KR102214852B1 - 센싱 기반의 랜덤액세스 방법 및 장치 - Google Patents

센싱 기반의 랜덤액세스 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

센싱 기반의 랜덤액세스 방법 및 장치를 개시한다.
단말기 및 기지국 간에 네트워크 연결을 위한 랜덤액세스 과정에서 무선센싱을 이용하여 무선신호를 센싱하고, 센싱된 무선신호와 기 설정된 임계값을 비교하여 랜덤액세스 신호 전송시 발행하는 충돌을 방지하는 센싱 기반의 랜덤액세스 방법 및 장치에 관한 것이다.

Description

센싱 기반의 랜덤액세스 방법 및 장치{Method and Apparatus for Random Access Based on Sensing}
본 실시예는 센싱 기반의 랜덤액세스 방법 및 장치에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
LTE(Long-Term Evolution), LTE-A 등의 이동 통신 시스템에서 단말기는 데이터를 전송하기 위해 네트워크와 연결을 설정하여야 한다. 네트워크에 연결을 설정하기 위해서 단말기는 랜덤액세스 신호를 기지국에 전송하고, 기지국은 랜덤액세스 응답 메시지를 단말기로 전송한다.
도 1은 이동 통신 시스템에서의 경쟁기반 랜덤액세스 과정을 도시한다. 일반적인 경쟁기반의 랜덤 액세스 과정은 4 가지 단계로 구성된다.
첫 번째 단계에서 단말기는 복수 개의 랜덤액세스 채널(PRACH: Physical Random Access Channel)들 중 무작위로 채널을 선택하여 랜덤액세스 신호를 전송한다(S101). 여기서, 랜덤액세스 신호는 랜덤액세스 프리앰블(Preamble)로 구현될 수 있다. 예를 들어, 프리앰블은 디지털 시그너처(Digital Signature)가 될 수 있으며, LTE/LTE-A에서는 총 64개의 직교 프리앰블이 정의되어 있다. 기지국은 랜덤액세스 신호를 수신하고, 수신된 랜덤액세스 신호를 기반으로 단말기와의 타이밍을 추정한다. 두 번째 단계에서 기지국은 랜덤액세스 신호를 수신한 채널정보와 타이밍 조절정보를 포함하는 랜덤액세스 응답 메시지를 브로드캐스트(Broadcast)하고(S102), 세 번째 단계에서 사용되는 상향링크 자원을 단말기에게 할당한다.
세 번째 단계에서 단말기는 단말의 식별정보와 전송하고자 하는 데이터의 크기정보를 포함하는 연결 요청 메시지를 기지국으로 전송한다(S103). 네 번째 단계에서 기지국은 단말 식별정보를 포함하는 경쟁 해소 메시지를 단말기로 전송한다(S104). 여기서, 기지국은 동일한 랜덤액세스 자원을 사용하여 시스템에 접속하려고 시도하는 복수 개의 단말기에 의한 랜덤액세스 경쟁을 해소한다.
LTE(Long-Term Evolution), LTE-A 등의 이동 통신 시스템에서는 인터넷을 기반으로 모든 사물을 연결하는 사물인터넷(IoT: Internet of Tings) 환경에 대한 연구가 활발해 진행되고 있다. 이러한 셀룰러 기반의 사물 인터넷 환경에서는 주파수 대역폭이 적고, 송신 전력이 낮으며 셀 커버리지가 커지는 이유 등으로 전파환경이 열악한 협대역(Narrowband) 단말이 존재한다. 이러한, 협대역(Narrowband) 단말을 이용하여 랜덤액세스 신호를 전송하는 경우, 수신 신호대잡음비(SNR: Signal to Noise Ratio)가 낮아 기지국이 랜덤액세스 신호를 수신하지 못하는 문제점이 있다. 또한, 광대역 단말기에서 랜덤액세스 신호를 전송하더라도, 2 개 이상의 단말기들이 동일한 채널을 선택하여 랜덤액세스 신호를 전송하는 경우, 충돌이 발생하고 랜덤액세스의 성능이 열화되는 문제점이 있다.
본 실시예는 단말기 및 기지국 간에 네트워크 연결을 위한 랜덤액세스 과정에서 무선센싱을 이용하여 무선신호를 센싱하고, 센싱된 무선신호와 기 설정된 임계값을 비교하여 랜덤액세스 신호 전송시 발행하는 충돌을 방지하는 센싱 기반의 랜덤액세스 방법 및 장치를 제공하는 데 주된 목적이 있다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 랜덤액세스 전송장치가 기지국과 네트워크 연결을 설정하기 위해 랜덤액세스 신호를 전송하는 방법에 있어서, 복수의 채널 중 소정의 채널을 선택하는 채널 선택과정; 상기 소정의 채널을 사용하는 무선신호를 검출하는 무선 센싱과정; 상기 무선신호의 크기와 기 설정된 임계값을 비교하여 상기 소정의 채널의 사용 가능 여부를 판단하는 신호 비교과정; 및 상기 판단 결과에 근거하여 랜덤액세스 신호의 전송을 제어하는 신호 제어과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 센싱 기반의 랜덤액세스 전송방법을 제공한다.
