KR102341215B1

KR102341215B1 - 빔포밍을 이용하는 이동 통신 시스템에서의 랜덤 액세스 기법

Info

Publication number: KR102341215B1
Application number: KR1020140166583A
Authority: KR
Inventors: 박성진; 김남이; 조동호; 류선희
Original assignee: 삼성전자주식회사; 한국과학기술원
Priority date: 2014-11-26
Filing date: 2014-11-26
Publication date: 2021-12-20
Also published as: US20170318608A1; US10999872B2; WO2016085235A1; US20200077450A1; US20190289642A1; US10314080B2; KR20160063061A; US11006459B2

Abstract

본 개시는 빔포밍을 이용하는 이동 통신 시스템에서 빔 자원 및 무선 전송 자원에 의해 정의되는 랜덤 액세스 자원을 이용하는 단말의 랜덤 액세스를 수행하는 방법에 있어서, 상기 단말의 송신 빔과 연결되는 기지국의 수신 빔 개수를 결정하는 동작; 상기 수신 빔 개수에 근거하여 상기 무선 전송 자원의 영역을 특정하는 동작; 및 상기 연결되는 기지국의 수신 빔에 해당하는 빔 자원 및 상기 특정된 무선 전송 자원의 영역에 의해 정의되는 랜덤 액세스 자원 영역에서 랜덤 액세스를 시도하는 동작을 포함하는 방법을 제공한다.

Description

빔포밍을 이용하는 이동 통신 시스템에서의 랜덤 액세스 기법{SCHEME FOR RANDOM ACCESS IN MOBILE COMMUNICATION SYSTEM USING BEAM FORMING}

본 개시는 이동 통신 시스템에서 단말의 랜덤 액세스(RA, random access) 수행 기법에 관한 것으로써, 빔포밍을 이용하는 단말의 랜덤 액세스 기법에 관한 것이다.

최근, 4세대(4G) 통신 이후의 차세대 통신에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 연구 주제 중 하나는 사용 주파수 대역을 증가시켜 시스템 통신 용량을 증가시키는 데에 있다. 주파수 대역 증가를 위해 추가될 주파수 대역으로는, 상용 셀룰러 시스템에서 쓰이는 3GHz 미만의 주파수 대역의 캐리어가 아니라 3~30 GHz 대역(밀리미터파 대역)의 캐리어 즉, 밀리미터파 캐리어를 사용하는 방안이 고려되고 있다.

3~30 GHz 대역의 밀리미터파(mmWave) 캐리어는 전파 특성상 지향성을 가지며, 캐리어 운용시 간섭 제어를 위해 빔포밍 기술이 이용될 수 있다. 밀리미터파 대역에서는, 기지국은 물론 단말도 다중 어레이(multiple array) 안테나를 이용하여 특정 각도와 너비를 가진 빔(beam)을 생성하여 통신할 수 있다. 즉, 기지국과 단말은 밀리미터파 대역의 캐리어에서 발생하는 경로 감쇠 문제를 해결하기 위해서 송/수신 빔포밍을 활용할 수 있다. 기지국과 단말은 다수의 송/수신 빔포밍을 운용할 수 있으며, 다수의 송/수신 빔포밍을 랜덤 액세스(random access; RA) 자원에서도 활용할 수 있다.

기지국이 다수의 수신 빔을 형성한 상황에서 단말이 임의의 하나의 송신 빔을 이용하여 랜덤 액세스를 수행할 경우에, 상기 단말의 송신 빔은 상기 기지국의 하나 이상의 수신 빔과 연결을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 기지국의 수신 빔이 LOS(line of sight; 가시선) 또는 NLOS(non line of sight; 비-가시선)에 해당하는 차이에 따라서 상기 단말은 다수의 기지국 수신 빔과 연결을 가질 수 있다. 이때, 상기 기지국의 하나의 수신 빔과 연결된 단말은 상기 기지국의 2 이상의 수신 빔과 연결된 타 단말에 의해 랜덤 액세스 수행이 방해될 수 있다.

도 1은 이동 통신 시스템에서 단말의 랜덤 액세스 동작을 개념화한 도면이다.

도 1(a)은 단말들이 서로 다른 개수의 수신 빔과 연결하여 상향링크 랜덤 액세스를 수행하는 상황을 예시한다.

기지국(120)은 다수의 수신 빔(예를 들어, B1(122) 및 B2(124)을 포함하는)을 형성할 수 있다. 사용자 단말 UE1(100)은 하나 이상의 송신 빔을 이용하여 상기 수신 빔 B1(122) 및 B2(124) 중 적어도 하나와 연결(102, 104)을 갖고, UE2(110)은 하나 이상의 송신 빔을 이용하여 수신 빔 B2(124)와 연결(114)을 가질 수 있다.

도 1(b)는 UE1(100) 및 UE2(110)이 사용할 수 있는 RA 자원 셋(140)을 예시한다.

상기 RA 자원 셋(140)은 빔 자원(x축) 및 주파수-시간 자원(y축)에 의해 정의되는 RA 자원 구조를 갖는다. 즉, RA 자원 셋(140)의 x 축은 기지국의 수신 빔의 축이고, y 축은 주파수-시간 자원의 축이다. 단순화를 위해, 주파수 및 시간에 의해 정의되는 2차원의 무선 자원이 y축에서 1차원으로 표시되었다.

