KR102084458B1 - 무선 네트워크에서의 빔 검출 및 추적 - Google Patents

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Abstract

빔 검출 및 추적 실시예는 기지국으로부터 무선 채널을 통해 셀 특정 파라미터를 수신하는 단계를 포함한다. 복수의 하향링크 빔이 기지국으로부터 수신되고, 각각의 하향링크 빔은 연관된 시간 오프셋 정보를 포함하는 각각의 기준 신호를 포함한다. 랜덤 액세스 프리앰블 시퀀스가 복수의 상향링크 빔 중에서 선택된 상향링크 빔의 시간 오프셋 정보가 나타내는 타임 슬롯에서 기지국에 전송된다.

Description

무선 네트워크에서의 빔 검출 및 추적
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본 명세서에서 설명되는 실시예는 일반적으로 무선 네트워크에 관한 것이다. 일부 실시예는 일반적으로 밀리미터파 무선 네트워크에서의 빔 검출에 관한 것이다.
데이터 통신과 음성 통신 모두를 위한 무선 시스템의 사용이 증가함에 따라 추가적인 무선 대역폭이 필요해지고 있다. 이는 현재 사용되는 주파수 대역에서의 주파수 효율을 통해 또는 추가적인 대역폭을 통해 달성할 수 있다.
추가적인 용량을 무선 통신 시스템에 추가하기 위해 더 높은 주파수 대역이 사용되고 있다. 예를 들어, 밀리미터파(mmWave) 무선 통신이 대규모로 이용 가능한 대역폭으로 높은 데이터 레이트(예를 들어, 초당 기가비트)를 제공할 수 있다. 밀리미터파 통신의 심한 경로 손실로 인해, 통상적으로 빔포밍이 사용된다. 높은 빔포밍 이득을 가진 내로우 빔(narrow beam)을 형성하기 위해, 송신기 및/또는 수신기가 대규모의 안테나 어레이를 구비하고 있다. 한편, 밀리미터파 통신의 높은 지향적 특성은 셀룰러 통신, 특히 혼잡한 도시 환경에서의 셀룰러 통신에 이상적으로 적합하다. 밀리미터파 시스템은 간섭의 유발 없이 통신 장치의 밀도를 높일 수 있는 안테나 배열로 내로우 빔을 형성한다. 주어진 영역에 고도의 지향성 안테나가 더 많이 배치될 수 있기 때문에, 결과적으로 스펙트럼을 더 많이 재사용할 수 있다.
(특허문헌 1) KR10-2014-0041765 A
빔 검출 및 추적을 위한 방법은 기지국으로부터 무선 채널을 통해 셀 특정 파라미터를 수신하는 단계를 포함한다. 복수의 하향링크 빔이 상기 기지국으로부터 수신되고, 각각의 하향링크 빔은 연관된 시간 오프셋 정보를 포함하는 각각의 빔포밍된 기준 신호를 포함한다. 상기 복수의 하향링크 빔 중에서 선택된 하향링크 빔의 시간 오프셋 정보가 나타내는 타임 슬롯에서 랜덤 액세스 프리앰블 시퀀스가 상기 기지국에 전송된다.
일 실시예는 밀리미터파(mmWave) 빔 검출 및 추적을 위한 방법을 포함할 수 있다. 상기 방법은, 기지국으로부터 브로드캐스트 채널을 통해, 알려진 기준 신호의 세트를 수신하는 단계; 상기 기지국으로부터 복수의 하향링크 빔을 검출하는 단계 - 각각의 하향링크 빔은 연관된 시간 오프셋 정보를 포함하는 각각의 기준 신호를 포함하고 있음 -; 상기 복수의 하향링크 빔 중에서 유리한 하향링크 빔을 결정하고, 상기 유리한 하향링크 빔에 삽입된 상기 시간 오프셋 정보를 디코딩하는 단계; 및 상기 유리한 하향링크 빔의 시간 오프셋 정보가 나타내는 타임 슬롯에서 랜덤 액세스 프리앰블 시퀀스(random access preamble sequence)를 상기 기지국에 전송하는 단계를 포함한다.
다른 실시예는 밀리미터파(mmWave) 빔 검출 및 추적을 위한 방법을 포함할 수 있다. 상기 방법은, 무선 채널을 통해 셀 특정 파라미터(cell specific parameter)를 전송하는 단계; 복수의 하향링크 빔을 전송하는 단계 - 각각의 하향링크 빔은 연관된 시간 오프셋 정보를 가진 빔포밍된 기준 신호를 포함하고 있음 -; 및 상기 복수의 하향링크 빔 중에서 선택된 하나의 하향링크 빔의 시간 오프셋 정보가 나타내는 시간에 사용자 장비로부터 랜덤 액세스 프리앰블 시퀀스(random access preamble sequence)를 수신하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시예는 밀리미터파(mmWave) 빔 검출 및 추적을 위한 방법을 포함할 수 있다. 상기 방법은, 무선 채널을 통해 셀 특정 파라미터(cell specific parameter)를 전송하는 단계; 복수의 하향링크 빔을 전송하는 단계; 브로드캐스트 채널(broadcast channel, BCCH) 상에서 시간 오프셋 정보를 브로드캐스트하는 단계; 및 상기 복수의 하향링크 빔 중에서 선택된 하나의 하향링크 빔의 시간 오프셋 정보가 나타내는 시간에 사용자 장비로부터 랜덤 액세스 프리앰블 시퀀스(random access preamble sequence)를 수신하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시예는 무선 통신 장치를 포함할 수 있다. 상기 무선 통신 장치는, 복수의 안테나 엘리먼트에 연결된 무전기(radio); 및 무선 채널을 통해 밀리미터파(mmWave) 기지국으로부터 셀 특정 파라미터(cell specific parameter)를 수신하고, 상기 기지국으로부터 복수의 하향링크 빔포밍된 신호를 검출하며, 상기 복수의 빔포밍된 신호의 선택된 빔의 시간 오프셋이 나타내는 타임 슬롯에서 상향링크 빔포밍된 신호에 의하여 랜덤 액세스 프리앰블 시퀀스(random access preamble sequence)를 상기 기지국에 송신하기 위해 상기 무전기 및 안테나 엘리먼트에 연결된 컨트롤러를 포함한다. 여기서, 각각의 하향링크 빔포밍된 신호는 연관된 시간 오프셋을 가진 각각의 기준 신호를 포함한다.