또한, 본 실시예의 다른 측면에 의하면, 기지국과 네트워크 연결을 설정하기 위해 랜덤액세스 신호를 전송하는 장치에 있어서, 복수의 채널 중 소정의 채널을 선택하는 채널 선택부; 상기 소정의 채널을 사용하는 무선신호를 검출하는 무선 센싱부; 상기 무선신호의 크기와 기 설정된 임계값을 비교하여 상기 소정의 채널의 사용 가능 여부를 판단하는 무선신호 비교부; 및 상기 판단 결과에 근거하여 랜덤액세스 신호의 전송을 제어하는 신호 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 랜덤액세스 전송장치를 제공한다.
또한, 본 실시예의 다른 측면에 의하면, 랜덤액세스 수신장치가 랜덤액세스 전송장치와 네트워크 연결을 설정하기 위해 랜덤액세스 신호를 수신하는 방법에 있어서, 소정의 채널 및 슬롯에서 수신한 랜덤액세스 신호의 크기를 확인하는 신호 확인과정; 복수의 슬롯에 대해 수신한 상기 랜덤액세스 신호를 합산하여 합산신호를 산출하는 신호 합산과정; 상기 합산신호와 기 설정된 임계값을 비교하여 랜덤액세스 요청 메시지의 수신 여부를 판단하는 합산신호 비교과정; 및 상기 랜덤액세스 요청 메시지가 수신된 경우, 상기 랜덤액세스 요청 메시지에 대응하는 랜덤액세스 응답 메시지(Random Access Response)를 상기 랜덤액세스 전송장치로 전송하는 응답신호 처리과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 랜덤액세스 수신방법을 제공한다.
또한, 본 실시예의 다른 측면에 의하면, 랜덤액세스 전송장치와 네트워크 연결을 설정하기 위해 랜덤액세스 신호를 수신하는 장치에 있어서, 소정의 채널 및 슬롯에서 수신한 랜덤액세스 신호의 크기를 확인하는 신호 확인부; 복수의 슬롯에 대해 수신한 상기 랜덤액세스 신호를 합산하여 합산신호를 산출하는 신호 합산부; 상기 합산신호와 기 설정된 임계값을 비교하여 랜덤액세스 요청 메시지의 수신 여부를 판단하는 합산신호 비교부; 및 상기 랜덤액세스 요청 메시지가 수신된 경우, 상기 랜덤액세스 요청 메시지에 대응하는 랜덤액세스 응답 메시지를 상기 랜덤액세스 전송장치로 전송하는 응답신호 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 랜덤액세스 수신장치를 제공한다.
또한, 본 실시예의 다른 측면에 의하면, 복수의 채널 중 소정의 채널을 선택하고, 상기 소정의 채널을 사용하는 무선신호를 검출하며, 검출된 상기 무선신호의 크기와 기 설정된 임계값을 비교하여 상기 소정의 채널의 사용 가능 여부에 대한 판단 결과에 근거하여 랜덤액세스 신호의 전송을 제어하는 랜덤액세스 전송장치; 및 상기 랜덤액세스 전송장치로부터 복수의 슬롯에 대해 수신한 상기 랜덤액세스 신호를 합산하여 합산신호를 산출하고, 상기 합산신호와 기 설정된 임계값을 비교하여 랜덤액세스 요청 메시지의 수신 여부를 판단하여 상기 랜덤액세스 요청 메시지가 수신된 경우, 상기 랜덤액세스 요청 메시지에 대응하는 랜덤액세스 응답 메시지를 상기 랜덤액세스 전송장치로 전송하는 랜덤액세스 수신장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 센싱 기반의 랜덤액세스를 수행하는 무선 통신 시스템을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 열악한 전파환경에 있는 단말이 충돌 없이 반복적으로 랜덤액세스 신호를 전송하고 기지국은 여러 개의 신호를 합산하여 랜덤액세스 신호를 판단함으로써, 랜덤액세스 수신 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 실시예에 의하면, 단말은 무선 센싱을 수행하여 다른 단말의 신호가 없다는 것을 판단한 후에 랜덤액세스 신호를 전송하므로 충돌에 의한 랜덤액세스 성능 열화를 개선할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 실시예에 의하면, 단말은 무선 센싱을 수행하여 다른 단말의 신호가 있다고 판단하면 추가로 랜덤액세스 신호를 전송하여 다른 단말의 랜덤액세스 신호 크기를 배가 되도록 함으로써, 기지국의 랜덤액세스 수신 성능을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 본 실시예에 의하면, 기지국은 채널에서 여러 슬롯에 걸쳐 수신되는 랜덤액세스 신호 크기의 변화량을 관측하여 특정 슬롯에 수신 세기가 큰 경우, 해당 슬롯 정보를 포함하는 랜덤액세스 응답 메시지를 전송함으로 랜덤액세스 과정의 성능을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 랜덤액세스 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 센싱 기반의 랜덤액세스를 수행하는 무선 통신 시스템을 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
도 3은 본 실시예에 따른 센싱 기반의 랜덤액세스를 수행하기 위해 단말기가 선택하는 채널의 구성을 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 실시예에 따른 단일 임계값을 이용하여 센싱 기반의 랜덤액세스 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 복수 임계값을 이용하여 센싱 기반의 랜덤액세스 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 본 실시예에 따른 기지국에서 랜덤액세스 신호를 수신하는 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 본 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 실시예는 광대역 단말기 또는 협대역 단말기에서 랜덤액세스 신호를 기지국에 전달하고, 전달시 여러 단말이 동일한 랜덤액세스 신호를 전송하는 경우 충돌이 발생하는 문제를 개선하기 위한 기술입니다.
