 메시지(1434)가 실제로 MS로 보내지는 레인징 응답 메시지인지를 판정한다. 상세하게는, 이것은 MS(16)가 이전에 사용했던 레인징 코드 및/또는 레인징 슬롯이 레인징 응답 메시지(1434)에 존재한다는 사실에 기초하여 판정될 수 있다. 따라서, MS(16)는 단계(1426)로부터 "Y" 분기를 취한다. 또한, MS(16)는 수신된 액세스 ID를 장래의 사용을 위해 메모리에 저장한다. 또한, MS(16)는 상향링크 방향에서 자신이 사용하는 전력/시간/주파수 특성에 대해 필요한 조절을 행한다. MS(16)는 이어서 계속하여 일련의 레인징 자원(또한 조절된 시간/주파수/전력) 특성에 의해 특징지워지는 다른 레인징 메시지(1436)를 작성한다. 이 때, MS(16)는 레인징 응답 메시지(1434)에서 BS(14)로부터 수신되는 할당된 레인징 코드 및 할당된 레인징 슬롯을 사용한다.

BS(14)는 레인징 메시지(1436)를 수신하고, 레인징 동작이 성공적인지를 판정한다(단계 1438). 단계(1438)의 결과는 BS(14)가 레인징 동작이 성공인 것으로 판정했다는 것일 수 있고, 이 경우에 BS(14)는 계속하여 이 판정을 나타내는 레인징 응답 메시지(1448)를 발생한다. 그러나, 이 단계에서 이전의 전력/시간/주파수 조절이 충분하지 않았을 수 있다. 따라서, 단계(1438)의 결과는 BS(14)가 레인징 동작이 성공이 아닌 것으로 판정했다는 것일 수 있다. 이 경우에, BS(14)는 단계(1440)로 진행하여 추가의 파라미터 조절이 계산된다. 이것은 다시 MS(16)에 의해 사용되는 시그널링을 특징지우는 주파수, 타이밍 및 전력 중 하나 이상에 영향을 줄 수 있다. 상향링크 신호의 전력, 타이밍 및/또는 주파수 특성의 조절을 결정하기 위해 다양한 알고리즘이 사용될 수 있다. 또한, 단계(1440)에서, BS(14)는 MS(16)에 의해 사용될 새로운 레인징 코드 및/또는 새로운 레인징 슬롯을 계산할 수 있지만, 반드시 그럴 필요는 없다.

BS(14)는 이어서 계속하여 MS(16)로 전송되는 레인징 응답 메시지(1442)를 작성한다. 레인징 응답 메시지(1442)는 레인징이 계속되어야 한다는 것을 명시하는 것은 물론, 상향링크 신호의 타이밍/주파수/전력 특성에 대한 임의의 필요한 추가적인 조절을 제공한다. 또한, 레인징 응답 메시지(1442)는 레인징 응답 메시지(1434)에서 이전에 MS(16)로 전송되었던 액세스 ID를 명시한다. 액세스 ID는 MS(16)가 레인징 응답 메시지(1442)가 그에게로 보내진 것임을 인식할 수 있게 한다. 따라서, 레인징 응답 메시지(1442)에서 레인징 메시지(1436)를 전송하기 위해 MS(16)에 의해 사용된 레인징 코드 및/또는 레인징 슬롯을 전송할 필요가 없다. 또한, 레인징 응답 메시지(1442)는, 단계(1440)에서 계산된 경우, 장래에 MS(16)에 의해 사용될 할당된 레인징 코드 및/또는 할당된 레인징 슬롯을 식별한다.

단계(1444)에서, MS(16)는 상향링크 방향에서 자신이 사용하는 전력/시간/주파수 특성에 대해 필요한 조절을 행한다. MS(16)는 이어서 계속하여 일련의 레인징 자원(또한 조절된 시간/주파수/전력) 특성에 의해 특징지워지는 다른 레인징 메시지(1446)를 작성한다. MS(16)는 과거에 사용했던 레인징 코드 및 레인징 슬롯을 사용하거나, 레인징 응답 메시지(1442)에서 MS(16)에 의해 지정되는 할당된 레인징 코드 및 할당된 레인징 슬롯을 사용한다. BS(14)는 MS(16)로부터 레인징 메시지(1446)를 수신하고, 레인징 동작이 성공적인지를 판정한다(단계 1438). 단계(1438)의 결과가 BS(14)가 레인징 동작이 성공이 아니었다고 판정한 것인 경우, BS(14)는 단계(1440)로 되돌아간다. 그러나, 어떤 시점에서, 레인징 동작이 성공적이었다고 간주될 것이고, BS(14)는 계속하여 이 판정을 나타내는 레인징 응답 메시지(1448)를 발생한다. 레인징 응답 메시지(1448)는 또한 MS(16)를 식별하는 액세스 ID를 포함한다. 그러나, 긴 MAC 주소가 필요하지 않다.