UE1(100)은 수신 빔 B1(122) 및 B2(124)와 연결을 가지므로, 수신 빔 B1(122) 및 B2(124)에 의한 자원 영역(142)의 10개의 자원을 RA 자원으로 갖는다. 반면, UE2(110)는 수신 빔 B2(124)와 연결을 가지므로, 수신 빔 B2(124)에 의한 자원 영역(144)의 5개의 자원을 RA 자원으로 갖는다. 이때, UE1(100)은 B1(122) 및 B2(124)에 대한 주파수-시간 자원 R4 (각각 146 및 148)을 선택하여 랜덤 액세스를 수행하며, UE2(110)는 B2(124)에 대한 R4 주파수-시간 자원(146)만을 선택하여 랜덤 액세스를 수행할 수 있다.

UE1(100)과 UE2(110)가 동시에 수신 빔 B2의 주파수-시간 자원 R4 (146)를 사용하여 랜덤 액세스를 수행하는 상황(즉, 충돌)이 발생되면, UE2(110)는 가용한 다른 RA 자원이 없으므로 랜덤 액세스에 실패한다. 그러나, UE1(100)은 가용한 다른 RA 자원 즉, B1의 주파수-시간 자원 R4(144)을 사용할 수 있으므로 RA 성공 가능성이 존재한다.

즉, 연결되는 수신 빔 개수가 많은 단말이 RA 경쟁에서 우위를 가지는 상황이 발생한다. 또한, 연결되는 수신 빔 개수가 상대적으로 적은 단말은 RA 경쟁에서 불리한 위치에 있게 된다.

밀리미터파 캐리어를 사용하는 통신 시스템에서 하나의 기지국은 공간 자원의 관점에서 많은 개수의 RA 자원(즉, 송/수신 빔)을 소유할 수 있다. 즉, 밀리미터파 캐리어 통신 시스템에서는 기지국의 수신 빔 수가 매우 많으며, 기지국의 다수 수신 빔에 대한 다수 단말의 RA 시도가 발생한다.

따라서, 밀리미터파 캐리어 통신 시스템에서 다수 단말의 RA 시도는 RA 충돌의 가능성을 증가시키고 다른 단말들의 접속을 방해할 수 있으므로, RA 충돌을 줄일 수 있는 송/수신 빔의 운용 기법이 요구된다.

본 개시는 다른 단말들과의 충돌 문제를 완화하는 방법을 제공하고자 한다.

본 개시는 밀리미터파를 사용하는 이동 통신 시스템에서 기지국과의 수신 빔 링크 수 기반의 RA 방법을 제공한다.

본 개시는 빔포밍을 이용하는 이동 통신 시스템에서 빔 자원 및 무선 전송 자원에 의해 정의되는 랜덤 액세스 자원을 이용하는 단말의 랜덤 액세스를 수행하는 방법에 있어서, 상기 단말의 송신 빔과 연결되는 기지국의 수신 빔 개수를 결정하는 동작; 상기 수신 빔 개수에 근거하여 상기 무선 전송 자원의 영역을 특정하는 동작; 및 상기 연결되는 수신 빔에 해당하는 빔 자원 및 상기 특정된 무선 전송 자원의 영역에 의해 정의되는 랜덤 액세스 자원 영역에서 랜덤 액세스를 시도하는 동작을 포함하는 방법을 제안한다.

본 개시는 빔포밍을 이용하는 이동 통신 시스템에서 빔 자원 및 무선 전송 자원에 의해 정의되는 랜덤 액세스 자원을 이용하여 랜덤 액세스를 수행하는 단말에 있어서, 상기 단말의 송신 빔과 연결되는 기지국의 수신 빔 개수를 결정하고, 상기 수신 빔 개수에 근거하여 상기 무선 전송 자원의 영역을 특정하고, 상기 연결되는 기지국의 수신 빔에 해당하는 빔 자원 및 상기 특정된 무선 전송 자원의 영역에 의해 정의되는 랜덤 액세스 자원 영역에서 랜덤 액세스를 시도하도록 구성되는 제어부; 및 상기 제어부의 제어에 의해 송수신 빔을 형성하여 상기 기지국과 통신하는 송수신부를 포함하는 단말을 제안한다.

본 개시의 랜덤 액세스 방안에 따르면 다수의 기지국 빔과 단말 빔이 존재하는 환경에서 단말 빔 별로 연결된 기지국 빔 링크 수에 따라서 효과적으로 단말들끼리의 충돌을 방지할 수 있다.

본 개시의 랜덤 액세스 방안은 통해 링크 수가 서로 다른 단말들끼리의 충돌을 방지함으로써, 랜덤 액세스의 성공 확률을 높일 수 있다.

본 개시의 랜덤 액세스 방안은 우선 순위가 다른 단말들 간의 차등적 RA 성공율을 제공할 수 있다.

본 개시의 랜덤 액세스 방안은 다수의 기지국 수신 빔과의 접속이 필요한 서비스에 대한 RA 지원 방안을 제공한다.