본 실시예는 3GPP LTE 또는 LTE-Advanced 시스템에서 진화하는 3GPP TR 45.820 표준 기반의 Cellular IoT(Internet Of Things) 시스템 상에서 랜덤액세스를 수행하는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 통신 시스템에 기반한 차세대 이동/무선 통신 시스템 및 IoT 시스템에 적용될 수 있다.
도 2는 본 실시예에 따른 센싱 기반의 랜덤액세스를 수행하는 무선 통신 시스템을 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
본 실시예에 따른 무선 통신 시스템은 단말기(210) 및 기지국(220)을 포함한다.
본 실시예에 따른 단말기(210)는 광대역 단말기 또는 협대역 단말기로 구현될 수 있다. 여기서, 광대역(Broadband) 단말은 랜덤액세스 신호를 하나의 슬롯 자원을 사용하여 기지국(220)으로 전송하는 단말을 의미한다. 예를 들어, 광대역 단말은 태블릿 PC(Tablet PC), 랩톱(Laptop), 개인용 컴퓨터(PC: Personal Computer), 휴대형 멀티미디어 플레이어(PMP: Portable Multimedia Player), 무선통신 단말기(Wireless Communication Terminal), 스마트폰(SmartPhone) 및 이동통신 단말기(Mobile Communication Terminal) 등 다양한 디지털 기기 중 어느 하나일 수 있다.
협대역 단말은 열악한 환경 또는 제한된 송신 전력으로 인해 랜덤액세스 신호를 복수 개의 슬롯 자원을 사용하여 기지국(220)으로 전송하는 단말을 의미한다. 예를 들어, 협대역 단말은 사물 인터넷(IoT: Internet Of Things) 단말(예, 센서, 측량계, 홈 제어 단말 등)일 수 있다.
본 실시예에 따른 단말기(210)는 채널 선택부(212), 무선 센싱부(214), 무선신호 비교부(216) 및 신호 제어부(218)를 포함한다. 도 2에 도시된 단말기(210)는 일 실시예에 따른 것으로서, 도 2에 도시된 모든 블록이 필수 구성요소는 아니며, 다른 실시예에서 단말기(210)에 포함된 일부 블록이 추가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
채널 선택부(212)는 복수의 채널 중 소정의 채널(i)을 선택하는 동작을 수행한다. 채널 선택부(212)는 단말기(210)가 광대역 단말인 경우, 하나의 슬롯을 사용하여 랜덤액세스 신호를 전송할 수 있으므로, 하나의 슬롯을 사용하는 복수의 채널 중 소정의 채널(i)을 선택한다. 여기서, 채널 선택부(212)는 소정의 채널(i)을 선택한 후 랜덤액세스 시도 횟수를 초기화한다.
한편, 채널 선택부(212)는 단말기(210)가 협대역 단말 또는 반복하여 신호를 전송하는 광대역 단말인 경우, 복수의 슬롯을 사용하는 복수의 채널 중 소정의 채널(i)을 선택한다. 여기서, 채널 선택부(212)는 소정의 채널(i)을 선택한 후 랜덤액세스 시도 횟수 및 채널 슬롯을 초기화한다.
무선 센싱부(214)는 소정의 채널(i)에서 무선 센싱을 수행한다. 다시 말해, 무선 센싱부(214)는 소정의 채널(i)을 다른 단말이 사용하는지 여부를 판단하기 위해 소정의 채널(i)에서 무선 센싱을 수행하여 소정의 채널(i)에 대한 무선신호(Y)를 검출한다. 무선 센싱부(214)는 무선신호를 검출하기 위해 에너지 검출(Energy Detection) 기법, Cyclostationary 기법, Matched 필터 기법, 엔트로피(Entropy) 기법, 파일롯(Pilot) 검출 기법 등을 사용할 수 있다. 전술한 무선신호의 검출기법은 이미 공지된 기술이므로 그 자세한 설명은 생략하도록 한다.
무선신호 비교부(216)는 검출된 무선신호의 크기와 기 설정된 임계값을 비교하여 상기 소정의 채널의 사용 가능 여부를 판단한다.
무선신호 비교부(216)는 기 설정된 임계값이 하나의 단일 임계값(λth)인 경우와 제1 임계값 및 제2 임계값 두 개의 임계값이 경우로 구분하여 설명하도록 한다.
< 기 설정된 임계값이 하나의 단일 임계값( λ th ) 인 경우 >
무선신호 비교부(216)는 검출된 무선신호의 크기와 단일 임계값(λth)을 비교한다.
신호 제어부(218)는 무선신호 비교부(216)의 비교 결과, 무선신호의 크기가 단일 임계값(λth)보다 작은 경우, 다른 단말기가 소정의 채널(i)을 사용하지 않는 것으로 판단하여 랜덤액세스 신호를 기지국(220)으로 전송한다.
한편, 신호 제어부(218)는 무선신호 비교부(216)의 비교 결과, 무선신호의 크기가 단일 임계값(λth)보다 크거나 같은 경우, 다른 단말기가 소정의 채널(i)을 사용하는 것으로 판단하여, 백오프(Backoff) 시간 경과 후 소정의 채널(i)을 사용하는 무선신호를 재검출하여 랜덤액세스 신호의 전송을 재시도한다.
신호 제어부(218)는 기 설정된 최대 시도 횟수를 초과하지 않는 횟수만큼 랜덤액세스 신호를 전송하기 위한 재시도를 반복한다.
