KR102509220B1

KR102509220B1 - 랜덤 액세스 제어 방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR102509220B1
Application number: KR1020210057717A
Authority: KR
Inventors: 진 후; 서준배
Original assignee: 한양대학교 에리카산학협력단
Priority date: 2021-05-04
Filing date: 2021-05-04
Publication date: 2023-03-10
Also published as: KR102509220B9; KR20220150571A

Abstract

본 실시예들은 랜덤 액세스 제어 방법 및 그 장치를 제공할 수 있다. 특히, 전송 확율을 이용하면서도 높은 전송 효율을 가지는 Splitting 알고리즘 기반의 랜덤 액세스 제어 방법을 제공할 수 있다. 구체적으로 기지국이 충돌이 일어난 패킷의 개수를 인식한 정도에 기초하여 충돌 상태를 분류하고 각각의 알고리즘을 통해 전송 확률을 산출함으로써, 충돌 해결 기간을 최소화하고 시스템 효율을 최대화하는 Splitting 알고리즘 기반의 랜덤 액세스 제어 방법 및 그 장치를 제공할 수 있다.

Description

랜덤 액세스 제어 방법 및 그 장치{METHOD FOR CONTROLLING RANDOM ACCESS AND APPARATUSES THEREOF}

본 실시예들은 랜덤 액세스 제어 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 미래기술육성사업(연구과제명 : Massive IoT 지원을 위한 AI 기반 분산적 채널 액세스 알고리즘 설계 및 구현 검증, 과제고유번호 : SRFC-TB1803-05, 주관기관 : 삼성전자(주))의 연구성과에 관한 것이다.

최근에 인터넷은 인간이 정보를 생성하고 소비하는 인간 중심의 연결 망에서, 사물 등 분산된 구성 요소들 간에 정보를 주고 받아 처리하는 IoT(Internet of Things, 사물인터넷) 망으로 진화하고 있다. IoT를 구현하기 위해서, 센싱 기술, 유무선 통신 및 네트워크 인프라, 서비스 인터페이스 기술, 및 보안 기술과 같은 기술 요소 들이 요구되어, 최근에는 사물간의 연결을 위한 센서 네트워크(sensor network), 사물 통신(Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication)등의 기술이 연구되고 있다. 이에, 5G 통신 시스템을 IoT 망에 적용하기 위한 다양한 시도들이 이루어지고 있다. 예를 들어, 센서 네트워크 (sensor network), 사물 통신(Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication)등의 기술이 다양한 기법에 의해 구현되고 있는 것이다.

또한, 셀룰러 이동통신 시스템에서는 단말이 기지국에 접속하기 위해서 랜덤액세스 시스템을 사용한다. 예를 들어, LTE(long term evolution) 시스템에서, 단말은 상향링크 동기를 획득하기 위해, 또는 단말의 고유 식별자인 셀-무선 네트워크 임시 식별자(cell-radio network temporary identifier, C-RNTI)를 할당 받기 위해 랜덤액세스를 수행한다. 하지만, 복수의 단말이 동시에 랜덤액세스를 수행하면, 랜덤액세스 시 발생할 수 있는 충돌에 의해서 단말의 랜덤액세스 성공률이 감소하게 되고, 따라서 단말은 기지국에 접속할 수 없는 문제점이 발생할 수 있다.

구체적으로, 랜덤액세스에 적용되는 기존의 Splitting 알고리즘 중에서 최적의 성능을 보여주는 First-Come First-Serve (FCFS)라고 알려진 알고리즘은 슬롯당 평균 0.487명의 사용자의 패킷을 전송할 수 있지만, 사용자들의 패킷 도착 시간이 중첩되지 않고, 명확하게 구별할 수 있어야 한다. 하지만, 통신시스템에서는 단일 시스템 클럭을 공통적으로 사용하고, 그 클럭의 resolution이 한정적인 상황에서, 사용자들의 패킷 도착 시간이 명확하게 구별되지 않는 문제점이 있다.

따라서, 보다 간단한 방식으로 랜덤액세스 동작을 효과적으로 수행할 수 있는 랜덤액세스 제어 방법 및 장치를 필요로 하고 있다.

이러한 배경에서, 본 실시예들은 전송 확율을 이용하면서도 높은 전송 효율을 가지는 Splitting 알고리즘 기반의 랜덤 액세스 제어 방법 및 그 장치를 제공하는데 있다.

일 측면에서, 본 실시예들은 기지국이 단말의 랜덤 액세스 통신을 제어하는 방법에 있어서, 복수의 단말로부터 적어도 하나 이상의 패킷을 수신하는 패킷 수신 단계, 동일 슬롯에서 슬롯의 상태가 패킷이 충돌되는 충돌(Collision) 상태로 판단되면, 기지국이 획득한 사용자 수 정보에 기초하여 충돌 상태를 분류하는 충돌 상태 분류 단계, 분류된 충돌 상태 별로 미리 설정된 알고리즘을 이용하여 다음 슬롯의 전송 확률을 산출하는 전송 확률 산출 단계 및 단말로 전송 확률을 전송하는 전송 확률 전송 단계를 포함하는 랜덤 액세스 방법을 제공할 수 있다.

다른 측면에서, 본 실시예들은 단말이 랜덤 엑세스 통신을 수행하는 방법에 있어서, 기지국에게 각각의 슬롯으로 패킷을 전송하는 패킷 전송 단계, 동일 슬롯의 상태가 충돌 상태로 판단되면, 기지국이 획득한 사용자 수 정보에 기초하여 분류된 충돌(collision) 상태 별로 미리 설정된 알고리즘을 이용하여 산출된 다음 슬롯의 전송 확률을 기지국으로부터 수신하는 전송 확률 수신 단계 및 기지국으로 상기 전송 확률에 기초하여 다음 슬롯의 패킷을 전송하는 패킷 전송 단계를 포함하는 랜덤 액세스 방법을 제공할 수 있다.

또 다른 측면에서, 본 실시예들은 단말의 랜덤 엑세스 통신을 제어하는 기지국에 있어서, 복수의 단말로부터 적어도 하나 이상의 패킷을 수신하는 수신부, 동일 슬롯에서 슬롯의 상태가 패킷이 충돌되는 충돌(Collision) 상태로 판단되면, 기지국이 획득한 사용자 수 정보에 기초하여 충돌 상태를 분류하고, 분류된 충돌 상태 별로 미리 설정된 알고리즘을 이용하여 다음 슬롯의 전송 확률을 산출하는 제어부 및 단말로 전송 확률을 전송하는 송신부를 포함하는 기지국을 제공할 수 있다.

본 실시예들에 의하면, 전송 확율을 이용하면서도 높은 전송 효율을 가지는 Splitting 알고리즘 기반의 랜덤 액세스 제어 방법 및 그 장치을 제공할 수 있다.

도 1은 본 실시예가 적용될 수 있는 NR 무선 통신 시스템에 대한 구조를 간략하게 도시한 도면이다.
도 2는 본 실시예가 적용될 수 있는 NR 시스템에서의 프레임 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 실시예가 적용될 수 있는 무선 접속 기술이 지원하는 자원 그리드를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 실시예가 적용될 수 있는 무선 접속 기술이 지원하는 대역폭 파트를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 실시예가 적용될 수 있는 무선 접속 기술에서의 동기 신호 블록을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 6는 본 실시예가 적용될 수 있는 무선 접속 기술에서의 랜덤 액세스 절차를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 CORESET에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 실시예에 따른 기지국 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 실시예에 따른 단말 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 실시예에 의한 기지국의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 실시예에 따른 제 1 충돌 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 실시예에 따른 제 1 충돌 상태에서의 충돌 사용자 수 대비 전송 확률 및 충돌 해결 기간을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 13은 본 실시예에 따른 제 1 충돌 상태에 적용되는 제 1 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 14은 본 실시예에 따른 제 2 충돌 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 실시예에 따른 제 2 충돌 상태에서의 충돌 사용자 수 대비 충돌 해결 기간 및 성공한 전송 횟수를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 16은 본 실시예에 따른 제 2 충돌 상태에 적용되는 제 2 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 본 실시예에 따른 제 3 충돌 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 본 실시예에 따른 제 3 충돌 상태에서의 충돌 사용자 수 대비 충돌 해결 기간 및 성공한 전송 횟수를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 19는 본 실시예에 따른 제 3 충돌 상태에 적용되는 제 3 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 본 개시의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 실시예들을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 기술 사상의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다. 본 명세서 상에서 언급된 "포함한다", "갖는다", "이루어진다" 등이 사용되는 경우 "~만"이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별한 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함할 수 있다.