본 개시에 따른 RA 방법을 통해 VCN(virtual cellular network; 가상 셀룰러 네트워크) 시스템 도입 시, 새롭게 발생할 수 있는 RA 충돌 문제를 해결한다.

도 1은 밀리미터파 대역을 사용하는 이동 통신 시스템에서 랜덤 액세스 방법을 개념화한 도면;
도 2는 본 개시의 실시예에 따라 단말이 수신 빔 링크를 결정하는 방법의 예시도;
도 3은 단말들이 서로 다른 개수의 수신 빔 링크를 갖는 구조를 예시하는 도면;
도 4는 단말들의 수신 빔 링크의 개수에 비례하여 선택 가능한 RA 자원 개수가 결정되는 경우의 RA 자원 예시도;
도 5는 단말들의 수신 빔 링크의 개수에 관계 없이 선택 가능한 RA 자원 개수가 동일하게 결정되는 경우의 RA 자원 예시도;
도 6은 본 개시에 따른 단말이 랭크에 따라서 랜덤 액세스 자원 영역을 설정하는 과정의 예시도;
도 7은 본 개시에 따른 단말의 랜덤 액세스 수행과 성공 여부를 예시하는 도면;
도 8은 본 개시에 따른 단말의 랜덤 액세스 방법을 예시하는 도면;
도 9는 본 개시에 따른 단말 장치의 구성의 걔략도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 개시의 실시예를 상세하게 설명한다. 하기에서 본 개시를 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 개시에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 개시의 자세한 설명에 앞서, 본 명세서에서 사용되는 몇 가지 용어들에 대해 해석 가능한 의미의 예를 제시한다. 하지만, 아래 제시하는 해석 예로 한정되는 것은 아님을 주의하여야 한다.

기지국(Base Station)은 단말과 통신하는 일 주체로서, BS, NodeB(NB), eNodB(eNB), AP(Access Point) 등으로 지칭될 수도 있다.

사용자 단말(User Equipment)은 기지국과 통신하는 일 주체로서, UE, 이동국(Mobile Station; MS), 이동장비(Mobile Equipment; ME), 디바이스(device), 터미널(terminal) 등으로 지칭될 수도 있다.

빔 자원은 빔포밍에 의해 기지국 또는 단말에 형성되는 하나 이상의 빔을 의미하며, 각 빔은 무선 전송 자원을 통해 자신의 송/수신 동작을 수행할 수 있다.

무선 전송 자원은 기지국 또는 단말이 무선 전송에 사용하는 자원을 통칭하는 용어이며, 본 개시에서는 빔 자원을 제외한 무선 전송 자원으로 해석된다. 구체적으로, 무선 전송 자원은 주파수, 시간, 및 코드 중 적어도 하나에 의해 정의되는 자원일 수 있다. 예를 들어, 무선 전송 자원은 주파수 자원일 수 있고, 시간 자원일 수도 있으며, 주파수-시간 자원일 수도 있고, 주파수-시간-코드에 의해 정의되는 자원일 수 있다. 여기서 코드는 왈시 코드(Walsh code)와 같은 직교 코드(orthogonal code)가 될 수 있다. 이하에서는 편의상 무선 전송 자원을 주파수-시간 자원으로 표현할 것이나, 상술한 기타 예의 의미로 해석될 수도 있음을 주의하여야 한다.

본 개시는 밀리미터파 대역 통신 환경에서 하나의 기지국의 다수의 수신 빔과 링크를 갖는 단말의 랜덤 액세스 방안을 제안한다. 본 개시에 따른 랜덤 액세스 방안은 3가지 단계 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

첫 번째 단계는, 무선 전송 자원 및 단말과 연결된 기지국의 수신 빔 링크의 개수 파악 단계이다. 두 번째 단계는, 수신 빔 링크 개수에 따른 RA 자원(예를 들어, 주파수-시간 자원) 선택 및 경쟁 기반의 RA 수행 단계이다. 세 번째 단계는, 단말의 RA 시도에 대한 기지국의 RA 응답(성공 혹은 실패) 단계이다.

도 2를 참고하여, 본 개시에 따른 랜덤 액세스 방안의 첫 번째 단계를 설명한다.

단말은 랜덤 액세스를 수행하기 전에 자신과 연결할 기지국의 수신 빔을 확인해야 한다. 이하에서, 단말과 연결되는 기지국의 수신 빔을 ‘수신 빔 링크’라고 칭한다.

본 개시에서는 단말이 수신 빔 링크의 개수를 확인하는 2가지 방법을 제안한다.

도 2는 본 개시의 실시예에 따라 단말이 수신 빔 링크를 결정하는 방법의 예제를 도시한다.

기지국(200)은 예를 들어 다섯 개의 수신 빔(201, 202, 203, 204, 205)을 형성하고, 단말(210)은 하나의 송신 빔(211)을 형성한다.

도 2(a)는 단말이 하향링크 채널 추정 값을 이용하여 수신 빔 링크를 결정하는 경우를 예시한다.

