KR102020222B1 - 무선 자원 제어(RRC) 인액티브(Inactive) 상태에 있는 단말들의 QoS를 고려한 경쟁 해결 기반의 랜덤 접속 방법 및 장치 - Google Patents

무선 자원 제어(RRC) 인액티브(Inactive) 상태에 있는 단말들의 QoS를 고려한 경쟁 해결 기반의 랜덤 접속 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

이동통신 시스템에서의 경쟁 해결 기반의 랜덤 접속 방법은 3GPP 5G 이동통신 시스템에 도입된 RRC INACTIVE 상태에서 Machine Type Communication(MTC) 단말의 QoS 요구사항, 특히 지연시간을 고려한 랜덤 접속 방법이다.
RRC INACTIVE 상태에서 단말은 기지국이 할당해준 아이디(AS Context ID)를 가지고 있다. 요구되는 지연시간이 임계 값보다 작은 단말들은 할당 받은 아이디를 기반으로 프리앰블을 선택하여 랜덤 접속을 실시한다. 기지국은 수신한 프리앰블과 접속 패턴 분석기를 이용해서 프리앰블을 보낸 단말들을 예측한다. 기지국은 예측된 단말들을 위해서 서로 다른 랜덤 접속 응답 메시지들을 보낸다. 이 때, 기지국은 AS Context ID를 이용해서 PDCCH의 CRC bits를 스크램블링 한다. 따라서, 복수의 단말이 동일한 프리앰블을 전송하더라도 충돌 없이 랜덤 접속을 완료할 수 있다.

Description

무선 자원 제어(RRC) 인액티브(Inactive) 상태에 있는 단말들의 QoS를 고려한 경쟁 해결 기반의 랜덤 접속 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CONTENTION RESOLUTION-BASED RANDOM ACCESS CONSIDERING QOS OF DEVICES IN RRC INACTIVE STATE}
이동통신 시스템에서 단말과 기지국 사이의 접속 절차에 관한 것으로, 특히 5G 이동통신 시스템에서 RRC INACTIVE 상태에 있는 단말의 경쟁 해결 기반의 랜덤 접속 절차에 대한 발명이 개시된다.
기존 LTE 시스템에서는 단말과 기지국 사이의 RRC 연결(Radio Resource Control Connection)의 유무에 따라서 단말의 상태(RRC State)를 두 가지로 정의했다. 즉, 단말과 기지국 사이의 RRC 연결이 있으면 단말의 상태를 RRC CONNECTED 상태로 정의하고, 단말과 기지국 사이의 RRC 연결이 없으면 단말의 상태를 RRC IDLE 상태로 정의하였다.
RRC CONNECTED 상태의 단말은 기지국과 데이터를 송수신할 수 있으며, 단말의 위치는 셀 단위로 기지국에서 관리된다. 또한 단말의 통신을 위해 기지국과 코어네트워크 사이의 연결도 맺어진 상태이다.
RRC IDLE 상태의 단말은 기지국과 연결이 되어 있지 않기 때문에 데이터를 송수신할 수 없으며, 단말의 위치는 코어네트워크에서 여러 기지국의 묶음인 Tracking Area 단위로 관리된다. 또한 단말의 데이터 통신을 위한 기지국과 코어네트워크 사이의 연결도 끊어진 상태이다.
3GPP는 5G 이동통신 시스템의 표준화 과정에서 단말의 상태에 RRC IDLE과 RRC CONNECTED 상태 외에 RRC INACTIVE 상태를 추가하였다. 이 상태의 단말은 RRC IDLE 상태의 단말과 같이 기지국과 연결이 되어 있지 않다.
그러나 RRC INACTIVE 상태는 RRC IDLE 상태와는 다른 두 가지 차이점을 가지고 있다. 첫째, RRC 연결을 맺기 위해 필요한 정보(Context)를 단말과 기지국에서 저장하고 있으며, 해당 정보를 활성화하기 위한 AS(Access Stratum) Context ID를 단말이 가지고 있다. 둘째, 단말의 데이터 통신을 위한 기지국과 코어네트워크의 연결이 유지되어 있다. 이러한 두 가지 특징 때문에 RRC INACTIVE 상태의 단말은 RRC 연결을 다시 재개(resume)하는데 필요한 지연시간을 줄일 수 있다.
단말은 기지국으로 데이터를 보내기 전에 기지국과 상향 링크 시간 동기가 맞춰져 있어야 한다. 이를 위해서 LTE 이동통신 시스템에서는 랜덤 접속 절차를 정의 하였다. 이 랜덤 접속 절차는 경쟁 기반(contention-based) 랜덤 접속 절차와 비 경쟁 기반(contention-free) 랜덤 접속 절차로 분류된다.
경쟁 기반 랜덤 접속 절차는 단말과 기지국 사이의 연결이 끊어져 있거나 기지국이 랜덤 접속을 위한 프리앰블을 할당해 줄 수 없을 때, 단말이 실시하게 된다. 구체적으로 단말과 기지국 사이의 연결이 없는 상태(RRC IDLE)에서 단말이 초기 접속을 할 때와 단말과 기지국 사이의 연결을 재설정할 때와 단말과 기지국 사이의 연결이 있는 상태(RRC CONNECTED)이나 상향 링크 시간 동기가 맞지 않거나, SR (Scheduling Request) 메시지를 보내기 위한 PUCCH(Physical Uplink Control Channel) 자원이 할당되어 있지 않은 상태에서 상향 링크 데이터가 도착했을 때 단말이 경쟁 기반 랜덤 접속 절차를 실시한다.
비 경쟁 기반 랜덤 접속 절차는 RRC CONNECTED 상태에서 기지국이 단말에게 랜덤 접속을 위해 직접 할당한 프리앰블을 이용해서 랜덤 접속을 실시하게 된다. 구제적으로 단말이 핸드오버를 할 때와 단말과 기지국 사이의 RRC 연결이 있으나 상향 링크 시간 동기가 맞지 않는 상태에서 하향 링크 데이터가 도착했을 때와 단말과 기지국 사이의 RCC 연결이 있으나 단말의 위치에 대해 timing advance 값이 필요한 때 단말이 비 경쟁 기반 랜덤 접속 절차를 실시한다.
제안된 발명은 경쟁 기반 랜덤 접속 절차에서 둘 이상의 단말이 동일한 프리앰블을 전송하여 랜덤 접속을 시도할 때 발생할 수 있는 프리앰블의 충돌로 인해 다시 랜덤 접속 절차를 시도하고 그에 따른 지연시간 증가로 단말의 QoS 요구사항을 만족시키지 못하는 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
나아가 제안된 발명은 비 경쟁 기반 랜덤 접속 절차에서 같이 하나의 단말을 위해서 하나의 프리앰블을 할당하지 않고 복수의 단말이 동일한 프리앰블을 사용하면서도 충돌을 해결함으로써 프리앰블 개수만큼 서비스할 수 있는 단말의 수가 제한되는 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
일 양상에 따른 경쟁 해결 기반 랜덤 접속 방법은 기지국이 RRC INACTIVE 상태의 단말로부터 RACH(Random Access Channel)를 통해 경쟁 해결 기반 랜덤 접속용 프리앰블을 수신하는 과정과, 기지국이 프리앰블의 ID와 프리앰블이 전송된 서브프레임 번호와 RACH 주기를 기반으로 해당 프리앰블을 전송한 후보 단말들을 선택하는 과정과, 기지국이 선택된 후보 단말들에 대해 서로 다른 랜덤 접속 응답 메시지를 구성하고 PDCCH(Physical Downlink Control Channel)의 CRC 비트를 각 단말에 할당된 AS(Access Stratum) Context ID를 이용하여 스크램블링하여 각각의 랜덤 접속 응답 메시지를 전송하는 과정을 포함하여 복수의 단말이 동일한 프리앰블을 사용하여 랜덤 접속 절차를 시도하더라도 충돌 없이 랜덤 접속 절차를 완료할 수 있다.
