KR102396776B1

KR102396776B1 - 무선 통신 시스템에서의 랜덤 액세스를 위한 장치 및 방법

Info

Publication number: KR102396776B1
Application number: KR1020170117336A
Authority: KR
Inventors: 샹빈 우
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2016-09-14
Filing date: 2017-09-13
Publication date: 2022-05-12
Also published as: GB2553797A; KR20180030389A; GB201615635D0

Abstract

본 개시는 LTE(Long Term Evolution)와 같은 4G(4th generation) 통신 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 5G(5th generation) 또는 pre-5G 통신 시스템에 관련된 것이다. 무선 통신 시스템에서 단말의 동작 방법은, 랜덤 액세스 프리앰블을 포함하는 제1 메시지를 기지국으로 송신하는 과정과, 상기 제1 메시지에 응답하여, 상기 기지국으로부터 송신되는 다수의 제2 메시지들을 수신하는 과정을 포함할 수 있다. 무선 통신 시스템에서 기지국의 동작 방법은, 랜덤 액세스 프리앰블을 포함하는 제1 메시지를 단말로부터 수신하는 과정과, 상기 제1 메시지에 응답하여, 상기 단말로 다수의 제2 메시지들을 송신하는 과정을 포함할 수 있다.

Description

무선 통신 시스템에서의 랜덤 액세스를 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR A RANDOM ACCESS IN A WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}

본 개시는 일반적으로 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 무선 통신 시스템에서 랜덤 액세스(random access)에 관한 것이다.

4G(4th generation) 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G(5th generation) 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템은 4G 네트워크 이후(Beyond 4G Network) 통신 시스템 또는 LTE(Long Term Evolution) 시스템 이후(Post LTE) 시스템이라 불리어지고 있다.

높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파(mmWave) 대역(예를 들어, 60기가(60GHz) 대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서의 전파의 경로손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO), 전차원 다중입출력(Full Dimensional MIMO, FD-MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beam-forming), 및 대규모 안테나(large scale antenna) 기술들이 논의되고 있다.

또한 시스템의 네트워크 개선을 위해, 5G 통신 시스템에서는 진화된 소형 셀, 개선된 소형 셀(advanced small cell), 클라우드 무선 액세스 네트워크(cloud radio access network, cloud RAN), 초고밀도 네트워크(ultra-dense network), 기기 간 통신(Device to Device communication, D2D), 무선 백홀(wireless backhaul), 이동 네트워크(moving network), 협력 통신(cooperative communication), CoMP(Coordinated Multi-Points), 및 수신 간섭제거(interference cancellation) 등의 기술 개발이 이루어지고 있다.

이 밖에도, 5G 시스템에서는 진보된 코딩 변조(Advanced Coding Modulation, ACM) 방식인 FQAM(Hybrid Frequency Shift Keying and Quadrature Amplitude Modulation) 및 SWSC(Sliding Window Superposition Coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC(Filter Bank Multi Carrier), NOMA(Non Orthogonal Multiple Access), 및 SCMA(Sparse Code Multiple Access) 등이 개발되고 있다.

LTE Advanced Pro 및 최근 5G 셀룰러 네트워크에서, M2M(machine-to-machine) 통신 및 IoT(internet of things)는 중요한 역할을 한다. M2M 및 IoT는 신체 센서, 차량, 스마트 미터 등과 같은 새로운 유형의 단말들과 더 친숙한 휴대 전화 간의 연결을 가능하게 한다. 추후(upcoming) LTE 표준과 5G 시스템은 엄청난 수의 M2M/IoT 노드를 지원할 뿐만 아니라 M2M/IoT에 대한 저지연(low latency) 액세스를 제공한다. 이것은 많은 수의 새로운 네트워크 엔티티들을 지원하는 경우, 특정 문제를 야기한다.

2020년까지 연결되는 IoT 엔티티들의 개수는 500억 개에 달할 것으로 예상되며, 이러한 장치들은 4G 시스템에서 경험한 것보다 약 10% 낮은 종단간 (end-to-end, E2E) 지연을 경험할 것으로 예상된다.

이러한 많은 수의 노드들은 랜덤 액세스에 사용할 수 있는 희소 자원에 부담을 준다. 이와 같은 엄청난 수의 장치들이 네트워크에 대하여 랜덤 액세스를 시도하는 경우, 장치들은 서로 충돌할 수 있으므로, 일반적으로 허용될 수 없는 큰 지연을 야기할 수 있다.

엄청난 수의 IoT와 M2M 엔티티들 및 네트워크에서 트랜잭션(transaction)은 랜덤 액세스에 대한 부족한 자원에 부담이 된다. 랜덤 액세스의 현재 LTE 표준 절차는 4단계로 구성된다. 첫 번째 단계에서, 단말(user equipment)은 PRACH(physical random access channel) 상에서 임의로 선택된 프리앰블 시퀀스를 기지국으로 송신한다. 두 번째 단계에서, 기지국은 검출된 프리앰블 시퀀스에 응답하여 PDSCH(physical downlink shared channel) 상으로 랜덤 액세스 응답(random access response, RAR)을 전송한다. 세 번째 단계에서 단말은 두 번째 단계에서 RAR에 할당된 PUSCH(physical uplink shared channel) 자원을 이용하여 자신의 아이덴티티(identity) 및 다른 메시지들(예: 스케줄링 요청)을 기지국으로 전송한다. 마지막 단계에서, 기지국은 세 번째 단계에서 수신한 단말의 아이덴티티를 PDSCH상에서 에코(echo)한다.

이때, 엄청난 수의 노드들이 랜덤 액세스를 시도하는 경우, 서로 충돌하여 PRACH 과부하 및 수용할 수 없는 큰 연결 지연을 초래할 수 있다.

상술한 바와 같은 논의를 바탕으로, 본 개시(disclosure)는, 무선 통신 시스템에서 효과적으로 랜덤 액세스를 수행하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.

또한, 본 개시는, 무선 통신 시스템에서 프리앰블 및 데이터를 동시에 전송하는 랜덤 액세스 신호를 전송하는 장치 및 방법을 제공한다.

또한, 본 개시는, 무선 통신 시스템에서 도달각을 이용하여 동시에 다수의 랜덤 액세스들을 지원하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.

다양한 실시 예들에 따르면, 단말의 동작 방법은, 랜덤 액세스 프리앰블을 포함하는 제1 메시지를 기지국으로 송신하는 과정과, 상기 제1 메시지에 응답하여, 상기 기지국으로부터 송신되는 다수의 제2 메시지들을 수신하는 과정을 포함할 수 있다.

다양한 실시 예들에 따르면, 기지국의 동작 방법은, 랜덤 액세스 프리앰블을 포함하는 제1 메시지를 단말로부터 수신하는 과정과, 상기 제1 메시지에 응답하여, 상기 단말로 다수의 제2 메시지들을 송신하는 과정을 포함할 수 있다.