단말(210)이 수신 빔 링크를 결정하는 첫 번째 방식은 하향링크 빔 채널 추정 결과에 근거하여 수신 빔 링크를 결정하는 것이다. 단말은 기지국의 수신 빔을 통해 송신되는 빔 파일럿(beam pilot) 신호를 통해 하향링크 빔의 채널 추정을 수행하고, 채널 추정 결과 값(예를 들어, RSS(received signal strength; 수신 신호 세기))이 일정 임계 값보다 높은 빔(예를 들어, 202, 203, 204)을 수신 빔 링크로 결정할 수 있고, 상기 수신 빔 링크의 개수를 확인할 수 있다.

도 2(b)는 단말이 이웃 광고(neighbor advertisement)를 이용하여 수신 빔 링크를 결정하는 경우를 예시한다.

단말(210)이 빔 링크를 확인하는 두 번째 방식은 기지국(200)으로부터 송신되는 이웃 광고(220)를 이용하는 방식이다. 단말은 이웃 광고(220)를 수신하고, 상기 이웃 광고에 존재하는 기지국의 빔 식별자와 같은 정보를 이용하여 수신 빔 링크를 결정할 수도 있다. 구체적으로, 상기 단말은 빔 스캐닝(beam scanning)을 수행한 후, 상기 이웃 광고에 존재하는 액티브 셋(active set) 내의 인덱스(예를 들어, 2, 3, 1, 5 와 같은 수신 빔 인덱스)에 해당하는 수신 빔 중 하나 이상을 수신 빔 링크로써 결정할 수도 있고, 상기 수신 빔 링크의 개수를 확인할 수 있다.도 2에서는 단말의 송신 빔(211)이 1개인 경우를 예로써 설명하였지만, 단말이 다수의 빔을 사용하는 경우에는 다수의 빔 각각에 대해서 기지국의 수신 빔 링크가 정의될 수 있고, 상기 단말은 수신 빔 링크의 개수를 확인할 수 있다.

도 3 내지 도 6을 참고하여, 본 개시에 따른 랜덤 액세스 방안의 두 번째 단계를 설명한다.

도 3은 단말들이 서로 다른 개수의 수신 빔 링크를 갖는 구조를 예시한다.

UE1(310), UE2(312) 및 UE3(314)는 기지국(300)의 하나 이상의 수신 빔과 연결을 갖는다. 예를 들어, UE1(310)은 기지국(300)의 3 개의 수신 빔(301, 302, 303)과 연결을 갖는다. UE2(312)는 기지국(300)의 2개의 수신 빔(301, 302)와 연결을 갖는다. UE3(314)은 기지국(300)의 1 개의 수신 빔(303)과 연결을 갖는다.

도 4는 도 3에 예시된 단말들의 수신 빔 링크의 개수에 비례하여 선택 가능한 RA 자원 개수가 결정되는 경우의 예를 도시한다.

이하에서, RA 자원은 빔 자원(x축) 및 무선 전송 자원(y축)에 의해 정의되는 구조를 갖는다. RA 자원 셋의 x 축은 기지국의 수신 빔의 축이고, y 축은 주파수, 시간 및 코드 중 적어도 하나에 의해 정의되는 무선 전송 자원의 축이다. 단순화를 위해, 주파수, 시간 및 코드 중 하나 이상의 조합에 의해 정의되는 다차원의 무선 자원이 y축에서 1차원으로 표시되었다.

도 4에서는 단말들의 수신 빔 링크 수에 따라서 상기 단말들 각각이 RA 자원으로써 사용할 무선 전송 자원(예를 들어, 주파수-시간 자원)의 영역을 구분하지(또는 제한하지, 또는 특정하지) 않는다

구체적으로, UE1(310)은 3개의 수신 빔 자원 링크를 가지므로, 상기 3개의 수신 빔(B1, B2, B3)에 해당하는 모든 주파수-시간 자원을 선택 가능한 RA 자원 영역(404)으로 가지며, 상기 RA 자원 영역(404)은 총 18개의 RA 자원을 포함한다.

UE2(312)은 2개의 수신 빔 자원 링크를 가지므로, 상기 2개의 수신 빔(B1, B2)에 해당하는 모든 주파수-시간 자원을 선택 가능한 RA 자원 영역(402)으로 가지며, 상기 RA 자원 영역(402)은 총 12개의 RA 자원을 포함한다.

UE3(314)은 1개의 수신 빔 자원 링크를 가지므로, 상기 1개의 수신 빔(B3)에 해당하는 모든 주파수-시간 자원을 선택 가능한 RA 자원 영역(400)으로 가지며, 상기 RA 자원 영역(400)은 총 6개의 RA 자원을 포함한다.

수신 빔 수가 적은 단말의 선택 가능한 RA 자원 영역이 작으면 수신 빔 수가 많은 타 단말에 비해 랜덤 액세스 수행시 충돌이 발생할 확률이 높다. 왜냐하면, 수신 빔 수가 적은 단말은 수신 빔 수가 많은 타 단말의 선택 가능한 자원 영역의 서브셋(subset)만 RA 수행시 선택할 수 있기 때문이다. 수신 빔 개수가 적은 단말에게 선택 가능한 RA 자원도 적게 부여하는 것은 공평성(fairness) 관점에서 불공평하다. 즉, 단말들의 수신 빔 링크의 개수에 비례하여 선택 가능한 자원을 결정하는 것은 단말들 간에 불공평한 RA 성공 가능성을 갖게 한다.