일 양상에 따른 경쟁 해결 기반 랜덤 접속 방법을 지원하는 기지국은 RF(Radio Frequency)부와 제어부를 포함하고, RF부는 단말과 무선 신호를 송신 또는 수신하고 제어부는 RF부를 제어하고, 단말로부터 RACH를 통해 경쟁 해결 기반 랜덤 접속용 프리앰블을 수신하고, 상기 프리앰블의 ID와 상기 프리앰블이 전송된 서브프레임 번호와 RACH 주기를 기반으로 경쟁 해결 기반 랜덤 접속을 시도하는 후보 단말들을 선택하고, 선택된 후보 단말들에 대해 서로 다른 랜덤 접속 응답 메시지를 구성하고, PDCCH의 CRC 비트를 각 단말에 할당된 AS Context ID를 이용하여 스크램블링하여 각각의 랜덤 접속 응답 메시지를 선택된 후보 단말들에 전송하도록 제어하여 단말이 충돌 없이 경쟁 해결 기반 랜덤 접속 방법으로 랜덤 접속할 수 있도록 한다.
또 다른 양상에 따른 경쟁 해결 기반 랜덤 접속 방법을 지원하는 기지국은 RF부와 제어부외에 접속 패턴 분석부를 더 포함할 수 있고, 접속 패턴 분석부는 후보 단말의 접속 패턴을 분석하여 상기 프리앰블을 전송한 단말을 예측할 수 있다.
일 양상에 따른 경쟁 해결 기반 랜덤 접속 방법을 지원하는 단말은 RF부와 제어부를 포함하고, RF부는 기지국과 무선 신호를 송신 또는 수신하고, 제어부는 RF부를 제어하고, 기지국으로부터 할당받은 AS Context ID를 기반으로 경쟁 해결 기반 랜덤 접속용 프리앰블 중 어느 하나의 프리앰블을 선택하고, AS Context ID와 RACH 주기를 기반으로 선택된 프리앰블을 전송할 서브프레임 번호를 선택하고, 상기 서브프레임에 선택된 프리앰블을 전송하도록 제어하여 경쟁 해결 기반 랜덤 접속 방법으로 기지국에 랜덤 접속할 수 있다.
제안된 발명은 RRC INACTIVE 상태의 단말, 특히 MTC(Machine Type Communication) 단말이 경쟁 해결 기반의 랜덤 접속 절차를 이용하여 빠른 시간 내에 기지국과 랜덤 접속을 수행하여 단말의 QoS 요구사항, 특히 지연 시간에 대한 요구사항을 만족시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 제안된 발명은 4 way handshake 방식의 절차가 요구되는 경쟁 기반의 랜덤 접속이 필요한 상황에서 비 경쟁 기반의 랜덤 접속과 같은 2 way handshake 방식으로 랜덤 접속할 수 있는 효과가 있다.
또한 제안된 발명은 복수의 단말이 같은 프리앰블을 선택하더라도 프리앰블 충돌 문제를 해결할 수 있기 때문에 프리앰블을 확장하지 않아도 요구되는 지연시간이 짧은 단말들의 서비스 품질을 보장할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 단말과 기지국 사이의 경쟁 기반 랜덤 접속 절차를 도시한 절차도이다.
도 2는 단말과 기지국 사이의 비 경쟁 기반 랜덤 접속 절차를 도시한 절차도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 단말과 기지국 사이의 경쟁 해결 기반 랜덤 접속 절차를 도시한 절차도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 랜덤 접속 용도에 따른 프리앰블 ID 할당을 도시한 도면이다.
도 5는 일 실시 예의 RACH 주기 종류 및 주기에 따른 전송 가능한 서브 프레임 번호 목록을 나타낸 표이다.
도 6은 일 실시 예에 대한 AS Context ID의 모듈러 연산 결과의 특징을 나타내는 표이다.
도 7은 일 실시 예에 따른 RACH 주기 인덱스를 선택하는 알고리즘에 대한 순서도이다.
도 8은 일 실시 예에 대한 경쟁 해결 기반 랜덤 접속 절차의 예시를 도시한 절차도이다.
전술한, 그리고 추가적인 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명하는 실시 예들을 통해 구체화된다. 각 실시 예들의 구성 요소들은 다른 언급이나 상호간에 모순이 없는 한 실시 예 내에서 다양한 조합이 가능한 것으로 이해된다. 블럭도의 각 블럭은 어느 경우에 있어서 물리적인 부품을 표현할 수 있으나 또 다른 경우에 있어서 하나의 물리적인 부품의 기능의 일부 혹은 복수의 물리적인 부품에 걸친 기능의 논리적인 표현일 수 있다. 때로는 블럭 혹은 그 일부의 실체는 프로그램 명령어들의 집합(set)일 수 있다. 이러한 블럭들은 전부 혹은 일부가 하드웨어, 소프트웨어 혹은 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다.
도 1은 단말과 기지국 사이의 경쟁 기반 랜덤 접속 절차를 나타내고, 도 2는 단말과 기지국 사이의 비 경쟁 기반 랜덤 접속 절차를 나타낸다.
3GPP 5G 이동통신 시스템 표준화 과정에서 추가된 RRC INACTIVE 상태에서도 상향 링크 데이터 발생 등으로 인해 RRC 연결을 재개하기 위해서 단말은 랜덤 접속 절차를 수행하게 된다. 이때, 단말은 경쟁 기반 또는 비경쟁 기반 랜덤 접속 절차를 사용할 수 있다.
도 1은 경쟁 기반 랜덤 접속 절차 과정으로 도 1에 도시된 바에 따르면, 먼저 단말은 기지국이 할당한 경쟁 기반 랜덤 접속 용 프리앰블 중 하나를 선택하여 기지국에 전송한다(S1000). 프리앰블을 전송하는 시기는 기지국에서 알려주는 Physical Random Access Channel(PRACH) 설정 값을 따르며, 해당 설정 값에는 전송 가능한 서브프레임(subframe) 번호들이 포함되어 있다. PRACH 설정 값은 같은 셀 내에 있는 단말들에 동일하게 적용된다.
단말로부터 프리앰블을 성공적으로 수신한 기지국은 단말이 상향 링크 시간 동기를 맞출 수 있도록 하는 Timing Advance(TA) 값과, 단말의 임시 ID인 Temporary Cell-Radio Network Temporary Identifier(TC-RNTI)와, 단말의 RRC 연결 요청 메시지를 위한 상향 링크 자원 할당 정보를 포함하는 랜덤 접속 응답(Random Access Response) 메시지를 전송한다(S1100). 단말이 이 메시지를 수신할 수 있도록 기지국은 단말이 보낸 프리앰블 ID를 랜덤 접속 응답 메시지의 Medium Access Control(MAC) 헤더에 포함하며, PDCCH의 CRC bits를 Random Access-RNTI (RA-RNTI) 값으로 스크램블링 한다. RA-RNTI 값은 단말이 보낸 프리앰블의 시간 및 주파수 축 자원을 기준으로 식(1)에 따라 정해진다.
Figure 112018011723603-pat00001
- 식(1)
Frequency Division Duplexing(FDD) 시스템의 경우,
Figure 112018011723603-pat00002
값은 0이다.
단말은 랜덤 접속 응답 메시지를 통해서 전달 받은 상향 링크 자원 정보를 이용해서 RRC 연결 요청(RRC Connection Request) 메시지를 전송한다(S1200). 이 때, 단말은 자신을 식별할 수 있는 TC-RNTI를 포함해서 전송한다. 만약 둘 이상의 단말이 동일한 프리앰블을 보냈다면, 해당 단말들은 동일한 상향 링크 자원을 이용해서 RRC 연결 요청 메시지를 전송한다. 그러므로 기지국은 RRC 연결 요청 메시지를 성공적으로 수신하기 어렵다.
기지국이 RRC 연결 요청 메시지를 수신 한다면, 셀 내에서 단말을 식별하기 위한 Cell-RNTI(C-RNTI)를 포함한 RRC 연결 수립 메시지를 보낸다(S1300). 이 때 기지국은 PDCCH의 CRC bits을 TC-RNTI 값을 이용해서 스크램블링 하여 RRC 연결 요청 메시지를 보낸 단말이 수신해야 할 RRC 연결 수립 메시지를 수신할 수 있도록 한다. 단말이 RRC 연결 수립 메시지를 성공적으로 수신한다면, 단말은 RRC CONNECTED 상태가 된다.
이와 같이 경쟁 기반 랜덤 접속 절차를 따라서 다수의 단말들이 기지국과의 연결을 재개하면, 프리앰블의 충돌 확률이 커지게 된다. 프리앰블의 충돌이 발생하여 단말이 RRC 연결 수립 메시지를 성공적으로 수신하지 못하면, 단말은 다시 랜덤 접속 절차를 시도해야 한다. 이로 인해서 지연시간이 커지면, 단말의 QoS 요구사항을 만족 시키지 못하는 문제가 발생할 수 있다.