또 다른 실시예는 무선 통신 스테이션을 포함할 수 있다. 상기 무선 통신 스테이션은, 복수의 안테나 엘리먼트에 연결된 무전기(radio); 및 와이드빔 무선 채널을 통해 셀 특정 파라미터(cell specific parameter)를 전송하고, 복수의 빔포밍된 기준 신호를 전송하며, 상기 빔포밍된 기준 신호 중 선택된 기준 신호의 상기 시간 오프셋이 나타내는 시간에 사용자 장비로부터 랜덤 액세스 프리앰블 시퀀스(random access preamble sequence)를 수신하기 위해 상기 무전기 및 안테나 엘리먼트에 연결된 컨트롤러를 포함한다. 여기서, 각각의 빔포밍된 기준 신호는 각각의 시간 오프셋을 포함한다.
도 1은 다양한 실시예에 따른 무선 통신 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 다양한 실시예에 따른, 셀 특정 파라미터(cell specific parameter)를 수신하는 사용자 장비(user equipment, UE)를 구비한 무선 통신 시스템을 도시한 도면이다.
도 3은 다양한 실시예에 따른, 기지국 빔을 검출하는 UE를 구비한 무선 통신 시스템을 도시한 도면이다.
도 4는 다양한 실시예에 따른, 기지국과 경쟁기반의 랜덤 액세스를 수행하는 UE를 구비한 무선 통신 시스템을 도시한 도면이다.
도 5는 다양한 실시예에 따른, UE와 기지국 간에 빔 추적을 하는 무선 통신 시스템을 도시한 도면이다.
도 6은 다양한 실시예에 따른, 무선 네트워크에서의 UE에 의한 빔 검출 및 추적을 위한 방법의 흐름도이다.
도 7은 다양한 실시예에 따른, 무선 네트워크 내 기지국에서의 빔 검출 및 추적을 위한 방법을 도시한 흐름도이다.
도 8은 다양한 실시예에 따른 통신 장치를 도시한 블록도이다.
당업자가 본 실시예를 실시할 수 있도록 다음의 설명과 도면이 구체적인 실시예를 충분하게 설명한다. 다른 실시예는 구조적, 논리적, 전기적 프로세스 및 다른 변경을 포함할 수 있다. 어떤 실시예의 부분과 특징이 다른 실시예의 부분과 특징에 포함될 수 있거나, 또는 다른 실시예의 부분과 특징으로 대체될 수 있다. 청구 범위에서 설명되는 실시예는 청구 범위의 이용 가능한 모든 등가물을 포함한다.
기지국과 UE 간에 빔포밍된 신호를 구축 및 추적하는 것과 관련된 다양한 실시예에 대해 설명한다. UE가 빔에 실려 있는 기준 신호에 기초하여 기지국으로부터 전송된 복수의 빔 중에서 하나 이상의 빔을 선택하고, 이 빔에 포함된 대응하는 시간 오프셋 정보를 검색할 수 있다. 이 시간 오프셋은 기준 신호와 연관되거나 또는 구체적으로 빔으로 전달된다. 그 다음에, UE는 시간 오프셋 정보에 의해 지정된 타임 슬롯에서 랜덤 액세스 프리앰블 시퀀스를 기지국에 전송할 수 있다. UE와 기지국은 하향링크 빔의 품질을 주기적으로 검출하고 측정하는 UE로 이 빔을 추적할 수 있다. 이러한 검출 및 추적은 종래에는 상당한 프로세싱 자원을 소비하는 빔 트레이닝(beam training) 또는 빔의 블라인드 검출 (blind detection) 없이 수행될 수 있다.
빔 검출은 기지국과 UE 모두가 가장 높은 신호 대 잡음비(signal-to-noise ratio)를 갖는 최적의 방향을 찾기 위해 가능한 모든 방향을 샅샅이 각각의 빔을 스위핑하는 것으로 정의될 수 있다. 밀리미터파(mmWave) 통신 장치를 위한 빔폭이 대략 1°까지 좁을 수 있기 때문에, 이 동작은 평범하지 않다. 블라인드 검출이 기지국과 UE 간에 조정없이 철저한 탐색으로 진행되는 빔 검출로 정의될 수 있다.
도 1은 다양한 실시예에 따른 무선 통신 시스템(100)을 도시하고 있다. 예를 들어, 무선 통신 시스템(100)은 무선 통신 장치(101)가 하나 이상의 기지국(102)과 통신((예를 들어, 무선 통신 기술(예를 들어, 밀리미터파, 시분할 듀플렉스(time division duplex,TDD),주파수 분할 듀플렉스(frequency division duplex, FDD))을 이용하여 하나 이상의 무선 채널을 통해 진화된 Node B(eNB)와 통신)할 수 있게 하는 셀룰러 시스템일 수 있다.
무선 통신 장치(101)는 비고정형 장치(non-stationary device)일 수 있다. 예를 들어, 무선 통신 장치(101)는 이동 무선 전화, 태블릿 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 및 기지국(102)과 통신할 수 있는 다른 장치를 포함할 수 있다. 일관성 및 단순성을 위하여, 이하에서는 무선 통신 장치(101)를 사용자 장비(user equipment, UE)라고 한다. UE는 빔포밍이 수행될 수 있는 복수의 안테나 엘리먼트에 연결된 송수신기와 제어 회로를 포함한다.