따라서, 본 개시는 수신 빔 개수에 관계 없이 단말들에게 선택 가능한 RA 자원의 개수를 동일하게 부여하되, 수신 빔 개수에 따라서 선택 가능한 자원 영역을 다르게 설정하는 방안을 제안한다.

도 5는 도 3에 예시된 단말들의 수신 빔 링크의 개수에 관계 없이 선택 가능한 RA 자원 개수가 동일하게 결정되는 경우의 예를 도시한다.

단말은 스스로 결정한 링크 수를 기반으로 랜덤 액세스 자원을 선택함으로써, 우선순위가 동일한 모든 단말들이 동일한 개수의 RA 자원을 랜덤 액세스에 이용하게 할 수 있다. 즉, 본 개시는 단말들의 수신 빔 링크 개수에 근거하여 상기 단말들 각각이 RA 자원으로써 사용할 무선 전송 자원 (예를 들어, 주파수-시간 자원)의 영역을 구분하는(또는 제한하는, 또는 특정하는) 방안을 제안한다.

도 3에서 예시된 바와 같이, UE1(700), UE2(702), UE3(704)가 각각 수신 빔 링크를 3개, 2개, 1개를 갖는 상황에서, 상기 UE1(700), UE2(702), UE3(704)는 선택 가능한 주파수-시간 자원을 서로 다르게 선택할 수 있다. 예를 들어, 각 단말은 수신 빔 링크의 개수에 반비례하는 크기의 주파수-시간 자원 영역을 선택하도록 설정될 수 있다.

구체적으로, 수신 빔 자원 3개(B1, B2, B3)를 모두 사용 가능한 UE1(310)은 주파수-시간 자원 R1 ~ R6 중에서 임의로 2개의 자원(R5 및 R6)을 RA 자원으로 선택 가능하도록 구성되며(configured), 그러면 상기 UE1(310)은 RA 자원으로써 선택 가능한 6 개(= 3 * 2)의 자원을 갖게 된다. 도 5에서 UE1(700)은 R5 및 R6 자원을 선택할 수 있는 것으로 예시되었으나, 이에 구속되지 않으며 다른 주파수-시간 자원을 선택할 수도 있다.

수신 빔 자원 2개 (B1, B2)를 사용 가능한 UE2(312)은 주파수-시간 자원 R1 ~ R6 중에서 임의로 3개의 자원(R4 내지 R6)을 RA 자원으로 선택 가능하도록 구성되며, 그러면 상기 UE2(312)은 RA 자원으로써 6 개(= 2 * 3)의 자원을 갖게 된다. 도 5에서 UE2(312)은 R4 내지 R6 자원을 선택할 수 있는 것으로 예시되었으나, 이에 구속되지 않으며 다른 주파수-시간 자원을 선택할 수도 있다.

수신 빔 자원 1개(B3)만을 사용 가능한 UE3(314)은 6개의 주파수-시간 자원 R1 ~ R6 모두를 RA 자원으로 선택 가능하며, 그러면 상기 UE3(314)은 RA 자원으로써 6 개(= 6 * 1)의 자원을 갖게 된다.

이렇게 함으로써, UE1(310), UE2(312), UE3(314) 각각은 수신 빔 링크 개수와 상관없이 동등하게 6개의 자원 영역을 선택하도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 선택 가능한 RA 자원을 설정함으로써, 서로 다른 사용 가능 수신 빔 링크를 갖는 단말들이 동일한 개수의 RA 자원을 갖게 할 수 있고, 우선순위가 동일한 단말이 평등하게 RA 성공 가능성을 갖게 할 수 있다.

선택적으로, 단말은 수신 빔 링크의 개수 이외에 단말의 우선순위를 파악하고, 상기 우선 순위를 RA 자원 결정에 이용할 수 있다. 본 개시에서는 상기 단말이 우선순위를 랭크(rank)로 지칭한다. 상기 랭크는 상향링크로 보낼 데이터의 종류, 단말의 이동성(예를 들어, 셀 변경이 빠르게 이루어지는 경우), 또는 빠른 동기 획득을 필요로 하는 요인(또는 환경) 등으로 정의될 수 있다. 상기 랭크는 다양한 단계로 구분 가능하며, 값이 높을수록 우선 순위가 높은 단말이며, 낮을 수록 우선순위가 낮은 단말로 고려될 수 있다.

도 6은 본 개시에 따른 단말이 랭크에 따라서 랜덤 액세스 자원 영역을 설정하는 과정을 보여준다.

단말들이 서로 같은 랭크 값을 가질 경우, 수신 빔 링크 개수와 상관없이 각 단말이 선택할 수 있는 자원의 개수는 동일하게 설정된다.

단말들이 서로 다른 랭크 값을 가질 경우, 랭크 값이 클수록 단말의 랜덤 액세스 우선순위가 높아지게 된다. 따라서, 랭크 값이 큰 단말이 선택할 수 있는 랜덤 액세스 자원 영역이 넓어지게 된다. 랜덤 액세스 자원 영역이 넓어지게 되면 랜덤 액세스 성공 확률이 높아지게 된다. 그러므로 랭크 값이 큰 단말은 랭크 값이 작은 단말에 비해 높은 랜덤 액세스 성공을 가질 수 있다.