BS(14)는 이어서 MS(16)로부터의 그 다음 상향링크 전송을 스케줄링하는 허용 메시지(1452)를 발생한다. 이 경우에, MS(16)로부터의 그 다음 상향링크 전송은 MS(16)의 전역 주소(예컨대, 48-비트 MAC 주소)를 포함하는 레인징 요청 메시지(1454)이다. 예를 들어, 레인징 요청 메시지(1454)는 IEEE 802.16 또는 802.16m에 정의된 RNG-REQ 메시지와 유사한 형태를 가질 수 있다. BS(14)에 의한 전역 주소의 수신은 BS(14)가 레인징 동작이 성공적으로 완료된 MS(16)의 진정한 ID를 판정할 수 있게 한다. 따라서, 단계(1456)에서, BS(14)는 전역 주소에 기초하여 MS ID를 판정한다. 이것은 전역 주소에 기초하여 메모리 내의 테이블에서 MS ID를 탐색함으로써 행해질 수 있다. 대안으로서, MS ID가 주소 또는 식별자의 풀로부터 할당되고, 전역 주소와 관련하여 저장될 수 있다.

BS(14)는 이어서 MS ID는 물론, MS를 식별하는 액세스 ID도 포함하는 레인징 응답 메시지(1458)를 MS(16)로 전송한다. MS(16)는 레인징 응답 메시지(1458)를 수신하고, (액세스 ID에 기초하여) 자신이 이 메시지의 수신자인지를 판정한다. MS(16)는 계속하여 MS ID를 추출하고 이를 메모리에 저장한다. 레인징 동작이 이제 완료되고, MS(16)는 연결됨 상태에 들어간다. MS(16)는 연결됨 상태 동안 네트워크와의 장래의 통신에서 MS ID를 사용한다. 장래의 통신은 관리 연결 및 트래픽 연결과 관련하여 데이터의 전송 및/또는 수신을 포함할 수 있다.

액세스 ID가 특히 레인징 동작 동안 사용하도록 설계되어 있고 단지 제한된 수의 이동국이 임의의 주어진 때에 레인징을 수행할 것이기 때문에, 액세스 ID가 적은 수의 비트, 상세하게는 16 비트 미만으로 제한될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 예로서, 8-10 비트 범위가 액세스 ID의 길이로서 적합할 수 있다. 또한, 동일한 액세스 ID가 아마도 상이한 중첩하지 않는 때에 레인징을 수행하는 상이한 이동국에 의해 재활용될 수 있다는 사실에 의해, 액세스 ID는 주어진 MS의 전역 주소와 일대일 매핑을 갖지 않는다. 이것은 익명을 보존하고 보안을 향상시킨다.

또한, 연결됨 상태 동안, MS(16)가 그의 전역 주소보다는 MS ID에 의해 식별될 수 있고 MS ID가 서빙 BS의 도메인에 대해 로컬이기 때문에, 유사하게 적은 수의 비트, 상세하게는 16 비트 미만이 사용될 수 있다. 다시, 예로서, 8-10 비트 범위가 적합할 수 있다. 그러나, 이것은 액세스 ID 및 MS ID가 동일한 길이이어야 한다는 것을 암시하지 않는다.

또한, 액세스 ID 및 MS ID의 비교적 짧은 길이가 허용 메시지(예컨대, UL-MAP), 레인징 응답 메시지(예컨대, RNG-RSP) 및 레인징 요청 메시지(예컨대, RNG-REQ)의 단축을 가져온다는 것을 이해할 것이다. DL-MAP, DCD 및 UCD 메시지가 유사하게 감소된 길이로부터 이득을 본다.

도 16의 흐름도를 참조하여 제1 대안의 실시예에 대해 이제부터 기술한다. 구체적으로는, 단계(1438)의 결과가 BS(14)가 레인징 동작이 성공이 아닌 것으로 판정했다는 것으로 간주한다. 이 경우에, BS(14)는 단계(1640)로 진행하여 추가의 파라미터 조절이 계산된다. 이것은 다시 MS(16)에 의해 사용되는 시그널링을 특징지우는 주파수, 타이밍 및 전력 중 하나 이상에 영향을 줄 수 있다. 상향링크 신호의 전력, 타이밍 및/또는 주파수 특성의 조절을 결정하기 위해 다양한 알고리즘이 사용될 수 있다. 또한, 단계(1640)에서, BS(14)는 MS(16)에 의해 사용될 새로운 레인징 코드 및 새로운 레인징 슬롯을 계산한다. 레인징이 계속됨에 따라, 할당된 레인징 자원은 점진적으로 더 작은 타이밍 오프셋을 갖는 레인징 채널에 대응한다. 예를 들어, 초기 레인징 시도는 더 큰 레인징 타이밍 오프셋을 수용하도록 되어 있는 6개 심볼에 걸쳐 있는 레인징 영역에서 전송될 수 있다. 레인징이 진행함에 따라, BS(14)는 점진적으로 더 짧은 기간, 예컨대, 3 심볼, 이어서 2 심볼에 걸쳐 있는 레인징 자원을 MS(16)에 할당할 수 있다. 할당된 마지막 레인징 자원은 단지 OFDM 순환 프리픽스 길이 내에서의 동기화를 수용할 수 있다. [할당된 마지막 레인징 자원이 또한 주기적인 레인징을 위해 MS(16)에 의해 유지될 수 있다.]