도 2는 비 경쟁 기반 랜덤 접속 절차 과정으로 도 2에 도시된 바에 따르면, 먼저 기지국은 비 경쟁 기반 랜덤 접속용 프리앰블을 할당하고 이 중 하나를 단말에 할당한다. 단말은 할당 받은 비 경쟁 기반 랜덤 접속용 프리앰블을 전송하여 랜덤 접속 절차를 시작한다(S2000). 프리앰블을 전송하는 시기는 기지국에서 알려주는 PRACH 설정 값을 따르며, 해당 설정 값에는 전송 가능한 서브프레임 번호들이 포함되어 있다. PRACH 설정 값은 같은 셀 내에 있는 단말들에 동일하게 적용된다.
프리앰블을 성공적으로 수신한 기지국은 단말이 상향 링크 시간 동기를 맞출 수 있도록 하는 TA 값과, 단말의 cell ID인 C-RNTI와, 그리고 단말의 RRC 메시지를 위한 상향 링크 자원 할당 정보를 포함하는 랜덤 접속 응답 메시지를 전송한다(S2100).
비 경쟁 기반 랜덤 접속 절차는 기지국이 직접 프리앰블을 할당하기 때문에 경쟁 기반 랜덤 접속 절차에서 발생할 수 있는 충돌 문제는 없다. 하지만 기지국은 하나의 단말을 위해서 하나의 프리앰블을 할당해야 하기 때문에 정해진 비 경쟁 랜덤 접속 용 프리앰블 개수만큼 서비스 할 수 있는 단말의 수가 정해지는 한계점이 있다.
도 3은 일 실시 예에 따른 단말과 기지국 사이의 경쟁 해결 기반 랜덤 접속 절차를 도시한 절차도이다. 도 3에 도시된 바에 따르면 RRC INACTIVE 상태에서 단말이 AS Context ID를 가지고 있는 특징을 이용하여 2-way handshake 방식으로 동작한다. 경쟁 기반 랜덤 액세스 절차를 2-way handshake 방식으로 동작할 수 있도록 하기 위해 단말에게 유일한 프리앰블을 할당하는 방식을 사용할 수 있으나 이는 더 많은 수의 프리앰블을 요구하게 되는 문제가 있다.
그러나 도 3에 도시된 절차는 복수의 단말들에게 동일한 프리앰블을 할당해도 충돌을 해결할 수 있는 랜덤 접속 절차로 이와 같은 방법을 이용하면 단말에게 유일한 프리앰블을 할당하지 않아도 2-way handshake 방식으로 랜덤 접속 절차를 완료할 수 있으므로 프리앰블을 생성하기 위한 자원을 절약할 수 있는 장점이 있다.
또한 도 3에 도시된 절차에 따라 경쟁 해결 기반의 랜덤 접속 절차를 이용하면 단말의 QoS 요구사항, 특히 지연 시간에 대한 요구사항을 만족시킬 수 있다. 도 3에 따르면, 기지국은 RACH 주기 정보와 경쟁 해결 기반 랜덤 접속용으로 할당된 프리앰블의 수를 단말에 전달한다(S3000). 일정시간 동안 단말로 전달되는 다운링크 패킷과 단말로부터의 업링크 패킷이 없을 경우 기지국은 단말로 할당된 AS Context ID를 포함하는 RRC Connection Suspend 메시지를 전송한다(S3010). 단말은 RRC INACTIVE 상태에서 RRC 재설정 절차를 위해 경쟁 해결 기반의 랜덤 접속용 프리앰블을 전송하고(S3020), 이를 수신한 기지국이 RAR을 전송하여 랜덤 접속 절차를 종료한다(S3030). RRC CONNECTED 상태에서 단말이 RRC Connection Resume 완료 메시지를 기지국으로 전송한다(S3040).
도 3의 절차를 위한 기술적 구성은 크게 두가지로 이루어져 있다. 첫째, 단말이 AS Context ID를 이용하여 프리앰블 및 전송할 서버프레임 번호를 선택하는 과정과 둘째, 기지국이 AS Context ID를 이용하여 랜덤 접속 응답 메시지를 전송하는 과정으로 구성되어 있다.
먼저 AS Context ID를 이용하여 프리앰블 및 전송할 서브프레임 번호를 선택하는 과정을 설명한다. 단말은 할당 받은 AS Context ID를 기반으로 경쟁 해결 기반 랜덤 접속용 프리앰블 중 하나를 선택한다. AS Context ID를 이용해서 프리앰블을 선택하기 때문에 기지국은 단말에 프리앰블 정보를 알려주기 위한 추가적인 자원을 사용할 필요가 없다.
기지국은 셀 내에서 단말이 사용할 RACH 자원의 주기(RACH period)를 알려주고, 단말은 AS Context ID를 기반으로 해당 주기에 맞는 서브프레임 번호를 선택한다. 이를 통해서 서로 다른 단말이 같은 프리앰블을 선택해도 충돌이 나지 않는 효과를 얻을 수 있다. 즉, 같은 프리앰블을 사용해도 time diversity를 이용해서 더 많은 단말이 충돌 없이 랜덤 접속 절차를 할 수 있도록 하는 것이다.
그러나 여전히 서로 다른 AS Context ID를 할당 받은 단말들이 동일한 프리앰블과 서브프레임 번호를 선택한다면, 충돌 문제가 발생할 수 있다. 이 문제를 해결하기 위해 기지국은 AS Context ID를 이용한 랜덤 접속 응답 메시지를 구성하여 전송한다.
기지국은 단말에 할당한 AS Context ID에 해당하는 프리앰블 ID와 서브프레임 번호와 TA 값에 대한 정보를 가지고 있다. MTC 단말의 경우 이동성이 거의 없기 때문에 최초 접속할 때 사용한 TA 값을 그대로 사용할 수 있다.
기지국이 경쟁 해결 기반의 랜덤 접속용 프리앰블을 수신하면, 프리앰블 ID와 서브프레임 정보들을 이용해서 현재 서브프레임에 해당 프리앰블을 보낼 수 있는 후보 단말들을 선택한다. 또한 접속 패턴 분석기(Access Pattern Analyzer)를 이용하여 앞에서 정한 후보 단말들 중 프리앰블을 전송할 확률이 높은 단말을 선별할 수 있다.
기지국은 앞에서 선별한 단말들에 대해서 서로 다른 랜덤 접속 응답 메시지를 구성한다. 또한 메시지를 보낼 때, 기지국은 PDCCH의 CRC bits을 AS Context ID를 이용해서 스크램블링 한다. 따라서, 복수의 단말이 동일한 프리앰블과 서브프레임 번호를 사용하여 랜덤 접속을 시도해도, 랜덤 접속 응답 메시지를 성공적으로 수신할 확률이 높아진다.
경쟁 해결 기반의 랜덤 접속 절차는 비 경쟁 랜덤 접속 방법과 동일하게 2번의 메시지 교환이 필요하다. 또한 같은 프리앰블을 선택하여 발생하는 충돌 문제 또한 해결할 수 있기 때문에 요구되는 지연시간이 짧은 단말들의 서비스 품질을 보장할 수 있다.
발명의 일 실시 예에 따른 경쟁 해결 기반의 랜덤 접속 방법은 기지국이 프리앰블을 수신하는 단계와, 후보 단말들을 선택하는 단계와, 랜덤 접속 응답 메시지를 구성하는 단계와, 랜덤 접속 응답 메시지를 전송하는 단계를 포함한다.
프리앰블을 수신하는 단계는 기지국이 단말로부터 RACH를 통해 경쟁 해결 기반 랜덤 접속용 프리앰블을 수신하는 단계이다. 경쟁 해결 기반 랜덤 접속용 프리앰블은 사용할 수 있는 사용 가능한 전체 프리앰블 중에 경쟁 해결 기반 랜덤 접속용으로 기지국이 할당한 프리앰블 중 하나이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 랜덤 접속 용도에 따른 프리앰블 ID 할당을 도시한 도면이다. 도 4는 경쟁 해결 기반 랜덤 접속 방법을 지원하기 위해 필요한 랜덤 접속 용도에 따른 프리앰블 ID 할당 현황의 예를 보여주고 있다.