다양한 실시 예들에 따르면, 기지국 장치는, 송수신기 및 상기 송수신기와 결합된 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 프로세서는, 랜덤 액세스 프리앰블을 포함하는 제1 메시지를 단말로부터 수신하고, 상기 제1 메시지에 응답하여, 상기 단말로 다수의 제2 메시지들을 송신할 수 있다.

본 개시(disclosure)의 다양한 실시 예들에 따른 방법 및 장치는, 다수의 RAR 메시지를 전송함으로써, 동시에 다수의 랜덤 액세스를 제공할 수 있다.

본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 개시(disclosure)의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템을 도시한다.
도 2는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국의 구성을 도시한다.
도 3은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 단말의 구성을 도시한다.
도 4는 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 랜덤 액세스 신호 구조를 도시한다.
도 5는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 랜덤 액세스 신호 교환도를 도시한다.
도 6은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 또 다른 랜덤 액세스 신호 교환도를 도시한다.
도 7은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 단말의 동작 흐름도를 도시한다.
도 8은 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국의 동작 흐름도를 도시한다.

본 개시(disclosure)에서 사용되는 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 개시에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 개시에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 개시에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 개시에서 정의된 용어일지라도 본 개시의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.

이하에서 설명되는 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어적인 접근 방법을 예시로서 설명한다. 하지만, 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어와 소프트웨어를 모두 사용하는 기술을 포함하고 있으므로, 본 개시의 다양한 실시 예들이 소프트웨어 기반의 접근 방법을 제외하는 것은 아니다.

이하, 본 개시는 무선 통신 시스템에서 랜덤 액세스를 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 구체적으로 본 개시는 다수의 사용자들이 동시에 랜덤 액세스를 수행하기 위한 기술을 설명한다.

이하, 설명에서 사용되는 신호를 지칭하는 용어, 채널을 지칭하는 용어, 제어 정보를 지칭하는 용어, 네트워크 객체(network entity)들을 지칭하는 용어, 장치의 구성 요소를 지칭하는 용어 등은 설명의 편의를 위해 예시된 것이다. 따라서, 본 개시가 후술되는 용어들에 한정되는 것은 아니며, 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어가 사용될 수 있다.

또한, 본 개시는, 일부 통신 규격(예: 3GPP(3rd Generation Partnership Project))에서 사용되는 용어들을 이용하여 다양한 실시 예들을 설명하지만, 이는 설명을 위한 예시일 뿐이다. 본 개시의 다양한 실시 예들은, 다른 통신 시스템에서도, 용이하게 변형되어 적용될 수 있다.

도 1은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템을 도시한다. 도 1은 무선 통신 시스템에서 무선 채널을 이용하는 노드(node)들의 일부로서, 기지국 110, 단말 120, 단말 130을 예시한다. 도 1은 하나의 기지국만을 도시하나, 기지국 110과 동일 또는 유사한 다른 기지국이 더 포함될 수 있다.

기지국 110은 단말들 120, 130에게 무선 접속을 제공하는 네트워크 인프라스트럭쳐(infrastructure)이다. 기지국 110은 신호를 송신할 수 있는 거리에 기초하여 일정한 지리적 영역으로 정의되는 커버리지(coverage)를 가진다. 기지국 110은 기지국(base station) 외에 '액세스 포인트(access point, AP)', '이노드비(eNodeB, eNB)', '5G 노드(5th generation node)', '무선 포인트(wireless point)', '송수신 포인트(transmission/reception point, TRP)' 또는 이와 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어로 지칭될 수 있다.

단말 120 및 단말 130 각각은 사용자에 의해 사용되는 장치로서, 기지국 110과 무선 채널을 통해 통신을 수행한다. 경우에 따라, 단말 120 및 단말 130 중 적어도 하나는 사용자의 관여 없이 운영될 수 있다. 즉, 단말 120 및 단말 130 중 적어도 하나는 기계 타입 통신(machine type communication, MTC)을 수행하는 장치로서, 사용자에 의해 휴대되지 아니할 수 있다. 단말 120 및 단말 130 각각은 단말(terminal) 외 '사용자 장비(user equipment, UE)', '이동국(mobile station)', '가입자국(subscriber station)', '원격 단말(remote terminal)', '무선 단말(wireless terminal)', 또는 '사용자 장치(user device)' 또는 이와 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어로 지칭될 수 있다.

일 실시 예에 따라, 단말 120 및 단말 130은 기지국 110과 랜덤 액세스 절차를 수행할 수 있다. 단말 120 또는 단말 130은 단말의 전원이 켜짐에 따라, 주변의 기지국을 탐색한다. 이후, 단말 120 또는 단말 130은 기지국과 데이터 전송을 위한 초기 접속 시 무선 링크를 생성하기 위한 랜덤 액세스 절차를 수행할 수 있다. 다른 예로, 단말 120 또는 단말 130은 아이들(idle) 상태에서 페이징 신호를 수신하고, 랜덤 액세스 절차를 수행할 수 있다.

도 2는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국의 구성을 도시한다. 도 2에 예시된 구성은 기지국 110의 구성으로서 이해될 수 있다. 이하 사용되는 '…부', '…기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

도 2를 참고하면, 기지국 110은 무선통신부 210, 백홀통신부 220, 저장부 230, 제어부 240를 포함한다.

무선통신부 210은 무선 채널을 통해 신호를 송수신하기 위한 기능들을 수행한다. 예를 들어, 무선통신부 210은 시스템의 물리 계층 규격에 따라 기저대역 신호 및 비트열 간 변환 기능을 수행한다. 예를 들어, 데이터 송신 시, 무선통신부 210은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성한다. 또한, 데이터 수신 시, 무선통신부 210은 기저대역 신호를 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다. 또한, 무선통신부 210은 기저대역 신호를 RF(radio frequency) 대역 신호로 상향변환한 후 안테나를 통해 송신하고, 안테나를 통해 수신되는 RF 대역 신호를 기저대역 신호로 하향변환한다.

이를 위해, 무선통신부 210은 송신 필터, 수신 필터, 증폭기, 믹서(mixer), 오실레이터(oscillator), DAC(digital to analog convertor), ADC(analog to digital convertor) 등을 포함할 수 있다. 또한, 무선통신부 210은 다수의 송수신 경로(path)들을 포함할 수 있다. 나아가, 무선통신부 210은 다수의 안테나 요소들(antenna elements)로 구성된 적어도 하나의 안테나 어레이(antenna array)를 포함할 수 있다. 하드웨어의 측면에서, 무선통신부 210은 디지털 유닛(digital unit) 및 아날로그 유닛(analog unit)으로 구성될 수 있으며, 아날로그 유닛은 동작 전력, 동작 주파수 등에 따라 다수의 서브 유닛(sub-unit)들로 구성될 수 있다.