기지국(102)은 기지국 동작을 제어하기 위한 제어 회로뿐만 아니라 송수신기에 연결된 복수의 안테나를 포함할 수 있다. 간략화 및 명확화를 위하여 도 1과 이후의 도면은 하나의 안테나만을 도시하고 있다. 하지만, 빔포밍이 수행되기 위해서는 기지국(102)이 복수의 안테나 엘리먼트를 포함한다는 것을 당업자라면 알 수 있을 것이다.
기지국(102)은 고정 위치를 가지며, 더 큰 네트워크에 연결된 고정형 기지국 네트워크(stationary base station network)의 일부일 수 있다. 예를 들어, 기지국(102)은 인터넷에 연결된 유선 네트워크의 일부일 수 있다. UE(101)는 무선 통신 채널을 통해 기지국(102)과 통신함으로써 더 큰 네트워크를 액세스할 수 있다.
기지국(102)은 실질적으로 기지국 안테나를 둘러싸는 영역(110)을 통해 통신한다. 이 영역(110)은 통상 셀(110)이라고 하며, 하나 이상의 섹터(120, 121, 122)를 포함할 수 있다. 도 1의 셀(110)을 구성하는 3개의 상이한 섹터(120, 121, 122)가 도시되어 있지만, 다른 실시예는 이와 다른 섹터 개수를 포함할 수 있다.
다음의 실시예에서, 기지국은 밀리미터파 대역(예를 들어, 3-30GHz)에서 동작하는 것으로 개시되어 있다. 하지만, 본 실시예는 하나의 주파수나 주파수 대역 또는 하나의 무선 통신 기술(예를 들어, 시분할 듀플렉스(time division duplex,TDD), 주파수 분할 듀플렉스(frequency division duplex,FDD))에 한정되지 않는다.
밀리미터파 통신의 특징 중 일부는 짧은 파장/높은 주파수, 넓은 대역폭, 대기 구성 요소와의 높은 상호작용, 상대적으로 짧은 전송 거리, 및 대부분의 단단한 물체를 통한 높은 감쇠를 포함한다. 밀리미터파 및 다른 유사한 파장 송신의 높은 감쇠 특성은 UE와 기지국 양쪽에서 고도의 지향성 안테나(예를 들어, 빔포밍)를 이용하여 보상될 수 있다.
밀리미터파 시스템에서의 빔포밍은 높은 안테나 이득을 가진 내로우 빔을 통해 2개의 송수신기 간에 통신하기 위해 UE와 기지국 양쪽의 복수의 안테나 엘리먼트를 이용한다. 예를 들어, eNB는 빔포밍에 사용되는 대략 수백 개의 안테나 엘리먼트를 무선 칩 상에 가지고 있을 수 있으며, 안테나 엘리먼트는 기지국에 있는 그룹화된 개수의 안테나 엘리먼트와 통신한다.
밀리미터파 시스템에서 빔포밍을 이용하는 한 가지 문제점은, UE와 기지국 간에 통신을 구축하기 전에 UE와 기지국 양측에서 빔 방향이 식별되어야 한다는 것이다. 통상적으로, 빔 검출은 기지국과 UE 양측에서 맹목적으로 수행되며, 결과적으로 확실한 빔을 검출하기 위해서는 많은 양의 프로세싱 오버헤드를 유발한다. 기존의 빔 검출 및 추적과 비교하여, 후술하는 실시예는 시간과 시그널링 오버헤드를 줄여준다. UE 위치 정보를 알지 못한 채로 또한 대규모 eNB 조정 없이 빔의 검출 및 추적이 수행될 수 있다.
도 2는 다양한 실시예에 따른, 셀 특정 파라미터를 수신하는 UE(101)를 구비한 무선 통신 시스템을 도시한 도면이다. 기지국(102)이 와이드 빔(200)을 통해 브로드캐스트 채널(broadcast channel, BCCH)을 전송하는 중이다. 와이드 빔(200)은 전체 셀(110) 또는 셀(110)의 하나 이상의 섹터(120, 121, 122)를 커버할 수 있다. UE에 의해 검출되는 BCCH는 신호(201)로서 도시되어 있다.
BCCH의 와이드 빔 전송은 UE(101)에 의한 검출을 더 용이하게 한다. 와이드 빔을 통한 밀리미터파 신호의 전송으로 인한 신호 감쇠(즉, 경로 손실)는 기지국(102)에 의한 송신 전력의 증가 또는 전송된 신호의 더 높은 확산 이득에 의해 보상될 수 있다.
기지국(102)은 BCCH 내의 셀 특정 파라미터(cell specific parameter), 예컨대 (3세대 파트너십 프로젝트(3GPP)/롱 텀 에볼루션(LTE) 표준에 정의된 바와 같은) 기준 신호 구성 및 랜덤 액세스 프리앰블 정보를 브로드캐스트한다. 예를 들어, BCCH는 셀 특정 파라미터, 예컨대 셀 내의 다른 UE에 관한 정보, 하향링크 시스템 대역폭, 시스템 프레임 번호, PHICH(physical hybrid-ARQ indicator channel) 크기, 안테나 구성, 및 기준 신호 전력을 포함할 수 있다. 또한 BCCH는 랜덤 액세스 프리앰블 정보의 일부로서 복수의 랜덤 액세스 프리앰블 시퀀스를 포함한다.
이 단계 동안, UE(101)는 BCCH(201)를 검출하고, 검출된 BCCH(201)로부터 기준 정보 및 랜덤 액세스 프리앰블 시퀀스 정보를 검색한다. 이때, UE는 또한 UE(101) 내 어느 수신 빔의 세트가 가장 강한 신호 강도를 가지고 있는지 결정하고, 후속 단계 동안 빔 검출을 위해 이 특정 빔 세트를 사용할 수 있다.
도 3은 다양한 실시예에 따른, 기지국 빔을 검출하는 UE(101)를 구비한 무선 통신 시스템을 도시한 도면이다. 기지국(102)이 특정 시간에 복수의 하향링크 빔포밍된 기준 신호(downlink beamformed reference signal)(301, 302)를 순차적으로 전송하고, UE(101)에 의해 수신되는 검출된 기준 신호(303) 전송하는 것으로 도시되어 있다. UE(101)는 기준 신호의 세트를 알고 있을 수 있다. 기준 신호는 사전 결정된 시간 및 주파수 자원을 이용하는 직교 시퀀스(예를 들어, Zadoff-Chu)에 의해 인코딩될 수 있다.