또한, 본 개시의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다.

구성 요소들의 위치 관계에 대한 설명에 있어서, 둘 이상의 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속" 등이 된다고 기재된 경우, 둘 이상의 구성 요소가 직접적으로 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수 있지만, 둘 이상의 구성 요소와 다른 구성 요소가 더 "개재"되어 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 여기서, 다른 구성 요소는 서로 "연결", "결합" 또는 "접속"되는 둘 이상의 구성 요소 중 하나 이상에 포함될 수도 있다.

구성 요소들이나, 동작 방법이나 제작 방법 등과 관련한 시간적 흐름 관계에 대한 설명에 있어서, 예를 들어, "~후에", "~에 이어서", "~다음에", "~전에" 등으로 시간적 선후 관계 또는 흐름적 선후 관계가 설명되는 경우, "바로" 또는 "직접"이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.

한편, 구성 요소에 대한 수치 또는 그 대응 정보(예: 레벨 등)가 언급된 경우, 별도의 명시적 기재가 없더라도, 수치 또는 그 대응 정보는 각종 요인(예: 공정상의 요인, 내부 또는 외부 충격, 노이즈 등)에 의해 발생할 수 있는 오차 범위를 포함하는 것으로 해석될 수 있다.

본 명세서에서의 무선 통신 시스템은 음성, 데이터 패킷 등과 같은 다양한 통신 서비스를 무선자원을 이용하여 제공하기 위한 시스템을 의미하며, 단말과 기지국 또는 코어 네트워크 등을 포함할 수 있다.

이하에서 개시하는 본 실시예들은 다양한 무선 접속 기술을 사용하는 무선 통신 시스템에 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 실시예들은 CDMA(code division multiple access), FDMA(frequency division multiple access), TDMA(timedivision multiple access), OFDMA(orthogonal frequency division multiple access), SC-FDMA(singlecarrier frequency division multiple access) 또는 NOMA(non-orthogonal multiple access) 등과 같은 다양한 무선 접속 기술에 적용될 수 있다. 또한, 무선 접속 기술은 특정 접속 기술을 의미하는 것뿐만 아니라 3GPP, 3GPP2, WiFi, Bluetooth, IEEE, ITU 등 다양한 통신 협의기구에서 제정하는 각 세대별 통신 기술을 의미할 수 있다. 예를 들어, CDMA는 UTRA(universal terrestrial radio access)나 CDMA2000과 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. TDMA는 GSM(global system for mobile communications)/GPRS(general packet radio service)/EDGE(enhanced datarates for GSM evolution)와 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. OFDMA는 IEEE(institute of electrical andelectronics engineers) 802.11(Wi-Fi), IEEE 802.16(WiMAX), IEEE 802-20, E-UTRA(evolved UTRA) 등과 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. IEEE 802.16m은 IEEE 802.16e의 진화로, IEEE 802.16e에 기반한 시스템과의 하위 호환성(backward compatibility)를 제공한다. UTRA는 UMTS(universal mobile telecommunications system)의 일부이다. 3GPP(3rd generation partnership project) LTE(long term evolution)은 E-UTRA(evolved-UMTSterrestrial radio access)를 사용하는 E-UMTS(evolved UMTS)의 일부로써, 하향링크에서 OFDMA를 채용하고 상향링크에서 SC-FDMA를 채용한다. 이와 같이 본 실시예들은 현재 개시되거나 상용화된 무선 접속 기술에 적용될 수 있고, 현재 개발 중이거나 향후 개발될 무선 접속 기술에 적용될 수도 있다.

한편, 본 명세서에서의 단말은 무선 통신 시스템에서 기지국과 통신을 수행하는 무선 통신 모듈을 포함하는 장치를 의미하는 포괄적 개념으로서, WCDMA, LTE, NR, HSPA 및 IMT-2020(5G 또는 New Radio) 등에서의 UE(User Equipment)는 물론, GSM에서의 MS(Mobile Station), UT(User Terminal), SS(Subscriber Station), 무선 기기(wireless device) 등을 모두 포함하는 개념으로 해석되어야 할 것이다. 또한, 단말은 사용 형태에 따라 스마트 폰과 같은 사용자 휴대 기기가 될 수도 있고, V2X 통신 시스템에서는 차량, 차량 내의 무선 통신 모듈을 포함하는 장치 등을 의미할 수도 있다. 또한, 기계 형태 통신(Machine Type Communication) 시스템의 경우에 기계 형태 통신이 수행되도록 통신 모듈을 탑재한 MTC 단말, M2M 단말, URLLC 단말 등을 의미할 수도 있다.

본 명세서의 기지국 또는 셀은 네트워크 측면에서 단말과 통신하는 종단을 지칭하며, 노드-B(Node-B), eNB(evolved Node-B), gNB(gNode-B), LPN(Low Power Node), 섹터(Sector), 싸이트(Site), 다양한 형태의 안테나, BTS(Base Transceiver System), 액세스 포인트(Access Point), 포인트(예를 들어, 송신포인트, 수신포인트, 송수신포인트), 릴레이 노드(Relay Node), 메가 셀, 매크로 셀, 마이크로 셀, 피코 셀, 펨토 셀, RRH(Remote Radio Head), RU(Radio Unit), 스몰 셀(small cell) 등 다양한 커버리지 영역을 모두 포괄하는 의미이다. 또한, 셀은 주파수 도메인에서의 BWP(Bandwidth Part)를 포함하는 의미일 수 있다. 예를 들어, 서빙 셀은 단말의 Activation BWP를 의미할 수 있다.

앞서 나열된 다양한 셀은 하나 이상의 셀을 제어하는 기지국이 존재하므로 기지국은 두 가지 의미로 해석될 수 있다. 1) 무선 영역과 관련하여 메가 셀, 매크로 셀, 마이크로 셀, 피코 셀, 펨토 셀, 스몰 셀(small cell)을 제공하는 장치 그 자체이거나, 2) 무선 영역 그 자체를 지시할 수 있다. 1)에서 소정의 무선 영역을 제공하는 장치들이 동일한 개체에 의해 제어되거나 무선 영역을 협업으로 구성하도록 상호 작용하는 모든 장치들을 모두 기지국으로 지시한다. 무선 영역의 구성 방식에 따라 포인트, 송수신 포인트, 송신 포인트, 수신 포인트 등은 기지국의 일 실시예가 된다. 2)에서 사용자 단말의 관점 또는 이웃하는 기지국의 입장에서 신호를 수신하거나 송신하게 되는 무선 영역 그 자체를 기지국으로 지시할 수도 있다.

본 명세서에서 셀(Cell)은 송수신 포인트로부터 전송되는 신호의 커버리지 또는 송수신 포인트(transmission point 또는 transmission/reception point)로부터 전송되는 신호의 커버리지를 가지는 요소 반송파(component carrier), 그 송수신 포인트 자체를 의미할 수 있다.

상향링크(Uplink, UL, 또는 업링크)는 단말에 의해 기지국으로 데이터를 송수신하는 방식을 의미하며, 하향링크(Downlink, DL, 또는 다운링크)는 기지국에 의해 단말로 데이터를 송수신하는 방식을 의미한다. 하향링크(downlink)는 다중 송수신 포인트에서 단말로의 통신 또는 통신 경로를 의미할 수 있으며, 상향링크(uplink)는 단말에서 다중 송수신 포인트로의 통신 또는 통신 경로를 의미할 수 있다. 이때, 하향링크에서 송신기는 다중 송수신 포인트의 일부분일 수 있고, 수신기는 단말의 일부분일 수 있다. 또한, 상향링크에서 송신기는 단말의 일부분일 수 있고, 수신기는 다중 송수신 포인트의 일부분일 수 있다.