일 실시 예에 따르면 사용할 수 있는 전체 프리앰블의 수는 64개이다. 도 4에 따르면 경쟁 해결 기반 랜덤 접속용 프리앰블은 4개가 할당되어 있다. 경쟁 해결 기반 랜덤 접속용 프리앰블의 집합을
Figure 112018011723603-pat00003
로 정의하면,
Figure 112018011723603-pat00004
이다.
Figure 112018011723603-pat00005
번째 단말은
Figure 112018011723603-pat00006
값과 AS Context ID(
Figure 112018011723603-pat00007
)를 이용해서 식(2)와 같이 자신이 사용할 프리앰블 아이디(
Figure 112018011723603-pat00008
)를 계산한다. AS Context ID 값은 0보다 큰 값을 갖는다.
Figure 112018011723603-pat00009
Figure 112018011723603-pat00010
는 전체 프리앰블의 집합으로
Figure 112018011723603-pat00011
이다. 예를 들어 단말이 AS Context ID를 2로 할당 받았으면(
Figure 112018011723603-pat00012
), 프리앰블 아이디는 62이다.
경쟁 해결 기반 랜덤 접속용 프리앰블을 선택한 단말은 AS Context ID를 이용해서 전송할 서브프레임 번호를 선택한다. 이를 위해서 기지국은 셀 내에서 단말이 사용할 RACH 주기(
Figure 112018011723603-pat00013
) 값을 알려줘야 한다.
도 5는 일 실시 예의 RACH 주기 종류 및 주기에 따른 전송 가능한 서브프레임 번호 목록을 나타낸 표이고 도 6은 일 실시 예에 대한 AS Context ID의 모듈러 연산 결과의 특징을 나타내는 표이다.
도 5는 각 주기 종류에 따른 서브프레임 번호 목록을 보여주고 있다. 일 실시 예에 따르면 총 3개의 주기를 고려하고 있다. 주기가 1일 때는 모든 서브프레임에서 전송이 가능하며, 해당 주기 인덱스(
Figure 112018011723603-pat00014
) 종류는 한 가지이다. 주기가 2일 때 주기 인덱스 종류는 두 가지이고, 주기가 3일 때 주기 인덱스 종류는 세 가지이다.
일 예로 기지국이 RACH 주기를 3으로 정했을 때, 3개의 단말들이 할당 받은 AS Context ID를 이용해서 전송할 서브프레임 번호를 알아 내는 과정을 설명한다. 단말들의 AS Context ID를 각각 2, 6, 10으로 할당 받고,
Figure 112018011723603-pat00015
라고 가정 하면, 앞에서 설명한 단말이 프리앰블 선택 과정에 의해서 3개의 단말은 모두 프리앰블 ID가 62인 프리앰블을 선택한다. 각 ID 별로 다른 주기를 선택하기 위해서 도 6의 모듈라(modular) 연산 결과의 특징을 이용한다.
Figure 112018011723603-pat00016
값은 1보다 크거나 같은 값을 가지기 때문에
Figure 112018011723603-pat00017
값을 정의하여 계산한다.
Figure 112018011723603-pat00018
값이 25보다 크거나 같은 값(25, 29, 31 등)을 갖게 되면, modular 연산의 특징에 의해서 도 6과 같은 결과 값이 반복되게 된다. RACH 주기가 1일 때는 주기 인덱스 종류가 하나이기 때문에 고려 대상이 아니다. RACH 주기가 2일 때는 주기 인덱스 종류가 두 개이다. 도 6에서 2행 과 3행의 결과 값을 비교하면 RACH 주기의 주기 인덱스를 두 가지로 구별 할 수 있다. RACH 주기가 3일 때는 도 6의 4행의 결과 값까지 비교해야 한다. 우선 2행과 4행의 결과 값이 같은지 비교한 뒤에, 다르다면 2행과 3행의 결과 값을 비교하는 방식으로 총 3개의 주기 인덱스를 구별하고자 한다.
도 7은 일 실시 예에 따른 RACH 주기 인덱스를 선택하는 알고리즘에 대한 순서도이다. 도 7에 따르면 해당 순서도의 입력은 AS Context ID(
Figure 112018011723603-pat00019
), RACH 주기(
Figure 112018011723603-pat00020
), 그리고 경쟁 해결 기반 랜덤 접속용 프리앰블 개수(
Figure 112018011723603-pat00021
) 이다.
후보 단말들을 선택하는 단계는 기지국이 수신한 프리앰블의 ID와 프리앰블이 전송된 서브프레임 번호와 RACH 주기를 기반으로 경쟁 해결 기반 랜덤 접속을 시도하는 후보 단말들을 선택하는 단계이다. 발명의 일 양상에 따라 기지국은 프리앰블의 ID와 각 프리앰블에 해당하는 단말에 할당된 AS Context ID와 RACH 주기 인덱스 값을 테이블 형태로 저장하고 이 테이블과 프리앰블이 전송된 서브프레임 번호와 RACH 주기를 기반으로 해당 프리앰블을 전송한 후보 단말들을 선택할 수 있다.
도 8은 일 실시 예에 대한 경쟁 해결 기반 랜덤 접속 절차의 예시를 도시한 절차도이다. 일 예로 기지국은 도 8에 도시된 바와 같이 경쟁 해결 기반 랜덤 접속용 프리앰블과 각 프리앰블에 해당하는 단말에 할당된 AS Context IDs, 그리고 RACH 주기 인덱스 값을 테이블 형태로 가지고 있을 수 있다. 기지국은 RACH 주기를 3으로 설정한 상태(T=3)이며, 경쟁 해결 기반 랜덤 접속용 프리앰블의 개수는 4개(
Figure 112018011723603-pat00022
)이다. 도 8에서는 기지국이 프리앰블 ID 62번을 성공적으로 수신한 상황을 보여주고 있다. 기지국이 프리앰블을 수신한 서브프레임 번호가 1이면,
Figure 112018011723603-pat00023
값이 1인 두 단말(
Figure 112018011723603-pat00024
)이 프리앰블을 보냈을 가능성이 있다. 도 5를 참조하면 RACH 주기가 3일 때, 서브프레임 번호 1에서 프리앰블을 보낼 수 있는 단말은
Figure 112018011723603-pat00025
가 1인 단말이기 때문이다. 즉, 프리앰블을 전송한 후보 단말로 AS Context ID가 2번과 14번이 할당된 단말이 선택된다.
랜덤 접속 응답 메시지를 구성하는 단계는 기지국이 선택된 후보 단말들에 대해 서로 다른 랜덤 접속 응답 메시지를 구성하는 단계이다.
랜덤 접속 응답 메시지를 전송하는 단계는 기지국이 PDCCH의 CRC 비트를 각 단말에 할당된 AS Context ID를 이용하여 스크램블링하여 각각의 랜덤 접속 응답 메시지를 선택된 후보 단말들에 전송하는 단계이다.
발명의 일 실시 예에 따른 경쟁 해결 기반의 랜덤 접속 방법은 기지국이 프리앰블을 수신하는 단계와, 후보 단말들을 선택하는 단계와, 랜덤 접속 응답 메시지를 구성하는 단계와, 랜덤 접속 응답 메시지를 전송하는 단계를 포함하고 프리앰블을 수신하는 단계에서 수신하는 프리앰블은 기지국으로부터 경쟁 해결 기반 랜덤 접속 방식으로 랜덤 접속하도록 AS Context ID를 할당 받은 단말이 전송하는 프리앰블이다.
발명의 일 실시 예에 따르면 AS Context ID는 랜덤 접속 방식에 따라 구분되도록 기지국이 단말에 할당한다.
랜덤 접속 방식의 결정은 단말이 사용하는 서비스의 요구되는 제1 지연시간과 RRC 접속 상태(RRC CONNECTED에서 데이터를 전송하는 데 소요되는 제2 지연시간의 차이 값이 경쟁 기반 랜덤 접속 임계 시간 값보다 작을 때 경쟁 해결 기반 랜덤 접속 방법을 적용하도록 결정된다.