< 기 설정된 임계값이 제1 임계값( λ 1 ) 및 제2 임계값( λ 2 ) 인 경우 >
무선신호 비교부(216)는 검출된 무선신호의 크기와 제1 임계값(λ1) 및 제2 임계값(λ2)을 비교한다. 여기서, 제1 임계값(λ1)은 제2 임계값(λ2)보다 작은 값인 것이 바람직하다.
신호 제어부(218)는 무선신호 비교부(216)의 비교 결과, 무선신호의 크기가 제1 임계값(λ1)보다 작은 경우 다른 단말기가 소정의 채널(i)를 사용하지 않는 것으로 판단하여, 하나의 슬롯 또는 복수의 슬롯을 사용하여 랜덤액세스 신호를 기지국(220)으로 전송한다.
신호 제어부(218)는 무선신호 비교부(216)의 비교 결과, 제1 임계값(λ1)보다 크거나 같고 제2 임계값(λ2)보다 작은 경우 다른 단말기가 소정의 채널(i) 및 슬롯(j)을 사용하고 있으나, 다른 단말기의 랜덤액세스 신호가 약한 것으로 판단한다. 신호 제어부(218)는 다음 슬롯(j + 1)을 사용하여 추가 랜덤액세스 신호를 기지국(220)으로 전송한다. 여기서, 신호 제어부(218)는 추가 랜덤액세스 신호를 전송함으로써, 다른 단말기의 랜덤액세스를 돕고 이후 우선적으로 랜덤액세스 응답 메시지를 기지국(220)로부터 획득할 수 있다.
한편, 신호 제어부(218)는 무선신호 비교부(216)의 비교 결과, 제2 임계값(λ2)보다 크거나 같은 경우 다른 단말기가 소정의 채널(i) 및 슬롯(j)을 사용하고 있는 것으로 판단한다. 신호 제어부(218)는 백오프 시간 경과 후 소정의 채널(i)을 사용하는 무선신호를 재검출하여 랜덤액세스 신호 전송을 재시도하거나, 소정의 채널(i)을 제외한 나머지 채널 중 하나의 채널을 선택하여 무선신호를 재검출하는 동작을 수행한다. 본 실시예에 따른 단말기(210)는 각종 데이터를 송수신하는 기기일 수 있으나, 센싱 기반의 랜덤액세스 전송동작을 수행하는 랜덤액세스 전송장치로 구현될 수도 있다.
본 실시예에 따른 기지국(220)은 신호 확인부(222), 신호 합산부(224), 합산신호 비교부(226) 및 응답신호 처리부(228)을 포함한다. 도 2에 도시된 기지국(220)은 일 실시예에 따른 것으로서, 도 2에 도시된 모든 블록이 필수 구성요소는 아니며, 다른 실시예에서 기지국(220)에 포함된 일부 블록이 추가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
신호 확인부(222)는 소정의 채널(i) 및 슬롯(j)에서 수신한 랜덤액세스 신호의 크기를 확인한다. 신호 합산부(224)는 소정의 채널(i)에 해당하는 복수의 슬롯에서 수신한 랜덤액세스 신호를 합산하여 합산신호를 산출한다.
합산신호 비교부(226)는 합산신호와 기 설정된 임계값(μth)을 비교하여 랜덤액세스 요청 메시지의 수신 여부를 판단한다. 합산신호 비교부(226)는 비교 결과, 합산신호가 기 설정된 임계값(μth)보다 크거나 같은 경우 단말기(210)의 랜덤액세스 요청 메시지가 수신된 것으로 판단한다.
응답신호 처리부(228)는 랜덤액세스 요청 메시지가 수신된 경우, 소정의 채널(i) 및 슬롯(j)에 대응하는 허용 채널정보를 포함하는 랜덤액세스 응답 메시지(Random Access Response)를 단말기(210)로 전송한다.
한편, 합산신호 비교부(226)는 신호 확인부(222)에서 확인된 랜덤액세스 신호의 크기가 복수의 슬롯 각각의 수신신호들을 합산한 평균값보다 기 설정된 비율(α) 이상으로 크거나 같은 경우, 단말기(210) 이외에 다른 단말기가 추가 랜덤액세스 신호를 전송한 것으로 판단한다.
응답신호 처리부(228)는 추가 랜덤액세스 신호를 전송한 다른 단말기로 소정의 채널(i) 및 다른 슬롯에 대응하는 허용 채널정보를 포함하는 랜덤액세스 응답 메시지를 전송한다. 본 실시예에 따른 기지국(220)은 각종 데이터를 송수신하는 통신 기기일 수 있으나, 센싱 기반의 랜덤액세스 수신동작을 수행하는 랜덤액세스 수신장치로 구현될 수도 있다.
이하, 도 3 내지 도 6에 기재된 내용의 설명을 용이하게 하기 위해 다음과 같이 정의한다.
단말기(210)는 광대역 단말기 또는 협대역 단말기로 구현될 수 있다. 여기서, 광대역(Broadband) 단말은 랜덤액세스 신호를 하나의 슬롯 자원을 사용하여 기지국(220)으로 전송하는 단말을 의미하고, 협대역 단말은 열악한 환경 또는 제한된 송신 전력으로 인해 랜덤액세스 신호를 복수 개의 슬롯 자원을 사용하여 기지국(220)으로 전송하는 단말을 의미한다. 랜덤액세스 신호는 프리앰블(Preamble) 또는 시퀀스(Sequence)인 것이 바람직하나, 짧은 데이터 신호일 수도 있다.
도 3 내지 도 6에서 사용되는 주요 기호에 대한 정의는 [표 1]과 같다.