도 6은 예로써 서로 다른 랭크 값을 갖는 2개의 단말들의 RA 자원 설정을 설명한다.

도 6(a)는 상기 단말들의 수신 빔 링크 개수가 1 인 경우를 나타낸다. 랭크가 2인 단말은 랭크가 1인 단말에 비해 우선순위가 높으며, 랭크가 2인 단말의 높은 RA 성공율을 보장하기 위해 랭크가 1인 단말보다 많은 RA 자원을 사용하도록 설정할 수 있다. 예로써, 랭크가 2인 단말은 빔 자원 B2 에서 12 개의 RA 자원 영역(600)을 사용하도록 설정되고, 랭크가 1인 단말은 빔 자원 B3 에서 일부 무선 전송 자원(예를 들어, 주파수-시간 자원)에 해당하는 6 개의 RA 자원 영역(602)을 사용하도록 설정될 수 있다.

도 6(b)는 상기 단말들의 수신 빔 링크 개수가 2인 경우를 나타낸다. 랭크가 2인 단말은 랭크가 1인 단말에 비해 우선순위가 높으며, 랭크가 2인 단말에게 높은 RA 성공율을 보장하기 위해 랭크가 1인 단말보다 많은 RA 자원을 사용하도록 설정할 수 있다. 예로써, 랭크가 2인 단말은 빔 자원 B2, B3 에서 일부 무선 전송 자원(예를 들어, 주파수-시간 자원)에 해당하는 12 개의 RA 자원 영역(610)을 사용하도록 설정되고, 랭크가 1인 단말은 빔 자원 B1, B2 에서 일부 무선 전송 자원(예를 들어, 주파수-시간 자원)에 해당하는 6 개의 RA 자원 영역(612)을 사용하도록 설정될 수 있다.

도 6(c)는 상기 단말들의 수신 빔 링크 개수가 3인 경우를 나타낸다. 랭크가 2인 단말은 랭크가 1인 단말에 비해 우선순위가 높으며, 랭크가 2인 단말에게 높은 RA 성공율을 보장하기 위해 랭크가 1인 단말보다 많은 RA 자원을 사용하도록 설정할 수 있다. 예로써, 랭크가 2인 단말은 빔 자원 B1, B2, B3 에서 일부 무선 전송 자원(예를 들어, 주파수-시간 자원)에 해당하는 12 개의 RA 자원 영역(620)을 사용하도록 설정되고, 랭크가 1인 단말은 빔 자원 B1, B2, B3 에서 일부 무선 전송 자원(예를 들어, 주파수-시간 자원)에 해당하는 6 개의 RA 자원 영역(622)을 사용하도록 설정될 수 있다.

바람직하게는, 상기 일부 주파수-시간 자원은 타 단말에 의해 사용되지 않는 주파수-시간 자원으로 할당될 수 있다.

도 6에서는 랭크의 값이 2 가지인 경우에 대해서 설명하였으나, 같은 원리로 단말들이 서로 다른 3 가지 이상의 랭크 값을 갖는 경우에도 적용될 수 있다.

도 7을 참고하여, 본 개시에 따른 랜덤 액세스 방안의 세 번째 단계를 설명한다.

기지국과 단말은 RA 수행 시 연결이 보장되는 링크의 개수 s 를 RA 응답에 이용할 수 있다. 단말이 기지국에 연결된 L개의 수신 빔 링크를 이용하여 RA 수행 시 L 개의 링크 중 s 개 이상의 링크에서 충돌 없이 RA가 성공할 경우, 상기 단말은 상기 기지국으로부터 RA 성공에 관한 응답을 수신하도록 설정될 수 있다. 예를 들어, 서비스의 특성 등으로 인해 기지국이 단말에게 2 이상의 수신 빔 링크 형성을 요구하는 경우, s 값을 증가는 다수의 수신 빔 링크 형성을 보장할 수 있게 한다.

이때, s는 1 이상의 값으로써 s=[L/d] 와 같이 정의될 수 있다. d의 값은 L보다 작거나 같은 값으로 설정될 수 있다. d의 값이 L과 같을 경우 s는 1이 되며, d의 값이 L/2 인 경우 s는 2가 된다. 이와 같이, d 값을 조정함으로써 일정 개수(즉, s) 이상의 링크 연결을 보장함으로써, 상기 단말은 상기 기지국과의 상향링크 연결 획득이 가능하다. 상기 단말은 빔 상향링크 협력(beam uplink cooperation) 절차 또는 빔 상향링크 협상(beam uplink negotiation) 절차 시에 상기 s를 활용할 수 있다. 그리고, d 값은 단말의 랭크 또는 상기 단말이 상향링크로 전송할 서비스의 종류(혹은 QoS)에 따라서 결정될 수 있다.

도 7은 본 개시에 따른 단말의 랜덤 액세스 수행과 성공 여부를 예시하는 도면이다.