BS(14)는 이어서 계속하여 MS(16)로 전송되는 레인징 응답 메시지(1642)를 작성한다. 레인징 응답 메시지(1642)는 레인징이 계속되어야 한다는 것을 명시하는 것은 물론, 상향링크 신호의 타이밍/주파수/전력 특성에 대한 임의의 필요한 추가적인 조절을 제공한다. 또한, 레인징 응답 메시지(1642)는 장래에 MS(16)에 의해 사용될 할당된 레인징 코드 및 할당된 레인징 슬롯을 식별한다. 실제로, 단계(1444)에서, MS(16)는 상향링크 방향에서 자신이 사용하는 전력/시간/주파수 특성에 대해 필요한 조절을 행한다. MS(16)는 이어서 계속하여 일련의 레인징 자원(또한 조절된 시간/주파수/전력) 특성에 의해 특징지워지는 다른 레인징 메시지(1646)를 작성한다. MS(16)는 레인징 응답 메시지(1642)에서 MS(16)에 의해 지정되는 할당된 레인징 코드 및 할당된 레인징 슬롯을 사용한다.

도 17의 흐름도를 참조하여 제2 대안의 실시예에 대해 이제부터 기술한다. 구체적으로는, 이 대안의 실시예에서, 레인징 메시지에서 사용되는 레인징 코드 및 레인징 슬롯이 BS(14)에 의해 수신("청취")되면, MS(16)는 BS(14)가 성공적인 레인징을 나타내는 레인징 응답 메시지를 발생할 때까지 계속하여 동일한 레인징 코드 및 레인징 슬롯을 사용한다.

대안으로서 또는 부가하여, MS(16) 및 BS(14)는 2개의 엔티티 간의 통신을 스크램블링하기 위해 시퀀스(또는 "스크램블링 코드")를 사용한다. 제1의 이러한 시퀀스는 "초기 레인징 시퀀스(initial ranging sequence)"이고, 제2의 이러한 시퀀스는 "계속된 레인징 시퀀스(continued ranging sequence)"이다. 도 17에 도시된 바와 같이, MS(16)가 BS(14)로부터 제1 레인징 응답 메시지를 수신하기 전에 전송하는 레인징 메시지를 스크램블하기 위해 초기 레인징 시퀀스가 MS(16)에 의해 사용된다. 또한, 도 17에 도시된 바와 같이, 초기 레인징 시퀀스는 또한 MS(16)가 액세스 ID를 수신하기 전에 MS(16)로 전송되는 메시지를 스크램블하기 위해 BS(14)에 의해 사용된다. 또한, 도 17에 도시된 바와 같이, 계속된 레인징 시퀀스(또는 선택적으로, 초기 레인징 시퀀스)는 BS(14)로부터 제1 레인징 응답 메시지를 수신하는 것과 MS ID의 수신 사이에서 MS(16)가 전송하는 레인징 메시지를 스크램블하기 위해 MS(16)에 의해 사용될 수 있다. 따라서, 초기 레인징 시퀀스(사용되는 경우, 계속된 레인징 시퀀스)가 BS(14) 및 MS(16)에 알려져 있는 것으로 가정된다. 또한, 도 17에 도시된 바와 같이, MS(16)가 액세스 ID를 수신한 후에, BS(14)는 액세스 ID를 사용하여 MS(16)로 보내지는 메시지를 스크램블한다. 명백하게도, 적절한 디스크램블이 수신자에 의해 수행될 필요가 있고, 따라서 적절한 스크램블링 코드의 사전 지식이 필요하다. 이 때문에, MS(16)가 액세스 ID를 통보받을 후에만, MS(16)로 보내지는 메시지가 액세스 ID를 사용하여 스크램블될 수 있다.

시나리오 B

시나리오 B에서, MS(16)는 네트워크에 재진입할 시에[예컨대, 유휴 상태에 있은 후에, 상이한 네트워크를 사용하기 위해 네트워크를 빠져 나간 다음에 되돌아온(즉, 로밍) 후에 등] 레인징 동작을 수행하는 데 관여된다. 따라서, 이 시나리오에서, 동기화가 유지되는 것으로 가정된다. 이제부터, MS(16)가 액세스 상태에 있는 동안 BS(14) 및 MS(16)의 동작을 나타낸 도 18의 흐름도를 참조한다. MS(16)가 유휴 상태의 페이징 이용가능 모드에 있는 동안 레인징이 자율적으로(즉, MS-개시) 또는 BS(14)로부터의 페이징 메시지(1809)에 응답하여 행해질 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 수신된 페이징 메시지(1809)의 경우에, 페이징 메시지(1809)는 MS(16)에 의해 사용될 일련의 전용 레인징 자원, 예컨대, 전용 레인징 코드 및 전용 레인징 슬롯을 지정할 수 있다.

BS(14)는 상향링크 프레임에서 MS(16)에 의해 사용될 초기 레인징 구간을 정의하는 상향링크 허용 메시지(1810)(예컨대, UL-MAP 메시지)를 발생한다. 상향링크 허용 메시지의 내용은 BS(14)에 있는 상향링크 스케줄러에 의해 작성될 수 있다. 상향링크 스케줄러는 상향링크 대역폭을 관리하고, 그의 서비스 흐름(들) 및 대역폭 요청의 QoS 요구사항에 기초하여 상향링크 허용을 할당받을 MS를 스케줄링한다. 상향링크 스케줄러에 의해 할당된 상향링크 허용은 예약된 FID(예컨대, 브로드캐스트)에 관한 것이고, 예를 들어, BPSK 1/2 변조/FEC에서 소정의 견고한 프로필을 사용할 수 있다. 허용 메시지(1810)의 전송 후에, BS(14)는 계속하여 정상적으로 동작한다(1812). 이것은 허용 메시지(1822)와 같은 다른 허용 메시지의 주기적인 발생을 포함한다.