예를 들어, 첫 번째로 빔포밍된 기준 신호(301)가 시간 t1에 기지국(102)에 의해 전송될 수 있고, 두 번째로 빔포밍된 기준 신호(302)가 시간 t2에 기지국에 의해 전송될 수 있다. 기지국(102)은 이 시점에 TDD 모드로 동작할 수 있다. 각각의 빔포밍된 기준 신호(301, 302)는 셀(110) 또는 특정 섹터(122)의 서로 다른 각도 영역을 커버한다. 빔포밍된 기준 신호(301, 302)는 CSI-RS(channel state information - reference signal)를 포함할 수 있다.
각각의 기지국(102)에는 그 특정 셀(110)로만 식별되는 복수의 특정 CSI-RS(301, 302)가 할당될 수 있다. 각각의 기준 신호(301, 302)는 서로 다른 방향으로 송신되고, 각각의 빔 상에 기준 신호 연관 시간 오프셋 정보를 포함하며, 이 시간 오프셋 정보는 가능한 UE 랜덤 액세스 동작을 위해 기지국(102)이 각각의 방향을 모니터링할 시간을 나타낸다. 다시 말해, 각각의 기준 신호는 특정한 기준 신호와 연관되는 서로 다른 시간 오프셋 정보를 가질 수 있다.
시간 오프셋 정보는 UE(101)와 기지국(102) 양쪽에 의해 알려진 기준 시간에서부터 특정한 시간 단위를 포함할 수 있다. 예를 들어, 시간 오프셋은 UE(101)와 기지국(102) 양쪽에 알려진 특정한 프레임 번호이거나 또는 서브-프레임 번호일 수 있다.
다른 실시예에서, 기지국(102)은 UE(101)가 각각의 방향에 대해 자신의 특정한 시간 오프셋을 선택할 수 있도록 복수의 시간 오프셋을 UE(101)에 전송할 수 있다. 따라서, 기지국(102)은 기지국(102)이 각각의 특정한 시간에 시간 오프셋의 세트를 포함하는 기준 신호(301, 302)의 각각의 방향을 모니터링할 예정이라는 것을 UE(101)에 알린다. 하지만, UE(101)는 자신의 하나의 선택된 시간 오프셋에서만 전송한다.
시간 오프셋이 빔(301, 302) 모두에 대해 동일하거나 또는 셀(110)이나 특정한 섹터 내 빔(301, 302) 모두에 대해 고정된 패턴을 가진다면, 시간 오프셋은 각각의 빔으로 지시되는 대신 BCCH 상에서 브로드캐스트될 수 있다.
시간 오프셋은 기준 시퀀스 인덱스에 삽입될 수 있다. 기지국(102)은 복수의 기준 신호를 브로드캐스트할 수 있고, 각각의 기준 신호가 빔포밍되어 하나의 빔 방향으로 브로드캐스트기 때문에 각각의 기준 신호는 고유한 기준 시퀀스 인덱스에 의해 식별된다. 따라서, UE(101)는 그 각각의 기준 시퀀스 인덱스에 의해 각각의 특정한 기준 신호(301, 302)를 식별할 수 있다. 시간 오프셋과 각각의 기준 시퀀스 인덱스 간의 매핑은 기지국(102)에 의해 브로드캐스트된 메시지로부터 UE(101)에 의해 알려져 있다. 기준 신호는 기지국에 의해 생성된 각각의 셀에 대해 또는 셀 내 각각의 섹터에 대해 고유할 수 있다. 기준 신호는 고유한 특정 셀 또는 섹터 내 각각의 빔에 대해 또한 고유할 수 있다.
기지국이 전체 셀(110) 또는 어떤 특정한 섹터(120, 121, 122)를 커버하기 위해 N개의 내로우 빔을 형성한다고 가정하면, 아날로그 도메인 빔포밍 또는 디지털 도메인 빔포밍을 이용하여 기준 신호가 생성될 수 있다. 아날로그 도메인에서, 기지국이 하나의 안테나 어레이만을 구비하고 있으면, 기준 신호는 서로 다른 빔을 전송하기 위해 타임 슬롯을 이용하여 시분할 다중화될 수 있다. 기지국이 복수의 안테나 어레이를 구비하고 있으면, 복수의 기준 신호는 서로 다른 빔 방향으로 빔포밍될 수 있다. 후자의 경우, 기준 신호 전부를 전송하는 데 더 적은 시간이 필요하다. 디지털 빔포밍이 기지국에 인에이블되면, 기준 신호가 서로 다른 서브캐리어 또는 자원 블록을 이용하여 주파수 분할 다중화될 수 있다. 각각의 기준 신호는 상이한 빔 방향에 대응하는 직교 빔포밍 벡터로 프리코딩된다.
eNB 전송에서의 아날로그 빔포밍의 경우, UE(101)가 L개의 연속 타임 슬롯 동안 상이한 빔으로부터 기준 신호를 검출한다(L은 N과 같거나 작으며, N은 eNB가 얼마나 많은 빔을 하향링크에 동시에 형성할 수 있는지에 의존한다). 또한, UE가 M개의 빔을 형성할 수 있는 경우, UE(101)가 복수의 수신기 체인을 갖지 않으면, UE(101)가 한 사이클의 검출을 완료하기 위해 L * M개의 타임 슬롯을 점유할 것이다. L개의 파라미터가 BCCH를 통해 기지국(102)으로부터 획득될 수 있다.
eNB 전송에서의 디지털 빔포밍의 경우, UE(101)가 N개의 상이한 자원 블록 상에서 기준 신호를 검출한다. 여기서, 상이한 프리 코딩 매트릭스가 각각의 리소스 블록에 대해 적용된다. 상이한 빔을 위해 각각의 리소스 블록에 삽입된 시간 오프셋이 서로 다를 수 있다.