기지국(700)은 3개의 UE(710, 712, 714)와 수신 빔 링크를 형성하고 있다. UE1(710)은 기지국(700)과 3개의 수신 빔 링크(720, 722, 724)를 갖고, UE2(712)는 기지국(700)과 2개의 수신 빔 링크(730, 732)를 갖고, UE3(714)은 기지국(700)과 2개의 수신 빔 링크(740, 742)를 갖는다. UE1(710)과 UE3(714)은 각각 2개의 수신 빔 링크(720, 722), 1개의 수신 빔 링크(742)에서 RA가 충돌 없이 성공되고, UE2(712)는 모든 수신 빔 링크(730, 732)에서 충돌이 발생하여 RA가 실패한다.

모든 UE들에 대한 s 값이 1이라면, UE1(710)과 UE3(714)은 RA 성공을 기지국으로부터 응답 받게 되고, UE2(712)는 RA를 실패한다. 모든 UE들에 대한 s 값이 2라면, UE1(710)만 RA 성공이며, UE2(712)와 UE3(714)은 RA 를 실패한다. RA를 실패한 상기 UE는 RA 실패를 응답 받게 되거나 아무런 응답을 받지 못할 수 있다.

도 8은 본 개시에 따른 단말의 랜덤 액세스 방법을 예시하는 도면이다.

본 개시의 목적을 달성하기 위하여 이하에 설명될 모든 동작이 수행되어야 만 하는 것은 아니다. 본 개시에 따른 방법의 구현에 있어서 각 동작은 선택적으로 포함될 수 있음을 주의하여야 한다.

단말은 상기 단말의 송신 빔과 연결되는 기지국의 수신 빔 개수를 결정할 수 있다(800). 예를 들어, 상기 단말은 상기 기지국의 적어도 하나의 수신 빔에 대한 채널 추정하는 동작을 수행하고, 상기 채널 추정의 결과 값이 임계 값 이상인 수신 빔들을 확인하고, 상기 확인된 수신 빔의 개수를 상기 수신 빔 개수로써 결정할 수 있다. 다른 예로써, 상기 단말은 이웃 광고(neighbor advertisement)를 수신하는 동작을 수행하고, 상기 이웃 광고에 포함되는 정보에 의해 식별되는 수신 빔을 확인하여 상기 확인된 수신 빔의 개수를 상기 수신 빔 개수로 결정할 수도 있다.

상기 단말은 상기 수신 빔 개수에 근거하여 무선 전송 자원(예를 들어, 주파수-시간 자원)의 영역을 특정할 수 있다(810). 상기 단말은 (우선 순위가 동일하다면) 상기 수신 빔 개수에 관계 없이 타 단말과 동일한 RA 자원 영역의 크기가 결정되도록 하기 위하여, 무선 전송 자원 영역의 크기를 특정할 수 있다. 예를 들어, 상기 단말은 상기 수신 빔 개수에 반비례하는 크기로 상기 무선 전송 자원 영역의 크기를 특정할 수 있다. 선택적으로, 상기 단말은 상기 무선 전송 자원 영역의 크기를 특정할 때 상기 수신 빔 개수 뿐만 아니라 상기 단말의 우선순위를 더 고려할 수도 있다. 이때, 상기 단말은 상기 단말의 우선순위 값에 상응하여(비례하도록) 상기 무선 전송 자원 영역의 크기를 결정할 수 있다.

상기 단말은 상기 기지국의 수신 빔에 해당하는 빔 자원 및 상기 특정된 무선 전송 자원의 영역에 의해 정의되는 랜덤 액세스 자원 영역에서 랜덤 액세스를 시도할 수 있다(820).

상기 단말은 상기 랜덤 액세스 시도에 대한 응답을 상기 기지국으로부터 수신할 수 있다(830). 상기 수신되는 응답은, 상기 연결되는 기지국의 수신 빔 중 상기 시도가 성공하는 수신 빔의 개수가 일정 개수(s) 이상인 경우에 한하여 랜덤 액세스 성공을 지시할 수 있다. 다수의 상기 기지국의 수신 빔과 연결이 필요한 경우, 상기 일정 개수는 2 이상의 값을 가질 수 있다.

여기서, 무선 전송 자원은 주파수, 시간 및 코드 중 적어도 하나에 의해 정의되는 자원일 수 있다.

도 9는 본 개시에 따른 단말 장치의 구성을 개략적으로 도시한다.

단말 장치(900)은 기지국과 신호 또는 데이터의 송수신을 수행하는 송수신부(910) 및 상기 송수신부(910)을 제어하여 본 개시에서 설명된 단말의 동작을 수행하는 제어부(920)을 포함할 수 있다.

본 개시에서 상술한 UE의 모든 동작들은 상기 제어부(920)의 제어에 의해 수행되는 것으로 이해될 수 있다. 그러나, 상기 제어부(920) 및 상기 송수신부(910)는 반드시 별도의 장치로 구현되어야 하는 것은 아니고, 하나의 구성부(단일 칩과 같은 형태로)로 구현될 수 있음은 물론이다.