상향링크와 하향링크는, PDCCH(Physical Downlink Control CHannel), PUCCH(Physical Uplink Control CHannel) 등과 같은 제어 채널을 통하여 제어 정보를 송수신하고, PDSCH(Physical Downlink Shared CHannel), PUSCH(Physical Uplink Shared CHannel) 등과 같은 데이터 채널을 구성하여 데이터를 송수신한다. 이하에서는 PUCCH, PUSCH, PDCCH 및 PDSCH 등과 같은 채널을 통해 신호가 송수신되는 상황을 'PUCCH, PUSCH, PDCCH 및 PDSCH를 전송, 수신한다'는 형태로 표기하기도 한다.

설명을 명확하게 하기 위해, 이하에서는 본 기술 사상을 3GPP LTE/LTE-A/NR(New RAT) 통신 시스템을 위주로 기술하지만 본 기술적 특징이 해당 통신 시스템에 제한되는 것은 아니다.

3GPP에서는 4G(4th-Generation) 통신 기술에 대한 연구 이후에 ITU-R의 차세대 무선 접속 기술의 요구사항에 맞추기 위한 5G(5th-Generation)통신 기술을 개발한다. 구체적으로, 3GPP는 5G 통신 기술로 LTE-Advanced 기술을 ITU-R의 요구사항에 맞추어 향상시킨 LTE-A pro와 4G 통신 기술과는 별개의 새로운 NR 통신 기술을 개발한다. LTE-A pro와 NR은 모두 5G 통신 기술을 의미하는 것으로, 이하에서는 특정 통신 기술을 특정하는 경우가 아닌 경우에 NR을 중심으로 5G 통신 기술을 설명한다.

NR에서의 운영 시나리오는 기존 4G LTE의 시나리오에서 위성, 자동차, 그리고 새로운 버티컬 등에 대한 고려를 추가하여 다양한 동작 시나리오를 정의하였으며, 서비스 측면에서 eMBB(Enhanced Mobile Broadband) 시나리오, 높은 단말 밀도를 가지되 넓은 범위에 전개되어 낮은 데이터 레이트(data rate)와 비동기식 접속이 요구되는 mMTC(Massive Machine Communication) 시나리오, 높은 응답성과 신뢰성이 요구되고 고속 이동성을 지원할 수 있는 URLLC(Ultra Reliability and Low Latency) 시나리오를 지원한다.

이러한 시나리오를 만족하기 위해서 NR은 새로운 waveform 및 프레임 구조 기술, 낮은 지연속도(Low latency) 기술, 초고주파 대역(mmWave) 지원 기술, 순방향 호환성(Forward compatible) 제공 기술이 적용된 무선 통신 시스템을 개시한다. 특히, NR 시스템에서는 순방향(Forard) 호환성을 제공하기 위해서 유연성 측면에서 다양한 기술적 변화를 제시하고 있다. NR의 주요 기술적 특징은 아래에서 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 실시예가 적용될 수 있는 NR 시스템에 대한 구조를 간략하게 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, NR 시스템은 5GC(5G Core Network)와 NR-RAN파트로 구분되며, NG-RAN은 사용자 평면(SDAP/PDCP/RLC/MAC/PHY) 및 UE(User Equipment)에 대한 제어 평면(RRC) 프로토콜 종단을 제공하는 gNB와 ng-eNB들로 구성된다. gNB 상호 또는 gNB와 ng-eNB는 Xn 인터페이스를 통해 상호 연결된다. gNB와 ng-eNB는 각각 NG 인터페이스를 통해 5GC로 연결된다. 5GC는 단말 접속 및 이동성 제어 기능 등의 제어 평면을 담당하는 AMF (Access and Mobility Management Function)와 사용자 데이터에 제어 기능을 담당하는 UPF (User Plane Function)를 포함하여 구성될 수 있다. NR에서는 6GHz 이하 주파수 대역(FR1, Frequency Range 1)과 6GHz 이상 주파수 대역(FR2, Frequency Range 2)에 대한 지원을 모두 포함한다.

gNB는 단말로 NR 사용자 평면 및 제어 평면 프로토콜 종단을 제공하는 기지국을 의미하고, ng-eNB는 단말로 E-UTRA 사용자 평면 및 제어 평면 프로토콜 종단을 제공하는 기지국을 의미한다. 본 명세서에서 기재하는 기지국은 gNB 및 ng-eNB를 포괄하는 의미로 이해되어야 하며, 필요에 따라 gNB 또는 ng-eNB를 구분하여 지칭하는 의미로 사용될 수도 있다.

NR에서는 하향링크 전송을 위해서 Cyclic prefix를 사용하는 CP-OFDM 웨이브 폼을 사용하고, 상향링크 전송을 위해서 CP-OFDM 또는 DFT-s-OFDM을 사용한다. OFDM 기술은 MIMO(Multiple Input Multiple Output)와 결합이 용이하며, 높은 주파수 효율과 함께 저 복잡도의 수신기를 사용할 수 있다는 장점을 가지고 있다.

한편, NR에서는 전술한 3가지 시나리오별로 데이터 속도, 지연속도, 커버리지 등에 대한 요구가 서로 상이하기 때문에 임의의 NR 시스템을 구성하는 주파수 대역을 통해 각각의 시나리오별 요구사항을 효율적으로 만족시킬 필요가 있다. 이를 위해서, 서로 다른 복수의 뉴머롤러지(numerology) 기반의 무선 자원을 효율적으로 멀티플렉싱(multiplexing)하기 위한 기술이 제안되었다.

구체적으로, NR 전송 뉴머롤러지는 서브캐리어 간격(sub-carrier spacing)과 CP(Cyclic prefix)에 기초하여 결정되며, 아래 표 1과 같이 15 kHz를 기준으로 μ 값이 2의 지수 값으로 사용되어 지수적으로 변경된다.

μ	서브캐리어 간격	Cyclic prefix	Supported for data	Supported for synch
0	15	Normal	Yes	Yes
1	30	Normal	Yes	Yes
2	60	Normal, Extended	Yes	No
3	120	Normal	Yes	Yes
4	240	Normal	No	Yes

위 표 1과 같이 NR의 뉴머롤러지는 서브캐리어 간격에 따라 5가지로 구분될 수 있다. 이는 4G 통신 기술 중 하나인 LTE의 서브캐리어 간격이 15 kHz로 고정되는 것과는 차이가 있다. 구체적으로, NR에서 데이터 전송을 위해서 사용되는 서브캐리어 간격은 15, 30, 60, 120 kHz 이고, 동기 신호 전송을 위해서 사용되는 서브캐리어 간격은 15, 30, 120, 240 kHz 이다. 또한, 확장 CP는 60 kHz 서브캐리어 간격에만 적용된다. 한편, NR에서의 프레임 구조(frame structure)는 1ms의 동일한 길이를 가지는 10개의 서브프레임(subframe)으로 구성되는 10ms의 길이를 가지는 프레임(frame)이 정의된다. 하나의 프레임은 5ms의 하프 프레임으로 나뉠 수 있으며, 각 하프 프레임은 5개의 서브프레임을 포함한다. 15 kHz 서브캐리어 간격의 경우에 하나의 서브프레임은 1개의 슬롯(slot)으로 구성되고, 각 슬롯은 14개의 OFDM 심볼(symbol)로 구성된다.

도 2는 본 실시예가 적용될 수 있는 NR 시스템에서의 프레임 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참조하면, 슬롯은 노멀 CP의 경우에 고정적으로 14개의 OFDM 심볼로 구성되나, 슬롯의 시간 도메인에서 길이는 서브캐리어 간격에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 15 kHz 서브캐리어 간격을 가지는 뉴머롤러지의 경우에 슬롯은 1ms 길이로 서브프레임과 동일한 길이로 구성된다. 이와 달리, 30 kHz 서브캐리어 간격을 가지는 뉴머롤러지의 경우에 슬롯은 14개의 OFDM 심볼로 구성되나, 0.5ms의 길이로 하나의 서브프레임에 두 개의 슬롯이 포함될 수 있다. 즉, 서브프레임과 프레임은 고정된 시간 길이를 가지고 정의되며, 슬롯은 심볼의 개수로 정의되어 서브캐리어 간격에 따라 시간 길이가 달라질 수 있다.