무선통신부 210은 상술한 바와 같이 신호를 송신 및 수신한다. 이에 따라, 무선통신부 210의 전부 또는 일부는 '송신부', '수신부' 또는 '송수신부'로 지칭될 수 있다. 또한, 이하 설명에서, 무선 채널을 통해 수행되는 송신 및 수신은 무선통신부 210에 의해 상술한 바와 같은 처리가 수행되는 것을 포함하는 의미로 사용된다. 일 실시 예에 따라, 무선통신부 210은 커버리지 내에 위치하는 다수의 단말들로부터 랜덤 액세스를 위한 프리앰블을 수신할 수 있다. 또한, 무선통신부 210은 랜덤 액세스가 성공적으로 수행되었는지에 대한 정보로서 ACK(acknowledge) 메시지를 단말로 송신할 수 있다. 랜덤 액세스가 성공적으로 수행된 경우, 무선통신부 210은 해당 단말로 자원을 할당하고 데이터의 송수신을 수행할 수 있다.

백홀통신부 220은 네트워크 내 다른 노드들과 통신을 수행하기 위한 인터페이스를 제공한다. 즉, 백홀통신부 220은 기지국 110에서 다른 노드, 예를 들어, 다른 접속 노드, 다른 기지국, 상위 노드, 코어망 등으로 송신되는 비트열을 물리적 신호로 변환하고, 다른 노드로부터 수신되는 물리적 신호를 비트열로 변환한다.

저장부 230은 기지국 110의 동작을 위한 기본 프로그램, 응용 프로그램, 설정 정보 등의 데이터를 저장한다. 저장부 230은 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리 또는 휘발성 메모리와 비휘발성 메모리의 조합으로 구성될 수 있다. 그리고, 저장부 230은 제어부 240의 요청에 따라 저장된 데이터를 제공한다.

제어부 240은 기지국 110의 전반적인 동작들을 제어한다. 예를 들어, 제어부 240은 무선통신부 210를 통해 또는 백홀통신부 220을 통해 신호를 송신 및 수신한다. 또한, 제어부 240은 저장부 230에 데이터를 기록하고, 읽는다. 그리고, 제어부 240은 통신 규격에서 요구하는 프로토콜 스택(protocol stack)의 기능들을 수행할 수 있다. 이를 위해, 제어부 240은 적어도 하나의 프로세서(processor)를 포함할 수 있다.

다양한 실시 예들에 따라, 제어부 240는 프리앰블과 함께 전송되는 데이터를 수신하고, 사용자 데이터를 성공적으로 복호할 수 있다. 또한, 제어부 240은 다수의 사용자들이 동일한 프리앰블을 통해 사용자 데이터를 전송함으로써 복호에 실패하는 경우, 도달각(angle of arrival, AoA)에 기반하여 다수의 사용자들의 수를 추정할 수 있다. 이에 따라, 제어부 240은 추정된 사용자들 수만큼의 RAR들을 포함하는 응답 신호를 다수의 단말들에게 송신하도록 제어할 수 있다. 여기서, RAR들을 포함하는 응답 신호를 수신하는 다수의 단말들은 동일한 프리앰블을 이용하여 동시에 랜덤 액세스를 수행하는 단말들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어부 240은 기지국 110이 후술하는 다양한 실시 예들에 따른 동작들을 수행하도록 제어할 수 있다.

도 3은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 단말의 구성을 도시한다. 도 3에 예시된 구성은 단말 120의 구성으로서 이해될 수 있다. 이하 사용되는 '…부', '…기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

도 3을 참고하면, 단말 120은 통신부 310, 저장부 320, 제어부 330를 포함한다.

통신부 310은 무선 채널을 통해 신호를 송수신하기 위한 기능들을 수행한다. 예를 들어, 통신부 310은 시스템의 물리 계층 규격에 따라 기저대역 신호 및 비트열 간 변환 기능을 수행한다. 예를 들어, 데이터 송신 시, 통신부 310은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성한다. 또한, 데이터 수신 시, 통신부 310은 기저대역 신호를 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다. 또한, 통신부 310은 기저대역 신호를 RF 대역 신호로 상향변환한 후 안테나를 통해 송신하고, 안테나를 통해 수신되는 RF 대역 신호를 기저대역 신호로 하향변환한다. 예를 들어, 통신부 310은 송신 필터, 수신 필터, 증폭기, 믹서, 오실레이터, DAC, ADC 등을 포함할 수 있다.

또한, 통신부 310은 다수의 송수신 경로(path)들을 포함할 수 있다. 나아가, 통신부 310은 다수의 안테나 요소들로 구성된 적어도 하나의 안테나 어레이를 포함할 수 있다. 하드웨어의 측면에서, 통신부 310은 디지털 회로 및 아날로그 회로(예: RFIC(radio frequency integrated circuit))로 구성될 수 있다. 여기서, 디지털 회로 및 아날로그 회로는 하나의 패키지로 구현될 수 있다. 또한, 통신부 310은 다수의 RF 체인들을 포함할 수 있다. 나아가, 통신부 310은 빔포밍을 수행할 수 있다.

또한, 통신부 310은 서로 다른 주파수 대역의 신호들을 처리하기 위해 서로 다른 통신 모듈들을 포함할 수 있다. 나아가, 통신부 310은 서로 다른 다수의 무선 접속 기술들을 지원하기 위해 다수의 통신 모듈들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 서로 다른 무선 접속 기술들은 블루투스 저 에너지(bluetooth low energy, BLE), Wi-Fi(Wireless Fidelity), WiGig(WiFi Gigabyte), 셀룰러 망(예: LTE(Long Term Evolution) 등을 포함할 수 있다. 또한, 서로 다른 주파수 대역들은 극고단파(SHF:super high frequency)(예: 2.5GHz, 5Ghz) 대역, mm파(millimeter wave)(예: 60GHz) 대역을 포함할 수 있다.

통신부 310은 상술한 바와 같이 신호를 송신 및 수신한다. 이에 따라, 통신부 310의 전부 또는 일부는 '송신부', '수신부' 또는 '송수신부'로 지칭될 수 있다. 또한, 이하 설명에서 무선 채널을 통해 수행되는 송신 및 수신은 통신부 310에 의해 상술한 바와 같은 처리가 수행되는 것을 포함하는 의미로 사용된다. 일 실시 예에 따라, 통신부 310은 기지국으로 랜덤 액세스를 위한 프리앰블을 송신할 수 있다. 구체적으로, 단말은 셀 탐색을 수행함으로써 주변 기지국을 식별하고, 통신부 310은 해당 기지국으로 프리앰블 및 사용자 데이터를 함께 송신할 수 있다. 여기서, 데이터는 사용자 데이터가 부분적으로 분할된 사용자 데이터의 일부를 지칭할 수 있다. 즉, 사용자 데이터는 다수의 데이터를 포함할 수 있다. 통신부 310은 PRACH 구간 동안 다수의 랜덤 액세스 신호를 송신할 수 있고, 다수의 랜덤 액세스 신호 각각은 프리앰블 및 각각 상이한 데이터를 포함할 수 있다. 따라서, 기지국은 다수의 랜덤 액세스 신호들을 수신하고, 각각 상이한 데이터들을 연결함으로써 사용자 데이터를 획득할 수 있다. 또한, 통신부 310은 사용자 데이터가 기지국에 의해 성공적으로 복호된 경우, 랜덤 액세스가 성공적으로 수행되었음을 지시하는 ACK 메시지를 기지국으로부터 수신할 수 있다. 이에 따라, 통신부 310은 기지국으로부터 자원을 할당 받고, 데이터를 송수신할 수 있다.