한편, 1812에 도시된 바와 같이, MS(16)는 허용 메시지의 수신을 기다리고, 궁극적으로 허용 메시지(1810)를 수신하는 것으로 가정된다. 허용 메시지(1810)의 수신 시에, MS(16)는 페이징 메시지(1809)에 지정된 일련의 전용 레인징 자원에 의해 특징지워지는 레인징 메시지(1816)를 작성한다. 이것은 전용 레인징 코드 및/또는 전용 레인징 슬롯을 포함한다.

BS(14)가 레인징 메시지(1816)의 전용 레인징 슬롯에서 전용 레인징 코드의 존재를 적절히 검출하는 경우, BS(14)는 MS(16)에 대해 레인징 응답 메시지를 발생한다. 예를 들어, 레인징 응답 메시지는 IEEE 802.16 또는 802.16m에 정의된 RNG-RSP 메시지와 유사한 형태를 가질 수 있다. 이 경우를 예상하여, 단계(1826)에서, MS(16)는 RNG-RSP 메시지가 BS(14)로부터 수신되었는지를 판정한다. 특정의 양의 시간이 경과하고 RNG-RSP 메시지가 수신되지 않은 경우, 이것은 BS(14)가 레인징 메시지(1816)의 전용 레인징 슬롯에서 전용 레인징 코드의 존재를 적절히 검출하지 않았음을 의미한다. 이것은 전력 문제, 간섭 등을 비롯한 다양한 이유 때문일 수 있다. 한편, MS(16)는 또한 추가의 허용 메시지의 수신에 주의한다(단계 1820). 실제로 BS(14)로부터 중간 RNG-RSP 메시지를 수신함이 없이 상기한 허용 메시지(1822)가 수신되는 경우, MS(16)에게 상향링크 프레임에서의 새로운 레인징 구간이 허용될 것이다.

그에 응답하여, 앞서 기술된 것과 유사하게, MS(16)는 동일한 일련의 전용 레인징 자원에 의해 특징지워지는 레인징 메시지(1824)를 작성한다. BS(14)가 레인징 메시지(1824)의 전용 레인징 슬롯에서 전용 레인징 코드의 존재를 적절히 검출하는 경우, BS(14)는 MS(16)에 대해 레인징 응답 메시지를 발생할 것이다. 이 경우를 예상하여, 단계(1826)에서, MS(16)는 레인징 응답 메시지가 BS(14)로부터 수신되었는지를 판정한다. 특정의 양의 시간이 경과하고 레인징 응답 메시지가 여전히 수신되지 않은 경우, 단계(1820)에서 MS(16)는 또 다른 허용 메시지를 수신할 것이고, 기타 등등이다. 그러나, BS(14)가 레인징 메시지(1824)의 전용 레인징 슬롯에서 전용 레인징 코드의 존재를 적절히 검출하는 경우(단계 1828), BS(14)는 레인징 동작이 성공적인지를 판정할 것이다(단계 1830). 환언하면, BS(14)가 MS(16)를 들을 수 있다는 것이 MS(16)가 적절한 전력, 타이밍 및 주파수 파라미터를 사용하고 있다는 것을 의미하지 않기 때문이다.

따라서, 단계(1830)의 결과는 BS(14)가 레인징 동작이 성공인 것으로 판정했다는 것일 수 있고, 이 경우에 BS(14)는 계속하여 이 판정을 나타내는 레인징 응답 메시지(1850)를 발생한다. 한편, 단계(1830)의 결과는 BS(14)가 레인징 동작이 성공이 아닌 것으로 판정했다는 것일 수 있다. 이 경우에, BS(14)는 단계(1832)로 진행하여 파라미터 조절이 계산된다. 이것은 MS(16)에 의해 사용되는 시그널링을 특징지우는 주파수, 타이밍 및 전력 중 하나 이상에 영향을 줄 수 있다. 상향링크 신호의 전력, 타이밍 및/또는 주파수 특성의 조절을 결정하기 위해 다양한 알고리즘이 사용될 수 있다. 또한, 단계(1832)에서, BS(14)는 선택적으로 MS(16)에 의해 사용될 새로운 레인징 코드 및/또는 새로운 레인징 슬롯을 계산한다. 또한, 단계(1832)에서, BS(14)는 MS(16)에 대한 액세스 ID를 결정한다. 액세스 ID는 MS(16)에게 아직 알려져 있지 않다. 액세스 ID는 BS(14)에 의해 레인징 동작 동안 MS(16)로 보내지는 콘텐츠에 대한 주소, 암호화 키, 또는 스크램블링 코드로서 사용될 수 있다.