일단 UE(101)가 수신된 기준 신호로부터 최상의 기준 신호를 검출하면, UE(101)는 대응하는 시간 오프셋 정보를 디코딩한다. 일 실시예에서, UE(101)는 유휴 모드 또는 연결 모드에서 주기적으로 이러한 빔 검출을 수행한다. UE(101)는 유휴 모드 또는 연결 모드에서 하향링크 빔 품질을 모니터링 할 수도 있다. 일 실시예에서, 빔의 품질은 빔의 측정된 신호 대 잡음비(signal-to-noise ratio, SNR) 또는 빔의 수신된 전력 레벨 중 하나 이상으로 정의될 수 있다.
UE(101)가 최고 품질의 기준 신호를 결정하는 여러 가지 방법이 있을 수 있다. 예를 들어, UE(101)는 수신된 기준 신호 전부를 비교하여 최고 품질의 신호를 선택할 수 있다. 다른 예에서, UE(101)는 수신된 전력 임계치 또는 SNR 임계치를 가질 수 있으며, 이 임계치 중 하나 이상을 초과하는 첫번째 수신된 기준 신호를 선택할 수 있다.
도 4는 다양한 실시예에 따른, 기지국(102)과 경쟁기반의 랜덤 액세스를 수행하는 UE(101)를 구비한 무선 통신 시스템을 도시한 도면이다. 동일한 셀 안에 동일한 요청을 전송하려고 시도하는 많은 다른 UE가 있을 수 있으므로, 다양한 여러 UE에서 오는 요청 간에는 충돌의 가능성이 있을 수 있다. 경쟁 기반의 랜덤 액세스 절차에서의 일부 개선이 이러한 충돌을 줄이거나 방지할 수 있다.
UE(101)는 프리앰블 시퀀스 세트 중에서 미리 선택된 랜덤 액세스 프리앰블 시퀀스(401)를 이전에 선택되었던 타임 슬롯(최상의 기준 신호 또는 특정한 기준 신호의 타임 슬롯 세트에 대응하는 타임 슬롯)에서 송신한다. 전술한 바와 같이, 기지국(102)은 UE(101)에 의해 선택된 특정 빔(402)에 대한 타임 슬롯을 모니터링하는 중이다. 일단 기지국(102)이 프리앰블 시퀀스를 검출하면, 기지국(102)은 동일한 빔 방향으로 랜덤 액세스 응답(random access response, RAR)을 송신 UE(101)에 전송한다. 그 다음에, 기지국(102)은 UE(101)로부터의 추가적인 송신을 위해 이 빔(402)을 모니터링한다.
셀(110) 내의 충돌의 가능성을 줄이기 위해, UE는 특정 빔(402)과 연관된 비교적 큰 세트의 프리앰블 시퀀스 중에서 자신의 프리앰블 시퀀스를 선택할 수 있다. 또한, 복수의 시간 오프셋이 특정한 하향링크 빔과 연관되어 있으면, UE(101)는 하나의 시간 오프셋을 랜덤하게 선택하여 프리앰블 시퀀스를 전송할 수 있다. 기지국(102)은 랜덤 액세스 시도를 다시 시도하기 전에 일정 시간 동안 백오프(back off)하도록 UE(101)에 지시할 수 있다.
프리앰블 시퀀스를 기지국(102)에 송신하기 위한 UE(101)의 초기 송신 전력은, 기지국으로부터의 피드백을 이용하지 않는 개방 루프 송신 전력 추정치(open-loop transmit power estimation)에 기초할 수 있다. 개방 루프 전력 제어는 기지국에 의해 송신된 신호로부터 얻어진 측정값을 이용하여 초기에 UE 송신 전력을 설정한다. 초기 송신 전력은 지정된 빔(402)에서의 경로 손실에 대해 조정될 수 있다.
랜덤 액세스 절차가 실패하고(예를 들어, 기지국(102)으로부터의 피드백 없음), UE(101)가 랜덤 액세스 절차에 대해 동일한 하향링크 빔을 다시 검출하거나 또는 복수의 수신 타임 슬롯이 기준 신호로 지시되는(예를 들어, BCCH에 의해 지시되는 것과 같이) 실시예에서, UE는 사전 설정된 전력 레벨만큼 자신의 송신 전력을 증가시키고 랜덤 액세스 절차를 다시 시도할 수 있다. 전력의 증가 및 시도되는 랜덤 액세스 절차는 UE(101)가 성공적이거나 또는 시도의 임계값에 도달할 때까지 수없이 반복될 수 있다.
랜덤 액세스 절차가 실패하고 UE(101)가 상이한 하향링크 빔을 검출하는 다른 실시예에서, UE(101)는 이전에 지시된 바와 같이 여전히 초기 전력 설정을 사용할 수 있고, 랜덤 액세스 프리앰블 시퀀스를 다시 전송하려고 시도할 수 있다. 이 재시도가 또한 실패하면, UE(101)는 사전 설정된 양만큼 자신의 송신 전력을 증가시키고, 성공적이거나 또는 시도의 임계치에 도달할 때까지 이 시도를 반복할 수 있다.
기지국(102)은 전체 셀(110)이나 셀(110)의 전체 섹터(120, 121, 122)를 커버하는 N개의 내로우 빔을 실질적으로 동시에 모니터링하는 능력을 가지고 있을 수 있다. 이러한 실시예에서, 기지국(102)은 시간 오프셋을 무효 지시(invalid indication)(예를 들어, -1)로 설정할 수 있다. UE(101)가 무효 시간 오프셋을 검출하는 경우, UE(101)는 임의의 시간에 랜덤 액세스 절차를 시작할 수 있다. 이러한 실시예에서, 기지국(102)은 특정한 UE(101)와 통신하는 데 사용될 빔/빔들을 식별한다.