저장부 320은 단말 120의 동작을 위한 기본 프로그램, 응용 프로그램, 설정 정보 등의 데이터를 저장한다. 저장부 320은 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리 또는 휘발성 메모리와 비휘발성 메모리의 조합으로 구성될 수 있다. 그리고, 저장부 320은 제어부 330의 요청에 따라 저장된 데이터를 제공한다.

제어부 330은 단말 120의 전반적인 동작들을 제어한다. 예를 들어, 제어부 330은 통신부 310를 통해 신호를 송신 및 수신한다. 또한, 제어부 330은 저장부 320에 데이터를 기록하고, 읽는다. 그리고, 제어부 330은 통신 규격에서 요구하는 프로토콜 스택의 기능들을 수행할 수 있다. 이를 위해, 제어부 330은 적어도 하나의 프로세서 또는 마이크로(micro) 프로세서를 포함하거나, 또는, 프로세서의 일부일 수 있다. 또한, 통신부 310의 일부 및 제어부 330은 CP(communication processor)라 지칭될 수 있다.

다양한 실시 예들에 따라, 제어부 330는 랜덤 액세스를 위한 신호를 생성할 수 있다. 제어부 330은 사용자 데이터를 다수의 데이터로 구분하고, 프리앰블과 함께 다수의 상이한 데이터 각각을 포함하는 랜덤 액세스 신호를 생성할 수 있다. 즉, 단말은 프리앰블 및 데이터를 동시에 기지국으로 송신할 수 있다. 이후, 기지국에 의해 사용자 데이터가 성공적으로 복호되는 경우, 제어부 330은 기지국으로부터 사용자 데이터가 성공적으로 복호되었음을 지시하는 ACK을 수신할 수 있다. 반면, 기지국에 의한 데이터 복호가 실패한 경우, 통신부 310은 기지국으로부터 M개의 RAR(random access response)을 포함하는 신호를 수신할 수 있다. 제어부 330은 M개의 RAR들 중 하나의 RAR을 임의로 선택할 수 있다. 제어부 330은 임의로 선택된 하나의 RAR에 기반하여 Msg3를 생성하고, 기지국으로 송신할 수 있다. 동시에 랜덤 액세스를 수행하는 다수의 단말들 중 일치하는 RAR이 존재하지 않는 경우, 제어부 330은 기지국으로부터 Msg3에 대한 응답으로써 Msg4를 수신하고 랜덤 액세스를 성공적으로 수행할 수 있다. 예를 들어, 제어부 330은 단말이 후술하는 다양한 실시 예들에 따른 동작들을 수행하도록 제어할 수 있다.

이하, 동시에 다수의 단말들에 의한 랜덤 액세스를 수행하기 위한 변경된 신호 구조가 도시된다.

최근 MAC(media access control) 계층에서 방대한 랜덤 액세스를 처리하기 위한 다른 전략들이 제안되었다. 그러나, 이러한 방법들은 MAC 계층 시그널링이 물리계층 시그널링만큼 빠른 반응이 아니기 때문에(not as responsive as physical layer signaling), 일반적으로 지연 요구사항을 충족시키기에 충분하지 않다. 따라서, 종래 기술에서 경험된 여러(this and other) 문제점들을 회피하는 개선된 랜덤 액세스 메커니즘을 제공하고자 한다. 본 개시의 다양한 실시 예들은 랜덤 액세스 용량을 상당히 증가시킬 수 있다. 이는 지연 시간의 감소 및 상이한 복수의 단말들에 의한 동시 액세스를 허용할 수 있다.

이러한 개선은 부분적으로 MIMO(multiple input multiple output) 지원 가능한 기지국에 의해 허용될 수 있다. MIMO는 다중 입력 다중 출력을 지칭하며, 특히 기지국에서 다수의 안테나를 제공하는 것과 관련이 있다. 다수의 안테나는 고도의 공간 분해능(high degree of spatial resolution)을 제공할 수 있다.

또한, Msg1의 수정은 단일 스테이지(one-stage) 전송을 가능하도록 한다. 다른 개선점은 충돌 회피 알고리즘의 제공에 있다. 또 다른 개선점은 기지국이 여러 RAR들을 동시에 전송할 수 있는 능력에 있다.

도 4는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 랜덤 액세스 신호의 구조를 도시한다.

도 4를 참고하면, 제1 사용자의 단말은 단말 120, 제2 사용자의 단말은 단말 130을 예시한다.

도 4는, 단말로부터 송신된, 랜덤 액세스를 요청하는 신호의 구조의 변경을 도시한다. 사용자 데이터는 N 개의 부분들로 분할되고, 생성된 신호는 프리앰블과 분할된 사용자 데이터를 함께 포함한다. 프리앰블 및 사용자 데이터 부분들은 PRACH(physical random access channel)상에서 차례로 전송된다. 서로 다른 사용자들로부터 전송되는 데이터 신호들은 도달각(angle of arrival, AoA) 추정에 대한 기초를 형성하도록 독립적으로 가정된다. 프리앰블 충돌이 없다면, 사용자 데이터는 변경된 구조의 신호를 통해 성공적으로 전송될 수 있다. 이에 따라, 단말의 액세스 지연이 감소될 수 있다. 반면, 프리앰블 충돌이 발생하면, 기지국은 분할된 사용자 데이터를 이용하여 얼마나 많은 사용자가 공간 영역에서 충돌하고 있는지 추정할 수 있다. 언급된 프리앰블은 각각의 통신 표준에 대한 코드북에서 정의된 표준 프리앰블일 수 있다.

도 4는 상이한 부분들(데이터₁₁ 내지 데이터_N1)을 포함하는 제1 사용자 데이터를 도시하며, 도시된 바와 같이 이러한 분리된 부분들은, 프리앰블을 따라 전송된다. 유사한 배치가 제2 사용자 및 다수의 다른 사용자들에 적용된다. 도 4는 임의의 주어진 시간에 개시되는 잠재적으로 많은 수의 전송들을 고려할 때, 동일한 프리앰블을 이용한 랜덤 액세스 및 데이터 전송의 충돌 가능성을 도시한다. 일 실시 예에 따라, 단말은 선택적으로 주파수 홉핑을 수행할 수 있다. 예를 들어, 단말은 PRACH 구간 동안 프리앰블 및 데이터를 포함하는 다수의 랜덤 액세스 신호를 송신할 수 있다. 따라서, 단말은 상이한 다수의 랜덤 액세스 신호와의 간섭을 감소시키기 위해, 제1 주파수 및 제2 주파수에서 주파수 홉핑을 통해 랜덤 액세스 신호를 송신할 수 있다.

IoT(internet of things)에서 추가적인 요구 사항은 M2M(machine to machine) 통신 및 IoT에서 엔티티들의 배터리 수명이 10년 내외에 있을 것으로 기대되는 것이다. 이는 높은 전력 효율 전송 방식들을 필요로 한다. 실제로, 도 4에 도시된 사용자 데이터는 QPSK(quadrature phase shift keying)와 같은 정 포락선(constant envelope) 변조 방식들로 변조될 수 있고 이는 PAPR(peak to average power ratio)이 낮기 때문에 전력 효율적인 증폭기들이 M2M/IoT 노드들에서 활용될 수 있음을 의미한다.