한편, NR은 스케줄링의 기본 단위를 슬롯으로 정의하고, 무선 구간의 전송 지연을 감소시키기 위해서 미니 슬롯(또는 서브 슬롯 또는 non-slot based schedule)도 도입하였다. 넓은 서브캐리어 간격을 사용하면 하나의 슬롯의 길이가 반비례하여 짧아지기 때문에 무선 구간에서의 전송 지연을 줄일 수 있다. 미니 슬롯(또는 서브 슬롯)은 URLLC 시나리오에 대한 효율적인 지원을 위한 것으로 2, 4, 7개 심볼 단위로 스케줄링이 가능하다.

또한, NR은 LTE와 달리 상향링크 및 하향링크 자원 할당을 하나의 슬롯 내에서 심볼 레벨로 정의하였다. HARQ 지연을 줄이기 위해 전송 슬롯 내에서 바로 HARQ ACK/NACK을 송신할 수 있는 슬롯 구조가 정의되었으며, 이러한 슬롯 구조를 자기 포함(self-contained) 구조로 명명하여 설명한다.

NR에서는 총 256개의 슬롯 포맷을 지원할 수 있도록 설계되었으며, 이중 62개의 슬롯 포맷이 3GPP Rel-15에서 사용된다. 또한, 다양한 슬롯의 조합을 통해서 FDD 또는 TDD 프레임을 구성하는 공통 프레임 구조를 지원한다. 예를 들어, 슬롯의 심볼이 모두 하향링크로 설정되는 슬롯 구조와 심볼이 모두 상향링크로 설정되는 슬롯 구조 및 하향링크 심볼과 상향링크 심볼이 결합된 슬롯 구조를 지원한다. 또한, NR은 데이터 전송이 하나 이상의 슬롯에 분산되어 스케줄링됨을 지원한다. 따라서, 기지국은 슬롯 포맷 지시자(SFI, Slot Format Indicator)를 이용하여 단말에 슬롯이 하향링크 슬롯인지, 상향링크 슬롯인지 또는 플렉시블 슬롯인지를 알려줄 수 있다. 기지국은 단말 특정하게(UE-specific) RRC 시그널링을 통해서 구성된 테이블의 인덱스를 SFI를 이용하여 지시함으로써 슬롯 포맷을 지시할 수 있으며, DCI(Downlink Control Information)를 통해서 동적으로 지시하거나 RRC를 통해서 정적 또는 준정적으로 지시할 수도 있다.

NR에서의 물리 자원(physical resource)과 관련하여, 안테나 포트(antenna port), 자원 그리드(resource grid), 자원 요소(resource element), 자원 블록(resource block), 대역폭 파트(bandwidth part) 등이 고려된다.

안테나 포트는 안테나 포트 상의 심볼이 운반되는 채널이 동일한 안테나 포트 상의 다른 심볼이 운반되는 채널로부터 추론될 수 있도록 정의된다. 하나의 안테나 포트 상의 심볼이 운반되는 채널의 광범위 특성(large-scale property)이 다른 안테나 포트 상의 심볼이 운반되는 채널로부터 추론될 수 있는 경우, 2 개의 안테나 포트는 QC/QCL(quasi co-located 혹은 quasi co-location) 관계에 있다고 할 수 있다. 여기에서, 광범위 특성은 지연 확산(Delay spread), 도플러 확산(Doppler spread), 주파수 시프트(Frequency shift), 평균 수신 파워(Average received power) 및 수신 타이밍(Received Timing) 중 하나 이상을 포함한다.

도 3은 본 실시예가 적용될 수 있는 무선 접속 기술이 지원하는 자원 그리드를 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조하면, 자원 그리드(Resource Grid)는 NR이 동일 캐리어에서 복수의 뉴머롤러지를 지원하기 때문에 각 뉴머롤러지에 따라 자원 그리드가 존재할 수 있다. 또한, 자원 그리드는 안테나 포트, 서브캐리어 간격, 전송 방향에 따라 존재할 수 있다.

자원 블록(resource block)은 12개의 서브캐리어로 구성되며, 주파수 도메인 상에서만 정의된다. 또한, 자원 요소(resource element)는 1개의 OFDM 심볼과 1개의 서브캐리어로 구성된다. 따라서, 도 3에서와 같이 하나의 자원 블록은 서브캐리어 간격에 따라 그 크기가 달라질 수 있다. 또한, NR에서는 자원 블록 그리드를 위한 공통 참조점 역할을 수행하는 "Point A"와 공통 자원 블록, 가상 자원 블록 등을 정의한다.

도 4는 본 실시예가 적용될 수 있는 무선 접속 기술이 지원하는 대역폭 파트를 설명하기 위한 도면이다.

NR에서는 캐리어 대역폭이 20Mhz로 고정된 LTE와 달리 서브캐리어 간격별로 최대 캐리어 대역폭이 50Mhz에서 400Mhz로 설정된다. 따라서, 모든 단말이 이러한 캐리어 대역폭을 모두 사용하는 것을 가정하지 않는다. 이에 따라서 NR에서는 도 4에 도시된 바와 같이 캐리어 대역폭 내에서 대역폭 파트(BWP)를 지정하여 단말이 사용할 수 있다. 또한, 대역폭 파트는 하나의 뉴머롤러지와 연계되며 연속적인 공통 자원 블록의 서브 셋으로 구성되고, 시간에 따라 동적으로 활성화될 수 있다. 단말에는 상향링크 및 하향링크 각각 최대 4개의 대역폭 파트가 구성되고, 주어진 시간에 활성화된 대역폭 파트를 이용하여 데이터가 송수신된다.

페어드 스펙트럼(paired spectrum)의 경우 상향링크 및 하향링크 대역폭 파트가 독립적으로 설정되며, 언페어드 스펙트럼(unpaired spectrum)의 경우 하향링크와 상향링크 동작 간에 불필요한 주파수 리튜닝(re-tunning)을 방지하기 위해서 하향링크와 상향링크의 대역폭 파트가 중심 주파수를 공유할 수 있도록 쌍을 이루어 설정된다.

NR에서 단말은 기지국에 접속하여 통신을 수행하기 위해서 셀 검색 및 랜덤 액세스 절차를 수행한다.

셀 검색은 기지국이 전송하는 동기 신호 블록(SSB, Synchronization Signal Block)를 이용하여 단말이 해당 기지국의 셀에 동기를 맞추고, 물리계층 셀 ID를 획득하며, 시스템 정보를 획득하는 절차이다.

도 5는 본 실시예가 적용될 수 있는 무선 접속 기술에서의 동기 신호 블록을 예시적으로 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, SSB는 각각 1개 심볼 및 127개 서브캐리어를 점유하는 PSS(primarysynchronization signal) 및 SSS(secondary synchronization signal) 및 3개의 OFDM 심볼 및 240 개의 서브캐리어에 걸쳐있는 PBCH로 구성된다.

단말은 시간 및 주파수 도메인에서 SSB를 모니터링하여 SSB를 수신한다.

SSB는 5ms 동안 최대 64번 전송될 수 있다. 다수의 SSB는 5ms 시간 내에서 서로 다른 전송 빔으로 전송되며, 단말은 전송에 사용되는 특정 하나의 빔을 기준으로 볼 때에는 20ms의 주기마다 SSB가 전송된다고 가정하고 검출을 수행한다. 5ms 시간 내에서 SSB 전송에 사용할 수 있는 빔의 개수는 주파수 대역이 높을수록 증가할 수 있다. 예를 들어, 3GHz 이하에서는 최대 4개의 SSB 빔 전송이 가능하며, 3~6GHz까지의 주파수 대역에서는 최대 8개, 6GHz 이상의 주파수 대역에서는 최대 64개의 서로 다른 빔을 사용하여 SSB를 전송할 수 있다.

SSB는 하나의 슬롯에 두 개가 포함되며, 서브캐리어 간격에 따라 아래와 같이 슬롯 내에서의 시작 심볼과 반복 횟수가 결정된다.