기호 설명 비고
i 랜덤액세스 채널을 가리키는 인덱스
j 랜덤액세스 채널에서 슬롯을 가리키는 인덱스
k 랜덤액세스 시도 횟수
L 1 개의 슬롯으로 구성된 랜덤액세스 채널의 숫자 서비스 운영자가 사전에 값을 설정하는 파라미터 서비스 운영자가 사전에 값을 설정하는 파라미터
M N 개의 슬롯으로 구성된 랜덤액세스 채널의 숫자
N 랜덤액세스 신호를 반복해서 전송하는 횟수
K 최대 랜덤액세스 시도 횟수
λth , λ1 , λ2 단말에서 센싱 신호의 크기를 판단하는 임계값
β 단말에서 backoff를 할 지, 다른 랜덤액세스 채널을 검색할 지 판단하는 임계값
α 기지국에서 수신한 랜덤액세스 신호의 크기를 판단하는 임계값
μth 기지국에서 합산한 랜덤액세스 신호의 크기를 판단하는 임계값
도 3은 본 실시예에 따른 센싱 기반의 랜덤액세스를 수행하기 위해 단말기가 선택하는 채널의 구성을 나타낸 예시도이다. 도 3은 본 실시예에 따른 랜덤액세스의 채널 구조를 도시한다. 랜덤액세스 자원은 단말기에서 랜덤액세스 신호를 전송할 수 있는 주파수 및 시간으로 구성된다. 본 실시예에서 랜덤액세스 자원의 주파수는 채널로 기재하고, 랜덤액세스 자원의 시간을 슬롯으로 기재하도록 한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 랜덤액세스 채널은 1 개의 슬롯을 사용하는 L 개의 채널들과 N 개의 슬롯으로 구성된 M 개의 채널들로 구성된다. 따라서, 전체 랜덤액세스 자원은 (L + M * N) 개로 구성된다.
단말기(210)가 광대역 단말기인 경우, 광대역 단말기는 랜덤액세스 자원 1 개를 사용하여 랜덤액세스 신호를 기지국(220)으로 전송한다. 따라서, 광대역 단말기는 L 개의 채널들 중 임의의 채널을 사용하거나, (M * N) 개의 채널들 중 임의의 채널과 슬롯을 사용하여 랜덤액세스 신호를 기지국(220)으로 전송한다.
예를 들어, 단말기(210)가 광대역 단말기인 경우, 광대역 단말기는 1 내지 L 개의 채널 중 3 번 채널을 선택하고, 선택된 3 번 채널을 사용하여 랜덤액세스 신호를 기지국(220)으로 전송할 수 있다. 또한, 광대역 단말기는 M 개의 채널들 중 2 번 채널을 선택하고 N 개의 슬롯 중 1 번 슬롯을 선택하여, 선택된 2 번 채널 및 1 번 슬롯을 사용하여 랜덤액세스 신호를 기지국(220)으로 전송할 수 있다.
한편, 단말기(210)가 협대역 단말기인 경우, 협대역 단말기는 랜덤액세스 자원 1 개를 사용하여 랜덤액세스 신호를 여러번 반복하여 기지국(220)으로 전송한다. 다시 말해, 협대역 단말기는 M 개의 랜덤액세스 채널들 중 임의의 채널을 선택하고, 기지국(220)으로부터 랜덤액세스 응답신호를 수신할 때까지, 최대 N 번 반복하여 랜덤액세스 신호를 기지국(220)으로 전송한다.
예를 들어, 단말기(210)가 협대역 단말기인 경우, 협대역 단말기는 M 개의 채널들 중 2 번 채널을 선택하고, 선택된 2 번 채널을 사용하여 랜덤액세스 신호를 전송한다. 여기서, 협대역 단말기는 기지국(220)으로부터 랜덤액세스 응답신호가 수신될 때까지 2 번 채널을 사용하여 최대 N 번 반복하여 랜덤액세스 신호를 기지국(220)으로 반복하여 전송할 수 있다.
도 4는 본 실시예에 따른 단일 임계값을 이용하여 센싱 기반의 랜덤액세스 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4에서 센싱 기반의 랜덤액세스 신호를 전송하는 단말기(210)는 L 개의 랜덤액세스 채널들 중에서 1 개의 임의의 랜덤액세스 채널을 사용하여 랜덤액세스 신호를 기지국(220)에 전송하는 광대역 단말기인 것으로 가정하여 설명하도록 한다.
단말기(210)는 L 개의 채널들 중에서 임의의 채널을 선택하고, 랜덤액세스 시도 횟수(k)를 초기화한다(S410). 다시 말해, 단말기(210)는 하나의 슬롯에 대한 L 개의 채널들 중 소정의 채널(i)를 선택하고, 랜덤액세스 시도 횟수(k)를 1로 초기화한다.
단말기(210)는 소정의 채널(i)에서 무선 센싱을 수행한다(S420). 단말기(210)는 소정의 채널(i)을 다른 단말이 사용하는지 여부를 판단하기 위해 소정의 채널(i)에서 무선 센싱을 수행하여 소정의 채널(i)에 대한 무선신호(Y)를 검출한다. 여기서, 단말기(210)는 무선신호를 검출하기 위해 에너지 검출(Energy Detection) 기법, Cyclostationary 기법, Matched 필터 기법, 엔트로피(Entropy) 기법, 파일롯(Pilot) 검출 기법 등을 사용할 수 있다.