본 개시의 실시 예에 따른 일반적인 향상된 IoT 랜덤 액세스 절차는 2가지 가능한 결과를 가질 수 있다. 하나는 프리앰블을 따라 전송된 사용자 데이터가 기지국에 의해 성공적으로 복호되는 것이다. 이는, 프리앰블 충돌이 일어나지 않을 때 발생할 가능성이 가장 크다. 이 경우, 단일 스테이지 전송 절차가 제공된다.

도 5는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 랜덤 액세스 신호 교환도를 도시한다.

도 5를 참고하면, 501 단계에서, 단말은 기지국으로 프리앰블 및 데이터를 전송한다. 프리앰블 및 데이터는 동시에 전송될 수 있으며, 도 4에 도시된 변경된 구조의 신호에 포함되어 전송될 수 있다.

503 단계에서, 기지국은 성공적으로 사용자 데이터를 복호할 수 있다. 기지국은 단말로부터 다수의 신호를 수신할 수 있고, 다수의 신호 각각은 프리앰블 및 사용자 데이터의 부분들을 포함할 수 있다. 따라서, 기지국은 다수의 신호를 수신하고, 각각의 신호로부터 프리앰블 및 CP를 제거함으로써 다수의 사용자 데이터 부분들을 획득할 수 있다. 이후, 기지국은 다수의 사용자 데이터 부분들을 연결하여 사용자 데이터를 생성하고, 복호할 수 있다. 예를 들어, 단말이 TBCC(tail biting convolutional codding) 부호화 기법을 이용하여 사용자 데이터를 부호화한 경우, 기지국은 비터비(viterbi) 복호 기법을 이용하여 사용자 데이터를 복호할 수 있다.

505 단계에서 기지국은 단말로 ACK(acknowledgement)을 전송할 수 있다. 기지국은 사용자 데이터를 성공적으로 복호한 경우, 동일한 프리앰블을 사용하는 다른 사용자에 의한 프리앰블 충돌이 일어나지 않음을 알 수 있고, 성공적으로 랜덤 액세스가 수행되었음을 판단하고, 단말로 ACK 메시지를 송신할 수 있다. 이에 따라, 사용자 데이터가 프리앰블과 함께 전송되기 때문에 전송 지연이 크게 감소되는 이점이 있다. 본 개시는 단말이 프리앰블 및 데이터를 동시에 전송하는 실시 예만을 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 일 실시 예에서, 기지국은 사용자 데이터를 랜덤 액세스 이후에 전송할 수 있다. 예를 들어, 단말은 기지국으로 프리앰블만 전송할 수 있고, 사용자 데이터는 랜덤 액세스 이후 할당된 PUSCH를 통해 전송할 수 있다.

도 6은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 랜덤 액세스 신호 교환도를 도시한다.

대안적으로, 동일한 프리앰블을 사용하는 다수의 단말들이 존재하는 경우, 단일 스테이지 방법은 자동적으로 2단계 방법으로 폴백(fallback)할 것이다. 즉, 단말은 제1 스테이지에서 자원들을 요청하고, 도 6에 도시된 바와 같이, 두 번째 스테이지에서 데이터를 전송한다.

도 6을 참고하면, 601 단계에서, 단말은 기지국으로 프리앰블 및 데이터를 전송한다. 도 6의 601 단계는 도 5의 501 단계에 대응될 수 있다.

603 단계에서, 기지국은 사용자 데이터의 복호에 실패할 수 있다. 예를 들어, 제1 단말 및 제2 단말이 동일한 프리앰블을 사용하는 경우, 기지국은 동일한 프리앰블을 통해 상이한 사용자들의 데이터를 수신한다. 이 경우, 각각의 단말에 의한 신호는 간섭으로 작용하며, 이는 프리앰블 충돌로 지칭될 수 있다. 따라서 기지국은 프리앰블 충돌에 의해, 사용자 데이터의 복호에 실패할 수 있다.

605 단계에서, 기지국은 AoA 정보들에 기반하여 사용자 수를 추정할 수 있다. 기지국은 MIMO 시스템으로부터 도출될 수 있는 AoA 정보에 기초하여 사용자들의 수 M을 추정한다. M명의 다른 사용자들을 분리(resolve)할 수 있는 능력은 시스템에 배치된 안테나의 수에 의존한다. 예를 들어, 16 개의 안테나들을 사용하면, AoA 정보를 기반으로, 5명 내지 7명의 사용자들을 분리(resolve)하는 것이 가능할 수 있다. 본 개시는, AoA 정보에 기반한 사용자 분리만을 개시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 일 실시 예에 따라, 기지국은 단순히 RSRP(reference signal received power), 수신 신호의 경로 손실 값 등에 기초하여, 사용자들을 분리할 수 있다. 다른 실시 예에 따라, 기지국은 AoA 및 RSRP, 경로 손실 중 적어도 어느 하나에 기반하여 사용자를 분리할 수 있다.

사용자의 수 M을 추정할 수 있는 세부 사항은 다음과 같다. 이 기술은 당 업계에 공지되어있다. 필요에 따라 다른 기술들이 사용될 수 있다.

기지국에서 연속되는 수신된 데이터 심볼들은 x(t), 상이한 K개(K≤Q≤N)의 AoA들

들로부터 기지국의 스티어링 벡터들은

이며, 여기서, Q는 최대 분리 가능한 단말들의 개수이다. 연속되는 수신된 데이터 심볼들은 여러 단말들로부터 데이터 심볼들을 포함할 수 있음을 유의해야 한다. 기지국에서 수신된 신호는 다음과 같다:

여기서,

는 기지국에서 스티어링 행렬, s(t)는 단말들로부터 집성(aggregate) 데이터 심볼들이며, n(t)는 가우시안(gaussian) 잡음 벡터이다. 기지국은 전력 각 스펙트럼(power angular spectrum, PAS)

을 획득하기 위해, 다중 신호 분류기(multiple signal classifier, MUSIC) 알고리즘을 수행할 수 있다. 다중 신호 분류기 알고리즘은 수신 신호의 방향 벡터와 신호 부공간(subspace)의 고유 벡터간에 직교하는 성질을 이용하여 도달각을 추정하는 알고리즘이다.

1 단계: N x N 크기의 상관 행렬 R을 계산한다:

2 단계: 상관 행렬 R상에 고유값 분해:

여기서,

는 NxN 고유 벡터 행렬이며,

는 대각 고유값 행렬이다.

3 단계: 고유 벡터 행렬을 분리(partition)한다:

여기서,

는 Nx(N-Q) 고유 벡터 행렬이며, 열은 잡음 부공간(subspace)에 대응한다.

4 단계: 모든 각도들

를 검색하고, PAS는 다음과 같이 획득된다:

5 단계: PAS에서 추정된 AoA 집합

을 검색하고, 여기서

들은 하기의 루트연산이다.