기지국(102)이 셀(110)이나 특정한 섹터(120, 121, 122)에서(송신과 수신 양쪽) 복수의 내로우 빔을 형성할 수 있지만 전체 셀(110)이나 섹터(120, 121, 122)를 커버할 수 없는 경우, 기지국(102)은 공간적으로 분리되는(즉, 서로 인접하지 않은) 실질적으로 동시에 존재하는 수신 빔을 형성할 수 있다. 이로 인해 더 많은 UE가 기지국(102)을 액세스할 수 있게 하면서 또한 경쟁 가능성도 줄여준다. 이러한 실시예에서, UE(101)는 전술한 랜덤 액세스 절차(즉, 지정된 시간 오프셋에서 검출된 하향링크 빔을 통해 전송되는 선택된 프리앰블 시퀀스)를 여전히 따르고 있다.
전술한 바와 같이, 일단 검출된 빔 상에서 UE(101)와 기지국(102) 간의 통신이 설정되었다면, 이 빔은 셀(110) 주위 또는 다른 셀로 이동함에 따라 UE에 의해 추적될 수 있다. UE(101)는 하나의 빔(즉, 서빙 빔)의 영역을 떠나 다른 빔(즉, 타깃 빔)으로 이동할 수 있다. 이런 이동이 추적될 수 있고, UE(101)와 기지국(102) 간의 통신에 사용되는 빔이 변경될 수 있다.
도 5은 다양한 실시예에 따른, UE(101)와 기지국(102) 간의 빔 추적을 구비한 무선 통신 시스템을 도시한 도면이다. UE(101)는 기지국(102)으로부터의 상이한 빔에서 기준 신호를 검출함으로써 연결 모드와 유휴 모드 모두에서 하향링크 빔을 주기적으로 모니터링한다. UE(101)가 이동함에 따라, UE의 서빙 빔(500)의 신호 품질이 저하될 수 있다. 일단 UE(101)가 (예를 들어, SNR 또는 수신된 전력을 통해) 고품질 빔(501, 502)을 식별하면, 타깃 빔(501)이 서빙 빔(500)과 동일한 셀(110)에 있는지 여부 또는 타깃 빔(502)이 인접 셀(510)에 있는지 여부에 따라 검출 프로세스가 다소 달라질 수 있다.
타깃 빔(501)이 서빙 빔(500)과 동일한 셀(110)에 위치하면, UE(101)는 서빙 빔 품질이 통신을 위해 여전히 충분히 양호하다면 서빙 빔(500)을 통해, 또는 신뢰할 수 있는 통신을 위해 서빙 빔 품질이 너무 낮다면(예를 들어, SNR 및/또는 수신된 신호 전력에 의해 결정된 바와 같이) 새로 검출된 타깃 빔(501)을 통해, 빔 정보를 기지국(102)에 송신할 수 있다. 빔 정보는 타깃 빔(501)의 기준 신호 인덱스, 타깃 빔 기준 신호로부터 검출된 시간 오프셋, 또는 기준 신호 인덱스와 시간 오프셋 모두를 포함할 수 있다. 후자의 경우, UE(101)가 빔(501)으로 정보를 기지국에 송신하는 것을 기지국(101)이 알지 못하기 때문에, 이 정보가 랜덤 액세스 절차를 따라 전달된다.
타깃 빔(501)이 서빙 빔(500)과 동일한 UE 수신 빔을 정렬시키면, 기지국(102)은 UE(101)와 통신하기 위해 단순하게 타깃 빔(501)으로 전환하거나 또는 공간 다이버시(spatial diversity)티를 이용하기 위해 양쪽의 빔(500, 501)에 하향링크 데이터를 송신할 수 있다. 후자의 경우, 기지국(102) 및/또는 UE(101)는 여전히 모든 빔의 신호 품질을 모니터링하고 가장 낮은 품질의 빔을 포기(drop)할 수 있다. UE(101)와 기지국(102)은 새로운 타깃 빔(501)을 서빙 빔으로 설정하는 데 있어서 전술한 과정과 실질적으로 유사한 과정을 거친다.
타깃 빔(502)이 인접 셀(510)에 위치하면, UE는 서빙 기지국(102)을 통해 타깃 기지국(503)에 핸드 오버를 요청한다. UE(101)를 타깃 기지국(503)에 전달하는 데 있어서 2개의 기지국(102, 503) 간의 통신에는 타깃 기지국(503)과 서빙 기지국(102) 간의 네트워크 연결(520)이 사용될 수 있다. 예를 들어, 서빙 기지국(102)이 UE(101)에 관한 임의의 알려진 정보를 타깃 기지국(503)에 전달할 수 있다. UE(101)와 타깃 기지국(503)은 새로운 타깃 빔(502)을 서빙 빔으로 설정하는 데 있어서 전술한 과정과 실질적으로 유사한 과정을 거친다.
도 6은 다양한 실시예에 따른, 무선 네트워크 내의 UE에 의한 빔 검출 및 추적을 위한 방법을 도시한 흐름도이다. 블록 601에서, 셀 특정 파라미터가 기지국(예를 들어, eNB)으로부터 무선 채널을 통해 수신된다. 셀 특정 파라미터는 밀리미터파 와이드 빔 브로드 캐스트 채널을 통해 전송될 수 있고, 복수의 랜덤 액세스 프리앰블 시퀀스 정보를 포함할 수 있다.
블록 603에서, 기지국으로부터 복수의 하향링크 빔이 검출된다. 각각의 하향링크 빔은 연관된 시간 오프셋 정보를 포함하는 각각의 기준 신호를 포함한다.
블록 605에서, 랜덤 액세스 프리앰블 시퀀스가 복수의 하향링크 빔 중에서 선택된 하향링크 빔의 시간 오프셋 정보가 나타내는 타임 슬롯에서 기지국에 전송된다. 선택된 하향링크 빔은 전술한 바와 같이 신호 품질에 기초하여 선택된다.
도 7은 다양한 실시예에 따른, 무선 네트워크 내의 기지국에서의 빔 검출 및 추적을 위한 방법을 도시한 흐름도이다. 블록 701에서, 셀 특정 파라미터가 무선 채널을 통해 UE에 송신된다.