단말기(210)는 검출된 무선신호(Y)의 크기를 기 설정된 단일 임계값(λth)과 비교한다(S430).
단계 S430의 비교결과, 단말기(210)는 무선신호(Y)의 크기가 단일 임계값(λth)보다 작은 경우 소정의 채널(i)을 사용하여 랜덤액세스 신호를 기지국(220)으로 전송한다(S440). 즉, 단말기(210)는 무선신호(Y)의 크기가 단일 임계값(λth)보다 작은 경우 소정의 채널(i)을 다른 단말이 사용하지 않고, 랜덤액세스 신호를 전송하기 위해 사용 가능한 것으로 판단하여, 기지국(220)으로 랜덤액세스 신호를 전송한다.
한편, 단계 S430의 비교결과, 단말기(210)는 무선신호(Y)의 크기가 단일 임계값(λth)보다 크거나 같은 경우 다른 단말이 소정의 채널(i)을 사용하고 있는 것으로 판단하여 랜덤액세스 시도 횟수(k)를 확인한다(S450).
단계 S450의 확인 결과, 랜덤액세스 시도 횟수(k)가 최대 시도 횟수인 K 회 미만이면 단말기(210)는 백오프(Backoff) 시간 이후(S460) 랜덤액세스 시도 횟수(k)를 (k + 1)로 증가시키고(S470) 단계 S420부터 랜덤액세스를 재시도한다.
한편, 단계 S450의 확인 결과, 랜덤액세스 시도 횟수(k)가 최대 시도 횟수인 K 회 이상이면 랜덤액세스의 시도가 무한 반복되는 것을 방지하기 위해 랜덤액세스 과정을 종료한다.
도 5는 다른 실시예에 따른 복수 임계값을 이용하여 센싱 기반의 랜덤액세스 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4에서 센싱 기반의 랜덤액세스 신호를 전송하는 단말기(210)는 L 개의 랜덤액세스 채널들 중에서 1 개의 임의의 랜덤액세스 채널을 사용하여 랜덤액세스 신호를 기지국(220)에 전송하는 광대역 단말기인 것으로 가정하여 설명하도록 한다.
도 5에서 센싱 기반의 랜덤액세스 신호를 전송하는 단말기(210)는 M 개의 랜덤액세스 채널들 중에서 1 개의 임의의 랜덤액세스 채널을 선택하여 복수의 슬롯으로 반복하여 랜덤액세스 신호를 전송하는 광대역 단말기 또는 협대역 단말기인 것으로 가정하여 설명하도록 한다.
단말기(210)는 M 개의 채널들 중에서 임의의 채널을 선택하고, 슬롯 정보(j) 및 랜덤액세스 시도 횟수(k)를 초기화한다(S510). 단말기(210)는 M 개의 채널들 중 소정의 채널(i)를 선택하고, 슬롯(j) 및 랜덤액세스 시도 횟수(k)를 1로 초기화한다.
단말기(210)는 소정의 채널(i) 및 슬롯(j)에서 무선 센싱을 수행한다(S520). 단말기(210)는 소정의 채널(i) 및 슬롯(j)을 다른 단말이 사용하는지 여부를 판단하기 위해 소정의 채널(i)에서 무선 센싱을 수행하여 소정의 채널(i) 및 슬롯(j)에 대한 무선신호(Y(j))를 검출한다. 여기서, 무선신호를 센싱하는 기법은 도 4에 기재된 기법과 동일하다.
단말기(210)는 소정의 채널(i) 및 슬롯(j)에 대한 무선신호(Y(j))의 크기를 제1 임계값(λ1) 및 제2 임계값(λ2)과 비교한다(S530). 단말기(210)는 무선신호(Y(j))의 크기에 근거하여 Case A, Case B 및 Case C와 같은 세 가지 과정을 결정한다. 여기서, Case A는 랜덤액세스 신호를 기지국(220)으로 전송하는 과정을 포함하고, Case B는 다른 단말을 돕기 위해 다른 슬롯을 이용하여 랜덤액세스 신호를 기지국(220)으로 전송하는 과정을 포함한다. 또한, Case C는 동일 채널에서 랜덤액세스 과정을 재시도하거나 다른 채널을 이용하여 랜덤액세스를 수행하는 과정을 포함한다.
단말기(210)는 무선신호(Y(j))의 크기가 제1 임계값(λ1)보다 작은 경우, Case A로 결정한다. Case A에서 단말기(210)는 소정의 채널(i) 및 슬롯(j)에서 랜덤액세스를 수행하는 다른 단말이 없는 것으로 판단한다.
Case A에서 단말기(210)는 단말 유형을 확인한다(S540).
단계 S540의 확인결과, 단말기(210)가 광대역 단말인 경우 소정의 채널(i)에서 복수의 슬롯(N) 중 임의의 슬롯을 사용하여 랜덤액세스 신호를 기지국(220)으로 전송한다(S542, S544).
한편, 단계 S540의 확인결과, 단말기(210)가 협대역 단말인 경우 소정의 채널(i)에서 슬롯(j)부터 N 번째 슬롯까지 반복하여 랜덤액세스 신호를 기지국(220)으로 전송한다(S550).
단말기(210)는 무선신호(Y(j))의 크기가 제1 임계값(λ1)보다 크거나 같고, 제2 임계값(λ2)보다 작은 경우, Case B로 결정한다. Case B에서 단말기(210)는 소정의 채널(i) 및 슬롯(j)에서 랜덤액세스를 수행하는 다른 단말이 존재하나, 다른 단말의 신호가 약한 것으로 판단한다.