6 단계:

이 임의의 문턱값 ε보다 작은 경우,

에서

를 제거한다. 추정된 사용자들의 수는 M=|B|이다.

607 단계에서, 기지국은 총 M개의 RAR 메시지들을 송신한다. 기지국은 AoA 정보들에 기반하여 동일한 프리앰블을 통해 데이터를 송신한 사용자들의 수를 M으로 추정할 수 있다. RAR 메시지는 프리앰블 시퀀스에 대한 정보, TA(timing advance) 값, 식별자(예: C-RNTI(cell-radio network temporary identifier)), 및 상향링크 그랜트 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 본 개시의 다양한 실시 예들에 따라, 기지국은 M개의 서로 상이한 RAR 메시지들을 송신할 수 있다. 예를 들어, M개의 RAR 메시지들 각각은 상이한 RNTI 값을 가지는 서로 상이한 RAR 메시지일 수 있다. 기지국은 동일한 프리앰블을 통해 데이터를 송신한 M개의 단말을 위한 M개의 RNTI를 각각 포함하는 상이한 RAR 메시지를 송신할 수 있다. 이에 따라, 단말은 다수의 RAR 메시지를 수신하고 임의로 하나의 RAR 메시지를 선택함으로써 동일한 프리앰블을 송신한 다른 단말들과 상이한 RNTI를 획득할 수 있다. 다른 예를 들어, 기지국은 M개의 서로 다른 상향링크 그랜트 정보를 포함하는 M개의 RAR 메시지들을 송신할 수 있다. M개의 단말은 각각 상이한 상향링크 그랜트 정보에 따라 Msg3를 송신할 수 있고, 추가적인 충돌은 감소될 수 있다. 또 다른 예를 들어, M개의 RAR 메시지들은 각각 TA 값을 포함하며, 각각의 TA 값들을 같거나 다를 수 있다. 다른 실시 예에 따라, 기지국은 M개의 동일한 RAR 메시지들을 송신할 수도 있다.

609 단계에서, 단말은 M개의 RAR 메시지들 중 어느 하나를 임의로 선택할 수 있다. 다수의 RAR 메시지들을 수신하는 각각의 단말은 임의로 하나의 RAR 메시지를 선택할 수 있다. 각각의 단말은 임의로 RAR을 선택하므로, 여전히 상이한 단말들 간에 동일한 RAR을 선택할 수 있다. 다만, 충돌 확률은 M개의 RAR들에 의해 도입되는 추가적인 임의성에 의해 더 감소될 수 있다.

611 단계에서 단말은 기지국으로 Msg3을 송신할 수 있다. 단말은 M개의 RAR 메시지들 중 임의로 선택한 하나의 RAR에 기반하여 Msg3을 기지국으로 송신할 수 있다.

613 단계에서, 기지국은 수신에 대한 확인 응답으로 Msg4를 송신할 수 있다. Msg4는 랜덤 액세스의 성공 또는 실패에 대한 정보를 포함할 수 있다. 여기서, Msg3 및 Msg4는 종래 기술에서 동일한 이름들을 가지는 메시지들에 대응한다.

종래 LTE 시스템은, 동일한 프리앰블을 사용하는 다수의 단말들이 있음에도 불구하고, 기지국은 단말들로 하나의 RAR만을 다시 전송한다. 본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 기지국은 상이한 단말들로부터 AoA들을 구별함으로써 동일한 프리앰블을 사용하는 M개의 단말들을 추정한다. 기지국은 단말들로 대응하는 개수 M의 RAR들을 송신한다. 결과적으로, RACH 과부하를 피하기 위해 다수의 단말들로 더 많은 자원들이 할당될 것이다. 각각의 단말은 하나의 RAR을 임의로 선택하고, 나머지 단계들은 현재의 3GPP와 동일하다. 여전히 다수의 단말들이 동일한 RAR을 선택할 가능성은 있지만, 충돌 확률은 추가적으로 임의성을 도입함으로써 더 감소될 수 있다.

도 7은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 단말의 동작 흐름도를 도시한다. 도 7은 단말 120 또는 단말 130의 동작 방법을 예시한다.

도 7을 참고하면, 701 단계에서 단말은 프리앰블 및 데이터를 기지국으로 송신할 수 있다. 단말은 프리앰블을 임의로 선택하고, 도 4에 도시된 분할된 사용자 데이터 및 프리앰블을 포함하는 랜덤 액세스 신호를 형성하고, 프리앰블 및 데이터를 송신한다.

703 단계에서, 단말은 기지국으로부터 메시지를 수신할 수 있다. 여기서, 메시지는 기지국의 사용자 데이터 복호 성공 여부에 따라 달라질 수 있다. 즉, 사용자 데이터 복호를 성공했는지 여부는 프리앰블의 충돌 없이 성공적으로 랜덤 액세스를 수행했는지 여부를 의미할 수 있다.

705 단계에서, 단말은 수신한 메시지가 ACK 메시지인지 판단할 수 있다. 기지국이 ACK으로 응답하는 경우, 단말의 랜덤 액세스 및 사용자 데이터 전송이 성공적이었음을 의미한다.

707 단계에서, 단말은 전송이 성공했음을 판단할 수 있다. 즉, 단말은 ACK을 수신함으로써, 사용자 데이터가 기지국에 의해 성공적으로 복호되었음을 판단할 수 있다. 또한, 단말은 ACK을 수신함으로써 프리앰블 충돌 없이 랜덤 액세스가 성공했음을 판단할 수 있다.

709 단계에서, 단말은 임의로 하나의 RAR 응답을 선택할 수 있다. 즉, 사용자 데이터가 성공적으로 복호되지 않은 경우, 단말은 기지국으로부터 다수의 RAR들을 수신한다. RAR들의 개수는 동일한 프리앰블을 통해 사용자 데이터를 전송함으로써 프리앰블 충돌이 발생한 사용자 수와 같다. 따라서, 단말은 추가적인 충돌을 방지하기 위해, 다수의 RAR들 중 하나의 RAR를 임의로 선택한다.

711 단계에서, 단말은 기지국으로 Msg3을 송신할 수 있다. 단말은 임의로 선택한 하나의 RAR에 기반하여 Msg3을 기지국으로 송신한다. 이에 따라, 동일한 프리앰블을 사용한 다수의 단말들은 상이한 RAR에 기반한 Msg3 메시지를 송신함으로써 충돌이 회피될 수 있다.

713 단계에서, 단말은 기지국으로부터 Msg4를 수신한다. Msg4는 랜덤 액세스의 성공 여부를 지시할 수 있다.

715 단계에서, 단말은 ACK 메시지를 수신했는지 판단할 수 있다. 단말은 수신한 메시지가 ACK 메시지인지 판단할 수 있다. Msg4가 ACK이면, 단말은 랜덤 액세스가 성공했음을 결정할 수 있다. 따라서, 단말은 기지국으로부터 자원을 할당 받고 데이터를 송수신할 수 있다. 반면에, Msg4가 ACK 메시지가 아닌 경우, 단말은 최종적으로 랜덤 액세스의 실패를 결정할 수 있다. 따라서, 단말은 다른 랜덤 액세스 시도 이전에 백오프(back-off)를 수행할 수 있다.