한편, SSB는 종래 LTE의 SS와 달리 캐리어 대역폭의 센터 주파수에서 전송되지 않는다. 즉, SSB는 시스템 대역의 중심이 아닌 곳에서도 전송될 수 있고, 광대역 운영을 지원하는 경우 주파수 도메인 상에서 복수의 SSB가 전송될 수 있다. 이에 따라서, 단말은 SSB를 모니터링하는 후보 주파수 위치인 동기 래스터(synchronization raster)를 이용하여 SSB를 모니터링한다. 초기 접속을 위한 채널의 중심 주파수 위치 정보인 캐리어래스터(carrier raster)와 동기 래스터는 NR에서 새롭게 정의되었으며, 동기 래스터는 캐리어래스터에 비해서, 주파수 간격이 넓게 설정되어 있어서, 단말의 빠른 SSB 검색을 지원할 수 있다.

단말은 SSB의 PBCH를 통해서 MIB를 획득할 수 있다. MIB(Master Information Block)는 단말이 네트워크가 브로드캐스팅하는 나머지 시스템 정보(RMSI, Remaining Minimum System Information)를 수신하기 위한 최소 정보를 포함한다. 또한, PBCH는 시간 도메인 상에서의 첫 번째 DM-RS 심볼의 위치에 대한 정보, SIB1을 단말이 모니터링하기 위한 정보(예를 들어, SIB1 뉴머롤러지 정보, SIB1 CORESET에 관련된 정보, 검색 공간 정보, PDCCH 관련 파라미터 정보 등), 공통 자원 블록과 SSB 사이의 오프셋 정보(캐리어 내에서의 절대 SSB의 위치는 SIB1을 통해서 전송) 등을 포함할 수 있다. 여기서, SIB1 뉴머롤러지 정보는 단말이 셀 검색 절차를 완료한 이후에 기지국에 접속하기 위한 랜덤 액세스 절차에서 사용되는 일부 메시지에서도 동일하게 적용된다. 예를 들어, 랜덤 액세스 절차를 위한 메시지 1 내지 4 중 적어도 하나에 SIB1의 뉴머롤러지 정보가 적용될 수 있다.

전술한 RMSI는 SIB1(System Information Block 1)을 의미할 수 있으며, SIB1은 셀에서 주기적으로(ex, 160ms) 브로드캐스팅 된다. SIB1은 단말이 초기 랜덤 액세스 절차를 수행하는데 필요한 정보를 포함하며, PDSCH를 통해서 주기적으로 전송된다. 단말이 SIB1을 수신하기 위해서는 PBCH를 통해서 SIB1 전송에 사용되는 뉴머롤러지 정보, SIB1의 스케줄링에 사용되는 CORESET(Control Resource Set) 정보를 수신해야 한다. 단말은 CORESET 내에서 SI-RNTI를 이용하여 SIB1에 대한 스케줄링 정보를 확인하고, 스케줄링 정보에 따라 SIB1을 PDSCH 상에서 획득한다. SIB1을 제외한 나머지 SIB들은 주기적으로 전송될 수도 있고, 단말의 요구에 따라 전송될 수도 있다.

도 6는 본 실시예가 적용될 수 있는 무선 접속 기술에서의 랜덤 액세스 절차를 설명하기 위한 도면이다.

도 6을 참조하면, 셀 검색이 완료되면 단말은 기지국으로 랜덤 액세스를 위한 랜덤 액세스 프리앰블을 전송한다. 랜덤 액세스 프리앰블은 PRACH를 통해서 전송된다. 구체적으로, 랜덤 액세스 프리앰블은 주기적으로 반복되는 특정 슬롯에서 연속된 무선 자원으로 구성되는 PRACH를 통해서 기지국으로 전송된다. 일반적으로, 단말이 셀에 초기 접속하는 경우에 경쟁 기반 랜덤 액세스 절차를 수행되며, 빔 실패 복구(BFR, Beam Failure Recovery)를 위해서 랜덤 액세스를 수행하는 경우에는 비경쟁 기반 랜덤 액세스 절차가 수행된다.

단말은 전송한 랜덤 액세스 프리앰블에 대한 랜덤 액세스 응답을 수신한다. 랜덤 액세스 응답에는 랜덤 액세스 프리앰블식별자(ID), UL Grant (상향링크 무선자원), 임시 C-RNTI(Temporary Cell - Radio Network Temporary Identifier) 그리고 TAC(Time Alignment Command) 이 포함될 수 있다. 하나의 랜덤 액세스 응답에는 하나 이상의 단말들을 위한 랜덤 액세스 응답 정보가 포함될 수 있기 때문에, 랜덤 액세스 프리앰블식별자는 포함된 UL Grant, 임시 C-RNTI 그리고 TAC가 어느 단말에게 유효한지를 알려주기 위하여 포함될 수 있다. 랜덤 액세스 프리앰블식별자는 기지국이 수신한 랜덤 액세스 프리앰블에 대한식별자일 수 있다. TAC는 단말이 상향 링크 동기를 조정하기 위한 정보로서 포함될 수 있다. 랜덤 액세스 응답은 PDCCH상의 랜덤 액세스 식별자, 즉 RA-RNTI(Random Access - Radio Network Temporary Identifier)에 의해지시될 수 있다.

유효한 랜덤 액세스 응답을 수신한 단말은 랜덤 액세스 응답에 포함된 정보를 처리하고, 기지국으로 스케줄링된 전송을 수행한다. 예를 들어, 단말은 TAC을 적용시키고, 임시 C-RNTI를 저장한다. 또한, UL Grant를 이용하여, 단말의 버퍼에 저장된 데이터 또는 새롭게 생성된 데이터를 기지국으로 전송한다. 이 경우 단말을 식별할 수 있는 정보가 포함되어야 한다.

마지막으로 단말은 경쟁 해소를 위한 하향링크 메시지를 수신한다.

NR에서의 하향링크 제어채널은 1~3 심볼의 길이를 가지는 CORESET(Control Resource Set)에서 전송되며, 상/하향 스케줄링 정보와 SFI(Slot format Index), TPC(Transmit Power Control) 정보 등을 전송한다.

이와 같이 NR에서는 시스템의 유연성을 확보하기 위해서, CORESET 개념을 도입하였다. CORESET(Control Resource Set)은 하향링크 제어 신호를 위한 시간-주파수 자원을 의미한다. 단말은 CORESET 시간-주파수 자원에서 하나 이상의 검색 공간을 사용하여 제어 채널 후보를 디코딩할 수 있다. CORESET 별 QCL(Quasi CoLocation) 가정을 설정하였으며, 이는 종래 QCL에 의해서 가정되는 특성인 지연 스프레드, 도플러 스프레드, 도플러 쉬프트, 평균 지연 외에 아날로그 빔 방향에 대한 특성을 알리기 위한 목적으로 사용된다.

도 7은 CORESET에 대해서 설명하기 위한 도면이다.

도 7을 참조하면, CORESET은 하나의 슬롯 내에서 캐리어 대역폭 내에서 다양한 형태로 존재할 수 있으며, 시간 도메인 상에서 CORESET은 최대 3개의 OFDM 심볼로 구성될 수 있다. 또한, CORESET은 주파수 도메인 상에서 캐리어 대역폭까지 6개의 자원 블록의 배수로 정의된다.

첫 번째 CORESET은 네트워크로부터 추가 구성 정보 및 시스템 정보를 수신할 수 있도록 초기 대역폭 파트 구성의 일부로 MIB를 통해서 지시된다. 기지국과의 연결 설정 후에 단말은 RRC 시그널링을 통해서 하나 이상의 CORESET 정보를 수신하여 구성할 수 있다.

본 명세서에서 NR(New Radio)과 관련한 주파수, 프레임, 서브프레임, 자원, 자원블록, 영역(region), 밴드, 서브밴드, 제어채널, 데이터채널, 동기신호, 각종 참조신호, 각종 신호 또는 각종 메시지는 과거 또는 현재 사용되는 의미 또는 장래 사용되는 다양한 의미로 해석될 수 있다.

도 8은 본 실시예에 따른 기지국 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 8을 참조하면, 기지국이 단말의 랜덤 액세스 통신을 제어하는 방법은 복수의 단말로부터 적어도 하나 이상의 패킷을 수신하는 패킷 수신 단계를 포함할 수 있다(S810). 일 예로, 단말의 랜덤 액세스 통신을 제어하는 기지국은 복수의 단말로부터 적어도 하나 이상의 패킷을 임의의 슬롯에서 수신할 수 있다. 예를 들어, 기지국은 동일 슬롯에서 복수의 패킷이 수신되면 패킷 간의 충돌로 인하여 복수의 패킷들의 수신을 실패할 수 있다. 반면에, 기지국은 동일 슬롯에 하나의 패킷이 수신되면 패킷의 수신을 성공할 수 있다.