상기 도 2 내지 도 9가 예시하는 시스템의 구성도, RA 자원 구성의 예시도, 단말 액세스 방법의 예시도, 단말 장치 구성 예시도는 본 개시의 권리범위를 한정하기 위한 의도가 없음을 유의하여야 한다. 즉, 상기 도 2 내지 도 9에 기재된 모든 구성부, 또는 동작의 단계가 본 개시의 실시를 위한 필수구성요소인 것으로 해석되어서는 안되며, 일부 구성요소 만을 포함하여도 본 개시의 본질을 해치지 않는 범위 내에서 구현될 수 있다.

앞서 설명한 동작들은 해당 프로그램 코드를 저장한 메모리 장치를 통신 시스템의 엔터티, 기능(Function), 기지국 또는 단말 장치 내의 임의의 구성부에 구비함으로써 실현될 수 있다. 즉, 엔터티, 기능(Function), 기지국 또는 단말 장치의 제어부는 메모리 장치 내에 저장된 프로그램 코드를 프로세서 혹은 CPU(Central Processing Unit)에 의해 읽어내어 실행함으로써 앞서 설명한 동작들을 실행할 수 있다.

본 명세서에서 설명되는 엔터티, 기능(Function), 기지국, 또는 단말 장치의 다양한 구성부들과, 모듈(module)등은 하드웨어(hardware) 회로, 일 예로 상보성 금속 산화막 반도체(complementary metal oxide semiconductor) 기반 논리 회로와, 펌웨어(firmware)와, 소프트웨어(software) 및/혹은 하드웨어와 펌웨어 및/혹은 머신 판독 가능 매체에 삽입된 소프트웨어의 조합과 같은 하드웨어 회로를 사용하여 동작될 수도 있다. 일 예로, 다양한 전기 구조 및 방법들은 트랜지스터(transistor)들과, 논리 게이트(logic gate)들과, 주문형 반도체와 같은 전기 회로들을 사용하여 실시될 수 있다.

한편 본 개시의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 개시의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 개시의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims

단말이 랜덤 액세스를 수행하는 방법에 있어서,
상기 단말과 기지국 사이의 상기 랜덤 액세스와 관련된 복수의 기지국 빔들 중에서 상기 단말의 수신 신호 세기가 임계 값보다 큰 적어도 하나의 기지국 빔을 확인하는 동작;
상기 적어도 하나의 기지국 빔 중에서 상기 랜덤 액세스를 수행하기 위해 선택된 기지국 빔에 대응하는 무선 전송 자원을 선택하는 동작;
상기 선택된 무선 전송 자원에서 랜덤 액세스 메시지를 상기 기지국으로 전송하는 동작; 및
상기 랜덤 액세스에 성공한 기지국 빔의 개수가 미리 정해진 개수 이상인 경우 상기 랜덤 액세스의 성공을 지시하는 메시지를 상기 기지국으로부터 수신하는 동작을 포함하는, 랜덤 액세스 수행 방법.
제1항에 있어서,
상기 랜덤 액세스는 경쟁 기반(contention based) 랜덤 액세스임을 특징으로 하는, 랜덤 액세스 수행 방법.
제1항에 있어서,
상기 랜덤 액세스 메시지의 전송에 대응하여 랜덤 액세스의 실패를 나타내는 메시지를 상기 기지국으로부터 수신하는 동작을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 랜덤 액세스 수행 방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 단말의 우선순위에 기초하여 상기 랜덤 액세스를 위한 무선 자원들의 총 개수가 결정되는 랜덤 액세스 수행 방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 무선 전송 자원은 주파수, 시간 및 코드 중 적어도 하나에 의해 정의되는 자원에 대응함을 특징으로 하는 랜덤 액세스 수행 방법.
랜덤 액세스를 수행하는 단말에 있어서,
송수신부; 및
상기 송수신부와 연결되어 상기 송수신부를 제어하고, 상기 단말과 기지국 사이의 상기 랜덤 액세스와 관련된 복수의 기지국 빔들 중에서 상기 단말의 수신 신호 세기가 임계 값보다 큰 적어도 하나의 기지국 빔을 확인하고, 상기 적어도 하나의 기지국 빔 중에서 상기 랜덤 액세스를 수행하기 위해 선택된 기지국 빔에 대응하는 무선 전송 자원을 선택하고, 상기 선택된 무선 전송 자원에서 랜덤 액세스 메시지를 상기 기지국으로 전송하고, 상기 랜덤 액세스에 성공한 기지국 빔의 개수가 미리 정해진 개수 이상인 경우 상기 랜덤 액세스의 성공을 지시하는 메시지를 상기 기지국으로부터 수신하도록 제어하는 제어부를 포함하는 단말.
제8항에 있어서,
상기 랜덤 액세스는 경쟁 기반(contention based) 랜덤 액세스임을 특징으로 하는 단말.
제8항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 랜덤 액세스 메시지의 전송에 대응하여 랜덤 액세스의 실패를 나타내는 메시지를 상기 기지국으로부터 수신하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 단말.
삭제
제8항에 있어서,
상기 단말의 우선순위에 기초하여 상기 랜덤 액세스를 위한 무선 자원들의 총 개수가 결정되는 단말.
삭제
제8항에 있어서,
상기 무선 전송 자원은 주파수, 시간 및 코드 중 적어도 하나에 의해 정의되는 자원에 대응함을 특징으로 하는 단말.
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