일 예로, 기지국은 단말의 QoS 요구사항을 고려하여 RRC INACTIVE 상태에서의 랜덤 접속 방식을 결정한다. 랜덤 접속 방식은 단말에 할당하는 AS Context ID 정보에 포함되어 있다. AS Context ID의 Most Significant Bit(MSB)이 0이면 경쟁 해결 기반 랜덤 접속 절차를 따르고, 1이면 경쟁 기반 랜덤 접속 절차를 따른다. 기지국은 해당 정보를 전달하기 위해서 임계 값(
Figure 112018011723603-pat00026
)을 설정 한다. 임계 값은 경쟁 기반 랜덤 접속 임계 시간 값이며 식(3)과 같이 설정할 수 있다.
Figure 112018011723603-pat00027
Figure 112018011723603-pat00028
값은 경쟁 기반 랜덤 접속을 하는 데 필요한 시간이다.
단말이 사용하고 있는 서비스의 요구되는 제1 지연시간(Packet Delay Budget, PDB) 값을 PDB, RRC CONNECTED 상태에서 데이터를 보내는데 걸리는 제2 지연시간을
Figure 112018011723603-pat00029
로 정의 했을 때, 식(4)를 만족하면 경쟁 해결 기반 랜덤 접속 절차를 적용한다. 즉, AS Context ID의 MSB를 0으로 설정 한다.
Figure 112018011723603-pat00030
단말은 기지국에서 할당한 AS Context ID를 이용해서 프리앰블을 선택한다. 이를 위해서 기지국은 경쟁 해결 기반 랜덤 접속용 프리앰블의 개수를 단말에 알려준다.
발명의 또 다른 실시 예에 따른 경쟁 해결 기반의 랜덤 접속 방법은 기지국이 프리앰블을 수신하는 단계와, 후보 단말들을 선택하는 단계와, 랜덤 접속 응답 메시지를 구성하는 단계와, 랜덤 접속 응답 메시지를 전송하는 단계를 포함하고 후보 단말들을 선택하는 단계가 단말을 예측하는 단계를 더 포함할 수 있다.
단말을 예측하는 단계는 기지국이 후보 단말의 접속 패턴을 분석하여 프리앰블을 전송한 단말을 예측하는 단계이다.
단말을 예측하는 단계에서 후보 단말이 주기적인 랜덤 접속을 하는 단말이면 기지국에서 프리앰블을 수신한 시간이 해당 단말의 이전 프리앰블 수신 시간에 예측한 주기 값을 더한 시간에서 오차 시간 범위 내의 시간에 포함되는 경우 후보 단말을 프리앰블을 전송한 단말로 예측할 수 있다.
이때 오차 시간은 프리앰블을 수신한 시간과 예측된 시간의 차이의 절대값을 누적하여 합해진 값의 평균값이 사용된다.
프리앰블을 보낸 단말을 좀 더 정확하게 예측하기 위해서 기지국은 접속 패턴 분석 단계를 거칠 수 있다. RRC INACTIVE 상태에 있는
Figure 112018011723603-pat00031
번째 단말에서 트래픽(또는 패킷)이 발생한 뒤 랜덤 접속을 성공하면, 접속 패턴 분석 단계에서는 해당 랜덤 접속 과정에서 프리앰블을 수신한 시간(
Figure 112018011723603-pat00032
)을 저장한다. MTC 단말은 특성을 크게 두가지로 구분할 수 있다. 첫 번째는 주기적인 트래픽을 전송하는 단말이며, 두 번째는 event driven 방식으로 트래픽을 전송하는 단말이다.
접속 패턴 분석 단계는
Figure 112018011723603-pat00033
번째 단말의 프리앰블 수신 시간 데이터들을 바탕으로 주기적인 트래픽의 주기(
Figure 112018011723603-pat00034
)를 예측한다.
주기적인 트래픽의 경우, 접속 패턴 분석 단계가 예측한 주기 값(
Figure 112018011723603-pat00035
)과
Figure 112018011723603-pat00036
번째 프리앰블을 수신한 시간 값(
Figure 112018011723603-pat00037
)을 바탕으로
Figure 112018011723603-pat00038
번째 프리앰블의 수신 시간 값을 예측한다(
Figure 112018011723603-pat00039
).
Figure 112018011723603-pat00040
번째 프리앰블 수신 시간 예측 값(
Figure 112018011723603-pat00041
)은 실제 수신 시간 값(
Figure 112018011723603-pat00042
)과 오차가 있을 수 있기 때문에 오차 시간(margin) 값을 고려한다.
Figure 112018011723603-pat00043
Figure 112018011723603-pat00044
는 현재 기지국이 프리앰블을 수신한 시간(current time)이고,
Figure 112018011723603-pat00045
와
Figure 112018011723603-pat00046
는 오차 시간(margin) 이다.
프리앰블을 수신한 시간(
Figure 112018011723603-pat00047
)이 위 식과 같이 예측한 시간 값과 오차시간(margin)을 고려한 범위 내에 있다면, 기지국은 해당 단말이 프리앰블을 보냈다고 판단한다. 오차시간(margin) 값은 식(6)과 같은 방법을 사용해서 얻을 수 있다.
Figure 112018011723603-pat00048
Figure 112018011723603-pat00049
은 누적된 데이터의 개수이다.
다만 이에 한정되는 것은 아니며 여러 가지 방법을 이용해서 오차 시간(margin) 값을 구할 수 있다.
단말을 예측하는 단계에서 후보 단말이 이벤트 발생 시(event driven) 랜덤 접속을 하는 단말이면 접속 패턴 분석기를 통해서 단말의 접속 패턴을 예측하기 힘들기 때문에 해당 트래픽 종류를 가진 단말이 보낸 프리앰블을 수신하면 기지국은 랜덤 접속 응답 메시지를 무조건 보내준다.
도 8에서는 앞서 설명한 과정을 통해서 접속 패턴 분석 단계가
Figure 112018011723603-pat00050
인 두 단말이 모두 프리앰블을 보냈다고 판단하여 두 단말에 대해서 모두 랜덤 접속 응답 메시지를 보내는 것을 보여주고 있다.
랜덤 접속 응답 메시지를 보낼 때, 기지국은 PDCCH의 CRC bits을 AS Context ID를 이용해서 스크램블링 한다. 그러므로 복수의 단말이 동일한 프리앰블과 서브프레임 번호를 사용해서 랜덤 접속을 해도, 각 단말은 랜덤 접속 응답 메시지를 성공적으로 수신할 수 있다. 이후 실제로 프리앰블을 보낸 단말이 랜덤 접속 응답 메시지를 수신하면 RRC CONNECTED 상태로 바뀌게 된다. 프리앰블을 보낸 단말이 트래픽 분석기의 오류 또는 채널 상태로 인해 랜덤 접속 응답 메시지를 받지 못할 경우가 있을 수 있다. 그러므로 단말은 기존 LTE 시스템과 동일하게 프리앰블을 보내고 랜덤 접속 응답 윈도우(random access response window) 값으로 타이머를 실행한다. 이 타이머 값이 0이 될 때까지 랜덤 접속 응답 메시지를 수신하지 못하면, 단말은 다시 경쟁 해결 기반 랜덤 접속 절차를 수행한다.
발명의 일 실시 예에 따른 경쟁 해결 기반의 랜덤 접속 방법을 지원하는 기지국은 RF(Radio Frequency) 부와, 제어부를 포함한다.
RF부는 단말과 무선 신호를 송신 또는 수신한다.
제어부는 RF부를 제어하고, 단말로부터 RACH를 통해 경쟁 해결 기반 랜덤 접속용 프리앰블을 수신하고, 상기 프리앰블의 ID와 상기 프리앰블이 전송된 서브프레임 번호와 RACH 주기를 기반으로 경쟁 해결 기반 랜덤 접속을 시도하는 후보 단말들을 선택하고, 선택된 후보 단말들에 대해 서로 다른 랜덤 접속 응답 메시지를 구성하고, PDCCH의 CRC 비트를 각 단말에 할당된 AS Context ID를 이용하여 스크램블링하여 각각의 랜덤 접속 응답 메시지를 선택된 후보 단말들에 전송하도록 제어한다.
발명의 일 실시 예에 따른 경쟁 해결 기반의 랜덤 접속 방법을 지원하는 기지국이 수신하는 프리앰블은 기지국으로부터 경쟁 해결 기반 랜덤 접속 방식으로 랜덤 접속하도록 AS Context ID를 할당 받은 단말이 전송하는 프리앰블이다.
발명의 일 실시 예에 따르면 경쟁 해결 기반의 랜덤 접속 방법을 지원하는 기지국은 AS Context ID를 랜덤 접속 방식에 따라 구분되도록 단말에 할당한다.