기지국이 단말의 랜덤 액세스 통신을 제어하는 방법은 동일 슬롯에서 패킷이 충돌되면, 사용자 수 정보에 기초하여 충돌 상태를 분류하는 충돌 상태 분류 단계를 포함할 수 있다(S820). 일 예로, 단말의 랜덤 액세스 통신을 제어하는 기지국은 동일 슬롯에서 슬롯의 상태가 패킷이 충돌되는 충돌(Collision) 상태로 판단되면, 기지국이 획득한 사용자 수 정보에 기초하여 충돌 상태를 분류할 수 있다. 예를 들어, 기지국은 슬롯의 상태가 충돌 상태에 해당되면, 사용자 수 정보에 기초하여 충돌 상태를 제 1 충돌 상태, 제 2 충돌 상태 및 제 3 충돌 상태 중 하나의 충돌 상태로 분류할 수 있다. 구체적으로, 기지국은 패킷의 충돌 발생 시 물리적 계층에서 충돌이 일어난 패킷의 개수를 어느 정도 알고 있는지 여부에 따라 충돌 상태를 분류할 수 있다. 다른 예를 들어, 기지국은 충돌이 발생된 충돌 사용자 수인 충돌을 일으킨 패킷의 수를 정확하게 알고 있는 충돌 상태를 제 1 충돌 상태로 분류할 수 있다. 또는, 기지국은 충돌이 발생된 충돌 사용자 수인 충돌을 일으킨 패킷의 수를 알 수 없는 충돌 상태를 제 2 충돌 상태로 분류할 수 있다. 또는, 기지국은 충돌에 관한 부분적인 정보만 알고있는 충돌 상태를 제 3 충돌 상태로 분류할 수 있다. 즉, 기지국은 충돌이 발생된 충돌 사용자 수가 2 또는 3 이상인 것만을 알고 있는 충돌 상태를 제 3 충돌 상태로 분류할 수 있다.

기지국이 단말의 랜덤 액세스 통신을 제어하는 방법은 분류된 충돌 상태 별로 미리 설정된 알고리즘을 이용하여 다음 슬롯의 전송 확률을 산출하는 전송 확률 산출 단계를 포함할 수 있다(S830). 일 예로, 단말의 랜덤 액세스 통신을 제어하는 기지국은 분류된 충돌 상태에 따라 각각의 알고리즘을 이용하여 도착율(Arrival rate)을 산출하고 백로그 사이즈(Backlog Size)를 갱신하여 전송 확률을 산출할 수 있다. 여기서, 백로그 사이즈는 포아송 분포(Poisson distribution)에 기초하여 산출되는 사용자 분포일 수 있다. 예를 들어, 기지국은 충돌 사용자 수를 추정하는 방법에 있어서 충돌 상태에 따라 변수가 변경되도록 알고리즘을 미리 설정할 수 있다. 다른 예를 들어, 기지국은 임베디드 지점(embedded point)에 해당되는 동일 슬롯의 상태가 유휴(idle) 상태, 성공(Success) 상태 및 충돌(Collision) 상태 중 어느 상태에 해당되는지 판단하여, 상태에 따라 도착율을 산출하고 백로그 사이즈를 갱신하는 알고리즘을 미리 설정할 수 있다.

일 예로, 기지국은 패킷의 충돌 상태가 제 1 충돌 상태로 분류되는 경우, 충돌 해결 기간 동안에 CRPW를 사용하여 패킷을 전송하는 제 1 알고리즘을 이용할 수 있다. 예를 들어, 기지국은 제 1 충돌 상태로 분류되면 도착율(Arrival rate), 가중치, 백로그 사이즈(Backlog Size), 충돌 해결 기간(collision resolution procedure, CRP) 및 충돌 사용자 수 중 적어도 하나를 이용하는 제 1 알고리즘으로 전송 확률을 산출할 수 있다. 다른 예를 들어, 제 1 알고리즘은 충돌 사용자 수에 기초하여 제 1 슬롯에서 임의의 전송 확률로 전송하고, 제 1 슬롯에서 전송되는 제 1 사용자 수와 충돌 해결 기간에 기초하여 제 2 슬롯의 전송 확률을 산출할 수 있다. 여기서, 제 1 슬롯은 제2 슬롯과 시간적으로 연속되고, 제2 슬롯은 제1 슬롯보다 다음 시간(next time) 슬롯에 해당될 수 있다.

예를 들면, 제 1 충돌 상태에 해당되는 경우, 기지국은 슬롯에서 충돌이 발생됨에 따라 슬롯의 상태를 충돌 해결 기간으로 만들어 해당 슬롯에서 CRPW를 수행할 수 있다. 구체적으로, 기지국은 충돌이 일어날 때마다, 충돌을 일으킨 충돌 사용자 수 k를 알고 있으므로, 이를 저장하고, k에 해당하는 q_k라는 전송 확률을 슬롯마다 전송할 수 있다. 그러면, 사용자는 0과 1사이의 임의의 숫자를 생성시켜 이 숫자가 q_k보다 작으면 패킷을 전송할 수 있다. 반면에, 숫자가 q_k보다 작지 않으면, 카운터를 생성시켜 0로 만들고 전송하지 않을 수 있다. 그리고, 사용자는 각 슬롯에서 충돌이 일어나면 카운터를 하나씩 증가하고, 기지국이 카운터를 감소시키라는 신호를 주면 카운터를 하나씩 감소할 수 있다. 사용자는 카운터가 0이 되는 경우에만 q_k라는 전송 확률을 이용해서 패킷을 전송한다. 따라서, 기지국은 충돌 해결 기간의 길이를 최소화하고, 시스템의 효율을 최대화하는 최적화된 q_k라는 전송 확률을 산출할 수 있다. 또한, 기지국은 사용자가 성공적인 전송을 함에 따라 다음 전송을 대기하는 사용자들의 수를 알고 있기 때문에 카운터를 감소시키는 신호와 대기하는 사용자들의 수에 맞는 q_k라는 전송 확률을 산출하여 제공할 수 있다.

다른 일 예로, 기지국은 패킷의 충돌 상태가 제 2 충돌 상태로 분류되는 경우, 충돌 해결 기간 동안에 CRPO를 사용하여 패킷을 전송하는 제 2 알고리즘을 이용할 수 있다. 예를 들어, 기지국은 제 2 충돌 상태로 분류되면 도착율, 가중치, 백로그 사이즈, 충돌 해결 기간 및 성공한 전송 횟수 중 적어도 하나를 이용하는 제 2 알고리즘으로 전송 확률을 산출할 수 있다. 다른 예를 들어, 제 2 알고리즘은 제 1 슬롯에서 임의의 전송 확률로 전송하고, 제 1 슬롯에서 전송되는 제 1 사용자 수와 제 1 슬롯의 전송 결과에 따라 제 2 슬롯의 전송 확률을 산출할 수 있다.

예를 들면, 제 2 충돌 상태에 해당되는 경우, 기지국은 슬롯에서 충돌이 발생됨에 따라 슬롯의 상태를 충돌 해결 기간으로 만들어 해당 슬롯에서 CRPO를 수행할 수 있다. 구체적으로, 기지국은 사용자가 충돌 해결 기간을 시작하는 제 1슬롯에서 다음 슬롯이 성공 또는 충돌이 발생할 때까지 전송 확률 0.5로 전송하도록 할 수 있다. 이 때, 기지국은 슬롯으로 전송한 사용자의 전송 결과가 성공이면 전송하지 못한 사용자가 다음 슬롯에서 전송 확률 1로 전송하도록 할 수 있다. 반면에 전송 결과가 충돌이면, 충돌 해결 기간이 종료될 때까지 전송하지 않고 대기하고 충돌 해결 기간이 종료되면 전송 확률 p⁺로 전송하도록 제공할 수 있다.