블록 703에서, 복수의 하향링크 빔이 전송된다. 각각의 하향링크 빔은 연관된 시간 오프셋 정보를 가진 빔포밍된 기준 신호를 포함한다. 각각의 하향링크 빔은 각각의 하향링크 빔과 함께 송신된 복수의 연관된 시간 오프셋을 더 포함할 수 있다. 블록 705에서, 하향링크 빔 중에서 선택된 하나의 시간 오프셋 정보가 나타내는 시간에 사용자 장비로부터 랜덤 액세스 프리앰블 시퀀스가 수신된다.
도 8은 다양한 실시예에 따른 무선 통신 장치를 도시한 블록도이다. 통신 장치(800)는 UE, 셀룰러 기지국(예를 들어, eNodeB, eNB), 액세스 포인트(AP), 또는 어떤 다른 무선 스테이션의 예시적인 형태일 수 있다. 예를 들어, 통신 장치(800)는 컴퓨터, 개인용 컴퓨터(PC), 태블릿 PC, 하이브리드 태블릿, 개인 정보 단말기(personal digital assistant, PDA), 또는 통신 장치(800)에 의해 취해질 동작을 지정하는 명령(순차적이든 또는 순차적이 아니든)을 실행하도록 구성된 임의의 장치 중 일부일 수 있다.
"프로세서 기반 시스템"이라는 용어는, 본 명세서에서 설명된 방법 중 하나 이상을 수행하기 위해 명령을 개별적으로 또는 공동으로 실행하기 위해 처리 회로(예를 들어, 컨트롤러)에 의해 제어되거나 또는 작동되는 하나 이상의 통신 장치 중 임의의 세트를 포함한다고 간주될 것이다. 예시적인 실시예에 따르면, 명령의 세트나 시퀀스가 실행되어 통신 장치로 하여금 본 명세서에서 설명된 방법 중 하나를 수행할 수 있게 한다.
통신 장치(800)는 링크(808)(예를 들어, 버스)를 통해 서로 통신하는 컨트롤러(802)(예를 들어, 중앙처리장치(CPU), 그래픽 처리장치(GPU) 또는 둘 다, 프로세서 코어, 컴퓨팅 노드 등), 및 메모리(804) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 통신 장치(800)가 UE이면, UE는 표시 장치(810)(예를 들어, 비디오, LED, LCD) 및 영숫자 입력 장치(812)(예를 들어, 키 패드, 키보드 등)를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 표시 장치(810)와 입력 장치(812)는 터치 스크린 디스플레이로서 하나의 유닛으로 통합될 수 있다.
통신 장치(800)는 추가적으로 대용량 저장 장치(816)(예를 들어, 드라이브 유닛, 하드 디스크 드라이브, 솔리드 스테이트 드라이브, 광학 드라이브), 및 네트워크 인터페이스 장치(820)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 네트워크 인터페이스 장치(820)는 무선 네트워크 채널(826)을 통해 통신하기 위해 복수의 안테나 엘리먼트에 연결된 하나 이상의 무전기(radio)(예를 들어, 송신기와 수신기(송수신기))를 포함할 수 있다. 하나 이상의 무전기는 본 명세서에서 개시된 빔 검출 및 추적 방법을 포함하는 하나 이상의 통신 기술을 이용하여 작동하도록 구성될 수 있다. 무전기와 복수의 안테나 엘리먼트를 컨트롤러와 결합하면 컨트롤러가 안테나 엘리먼트를 이용하여 빔포밍을 제어할 수 있다. 또한, 네트워크 인터페이스 장치(820)는 유선 네트워크 인터페이스를 포함할 수 있다.
저장 장치(816)는 본 명세서에서 설명된 하나 이상의 방법과 기능을 구현하거나 또는 이들에 의해 활용되는 데이터 구조 중 하나 이상의 세트와 명령(824)(예를 들어, 소프트웨어)이 저장된 컴퓨터 판독가능 매체(822)를 포함한다. 이 명령(824)은 통신 장치(800)에 의해 실행되는 동안 메모리(804) 및/또는 컨트롤러(802) 내에 완전히 상주하거나 또는 적어도 부분적으로 상주할 수 있다.
예시적인 실시예에서는 컴퓨터 판독가능 매체(822)가 단일 매체인 것으로 도시되어 있지만, "컴퓨터 판독가능 매체"라는 용어는 하나 이상의 명령(824)을 저장하는 단일 매체 또는 복수의 매체(예를 들어, 집중화된 또는 분산된 데이터베이스, 및/또는 연관된 캐시와 서버)를 포함할 수 있다.
실시예는 하드웨어, 펌웨어 및 소프트웨어 중 하나 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 실시예는 또한 컴퓨터 판독가능 저장 장치 상에 저장된 명령으로서 구현될 수 있으며, 이 명령은 본 명세서에서 설명된 동작을 수행하기 위해 적어도 하나의 프로세서에 의해 판독되어 실행될 수 있다. 컴퓨터 판독가능 저장 장치는 기계(예를 들어, 컴퓨터)에 의해 판독 가능한 정보를 저장하기 위한 비일시적 메커니즘(non-transitory mechanism)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 판독가능 저장 장치는 읽기 전용 메모리(ROM), 랜덤 액세스 메모리(RAM), 자기 디스크 저장 매체, 광학 저장 매체, 플래쉬 메모리 장치, 및 다른 저장 장치와 매체를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 시스템은 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있고, 컴퓨터 판독가능 저장 장치 상에 저장된 명령으로 구성될 수 있다.