랜덤 접속 방식의 결정은 단말이 사용하는 서비스의 요구되는 제1 지연시간과 RRC 접속 상태에서 데이터를 전송하는 데 소요되는 제2 지연시간의 차이 값이 경쟁 기반 랜덤 접속 임계 시간 값보다 작을 때 경쟁 해결 기반 랜덤 접속 방법을 적용하도록 결정된다.
일 예로, 기지국은 단말의 QoS 요구사항을 고려하여 RRC INACTIVE 상태에서의 랜덤 접속 방식을 결정한다. 랜덤 접속 방식은 단말에 할당하는 AS Context ID 정보에 포함되어 있다. AS Context ID의 Most Significant Bit(MSB)이 0이면 경쟁 해결 기반 랜덤 접속 절차를 따르고, 1이면 경쟁 기반 랜덤 접속 절차를 따른다. 기지국은 해당 정보를 전달하기 위해서 임계 값(
Figure 112018011723603-pat00051
)을 설정 한다. 임계 값은 경쟁 기반 랜덤 접속 임계 시간 값이며 식(3)과 같이 설정할 수 있다.
Figure 112018011723603-pat00052
Figure 112018011723603-pat00053
값은 경쟁 기반 랜덤 접속을 하는 데 필요한 시간이다.
단말이 사용하고 있는 서비스의 요구되는 제1 지연시간(Packet Delay Budget, PDB) 값을 PDB, RRC CONNECTED 상태에서 데이터를 보내는데 걸리는 제2 지연시간을
Figure 112018011723603-pat00054
로 정의 했을 때, 식(4)를 만족하면 경쟁 해결 기반 랜덤 접속 절차를 적용한다. 즉, AS Context ID의 MSB를 0으로 설정 한다.
Figure 112018011723603-pat00055
단말은 기지국에서 할당한 AS Context ID를 이용해서 프리앰블을 선택한다. 이를 위해서 기지국은 경쟁 해결 기반 랜덤 접속용 프리앰블의 개수를 단말에 알려준다.
발명의 또 다른 실시 예에 따른 경쟁 해결 기반의 랜덤 접속 방법을 지원하는 기지국은 RF 부와, 제어부를 포함하고, 접속 패턴 분석부를 더 포함할 수 있다.
접속 패턴 분석부는 후보 단말의 접속 패턴을 분석하여 상기 프리앰블을 전송한 단말을 예측할 수 있다.
접속 패턴 분석부는 후보 단말이 주기적인 랜덤 접속을 하는 단말이면 상기 프리앰블을 수신한 시간이 단말의 이전 프리앰블 수신 시간에 예측한 주기 값을 더한 시간에서 오차 시간 범위 내의 시간에 포함되는 경우 후보 단말을 프리앰블을 전송한 단말로 예측할 수 있다.
이때 오차 시간은 프리앰블을 수신한 시간과 예측된 시간의 차이의 절대값을 누적하여 합해진 값의 평균값이 사용된다.
프리앰블을 보낸 단말을 좀 더 정확하게 예측하기 위해서 기지국은 접속 패턴 분석기를 사용할 수 있다. RRC INACTIVE 상태에 있는
Figure 112018011723603-pat00056
번째 단말에서 트래픽(또는 패킷)이 발생한 뒤 랜덤 접속을 성공하면, 접속 패턴 분석기는 해당 랜덤 접속 과정에서 프리앰블을 수신한 시간(
Figure 112018011723603-pat00057
)을 저장한다. MTC 단말은 특성을 크게 두가지로 구분할 수 있다. 첫 번째는 주기적인 트래픽을 전송하는 단말이며, 두 번째는 event driven 방식으로 트래픽을 전송하는 단말이다.
접속 패턴 분석기는
Figure 112018011723603-pat00058
번째 단말의 프리앰블 수신 시간 데이터들을 바탕으로 주기적인 트래픽의 주기(
Figure 112018011723603-pat00059
)를 예측한다.
주기적인 트래픽의 경우, 접속 패턴 분석기가 예측한 주기 값(
Figure 112018011723603-pat00060
)과
Figure 112018011723603-pat00061
번째 프리앰블을 수신한 시간 값(
Figure 112018011723603-pat00062
)을 바탕으로
Figure 112018011723603-pat00063
번째 프리앰블의 수신 시간 값을 예측한다(
Figure 112018011723603-pat00064
).
Figure 112018011723603-pat00065
번째 프리앰블 수신 시간 예측 값(
Figure 112018011723603-pat00066
)은 실제 수신 시간 값(
Figure 112018011723603-pat00067
)과 오차가 있을 수 있기 때문에 오차 시간(margin) 값을 고려하여 식(5)와 같이 계산한다.
Figure 112018011723603-pat00068
Figure 112018011723603-pat00069
는 현재 기지국이 프리앰블을 수신한 시간(current time)이고,
Figure 112018011723603-pat00070
와
Figure 112018011723603-pat00071
는 오차 시간(margin) 이다.
프리앰블을 수신한 시간(
Figure 112018011723603-pat00072
)이 위 식과 같이 예측한 시간 값과 오차시간(margin)을 고려한 범위 내에 있다면, 기지국은 해당 단말이 프리앰블을 보냈다고 판단한다. 오차시간(margin) 값은 식(6)과 같은 방법을 사용해서 얻을 수 있다.
Figure 112018011723603-pat00073
Figure 112018011723603-pat00074
은 누적된 데이터의 개수이다.
다만 이에 한정되는 것은 아니며 여러 가지 방법을 이용해서 오차 시간(margin) 값을 구할 수 있다.
발명의 또 다른 실시 예에 따른 경쟁 해결 기반의 랜덤 접속 방법을 지원하는 기지국은 RF 부와, 제어부를 포함하고, 접속 패턴 분석부를 더 포함할 수 있다.
접속 패턴 분석부는 후보 단말이 이벤트 발생 시(event driven) 랜덤 접속을 하는 단말이면 접속 패턴 분석기를 통해서 단말의 접속 패턴을 예측하기 힘들기 때문에 해당 트래픽 종류를 가진 단말이 보낸 프리앰블을 수신하면 기지국은 랜덤 접속 응답 메시지를 무조건 보내준다.
도 8에서는 앞서 설명한 과정을 통해서 접속 패턴 분석기가
Figure 112018011723603-pat00075
인 두 단말이 모두 프리앰블을 보냈다고 판단하여 두 단말에 대해서 모두 랜덤 접속 응답 메시지를 보내는 것을 보여주고 있다.
랜덤 접속 응답 메시지를 보낼 때, 기지국은 PDCCH의 CRC bits을 AS Context ID를 이용해서 스크램블링 한다. 그러므로 복수의 단말이 동일한 프리앰블과 서브프레임 번호를 사용해서 랜덤 접속을 해도, 각 단말은 랜덤 접속 응답 메시지를 성공적으로 수신할 수 있다. 이후 실제로 프리앰블을 보낸 단말이 랜덤 접속 응답 메시지를 수신하면 RRC CONNECTED 상태로 바뀌게 된다. 프리앰블을 보낸 단말이 트래픽 분석기의 오류 또는 채널 상태로 인해 랜덤 접속 응답 메시지를 받지 못할 경우가 있을 수 있다. 그러므로 단말은 기존 LTE 시스템과 동일하게 프리앰블을 보내고 랜덤 접속 응답 윈도우(random access response window) 값으로 타이머를 실행한다. 이 타이머 값이 0이 될 때까지 랜덤 접속 응답 메시지를 수신하지 못하면, 단말은 다시 경쟁 해결 기반 랜덤 접속 절차를 수행한다.
기지국은 일정 주기 동안 단말들의 QoS 요구사항을 모니터링 한 후에 경쟁 해결 기반 랜덤 접속용 프리앰블의 개수를 정할 수 있다. 경쟁 해결 기반 랜덤 접속용 프리앰블 개수를 기반으로 특정 단말이 RRC CONNTECTED 상태에서 RRC INACTIVE 상태로 가게 되면 AS Context ID를 할당 받아야 한다. AS Context ID를 할당하는 방법은 다양하게 고려될 수 있다.