또 다른 일 예로, 기지국은 패킷의 충돌 상태가 제 3 충돌 상태로 분류되는 경우, 충돌 해결 기간 동안에 CRPP를 사용하여 패킷을 전송하는 제 3 알고리즘을 이용할 수 있다. 예를 들어, 기지국은 충돌 사용자 수가 2에 해당되면, 도착율, 가중치, 백로그 사이즈, 충돌 해결 기간 및 특정 상수 중 적어도 하나를 이용하는 제 3 알고리즘으로 전송 확률을 산출할 수 있다. 그리고, 기지국은 충돌 사용자 수가 3 이상에 해당되면 도착율, 가중치, 백로그 사이즈, 충돌 해결 기간 및 성공한 전송 횟수 중 적어도 하나를 이용하는 제 3 알고리즘으로 전송 확률을 산출할 수 있다.

예를 들면, 제 3 충돌 상태에 해당되는 경우, 기지국은 슬롯에서 충돌이 발생됨에 따라 슬롯의 상태를 충돌 해결 기간으로 만들어 해당 슬롯에서 CRPP를 수행할 수 있다. 구체적으로, 기지국은 동일 슬롯에 2개의 패킷이 전송되어 충돌된 충돌 상태와 3개 이상의 패킷이 전송되어 충돌된 충돌 상태를 구분할 수 있다. 따라서, 기지국은 충돌 해결 기간을 충돌 상태에 따라 충돌 해결 기간 1과 충돌 해결 기간 2로 구분할 수 있다. 우선, 충돌 해결 기간 1은 2개의 패킷 전송으로 충돌이 일어난 경우로 사용자는 전송 확률 0.5로 전송하며, 2개의 사용자가 전송이 종료되면 충돌 해결 기간 1은 종료될 수 있다. 그러면 기지국은 다른 사용자들이 전송 확률 p^★를 이용할 수 있도록 충돌 해결 기간 1이 끝나는 슬롯에서 제 3 알고리즘을 통해 산출된 전송 확률 p^★를 제공할 수 있다. 다음으로, 충돌 해결 기간 2는 3개 이상의 패킷 전송으로 패킷이 k개인 경우, 충돌 해결 기간 2가 시작되는 제 1 슬롯에서 사용자는 전송 확률 0.5로 패킷을 전송할 수 있다. 그리고, 제 1 슬롯에서 전송하는 패킷이 2개인 경우에는 2개의 전송이 종료될 때까지, k-2개의 패킷은 대기했다가 전송이 종료된 후 전송 확률 1로 전송할 수 있다. 이 때, 전송 결과가 성공이면 충돌 해결 기간 2는 종료되고, 전송 결과가 충돌이면전송 확률 0.5로 전송하는것을 반복할 수 있다. 또한, 제 1 슬롯에서 전송하는 패킷이 2개 이상인 경우에는 전송하지 않은 나머지 패킷들이 충돌 해결 기간 2가 종료될 때까지 대기했다가 충돌 해결 기간 2가 종료되면 사용자는 전송 확률 p^★로 다음 슬롯에 전송할 수 있다. 즉, 기지국은 제 1 슬롯에 전송된 2개 이상의 패킷들이 다음 슬롯에 전송될 때, 충돌 해결 기간 2의 제 1 슬롯이 시작되는 것처럼 전송을 반복함으로써 CRPP를수행할 수 있다. 충돌 상태 및 알고리즘에 관한 상세한 내용은 도 11 내지 도 19를 참조하여 후술한다.

기지국이 단말의 랜덤 액세스 통신을 제어하는 방법은 단말로 전송 확률을 전송하는 전송 확률 전송 단계를 포함할 수 있다(S840). 일 예로, 단말의 랜덤 액세스 통신을 제어하는 기지국은 슬롯의 상태가 충돌 해결 기간(Collision resolution period, CRP)이 아닌 슬롯 또는 충돌 해결 기간이 끝나는 슬롯에서 전송확률을 전송할 수 있다. 또한, 기지국은 매 슬롯마다 사용자 수를 추정하고 이를 고려함과 동시에 충돌 해결 기간이 발생되는 것을 최소화하는 방향으로 산출된 전송 확률를 전송할 수 있다.

도 9는 본 실시예에 따른 단말 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 9를 참조하면, 단말이 랜덤 액세스 통신을 수행하는 방법은 기지국에게 각각의 슬롯으로 패킷을 전송하는 패킷 전송 단계를 포함할 수 있다(S810). 일 예로, 랜덤 액세스 통신을 수행하는 단말은 한 프레임에서 최대 한 개의 슬롯을 임의로(randomly) 선택하여 패킷을 전송할 수 있다. 다만, 복수의 패킷이 동일 슬롯에 수신되면 패킷 간의 충돌로 인하여 패킷 전송이 실패될 수 있다. 반면에 하나의 패킷이 동일 슬롯에 수신되면 패킷 전송이 성공될 수 있다.

단말이 랜덤 액세스 통신을 수행하는 방법은 기지국으로부터 다음 슬롯의 전송 확률을 수신하는 전송 확률 수신 단계를 포함할 수 있다(S820). 수신되는 전송 확률은 전술한 바와 같이 산출될 수 있다. 일 예로, 랜덤 액세스 통신을 수행하는 단말은 기지국으로부터 충돌 해결 기간이 발생되는 것을 최소화하는 방향으로 산출된 전송 확률을 수신할 수 있다. 예를 들어, 단말은 기지국으로부터 사용자 수 정보에 기초하여 분류된 충돌(collision) 상태 별로 미리 설정된 알고리즘을 이용하여 산출된 다음 슬롯의 전송 확률을 기지국으로부터 수신할 수 있다. 또한, 단말은 분류된 충돌 상태에 따라 각각의 알고리즘을 이용하여 도착율을 산출하고 백로그 사이즈를 갱신하여 산출된 전송 확률을 수신할 수 있다. 여기서, 백로그 사이즈는 포아송 분포(Poisson distribution)에 기초하여 산출되는 사용자 분포일 수 있다. 구체적인 예를 들면, 단말은 패킷의 충돌 상태가 제 1 충돌 상태인 경우, 충돌 해결 기간 동안에 CRPW를 사용하는 제 1 알고리즘으로 산출된 전송 확률을 수신할 수 있다. 또는, 단말은 패킷의 충돌 상태가 제 2 충돌 상태인 경우, 충돌 해결 기간 동안에 CRPO를 사용하는 제 2 알고리즘으로 산출된 전송 확률을 수신할 수 있다. 또는, 단말은 패킷의 충돌 상태가 제 3 충돌 상태인 경우, 충돌 해결 기간 동안에 CRPP를 사용하는 제 3 알고리즘으로 산출된 전송 확률을 수신할 수 있다.

단말이 랜덤 액세스 통신을 수행하는 방법은 기지국으로 전송 확률에 기초하여 다음 슬롯의 패킷을 전송하는 패킷 전송 단계를 포함할 수 있다(S830). 일 예로, 랜덤 액세스 통신을 수행하는 단말은 기지국으로부터 수신된 전송 확률로 다음 슬롯의 패킷을 전송할 수 있다.

도 10은 본 실시예에 의한 기지국의 구성을 설명하기 위한 도면이다.

도 10을 참조하면, 본 실시예에 의한 단말의 랜덤 엑세스 통신을 제어하는 기지국(1000)은 수신부(1010), 제어부(1020) 및 송신부(1030)를 포함할 수 있다.

일 예로, 수신부(1010)는 복수의 단말로부터 적어도 하나 이상의 패킷을 수신할 수 있다.

제어부(1020)는 동일 슬롯에서 슬롯의 상태가 패킷이 충돌되는 충돌(Collision) 상태로 판단되면, 기지국이 획득한 사용자 수 정보에 기초하여 충돌 상태를 분류할 수 있다. 예를 들어, 제어부(1020)는 슬롯의 상태가 충돌 상태에 해당되면, 사용자 수 정보에 기초하여 충돌 상태를 제 1 충돌 상태, 제 2 충돌 상태 및 제 3 충돌 상태 중 하나의 충돌 상태로 분류할 수 있다. 여기서, 제 1 충돌 상태는 충돌이 발생된 충돌 사용자 수를 알고 있는 충돌 상태이고, 제 2 충돌 상태는 충돌 사용자 수를 알 수 없는 충돌 상태이고, 제 3 충돌 상태는 충돌 사용자 수가 2 또는 3 이상인 것만을 알고 있는 충돌 상태일 수 있다.