Case B에서 단말기(210)는 슬롯(j)의 다음 슬롯(j + 1)을 사용하여 추가 랜덤액세스 신호를 전송한다(S560). 단말기(210)는 기지국(220)으로부터 추가 랜덤액세스 신호에 대응하는 랜덤액세스 응답 (Random Access Response) 메시지를 수신하기 위해 대기한다(S562). 즉, 단말기(210)는 추가 랜덤액세스 신호를 전송함으로써, 우선적으로 채널을 사용하고 있는 다른 단말의 랜덤액세스를 도와주고, 추가 랜덤액세스 신호에 따른 즉, 단말기(210)가 전송한 랜덤액세스 신호에 대한 랜덤 액세스 응답 메시지를 받을 수 있다.
단말기(210)는 무선신호(Y(j))의 크기가 제2 임계값(λ2)보다 크거나 같은 경우, Case C로 결정한다. Case C에서 단말기(210)는 소정의 채널(i) 및 슬롯(j)에서 랜덤액세스를 수행하는 다른 단말이 존재하고, 다른 단말의 신호가 강한 것으로 판단한다. 따라서, Case C에서 단말기(210)는 소정의 채널(i) 및 슬롯(j)에서 랜덤 액세스를 재시도하거나, 다른 채널을 이용하여 랜덤액세스를 재시도한다.
Case C에서 단말기(210)는 무선신호(Y(j))의 크기에 근거하여 랜덤변수(O 내지 1 사이의 값을 갖는 실수)를 생성하고, 랜덤변수와 기 설정된 확률(β)을 비교한다(S570).
단계 S570의 비교결과, 단말기(210)는 랜덤변수 값이 기 설정된 확률(β)보다 큰 경우, 랜덤액세스 시도 횟수(k)를 확인한다(S572).
단말기(210)는 랜덤액세스 시도 횟수(k)가 최대 랜덤액세스 시도 횟수(K) 미만이면 백오프(Backoff) 시간이 경과한 후(S574), 랜덤액세스 시도 횟수(k)를 (k + 1)로 증가시키고, 랜덤액세스를 재시도한다(S576).
한편, 단말기(210)는 랜덤액세스 시도 횟수(k)가 최대 랜덤액세스 시도 횟수(K) 이상이면 랜덤액세스 과정을 종료한다.
단계 S570의 비교결과, 단말기(210)는 랜덤변수 값이 기 설정된 확률(β)보다 작거나 같은 경우, 다른 채널에서 랜덤액세스를 시도한다(S580 내지 S586).
다른 채널에서 랜덤액세스를 시도하는 과정은 다음과 같다.
단말기(210)는 슬롯(j)가 마지막 N 번째 슬롯인지를 확인하여(S580) N 번째 슬롯이 아니면, 소정의 채널(i)를 집합(Φ)에 추가한다(S582). 여기서, 집합(Φ)는 기 검색한 채널들을 포함하는 집합을 의미한다.
단말기(210)는 집합(Φ)에 포함된 채널들을 제외한 나머지 채널들 중 임의의 채널을 선택하고(S584), 다음 슬롯(j + 1)에서 랜덤액세스에 대한 무선 센싱 과정(단계 S520)을 다시 수행한다(S586).
도 6은 본 실시예에 따른 기지국에서 랜덤액세스 신호를 수신하는 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6에서는 M 개의 채널들 중 i 번째 채널에서 단말기(210)가 전송한 랜덤액세스 신호를 기지국(220)이 수신하는 과정에 대해 설명하도록 한다.
기지국(220)은 채널(i) 및 슬롯(j)에서 수신한 랜덤액세스 신호의 크기(Y(j))를 확인한다(S610).
기지국(220)은 첫 번째 슬롯부터 현재 슬롯까지 수신한 랜덤액세스 신호들을 합산한다(S620). 여기서, 기지국(220)은 체이스 컴바이닝(Chase Combining) 기법을 사용하여 랜덤액세스 신호들을 합산한 합산신호(Ycc(j))를 산출한다. 체이스 컴바이닝 기법은 여러 패킷을 결합함으로써 신호전력을 높여주는 기법으로서, 오류가 있는 패킷을 패기하고, 패기된 패킷을 재전송 받은 패킷과 결합하는 기법이다.
기지국(220)은 합산신호(Ycc(j))와 기 설정된 임계값(μth)을 비교한다(S630).
단계 S630의 비교결과, 합산신호(Ycc(j))가 기 설정된 임계값(μth)보다 크거나 같은 경우, 기지국(220)은 단말기(210)로부터 성공적으로 랜덤액세스 신호를 수신한 것으로 판단하여, 해당 랜덤액세스 신호를 전송한 단말기(210)로 (채널 i, 슬롯 1)의 허용 채널정보를 포함하는 랜덤액세스 응답 메시지(Random Access Response)를 전송한다(S640).
기지국(220)은 현재 슬롯(j)에서 수신한 랜덤액세스 신호의 크기(Y(j))가 첫 번째 슬롯부터 현재 슬롯(j)까지 수신한 신호들의 합산 평균값보다 α배 이상 큰 경우(S650), 단말기(210)의 랜덤 액세스를 돕기 위한 다른 단말기의 랜덤액세스 신호가 포함된 것으로 판단한다.