BS(14)는 이어서 계속하여 MS(16)로 전송되는 레인징 응답 메시지(1834)를 작성한다. 레인징 응답 메시지(1434)는 레인징이 계속되어야 한다는 것을 명시하고, 상향링크 신호의 타이밍/주파수/전력 특성에 대한 임의의 필요한 조절을 제공한다. 또한, 레인징 응답 메시지(1834)는 레인징 메시지(1824)를 전송하기 위해 MS(16)에 의해 사용된 레인징 코드 및/또는 레인징 슬롯을 명시한다. 이것은 MS(16)가 레인징 응답 메시지(1834)가 실제로 그에게로 보내진 것임을 인식할 수 있게 한다. 또한, 레인징 응답 메시지(1834)는 선택적으로 단계(1832)에서 판정된 새로운 레인징 코드 및/또는 새로운 레인징 슬롯을 식별한다. 또한, 레인징 응답 메시지(1834)는 전술한 액세스 ID를 포함한다.

레인징 응답 메시지(1834)가 이어서 MS(16)에 수신된다. MS(16)는 단계(1826)를 실행하고, 레인징 응답 메시지(1834)가 실제로 MS로 보내지는 레인징 응답 메시지인지를 판정한다. 상세하게는, 이것은 MS(16)가 이전에 사용했던 레인징 코드 및/또는 레인징 슬롯이 레인징 응답 메시지(1834)에 존재한다는 사실에 기초하여 판정될 수 있다. 따라서, MS(16)는 단계(1826)로부터 "Y" 분기를 취한다. 또한, MS(16)는 수신된 액세스 ID를 장래의 사용을 위해 메모리에 저장한다. 또한, MS(16)는 상향링크 방향에서 자신이 사용하는 전력/시간/주파수 특성에 대해 필요한 조절을 행한다. MS(16)는 이어서 계속하여 일련의 레인징 자원(및 또한 조절된 시간/주파수/전력) 특성에 의해 특징지워지는 다른 레인징 메시지(1836)를 작성한다. MS(16)는 레인징 응답 메시지(1834)에서 BS(14)로부터 수신되는 전용 레인징 코드 및 전용 레인징 슬롯, 또는 새로운 레인징 코드 및 새로운 레인징 슬롯을 사용한다.

BS(14)는 레인징 메시지(1836)를 수신하고, 레인징 동작이 성공적인지를 판정한다(단계 1838). 단계(1838)의 결과는 BS(14)가 레인징 동작이 성공인 것으로 판정했다는 것일 수 있고, 이 경우에 BS(14)는 계속하여 이 판정을 나타내는 레인징 응답 메시지(1848)를 발생한다. 그러나, 이 단계에서 이전의 전력/시간/주파수 조절이 충분하지 않았을 수 있다. 따라서, 단계(1838)의 결과는 BS(14)가 레인징 동작이 성공이 아닌 것으로 판정했다는 것일 수 있다. 이 경우에, BS(14)는 단계(1840)로 진행하여 추가의 파라미터 조절이 계산된다. 이것은 다시 MS(16)에 의해 사용되는 시그널링을 특징지우는 주파수, 타이밍 및 전력 중 하나 이상에 영향을 줄 수 있다. 상향링크 신호의 전력, 타이밍 및/또는 주파수 특성의 조절을 결정하기 위해 다양한 알고리즘이 사용될 수 있다. 또한, 단계(1840)에서, BS(14)는 MS(16)에 의해 사용될 다른 새로운("더 새로운") 레인징 코드 및/또는 다른 새로운("더 새로운") 레인징 슬롯을 계산할 수 있지만, 반드시 그럴 필요는 없다.

BS(14)는 이어서 계속하여 MS(16)로 전송되는 레인징 응답 메시지(1842)를 작성한다. 레인징 응답 메시지(1842)는 레인징이 계속되어야 한다는 것을 명시하는 것은 물론, 상향링크 신호의 타이밍/주파수/전력 특성에 대한 임의의 필요한 추가적인 조절을 제공한다. 또한, 레인징 응답 메시지(1842)는 레인징 응답 메시지(1834)에서 이전에 MS(16)로 전송되었던 액세스 ID를 명시한다. 액세스 ID는 MS(16)가 레인징 응답 메시지(1842)가 그에게로 보내진 것임을 인식할 수 있게 한다. 따라서, 레인징 응답 메시지(1842)에서 레인징 메시지(1836)를 전송하기 위해 MS(16)에 의해 사용된 레인징 코드 및/또는 레인징 슬롯을 전송할 필요가 없다. 또한, 레인징 응답 메시지(1842)는, 단계(1840)에서 계산된 경우, 장래에 MS(16)에 의해 사용될 더 새로운 레인징 코드 및/또는 더 새로운 레인징 슬롯을 식별한다.

단계(1844)에서, MS(16)는 상향링크 방향에서 자신이 사용하는 전력/시간/주파수 특성에 대해 필요한 조절을 행한다. MS(16)는 이어서 계속하여 일련의 레인징 자원(또한 조절된 시간/주파수/전력) 특성에 의해 특징지워지는 다른 레인징 메시지(1846)를 작성한다. MS(16)는 레인징 응답 메시지(1842)에서 MS(16)에 의해 지정된 전용 레인징 코드 및 전용 레인징 슬롯, 또는 새로운 레인징 코드 및 마지막으로 사용한(사용했을 수 있는) 새로운 레인징 코드, 또는 더 새로운 레인징 코드 및 더 새로운 레인징 슬롯을 사용한다. BS(14)는 MS(16)로부터 레인징 메시지(1846)를 수신하고, 레인징 동작이 성공적인지를 판정한다(단계 1838). 단계(1838)의 결과가 BS(14)가 레인징 동작이 성공이 아니었다고 판정한 것인 경우, BS(14)는 단계(1840)로 되돌아간다. 그러나, 어떤 시점에서, 레인징 동작이 성공적이었다고 간주될 것이고, BS(14)는 계속하여 이 판정을 나타내는 레인징 응답 메시지(1848)를 발생한다. 레인징 응답 메시지(1848)는 또한 MS(16)를 식별하는 액세스 ID를 포함한다. 그러나, 긴 MAC 주소가 필요하지 않다.