도 8은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국의 동작 흐름도를 도시한다. 도 8은 기지국 110의 동작 방법을 예시한다.

도 8을 참고하면 801 단계에서 기지국은 단말로부터 신호를 수신할 수 있다. 기지국은 단말로부터 프리앰블 및 사용자 데이터를 포함하는 신호를 수신할 수 있다. 프리앰블 및 사용자 데이터를 포함하는 신호는 도 4에 도시된 변경된 구조의 랜덤 액세스 신호에 대응한다.

803 단계에서 기지국은 프리앰블들 및 CP들을 제거한다. 랜덤 액세스 신호는 타이밍의 불확실성을 이유로, CP(cyclic prefix)의 보호구간을 더 포함할 수 있다. 기지국은 수신한 신호에서 프리앰블 및 CP를 제거함으로써 사용자 데이터를 획득할 수 있다.

805 단계에서, 기지국은 사용자 데이터 부분들을 연결시키고 복호를 시도한다. 단말은 PRACH 구간 동안 다수의 제1 신호를 반복적으로 송신할 수 있다. 다수의 제1 신호들은 각각 상이한 데이터를 포함할 수 있다. 따라서, 기지국은 다수의 제1 신호들을 수신함으로써 획득한 다수의 데이터들을 하나로 연결함으로써 사용자 데이터를 획득할 수 있다. 기지국은 획득한 사용자 데이터를 복호할 수 있다.

807 단계에서, 기지국은 데이터를 성공적으로 복호했는지 여부를 판단할 수 있다. 프리앰블 충돌이 없다면, 사용자 데이터를 복호할 수 있다. 반면에, 프리앰블이 충돌하면, 동일한 프리앰블을 사용하는 사용자들간에 간섭이 발생하고, 기지국은 사용자 데이터 복호를 실패할 수 있다.

809 단계에서, 기지국은 단말로 ACK 메시지를 전송할 수 있다. 즉, 프리앰블 충돌 없이 사용자 데이터가 성공적으로 복호되는 경우, 기지국은 단말로 ACK 메시지를 피드백할 수 있다. 반대로, 데이터 신호가 성공적으로 복호되지 않은 경우, 두 개의 가능한 상황들이 있다. 하나는 프리앰블을 사용하는 오직 하나의 단말만 존재하지만, 채널 상황이 좋지 않아서 기지국이 데이터 신호를 올바르게 복호할 수 없는 경우이다. 다른 하나는 동일한 프리앰블을 이용하는 다수의 단말들이 존재하고, 그들간에 간섭이 너무 커서 기지국이 데이터 신호를 올바르게 복호할 수 없는 경우이다. 다만, 어느 상황도 AoA 추정에 기반한 사용자 수 추정에 영향을 미치지 않는다.

811 단계에서, 기지국은 AoA 정보에 기반하여 사용자들의 수를 추정할 수 있다.

813 단계에서 기지국은 추정된 사용자 수에 기반하여 M개의 RAR들을 전송할 수 있다. 여기서 M은 동일한 프리앰블을 통해 랜덤 액세스 신호를 송신한 것으로 추정된 사용자들의 수이다.

815 단계에서, 기지국은 단말들로부터 Msg3을 수신할 수 있다. Msg3은 M개의 RAR 메시지들 중 임의로 선택된 하나의 RAR 메시지에 기반하여 생성될 수 있다. 동일한 프리앰블을 사용하는 M개의 단말들 각각은 독립적으로 임의의 RAR을 선택한다. 따라서, 여전히 동일한 RAR을 선택할 확률이 존재할 수 있다.

817 단계에서, 기지국은 단말로 Msg4를 송신할 수 있다. 기지국은 동일한 RAR에 기반한 Msg3를 수신한 경우, 랜덤 액세스가 실패했음을 판단할 수 있다. 이에 따라, 기지국은 단말로 랜덤 액세스가 실패했음을 지시하는 Msg4를 송신할 수 있다. 반면에, 동일한 RAR에 기반한 Msg3를 수신하지 않은 경우, 기지국은 랜덤 액세스의 성공을 판단할 수 있다. 이에 따라, 기지국은 단말로 랜덤 액세스가 성공했음을 지시하는 Msg4를 송신할 수 있다. 랜덤 액세스가 성공했음을 지시하는 Msg4는 ACK 메시지일 수 있다.

유리하게는, 본 개시의 다양한 실시 예들은 다수의 단말들이 랜덤 액세스 요청을 동시에 수행할 필요가 있을 때, 개선된 성능을 제공한다. 이러한 문제는 M2M 및 IoT 노드들의 보급이 증가함에 따라 더욱 악화될 것으로 예상된다. 추가적인 장점은 지연 감소와 연관되며, 특히 이상적인 경우들에서, 단일 스테이지 랜덤 액세스 절차의 사용에 의한 것이다. 단일 스테이지 절차가 불가능한 경우, 자동적인 폴백이 종래 기술로 제공된다.

본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합의 형태로 구현될(implemented) 수 있다.

소프트웨어로 구현하는 경우, 하나 이상의 프로그램(소프트웨어 모듈)을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체가 제공될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장되는 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치(device) 내의 하나 이상의 프로세서에 의해 실행 가능하도록 구성된다(configured for execution). 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치로 하여금 본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들을 실행하게 하는 명령어(instructions)를 포함한다.

이러한 프로그램(소프트웨어 모듈, 소프트웨어)은 랜덤 액세스 메모리 (random access memory), 플래시(flash) 메모리를 포함하는 불휘발성(non-volatile) 메모리, 롬(read only memory, ROM), 전기적 삭제가능 프로그램가능 롬(electrically erasable programmable read only memory, EEPROM), 자기 디스크 저장 장치(magnetic disc storage device), 컴팩트 디스크 롬(compact disc-ROM, CD-ROM), 디지털 다목적 디스크(digital versatile discs, DVDs) 또는 다른 형태의 광학 저장 장치, 마그네틱 카세트(magnetic cassette)에 저장될 수 있다. 또는, 이들의 일부 또는 전부의 조합으로 구성된 메모리에 저장될 수 있다. 또한, 각각의 구성 메모리는 다수 개 포함될 수도 있다.

또한, 프로그램은 인터넷(Internet), 인트라넷(Intranet), LAN(local area network), WAN(wide area network), 또는 SAN(storage area network)과 같은 통신 네트워크, 또는 이들의 조합으로 구성된 통신 네트워크를 통하여 접근(access)할 수 있는 부착 가능한(attachable) 저장 장치(storage device)에 저장될 수 있다. 이러한 저장 장치는 외부 포트를 통하여 본 개시의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수 있다. 또한, 통신 네트워크상의 별도의 저장장치가 본 개시의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수도 있다.