실시예는 하드웨어, 펌웨어 및 소프트웨어 중 하나 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 실시예는 또한 컴퓨터 판독가능 저장 장치 상에 저장된 명령으로서 구현될 수 있으며, 이 명령은 본 명세서에서 설명된 동작을 수행하기 위해 적어도 하나의 프로세서에 의해 판독되고 실행될 수 있다. 컴퓨터 판독가능 저장 장치는 기계(예를 들어, 컴퓨터)에 의해 판독 가능한 형태로 정보를 저장하기 위한 비일시적인 메커니즘을 포함할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 판독가능 저장 장치는 읽기 전용 메모리(ROM), 랜덤 액세스 메모리(RAM), 자기 디스크 저장 매체, 광학 저장 매체, 플래쉬 메모리 장치, 및 다른 저장 장치와 매체를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 시스템이 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있으며, 컴퓨터 판독가능 저장 장치 상에 저장되는 명령으로 구성될 수 있다.
요약서는 청구항의 범위 또는 의미를 제한하거나 해석하는 데 사용되지 않는다는 이해에 따라 제공된다. 이로써 다음의 청구항은 상세한 설명에 포함되며, 각각의 청구항 자체가 별개의 실시예로서 유효하다.

Claims (26)

  1. 밀리미터파(mmWave) 빔 검출 및 추적을 위한 방법으로서,
    기지국으로부터 브로드캐스트 채널을 통해, 알려진 기준 신호의 세트를 수신하는 단계;
    상기 기지국으로부터 복수의 하향링크 빔을 검출하는 단계 - 각각의 하향링크 빔은 연관된 시간 오프셋 정보를 포함하는 각각의 기준 신호를 포함하고 있음 -;
    상기 복수의 하향링크 빔 중에서 유리한 하향링크 빔을 결정하고, 상기 유리한 하향링크 빔에 삽입된 상기 시간 오프셋 정보를 디코딩하는 단계; 및
    상기 유리한 하향링크 빔의 시간 오프셋 정보가 나타내는 타임 슬롯에서 랜덤 액세스 프리앰블 시퀀스(random access preamble sequence)를 상기 기지국에 전송하는 단계
    를 포함하고,
    상기 랜덤 액세스 프리앰블 시퀀스를 전송하기 위한 송신 전력은, 상기 기지국으로부터의 피드백을 이용하지 않는 개방 루프 송신 전력 제어(open-loop transmit power control)에 기반하고 있고,
    상기 방법은,
    상기 기지국으로부터의 피드백을 검출하는 단계;
    상기 기지국으로부터 아무런 피드백도 검출되지 않고 또한 동일한 하향링크 빔이 다시 검출되면, 상기 송신 전력을 증가시키는 단계; 및
    상기 증가된 송신 전력으로 상기 랜덤 액세스 프리앰블 시퀀스를 상기 기지국에 재전송하는 단계
    를 더 포함하는, 밀리미터파(mmWave) 빔 검출 및 추적을 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기준 신호는 사전 결정된 시간 및 주파수 자원으로 직교 시퀀스에 의해 인코딩되는, 밀리미터파(mmWave) 빔 검출 및 추적을 위한 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기지국과 인접한 기지국 간에는 상기 알려진 기준 신호의 세트가 서로 다른, 밀리미터파(mmWave) 빔 검출 및 추적을 위한 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기지국에 의해 생성되는 셀의 섹터 간에는 상기 알려진 기준 신호의 세트가 서로 다른, 밀리미터파(mmWave) 빔 검출 및 추적을 위한 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기지국 또는 제2 기지국으로부터의 상기 복수의 하향링크 빔을 유휴 모드 또는 연결 모드에서 모니터링하는 단계
    를 더 포함하는 밀리미터파(mmWave) 빔 검출 및 추적을 위한 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 개방 루프 송신 전력 제어는 상기 기지국으로부터의 신호에서 측정한 값을 이용하여 상기 송신 전력을 초기 설정하는, 밀리미터파(mmWave) 빔 검출 및 추적을 위한 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기지국으로부터의 피드백을 검출하는 단계;
    상기 기지국으로부터 아무런 피드백이 검출되지 않고 또한 서로 다른 하향링크 빔이 검출되면, 초기 송신 전력 레벨로 상기 랜덤 액세스 프리앰블 시퀀스를 재전송하는 단계
    를 더 포함하는 밀리미터파(mmWave) 빔 검출 및 추적을 위한 방법.
  8. 무선 통신 장치로서,
    복수의 안테나 엘리먼트에 연결된 무전기(radio); 및
    무선 채널을 통해 밀리미터파(mmWave) 기지국으로부터 셀 특정 파라미터(cell specific parameter)를 수신하고, 상기 기지국으로부터 복수의 하향링크 빔포밍된 신호를 검출하며, 상기 복수의 빔포밍된 신호의 선택된 빔의 시간 오프셋이 나타내는 타임 슬롯에서 상향링크 빔포밍된 신호에 의하여 랜덤 액세스 프리앰블 시퀀스(random access preamble sequence)를 상기 기지국에 송신하기 위해 상기 무전기 및 안테나 엘리먼트에 연결된 컨트롤러 - 각각의 하향링크 빔포밍된 신호는 연관된 시간 오프셋을 가진 각각의 기준 신호를 포함하고 있음 -
    를 포함하고,
    상기 랜덤 액세스 프리앰블 시퀀스를 전송하기 위한 송신 전력은, 상기 기지국으로부터의 피드백을 이용하지 않는 개방 루프 송신 전력 제어(open-loop transmit power control)에 기반하고 있고,
    상기 컨트롤러는,
    상기 기지국으로부터의 피드백을 검출하고;
    상기 기지국으로부터 아무런 피드백도 검출되지 않고 또한 동일한 하향링크 빔이 다시 검출되면, 상기 송신 전력을 증가시키고; 및
    상기 증가된 송신 전력으로 상기 랜덤 액세스 프리앰블 시퀀스를 상기 기지국에 재전송
    하도록 더 구성되는, 무선 통신 장치.
  9. 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독가능 저장매체로서,
    상기 프로그램은 컴퓨터로 하여금 제1항 및 제2항 중 어느 한 항의 밀리미터파 빔 검출 및 추적을 위한 방법을 실행하게 하는, 컴퓨터 판독가능 저장매체.
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