BS(14)는 이어서 MS(16)로부터의 그 다음 상향링크 전송을 스케줄링하는 허용 메시지(1852)를 발생한다. 이 경우에, MS(16)로부터의 그 다음 상향링크 전송은 MS(16)의 유휴 ID를 포함하는 레인징 요청 메시지(1854)이다. 예를 들어, 레인징 요청 메시지(1854)는 IEEE 802.16 또는 802.16m에 정의된 RNG-REQ 메시지와 유사한 형태를 가질 수 있다. BS(14)에 의한 유휴 ID의 수신은 BS(14)가 레인징 동작이 성공적으로 완료된 MS(16)의 진정한 ID를 판정할 수 있게 한다. 이러한 이유는 유휴 ID가 MS(16)에 고유하게 매핑되기 때문이다. 단계(1856)에서, BS(14)는 유휴 ID에 기초하여 액세스 ID를 결정한다. 이것은, 전역 주소를 결정하는 중간 단계를 수반하거나 수반하지 않을 수 있는 유휴 ID에 기초하여, 메모리에 있는 테이블에서 MS ID를 탐색함으로써 행해질 수 있다. 대안으로서, MS ID가 주소 또는 식별자의 풀로부터 할당되고, 유휴 ID와 관련하여 저장될 수 있다.

BS(14)는 이어서 MS ID는 물론, MS를 식별하는 액세스 ID도 포함하는 레인징 응답 메시지(1858)를 MS(16)로 전송한다. MS(16)는 레인징 응답 메시지(1858)를 수신하고, (액세스 ID에 기초하여) 자신이 이 메시지의 수신자인지를 판정한다. MS(16)는 계속하여 MS ID를 추출하고 이를 메모리에 저장한다. 레인징 동작이 이제 완료되고, MS(16)는 연결됨 상태에 들어간다. MS(16)는 연결됨 상태 동안 네트워크와의 장래의 통신에서 MS ID를 사용한다. 장래의 통신은 관리 연결 및 트래픽 연결과 관련하여 데이터의 전송 및/또는 수신을 포함할 수 있다.

제1 대안의 실시예는 도 16의 흐름도를 수정한 것과 유사한 도 18에 대한 변경을 포함할 수 있다.

제2 대안의 실시예는 도 17의 흐름도를 수정한 것과 유사한 도 18에 대한 변경을 포함할 수 있다.

시나리오 C

시나리오 C에서, MS(16)는 유휴 상태에 있는 동안 위치 업데이트를 수행하기 위해 레인징 동작에 관여된다. MS(16)가 유휴 상태의 페이징 이용가능 모드에 있는 동안 위치 업데이트가 자율적으로(즉, MS-개시) 또는 BS(14)로부터의 페이징 메시지에 응답하여 행해질 수 있다. 구체적으로는, 이하의 위치 업데이트 트리거 조건 중 하나가 만족되는 경우, 유휴 모드의 MS는 위치 업데이트 프로세스 동작을 수행할 수 있다:

ㆍ 페이징 그룹 위치 업데이트: MS(14)가 페이징 그룹의 변화를 검출할 때, MS(16)는 위치 업데이트 프로세스를 수행한다. MS(16)는 BS(14)에 의해 전송되는 페이징 그룹 ID를 모니터링함으로써 페이징 그룹의 변화를 검출한다.

ㆍ 타이머 기반 위치 업데이트: MS(16)는 유휴 모드 타이머의 만료 이전에 위치 업데이트 프로세스를 주기적으로 수행한다.

ㆍ 전원 끔 위치 업데이트: MS(14)는 질서있는 전원 끔 절차의 일부로서 한번에 위치 업데이트를 완료하려고 시도한다.

ㆍ 멀티캐스트/브로드캐스트(MBS) 위치 업데이트: MBS 구역 천이 동안 유휴 상태에서 MBS 데이터를 수신할 때, MS(16)는 MBS 데이터의 계속적인 수신을 위한 MBS 구역 정보를 획득하기 위해 MBS 위치 업데이트 프로세스를 수행할 수 있다.

이제부터, MS(16)가 유휴 상태에 있는 동안 위치 업데이트를 수행하는 동안 BS(14) 및 MS(16)의 동작을 나타낸 도 19의 흐름도를 참조한다. 구체적으로는, 참조 번호(1809)로부터 MS(16)가 MS(16)의 유휴 ID를 포함하는 레인징 요청 메시지(1854)를 발생하는 시점까지의 설명은 도 18을 참조하여 앞서 제공된 것과 동일하다. 레인징 요청 메시지(1854)는 또한 위치 업데이트이고 네트워크 진입과 관련하여 행해지지 않는다는 것을 나타내도록 작성될 수 있다. 단계(1956)에서, 레인징 요청 메시지(1854)를 수신하는 BS(14)는 위치 업데이트를 확인 응답한다. 이것은 위치 업데이트 확인 응답은 물론, MS를 식별하는 액세스 ID도 포함하는 레인징 응답 메시지(1958)를 MS(16)에 대해 발생하는 것에 의해 행해질 수 있다. MS(16)는 레인징 응답 메시지(1958)를 수신하고, (액세스 ID에 기초하여) 자신이 이 메시지의 수신자인지를 판정한다. 레인징 동작이 이제 완료되고, 추가의 위치 업데이트가 요구될 때까지 또는 연결됨 상태에 들어가도록 명령받을 때까지, MS(16)는 다시 유휴 상태로 간다. MS(16)는 유휴 상태 동안 네트워크와의 장래의 통신에서 유휴 ID를 사용한다.