상술한 본 개시의 구체적인 실시 예들에서, 개시에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다. 그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 본 개시가 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 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 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims

무선 통신 시스템에서 단말에 의해 수행되는 방법에 있어서,
PRACH(physical random access channel) 상에서 랜덤 액세스 프리앰블(preamble) 및 데이터를 기지국에게 송신하는 과정;
상기 기지국이 상기 데이터를 복호(decoding)하는데 실패한 것에 응답하여, 상기 랜덤 액세스 프리앰블에 대한 다수의 랜덤 액세스 응답들 중 적어도 하나를 상기 기지국으로부터 수신하는 과정;
상기 다수의 랜덤 액세스 응답들 중 랜덤 액세스 응답을 식별하는 과정;
상기 식별된 랜덤 액세스 응답의 상향 링크 그랜트(grant)에 기반하여, 상기 단말의 아이덴티티(identity)를 포함하는 제1 메시지를 상기 기지국에게 송신하는 과정; 및
상기 제1 메시지에 응답하여, 상기 단말의 랜덤 액세스가 성공하였는지 여부를 나타내는 정보를 포함하는 제2 메시지를 상기 기지국으로부터 수신하는 과정을 포함하고,
상기 다수의 랜덤 액세스 응답들은 서로 다른 상향 링크 그랜트를 포함하고,
상기 다수의 랜덤 액세스 응답들의 개수는 상기 랜덤 액세스 프리앰블을 송신하는 단말들의 개수에 대응하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 단말들의 개수는 상기 단말들로부터 송신되는 상기 랜덤 액세스 프리앰블의 도착 각도(angle of arrival, AoA)들에 기반하여 결정되는 방법.
제1항에 있어서,
상기 PRACH의 구간 동안 서로 다른 데이터를 포함하는 다수의 랜덤 액세스 신호들을 송신하는 과정을 더 포함하고,
상기 서로 다른 데이터는 사용자 데이터의 일부를 포함하고,
상기 사용자 데이터는 상기 기지국에서 상기 다수의 랜덤 액세스 신호들 각각의 서로 다른 데이터를 연결함으로써 식별되는 방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 데이터를 복호하는데 실패한 것은, 상기 다수의 단말들로부터의 상기 랜덤 액세스 프리앰블의 전송들에 의해 야기되는 방법.
무선 통신 시스템에서 기지국에 의해 수행되는 방법에 있어서,
PRACH(physical random access channel) 상에서 랜덤 액세스 프리앰블(preamble) 및 데이터를 단말로부터 수신하는 과정;
상기 데이터를 복호(decoding)하는데 실패한 것에 응답하여, 상기 랜덤 액세스 프리앰블에 대한 다수의 랜덤 액세스 응답들을 상기 단말에게 송신하는 과정;
상향 링크 그랜트(grant) 기반하는 제1 메시지를 상기 단말로부터 수신하는 과정; 및
상기 제1 메시지에 응답하여, 상기 단말의 랜덤 액세스가 성공하였는지 여부를 나타내는 정보를 포함하는 제2 메시지를 상기 단말에게 송신하는 과정을 포함하고,
상기 다수의 랜덤 액세스 응답들은 서로 다른 상향 링크 그랜트를 포함하고,
상기 다수의 랜덤 액세스 응답들의 개수는 상기 랜덤 액세스 프리앰블을 송신한 단말들의 개수에 대응하고,
상기 상향 링크 그랜트는 상기 다수의 랜덤 액세스 응답들 중 상기 단말에 의해 식별된 랜덤 액세스 응답에 포함되고,
상기 제1 메시지는 상기 단말의 아이덴티티(identity)를 포함하는 방법.
제6항에 있어서,
상기 단말들의 개수는 상기 단말들로부터 송신되는 상기 랜덤 액세스 프리앰블의 도착 각도(angle of arrival, AoA)에 기반하여 결정되는 방법.
제6항에 있어서,
상기 PRACH의 구간 동안 서로 다른 데이터를 포함하는 다수의 랜덤 액세스 신호들을 수신하는 과정과,
상기 다수의 랜덤 액세스 신호들 각각의 서로 다른 데이터를 연결함으로써 사용자 데이터를 식별하는 과정을 포함하고,
상기 서로 다른 데이터는 상기 사용자 데이터의 일부를 포함하는 방법.
제6항에 있어서,
상기 랜덤 액세스 응답은 상기 다수의 랜덤 액세스 응답들 중 상기 단말에 의해 임의적으로 선택되는 방법.
삭제
제6항에 있어서,
상기 데이터를 복호하는데 실패한 것은, 상기 다수의 단말들로부터의 상기 랜덤 액세스 프리앰블의 전송들에 의해 야기되는 방법.
기지국에 있어서,
송수신기; 및
상기 송수신기에 동작 가능하게 연결된 적어도 하나의 프로세서를 포함하고,
상기 적어도 하나의 프로세서는,
PRACH(physical random access channel) 상에서 랜덤 액세스 프리앰블(preamble) 및 데이터를 단말로부터 수신하고,
상기 데이터를 복호(decoding)하는데 실패한 것에 응답하여, 상기 랜덤 액세스 프리앰블에 대한 다수의 랜덤 액세스 응답들을 상기 단말에게 송신하고,
상향 링크 그랜트(grant)에 기반하는 제1 메시지를 상기 단말로부터 수신하고,
상기 제1 메시지에 응답하여, 상기 단말의 랜덤 액세스가 성공하였는지 여부를 나타내는 정보를 포함하는 제2 메시지를 상기 단말에게 송신하도록 구성되고,
상기 다수의 랜덤 액세스 응답들은 서로 다른 상향 링크 그랜트를 포함하고,
상기 다수의 랜덤 액세스 응답들의 개수는 상기 랜덤 액세스 프리앰블을 송신하는 단말들의 개수에 대응하고,
상기 상향 링크 그랜트는 상기 다수의 랜덤 액세스 응답들 중 상기 단말에 의해 식별된 랜덤 액세스 응답에 포함되고,
상기 제1 메시지는 상기 단말의 아이덴티티(identity)를 포함하는 기지국.
제12항에 있어서,
상기 단말들의 개수는 상기 단말들로부터 송신되는 상기 랜덤 액세스 프리앰블의 도착 각도(angle of arrival, AoA)에 기반하여 결정되는 기지국.
제12항에 있어서,
상기 적어도 하나의 프로세서는
상기 PRACH의 구간 동안 서로 다른 데이터를 포함하는 다수의 랜덤 액세스 신호들을 수신하고,
상기 다수의 랜덤 액세스 신호들 각각의 서로 다른 데이터를 연결함으로써 사용자 데이터를 식별하도록 구성되고,
상기 서로 다른 데이터는 상기 사용자 데이터의 일부를 포함하는 기지국.
제12항에 있어서,
상기 랜덤 액세스 응답은 상기 다수의 랜덤 액세스 응답들 중 상기 단말에 의해 임의적으로 선택되는 기지국.
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제12항에 있어서,
상기 데이터를 복호하는데 실패한 것은, 상기 다수의 단말들로부터의 상기 랜덤 액세스 프리앰블의 전송들에 의해 야기되는 기지국.
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