경쟁 해결 기반 랜덤 접속용 프리앰블의 개수와 RACH 주기 인덱스 종류를 고려하여 프리앰블과 시간 축 자원을 평등하게 나눠서 쓰는 방향으로 AS Context ID를 할당할 수 있다. 이 방법은 가장 기본적인 방법으로 해당 프리앰블 및 RACH 주기 인덱스를 가질 수 있는 AS Context ID의 종류는 정해져 있기 때문에 그 안에서 임의로 선택해서 할당할 수 있다.
트래픽 분석기를 통해서 분석한 단말들의 트래픽 패턴을 기반으로 비슷한 패턴을 가지는 단말들을 동일한 프리앰블 및 RACH 주기 인덱스를 고를 수 있도록 AS Context ID를 할당할 수 있다. 이 방법을 이용하면 랜덤 접속 응답 메시지를 보내는데 필요한 자원의 효율성이 증가하게 된다. 비슷한 트래픽 패턴을 가진 단말들이 같은 프리앰블과 RACH 주기 인덱스를 가진다면, 기지국 입장에서 실제 프리앰블을 보내지 않은 단말에게 불필요하게 랜덤 접속 응답 메시지를 보낼 가능성이 줄어들기 때문이다.
발명의 일 실시 예에 따른 경쟁 해결 기반의 랜덤 접속 방법을 지원하는 단말은 RF(Radio Frequency) 부와, 제어부를 포함한다.
RF 부는 무선 신호를 송신 또는 수신한다.
제어부는 RF부를 제어하고, 기지국으로부터 할당받은 AS Context ID를 기반으로 경쟁 해결 기반 랜덤 접속용 프리앰블 중 어느 하나의 프리앰블을 선택하고, AS Context ID와 RACH 주기를 기반으로 선택된 프리앰블을 전송할 서브프레임 번호를 선택하고, 상기 서브프레임에 선택된 프리앰블을 전송하도록 제어한다.
일 실시 예에 따르면 사용할 수 있는 전체 프리앰블의 수는 64개이다. 도 4에 따르면 경쟁 해결 기반 랜덤 접속용 프리앰블은 4개가 할당되어 있다. 경쟁 해결 기반 랜덤 접속용 프리앰블의 집합을
Figure 112018011723603-pat00076
로 정의하면,
Figure 112018011723603-pat00077
이다.
Figure 112018011723603-pat00078
번째 단말은
Figure 112018011723603-pat00079
값과 AS Context ID(
Figure 112018011723603-pat00080
)를 이용해서 다음 식과 같이 자신이 사용할 프리앰블 아이디(
Figure 112018011723603-pat00081
)를 계산한다. AS Context ID 값은 0보다 큰 값을 갖는다.
Figure 112018011723603-pat00082
Figure 112018011723603-pat00083
는 전체 프리앰블의 집합으로
Figure 112018011723603-pat00084
이다. 예를 들어 단말이 AS Context ID를 2로 할당 받았으면(
Figure 112018011723603-pat00085
), 프리앰블 아이디는 62이다.
경쟁 해결 기반 랜덤 접속용 프리앰블을 선택한 단말은 AS Context ID를 이용해서 전송할 서브프레임 번호를 선택한다. 이를 위해서 기지국은 셀 내에서 단말이 사용할 RACH 주기(
Figure 112018011723603-pat00086
) 값을 알려줘야 한다.
도 5는 일 실시 예의 RACH 주기 종류 및 주기에 따른 전송 가능한 서브 프레임 번호 목록을 나타낸 표이고 도 6은 일 실시 예에 대한 AS Context ID의 모듈러 연산 결과의 특징을 나타내는 표이다.
도 5는 각 주기 종류에 따른 서브프레임 번호 목록을 보여주고 있다. 일 실시 예에 따르면 총 3개의 주기를 고려하고 있다. 주기가 1일 때는 모든 서브프레임에서 전송이 가능하며, 해당 주기 인덱스(
Figure 112018011723603-pat00087
) 종류는 한 가지이다. 주기가 2일 때 주기 인덱스 종류는 두 가지이고, 주기가 3일 때 주기 인덱스 종류는 세 가지이다.
일 예로 기지국이 RACH 주기를 3으로 정했을 때, 3개의 단말들이 할당 받은 AS Context ID를 이용해서 전송할 서브프레임 번호를 알아 내는 과정을 설명한다. 단말들의 AS Context ID를 각각 2, 6, 10으로 할당 받고,
Figure 112018011723603-pat00088
라고 가정 하면, 앞에서 설명한 단말이 프리앰블 선택 과정에 의해서 3개의 단말은 모두 프리앰블 ID가 62인 프리앰블을 선택한다. 각 ID 별로 다른 주기를 선택하기 위해서 도 6의 모듈라(modular) 연산 결과의 특징을 이용한다.
Figure 112018011723603-pat00089
값은 1보다 크거나 같은 값을 가지기 때문에
Figure 112018011723603-pat00090
값을 정의하여 계산한다.
Figure 112018011723603-pat00091
값이 25보다 크거나 같은 값(25, 29, 31 등)을 갖게 되면, modular 연산의 특징에 의해서 도 6과 같은 결과 값이 반복되게 된다. RACH 주기가 1일 때는 주기 인덱스 종류가 하나이기 때문에 고려 대상이 아니다. RACH 주기가 2일 때는 주기 인덱스 종류가 두 개이다. 도 6에서 2행 과 3행의 결과 값을 비교하면 RACH 주기의 주기 인덱스를 두 가지로 구별 할 수 있다. RACH 주기가 3일 때는 도 6의 4행의 결과 값까지 비교해야 한다. 우선 2행과 4행의 결과 값이 같은지 비교한 뒤에, 다르다면 2행과 3행의 결과 값을 비교하는 방식으로 총 3개의 주기 인덱스를 구별하고자 한다.
도 7은 일 실시 예에 따른 RACH 주기 인덱스를 선택하는 알고리즘에 대한 순서도이다. 도 7에 따르면 해당 순서도의 입력은 AS Context ID(
Figure 112018011723603-pat00092
), RACH 주기(
Figure 112018011723603-pat00093
), 그리고 경쟁 해결 기반 랜덤 접속용 프리앰블 개수(
Figure 112018011723603-pat00094
) 이다.
발명의 일 실시 예에 따른 경쟁 해결 기반의 랜덤 접속 방법을 지원하는 단말의 AS Context ID는 랜덤 접속 방식에 따라 구분되도록 기지국에 의해 할당된다.
랜덤 접속 방식의 결정은 단말이 사용하는 서비스의 요구되는 제1 지연시간에서 RRC 접속 상태에서 데이터를 전송하는 데 걸리는 제2 지연시간을 뺀 값이 경쟁 기반 랜덤 접속에 필요한 시간보다 작을 때 경쟁 해결 기반 랜덤 접속 방법을 적용하도록 결정된다.
일 예로, 기지국은 단말의 QoS 요구사항을 고려하여 RRC INACTIVE 상태에서의 랜덤 접속 방식을 결정한다. 랜덤 접속 방식은 단말에 할당하는 AS Context ID 정보에 포함되어 있다. AS Context ID의 Most Significant Bit(MSB)이 0이면 경쟁 해결 기반 랜덤 접속 절차를 따르고, 1이면 경쟁 기반 랜덤 접속 절차를 따른다. 기지국은 해당 정보를 전달하기 위해서 임계 값(
Figure 112018011723603-pat00095
)을 설정 한다. 임계 값은 경쟁 기반 랜덤 접속 임계 시간 값이며 식(3)과 같이 설정할 수 있다.
Figure 112018011723603-pat00096
Figure 112018011723603-pat00097
값은 경쟁 기반 랜덤 접속을 하는 데 필요한 시간이다.
단말이 사용하고 있는 서비스의 요구되는 제1 지연시간(Packet Delay Budget, PDB) 값을 PDB, RRC CONNECTED 상태에서 데이터를 보내는데 걸리는 제2 지연시간을
Figure 112018011723603-pat00098
로 정의 했을 때, 식(4)를 만족하면 경쟁 해결 기반 랜덤 접속 절차를 적용한다. 즉, AS Context ID의 MSB를 0으로 설정 한다.
Figure 112018011723603-pat00099
단말은 기지국에서 할당한 AS Context ID를 이용해서 프리앰블을 선택한다. 이를 위해서 기지국은 경쟁 해결 기반 랜덤 접속용 프리앰블의 개수를 단말에 알려준다.