제1 대안의 실시예는 도 16의 흐름도를 수정한 것과 유사한 도 19에 대한 변경을 포함할 수 있다.

제2 대안의 실시예는 도 17의 흐름도를 수정한 것과 유사한 도 19에 대한 변경을 포함할 수 있다.

상기 실시예의 많은 변형이 가능하다는 것을 이해하여야 한다. 구체적으로는, 메시지가 임의의 적당한 방식으로 스크램블, 인코딩된 또는 암호화될 수 있다. 상세하게는, 보안을 향상시키기 위해, 피크 전력을 감소시키기 위해 또는 다른 이유로 도 17을 참조하여 기술된 스크램블링 기법이 임의의 다른 메시지 흐름도에 적용될 수 있다.

또한, 상기 메시지가 IEEE 802.16 및 IEEE 820.16m 이동 통신 표준과 관련하여 기술되었지만, 본 발명이 더 광의적으로 다른 이동 통신 표준에 따라 구현되거나 설계되는 것, 예컨대, 3GPP(Third Generation Partnership Project)에 의해 발표된 LTE(Long Term Evolution)를 비롯한 다른 통신 시스템에 적용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.

또한, 이상의 설명이 액세스 ID 및 MS ID를 사용한 초기 레인징에 집중되어 있지만, MS(16)가 이들 식별자 중 하나 또는 둘다를 사용하여 주기적인 레인징을 수행할 수 있다는 것을 이해하여야 한다.

또한, 이상의 설명이 OFDMA(orthogonal frequency division multiple access) PHY 계층을 사용한 PMP(point-to-multipoint) 구현에 집중되어 있지만, 본 발명의 실시예가 다른 구현 및 PHY 계층[메시 구현은 물론, SC(single carrier) PHY, SCa(single-carrier access) PHY 및 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) PHY를 포함함]에 적용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, SC, SCa 및 OFDM PHY 계층에서, 레인징 코드를 전송하기 보다는, MS는 초기 레인징 구간에서 RNG-REQ 메시지를 전송할 수 있다. 또한, 사용된 MAC 프로토콜은 TDD(Time Division Duplexing) 및/또는 FDD(frequency division duplexing)를 지원할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예가 중계국(RS)에 적용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 보다 구체적으로는, RS는 MS가 BS와 상호작용하고 있는 것처럼 상호작용할 수 있게 하도록 거동할 수 있는 반면, BS가 MS와 상호작용하고 있는 것처럼 상호작용할 수 있게 하도록 거동할 수 있다. 한편, RS는 초기 레인징과 관련하여 전술한 특징들 중 하나 이상을 구현할 수 있다.

상기 도면들은 본 출원의 실시예를 구현하는 데 사용될 수 있는 통신 시스템의 한 구체적인 예를 제공한다. 본 출원의 실시예가, 구체적인 예와 다르지만 본 명세서에 기술된 실시예의 구현에 따른 방식으로 동작하는 아키텍처를 갖는 통신 시스템에서 구현될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.

당업자라면, 일부 실시예에서, MS(16) 및/또는 BS(14)가 하나 이상의 컴퓨팅 장치를 동작시키는 컴퓨터 판독가능 프로그램 코드(명령어)를 저장하는 코드 메모리(도시 생략)에 액세스하는 하나 이상의 컴퓨팅 장치를 포함할 수 있고, 그로써 전술한 기능들 중 하나 이상이 수행될 수 있게 된다는 것을 이해할 것이다. 컴퓨터 판독가능 프로그램 코드는 고정식, 유형(tangible)이고 하나 이상의 컴퓨팅 장치에 의해 직접 판독가능한 매체 상에 저장될 수 있거나(예컨대, 이동식 디스켓, CD-ROM, ROM, 고정 디스크, USB 드라이브), 컴퓨터 판독가능 프로그램 코드가 원격적으로 저장되지만 비무선 매체(예컨대, 광 또는 아날로그 통신 회선), 또는 무선 매체(예컨대, 마이크로파, 적외선 또는 기타 전송 방식) 또는 그 조합일 수 있는 전송 매체를 통해 네트워크(인터넷을 포함하지만, 이들로 제한되지 않음)에 연결된 모뎀 또는 기타 인터페이스 장치(예컨대, 통신 어댑터)를 통해 하나 이상의 컴퓨팅 장치로 전송가능할 수 있다. 다른 실시예에서, MS(16) 및/또는 BS(14)는 전술한 기능들 중 하나 이상이 수행될 수 있게 하는 사전 프로그램된 하드웨어 또는 펌웨어 요소[예컨대, ASIC(application specific integrated circuit), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory), 플래시 메모리 등], 또는 기타 관련 구성요소를 포함할 수 있다.