기지국(220)은 다른 단말기로 (채널 i, 슬롯 j)의 허용 채널정보를 포함하는 랜덤액세스 응답 메시지를 전송한다(S660).
단계 S640 및 S660에서는 기지국(220)이 단말기(210) 및 다른 단말기 각각으로 랜덤액세스 응답 메시지를 전송하는 것으로 기재하고 있으나, 기지국(220)에서는 브로드캐스트(Broadcast)로 랜덤액세스 응답 메시지를 전송하고, 해당 단말이 자신의 단말정보를 포함하는 랜덤액세스 응답 메시지를 획득할 수 있다.
단계 S630의 비교결과, 합산신호(Ycc(j))가 기 설정된 임계값(μth)보다 작은 경우, 현재 슬롯(j)이 마지막 N 번째 슬롯이 아니면 다음 슬롯(j + 1)을 이용하여 랜덤액세스 신호를 수신하는 동작을 재시도한다(S670, S680).
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예는 랜덤액세스를 이용하여 네트워크 연결을 수행하는 분야에 적용되어, 채널 중복에 의한 충돌을 방지하고, 랜덤액세스의 수신 성능을 향상시킬 수 있는 효과를 발생하는 유용한 발명이다.
110: 종래 단말기 120: 종래 기지국
210: 단말기 212: 채널 선택부
214: 무선 센싱부 216: 무선신호 비교부
218: 신호 제어부
220: 기지국 222: 신호 확인부
224: 신호 합산부 226: 합산신호 비교부
228: 응답신호 처리부

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  12. 랜덤액세스 수신장치가 랜덤액세스 전송장치와 네트워크 연결을 설정하기 위해 랜덤액세스 신호를 수신하는 방법에 있어서,
    소정의 채널 및 슬롯에서 수신한 랜덤액세스 신호의 크기를 확인하는 신호 확인과정;
    복수의 슬롯에 대해 수신한 상기 랜덤액세스 신호를 합산하여 합산신호를 산출하는 신호 합산과정;
    상기 합산신호와 기 설정된 임계값을 비교하여 랜덤액세스 요청 메시지의 수신 여부를 판단하는 합산신호 비교과정; 및
    상기 랜덤액세스 요청 메시지가 수신된 경우, 상기 랜덤액세스 요청 메시지에 대응하는 랜덤액세스 응답 메시지(Random Access Response)를 상기 랜덤액세스 전송장치로 전송하는 응답신호 처리과정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 랜덤액세스 수신방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 합산신호 비교과정은,
    상기 합산신호가 상기 임계값보다 크거나 같은 경우, 상기 랜덤액세스 요청 메시지를 수신한 것으로 판단하며, 상기 응답신호 처리과정은 상기 소정의 채널 및 상기 슬롯에 대응하는 허용 채널정보를 포함하는 상기 랜덤액세스 응답 메시지를 상기 랜덤액세스 전송장치로 전송하는 것을 특징으로 하는 랜덤액세스 수신방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 합산신호 비교과정은,
    상기 랜덤액세스 신호의 크기가 복수의 슬롯의 합산 평균값보다 기 설정된 소정의 비율 이상으로 크거나 같은 경우, 상기 랜덤액세스 전송장치 이외의 다른 랜덤액세스 전송장치가 랜덤액세스 신호를 전송한 것으로 판단하며, 상기 응답신호 처리과정은 상기 소정의 채널 및 다른 슬롯에 대응하는 허용 채널정보를 포함하는 상기 랜덤액세스 응답 메시지를 상기 다른 랜덤액세스 전송장치로 전송하는 것을 특징으로 하는 랜덤액세스 수신방법.
  15. 랜덤액세스 전송장치와 네트워크 연결을 설정하기 위해 랜덤액세스 신호를 수신하는 장치에 있어서,
    소정의 채널 및 슬롯에서 수신한 랜덤액세스 신호의 크기를 확인하는 신호 확인부;
    복수의 슬롯에 대해 수신한 상기 랜덤액세스 신호를 합산하여 합산신호를 산출하는 신호 합산부;
    상기 합산신호와 기 설정된 임계값을 비교하여 랜덤액세스 요청 메시지의 수신 여부를 판단하는 합산신호 비교부; 및
    상기 랜덤액세스 요청 메시지가 수신된 경우, 상기 랜덤액세스 요청 메시지에 대응하는 랜덤액세스 응답 메시지를 상기 랜덤액세스 전송장치로 전송하는 응답신호 처리부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 랜덤액세스 수신장치.
  16. 복수의 채널 중 소정의 채널을 선택하고, 상기 소정의 채널을 사용하는 무선신호를 검출하며, 검출된 상기 무선신호의 크기와 기 설정된 임계값을 비교하여 상기 소정의 채널의 사용 가능 여부에 대한 판단 결과에 근거하여 랜덤액세스 신호의 전송을 제어하는 랜덤액세스 전송장치; 및
    상기 랜덤액세스 전송장치로부터 복수의 슬롯에 대해 수신한 상기 랜덤액세스 신호를 합산하여 합산신호를 산출하고, 상기 합산신호와 기 설정된 임계값을 비교하여 랜덤액세스 요청 메시지의 수신 여부를 판단하여 상기 랜덤액세스 요청 메시지가 수신된 경우, 상기 랜덤액세스 요청 메시지에 대응하는 랜덤액세스 응답 메시지를 상기 랜덤액세스 전송장치로 전송하는 랜덤액세스 수신장치
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 센싱 기반의 랜덤액세스를 수행하는 무선 통신 시스템.
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