기지국은 단말이 경쟁 해결 기반의 랜덤 접속 방법을 지원하도록 AS Context ID를 랜덤 접속 방식에 따라 구분되도록 할당한다. AS Context ID할당 방법은 다양하게 고려될 수 있다. 일 예로, 경쟁 해결 기반 랜덤 접속용 프리앰블 개수와 RACH 주기 인덱스 종류를 고려하여 프리앰블과 시간 축 자원을 평등하게 나눠서 쓸 수 있도록 AS Context ID를 할당하는 방법을 사용할 수 있다. 이 방법은 해당 프리앰블 및 RACH 주기 인덱스를 가질 수 있는 AS Context ID의 종류가 정해져 있기 때문에 그 범위 안에서 임의로 선택해서 할당하는 방법이다. 또 다른 예로, 트래픽 분석기를 통해서 분석한 단말들의 트래픽 패턴을 기반으로 비슷한 패턴을 가지는 단말들이 동일한 프리앰블 및 RACH 주긴 인덱스 가질 수 있도록 AS Context ID를 할당할 수 있다. 이 방법을 사용하면 실제 프리앰블을 전송하지 않은 단말에게 불필요하게 랜덤 접속 응답 메시지를 보낼 가능성이 줄어들게 되어 기지국이 랜덤 접속 응답 메시지를 보내는데 필요한 자원의 효율성이 증가하게 된다.
이상에서 본 발명을 첨부된 도면을 참조하는 실시 예들을 통해 설명하였지만 이에 한정되는 것은 아니며, 이들로부터 당업자라면 자명하게 도출할 수 있는 다양한 변형 예들을 포괄하도록 해석되어야 한다. 특허청구범위는 이러한 변형 예들을 포괄하도록 의도되었다.

Claims (14)

  1. 이동통신 시스템의 랜덤 접속 방법에 있어서,
    기지국이 단말로부터 RACH(Random Access Channel)를 통해 경쟁 해결 기반 랜덤 접속용 프리앰블을 수신하는 단계;
    기지국이 상기 프리앰블의 ID와 상기 프리앰블이 전송된 서브프레임 번호와 RACH 주기를 기반으로 경쟁 해결 기반 랜덤 접속을 시도하는 후보 단말들을 선택하는 단계;
    기지국이 선택된 후보 단말들에 대해 서로 다른 랜덤 접속 응답 메시지를 구성하는 단계; 및
    기지국이 PDCCH(Physical Downlink Control Channel)의 CRC 비트를 각 단말에 할당된 AS(Access Stratum) Context ID를 이용하여 스크램블링하여 각각의 랜덤 접속 응답 메시지를 선택된 후보 단말들에 전송하는 단계;
    를 포함하는 경쟁 해결 기반 랜덤 접속 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프리앰블을 수신하는 단계에서 수신하는 프리앰블이 기지국으로부터 경쟁 해결 기반 랜덤 접속 방식으로 랜덤 접속하도록 AS Context ID를 할당 받은 단말이 전송하는 프리앰블인 경쟁 해결 기반 랜덤 접속 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 방법은
    상기 AS Context ID를 랜덤 접속 방식에 따라 구분되도록 기지국이 단말에 할당하되,
    랜덤 접속 방식의 결정은 단말이 사용하는 서비스의 요구되는 제1 지연시간과 RRC 접속 상태에서 데이터를 전송하는 데 소요되는 제2 지연시간의 차이 값이 경쟁 기반 랜덤 접속 임계 시간 값보다 작을 때 경쟁 해결 기반 랜덤 접속 방법을 적용하도록 결정되는 경쟁 해결 기반 랜덤 접속 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 방법은
    상기 후보 단말들을 선택하는 단계가 기지국이 후보 단말의 접속 패턴을 분석하여 상기 프리앰블을 전송한 단말을 예측하는 단계;
    를 더 포함하는 경쟁 해결 기반 랜덤 접속 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 방법은
    상기 단말을 예측하는 단계에서 후보 단말이 주기적인 랜덤 접속을 하는 단말이면 상기 프리앰블을 수신한 시간이 단말의 이전 프리앰블 수신 시간에 예측한 주기 값을 더한 시간에서 오차 시간 범위 내의 시간에 포함되는 경우 후보 단말을 프리앰블을 전송한 단말로 예측하는 경쟁 해결 기반 랜덤 접속 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 오차 시간이 프리앰블을 수신한 시간과 예측된 시간의 차이의 절대값을 누적하여 합해진 값의 평균값인 경쟁 해결 기반 랜덤 접속 방법.
  7. 이동통신 시스템의 기지국에 있어서,
    무선 신호를 송신 또는 수신하는 RF(Radio Frequency)부; 및
    RF부를 제어하고, 단말로부터 RACH를 통해 경쟁 해결 기반 랜덤 접속용 프리앰블을 수신하고, 상기 프리앰블의 ID와 상기 프리앰블이 전송된 서브프레임 번호와 RACH 주기를 기반으로 경쟁 해결 기반 랜덤 접속을 시도하는 후보 단말들을 선택하고, 선택된 후보 단말들에 대해 서로 다른 랜덤 접속 응답 메시지를 구성하고, PDCCH의 CRC 비트를 각 단말에 할당된 AS Context ID를 이용하여 스크램블링하여 각각의 랜덤 접속 응답 메시지를 선택된 후보 단말들에 전송하도록 제어하는 제어부;
    를 포함하는 경쟁 해결 기반 랜덤 접속을 지원하는 기지국.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 프리앰블은 기지국으로부터 경쟁 해결 기반 랜덤 접속 방식으로 랜덤 접속하도록 AS Context ID를 할당 받은 단말이 전송하는 프리앰블인 경쟁 해결 기반 랜덤 접속을 지원하는 기지국.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 제어부가
    상기 AS Context ID를 랜덤 접속 방식에 따라 구분되도록 단말에 할당하되,
    랜덤 접속 방식의 결정은 단말이 사용하는 서비스의 요구되는 제1 지연시간과 RRC 접속 상태에서 데이터를 전송하는 데 소요되는 제2 지연시간의 차이 값이 경쟁 기반 랜덤 접속 임계 시간 값보다 작을 때 경쟁 해결 기반 랜덤 접속 방법을 적용하도록 결정되는 경쟁 해결 기반 랜덤 접속을 지원하는 기지국.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 기지국은
    후보 단말의 접속 패턴을 분석하여 상기 프리앰블을 전송한 단말을 예측하는 접속 패턴 분석부;
    를 더 포함하는 경쟁 해결 기반 랜덤 접속을 지원하는 기지국.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 접속 패턴 분석부는
    후보 단말이 주기적인 랜덤 접속을 하는 단말이면 상기 프리앰블을 수신한 시간이 단말의 이전 프리앰블 수신 시간에 예측한 주기 값을 더한 시간에서 오차 시간 범위 내의 시간에 포함되는 경우 후보 단말을 프리앰블을 전송한 단말로 예측하는 경쟁 해결 기반 랜덤 접속을 지원하는 기지국.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 오차 시간이 프리앰블을 수신한 시간과 예측된 시간의 차이의 절대값을 누적하여 합해진 값의 평균값인 경쟁 해결 기반 랜덤 접속을 지원하는 기지국.
  13. 이동통신 시스템의 단말에 있어서,
    무선 신호를 송신 또는 수신하는 RF부; 및
    RF부를 제어하고, 기지국으로부터 할당받은 AS Context ID를 기반으로 경쟁 해결 기반 랜덤 접속용 프리앰블 중 어느 하나의 프리앰블을 선택하고, AS Context ID와 RACH 주기를 기반으로 선택된 프리앰블을 전송할 서브프레임 번호를 선택하고, 상기 서브프레임에 선택된 프리앰블을 전송하도록 제어하는 제어부;
    를 포함하는 경쟁 해결 기반 랜덤 접속을 지원하는 단말.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 AS Context ID는 랜덤 접속 방식에 따라 구분되도록 기지국에 의해 할당되되,
    랜덤 접속 방식의 결정은 단말이 사용하는 서비스의 요구되는 제1 지연시간에서 RRC 접속 상태에서 데이터를 전송하는 데 걸리는 제2 지연시간을 뺀 값이 경쟁 기반 랜덤 접속에 필요한 시간보다 작을 때 경쟁 해결 기반 랜덤 접속 방법을 적용하도록 결정되는 경쟁 해결 기반 랜덤 접속을 지원하는 단말.
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