Claims

기지국에서, 이동국을 수반하는 액세스 절차 동안 임시(temporary) 이동국 식별자를 상기 이동국으로 전송하는 단계; 및
상기 이동국의 전역(global) 주소에 기초한 추가 이동국 식별자를 상기 이동국으로 전송하는 단계
를 포함하고,
상기 액세스 절차 동안 상기 기지국으로부터 수신한 제1 메시지의 콘텐츠를 추출하기 위해, 상기 이동국은 상기 임시 이동국 식별자를 이용하고,
상기 기지국으로부터 수신한 제2 메시지의 콘텐츠를 추출하기 위해, 상기 이동국은 상기 추가 이동국 식별자를 이용하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 제2 메시지는, 상기 액세스 절차가 완료된 후, 상기 기지국으로부터 수신되는 방법.
제1항에 있어서,
상기 제2 메시지는, 상기 액세스 절차 동안, 상기 기지국으로부터 수신되는 방법.
제1항에 있어서,
상기 이동국으로부터, 상기 액세스 절차를 수행하는 요청을 수신하는 단계 - 상기 요청은 랜덤 액세스 코드를 포함함 -; 및
상기 랜덤 액세스 코드에 기초하여, 상기 임시 이동국 식별자를 생성하는 단계를 더 포함하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 제2 메시지의 상기 콘텐츠는 상기 이동국에 대한 업링크 허용(uplink grant)을 포함하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 추가 이동국 식별자는, 상기 기지국의 매체 액세스 제어(MAC) 계층에 의해 생성되는 방법.
기지국으로서,
이동국을 수반하는 액세스 절차 동안 임시 이동국 식별자를 생성하고, 상기 이동국의 전역 주소에 기초한 추가 이동국 식별자를 생성하는 프로세서 - 상기 액세스 절차 동안 상기 기지국으로부터 수신한 제1 메시지의 콘텐츠를 추출하기 위해 상기 이동국은 상기 임시 이동국 식별자를 이용하고, 상기 기지국으로부터 수신한 제2 메시지의 콘텐츠를 추출하기 위해 상기 이동국은 상기 추가 이동국 식별자를 이용함 -; 및
상기 이동국으로, 상기 제1 및 제2 메시지를 출력하도록 구성되는 전송 회로를 포함하는 기지국.
제7항에 있어서,
상기 제2 메시지는, 상기 액세스 절차가 완료된 후, 상기 기지국으로부터 수신되는 기지국.
제7항에 있어서,
상기 제2 메시지는, 상기 액세스 절차 동안, 상기 기지국으로부터 수신되는 기지국.
제7항에 있어서,
상기 이동국으로부터, 상기 액세스 절차를 수행하는 요청을 수신하도록 구성되는 수신 회로를 더 포함하고,
상기 요청은 랜덤 액세스 코드를 포함하고,
상기 랜덤 액세스 코드는 상기 프로세서로 통신되고,
상기 프로세서는 상기 랜덤 액세스 코드에 기초하여, 상기 임시 이동국 식별자를 생성하는 기지국.
제7항에 있어서,
상기 제2 메시지의 상기 콘텐츠는 상기 이동국에 대한 업링크 허용을 포함하는 기지국.
제7항에 있어서,
상기 추가 이동국 식별자는, 상기 기지국의 상기 프로세서에 의해 실행되는 매체 액세스 제어(MAC) 계층에 의해 생성되는 기지국.
집적 회로로서,
이동국을 수반하는 액세스 절차 동안 임시 이동국 식별자를 생성하고, 상기 이동국의 전역 주소에 기초한 추가 이동국 식별자를 생성하는 회로 - 상기 액세스 절차 동안 기지국으로부터 수신한 제1 메시지의 콘텐츠를 추출하기 위해 상기 이동국은 상기 임시 이동국 식별자를 이용하고, 상기 기지국으로부터 수신한 제2 메시지의 콘텐츠를 추출하기 위해 상기 이동국은 상기 추가 이동국 식별자를 이용함 -; 및
상기 이동국으로, 상기 제1 및 제2 메시지를 출력하는 회로를 포함하는 집적 회로.
제13항에 있어서,
상기 제2 메시지는, 상기 액세스 절차가 완료된 후, 상기 기지국으로부터 수신되는 집적 회로.
제13항에 있어서,
상기 제2 메시지는, 상기 액세스 절차 동안, 상기 기지국으로부터 수신되는 집적 회로.
제13항에 있어서,
상기 이동국으로부터, 상기 액세스 절차를 수행하는 요청을 수신하는 회로를 더 포함하고,
상기 요청은 랜덤 액세스 코드를 포함하고,
상기 랜덤 액세스 코드에 기초하여 상기 임시 이동국 식별자를 생성하는 회로로 상기 랜덤 액세스 코드가 통신되는 집적 회로.
제13항에 있어서,
상기 제2 메시지의 상기 콘텐츠는 상기 이동국에 대한 업링크 허용을 포함하는 집적 회로.
제13항에 있어서,
상기 추가 이동국 식별자는, 상기 추가 이동국 식별자를 생성하는 회로에 의해 실행되는 매체 액세스 제어(MAC) 계층에 의해 생성되는 집적 회로.
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