또한, 제어부(1020)는 분류된 충돌 상태 별로 미리 설정된 알고리즘을 이용하여 다음 슬롯의 전송 확률을 산출할 수 있다. 예를 들어, 제어부(1020)는 분류된 충돌 상태에 따라 알고리즘을 이용하여 도착율(Arrival rate)을 산출하고 백로그 사이즈(Backlog Size)를 갱신하여 전송 확률을 산출할 수 있다. 여기서, 백로그 사이즈는 포아송 분포(Poisson distribution)에 기초하여 산출되는 사용자 분포일 수 있다. 구체적인 예를 들면, 알고리즘은 각 임베디드 지점(embedded point)에 해당되는 동일 슬롯의 상태가 유휴(idle) 상태, 성공(Success) 상태 및 충돌(Collision) 상태 중 어느 상태에 해당되는지 판단하여, 상태에 따라 도착율을 산출하고 백로그 사이즈를 갱신하는 알고리즘으로 설정될 수 있다.

다른 예를 들어, 제어부(1020)는 충돌 상태가 제 1 충돌 상태로 분류되면, 제 1 알고리즘을 이용하여 다음 슬롯의 전송 확률을 산출할 수 있다. 구체적인 예를 들면, 제어부(1020)는 충돌 상태가 제 1 충돌 상태로 분류되는 경우, 도착율, 가중치, 백로그 사이즈, 충돌 해결 기간 및 충돌 사용자 수 중 적어도 하나를 이용하여 전송 확률을 산출하는 제 1 알고리즘을 이용할 수 있다. 또한, 제 1 알고리즘은 충돌 사용자 수에 기초하여 제 1 슬롯에서 임의의 전송 확률로 전송하고, 제 1 슬롯에서 전송되는 제 1 사용자 수와 충돌 해결 기간에 기초하여 제 2 슬롯의 전송 확률을 산출할 수 있다.

또 다른 예를 들어, 제어부(1020)는 충돌 상태가 제 2 충돌 상태로 분류되면, 제 2 알고리즘을 이용하여 다음 슬롯의 전송 확률을 산출할 수 있다. 구체적인 예를 들면, 제어부(1020)는 충돌 상태가 제 2 충돌 상태로 분류되는 경우, 도착율, 가중치, 백로그 사이즈, 충돌 해결 기간 및 성공한 전송 횟수 중 적어도 하나를 이용하여 전송 확률을 산출하는 제 2 알고리즘을 이용할 수 있다. 또한, 제 2 알고리즘은 제 1 슬롯에서 임의의 전송 확률로 전송하고, 제 1 슬롯에서 전송되는 제 1 사용자 수와 제 1 슬롯의 전송 결과에 따라 제 2 슬롯의 전송 확률을 산출할 수 있다.

또 다른 예를 들어, 제어부(1020)는 충돌 상태가 제 3 충돌 상태로 분류되면, 제 3 알고리즘을 이용하여 다음 슬롯의 전송 확률을 산출할 수 있다. 구체적인 예를 들면, 제어부(1020)는 충돌 상태가 제 3 충돌 상태로 분류되는 경우, 충돌 사용자 수가 2에 해당되면, 도착율, 가중치, 백로그 사이즈, 충돌 해결 기간 및 특정 상수 중 적어도 하나를 이용하여 전송 확률을 산출하는 제 3 알고리즘을 이용할 수 있다. 그리고, 제어부(1020)는 충돌 사용자 수가 3 이상에 해당되면 도착율, 가중치, 백로그 사이즈, 충돌 해결 기간 및 성공한 전송 횟수 중 적어도 하나를 이용하여 전송 확률을 산출하는 제 3 알고리즘을 이용할 수 있다.

송신부(1030)는 단말로 산출된 전송 확률을 전송할 수 있다.

이 외에도 제어부(1020)는 전술한 본 개시를 수행하기에 필요한 사용자 수 정보에 기초하여 충돌 상태를 분류하는 동작 및 분류된 충돌 상태 별로 미리 설정된 알고리즘을 이용하여 전송 확률을 산출하는 동작 제어에 따른 전반적인 기지국(1000)의 동작을 제어할 수 있다.

또한, 수신부(1010)와 송신부(1030)는 전술한 본 개시를 수행하기에 필요한 신호나 메시지, 데이터를 단말과 송수신하는데 사용될 수 있다.

이하에서는 기지국이 단말의 랜덤 액세스 통신을 제어하기 위해서 분류된 충돌 상태 별로 미리 설정된 알고리즘을 이용하여 전송 확률을 산출하는 구체적인 동작에 대해서 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 또한, 이하에서는 액세스 포인트(AP)는 전술한 기지국을 의미할 수 있고, 사용자는 전술한 단말을 의미할 수 있다. 다만 이는 설명하기 위한 일 예로 액세스 포인트(AP)는 랜덤 엑세스 방식이 적용될 수 있고 무선 통신이 가능한 장치이면 이에 한정되지는 않는다.

무선 통신 시스템에서 액세스 포인트(AP)는 셀의 중앙에 위치하며, 시간은 하나의 패킷 전송에 해당되는 슬롯과 동일한 길이의 슬롯들로 나뉠 수 있다. 각각의 단말이 액세스 포인트로 전송한 패킷들은 랜덤하게 수신될 수 있다. 따라서, 단말의 패킷이 랜덤하게 수신됨으로 인해 시스템의 활성 사용자 수인 백로그 크기는 시간이 지남에 따라 변경될 수 있다. 이는 랜덤 액세스 프로토콜을 설계하는 것을 어렵게 할 수 있다. 활성 사용자는 액세스 포인트에 의해 브로드캐스트된 특정 전송 확률로 패킷을 전송하므로 결과적으로 액세스 포인트에 도착한 패킷 수도 시간에 따라 달라질 수 있다.

예를 들어, 액세스 포인트가 하나의 패킷을 수신하면, 패킷은 성공적으로 디코딩될 수 있다. 반면, 하나의 슬롯에서 동시에 여러 패킷을 수신하면 충돌이 발생될 수 있다. 이 때, 액세스 포인트는 충돌에 관여한 사용자들만을 미리 설정된 알고리즘을 이용하여 재전송하는 충돌 해결 기간(collision resolution procedure, CRP)에서 재전송을 시작할 수 있다. 구체적인 내용은 도 13 내지 도 19를 참조하여 후술한다. 다만, 본 명세서에서 정상 슬롯은 충돌 해결 기간이 없는 슬롯으로 정의하고, 액세스 포인트는 피드백 정보를 제공할 수 있다고 가정한다. 피드백 정보는 각 슬롯의 끝에서 제공되는 성공 상태, 유휴 상태, 충돌 상태 및 충돌 해결 기간의 시작과 끝에 대한 정보일 수 있다.

도 11은 본 실시예에 따른 제 1 충돌 상태를 설명하기 위한 도면이다.

도 11을 참조하면, 본 실시예에 따라 제 1 충돌 상태는 동일 슬롯에서 패킷이 충돌하는 경우에 충돌이 발생된 충돌 사용자 수를 알고 있는 충돌 상태일 수 있다. 일 예로, 액세스 포인트는 동일 슬롯에서 충돌 발생 시, 충돌된 사용자 수 정보를 획득할 수 있으면 제 1 충돌 상태로 분류할 수 있다. 이 때, CRPW(k)는 충돌 사용자 수가 k명인 충돌 해결 기간(CRP)을 시작하는 시기로 정의할 수 있다. 또한, CRPW(k)의 기간은 t_k(k≥2)일 때, T_k=E[t_k]로 정의할 수 있다.

일 예에 따라, 슬롯 2와 슬롯 5에서는 액세스 포인트에 의해 성공적으로 수신될 하나의 패킷만 전송될 수 있다. 또한, 슬롯 7에서는 2개의 패킷이 충돌함에 따라 3개의 슬롯(t₂=3)이 지속되는 CRPW(2)가 시작될 수 있다. 그리고, 슬롯 13에서는 3개의 패킷이 충돌함에 따라 CRPW(3)가 시작되며, 지속시간은 t₃=7 일 수 있다. 또한, 패킷 5와 패킷 6이 충돌 해결 기간 내 슬롯 14에서 다시 충돌하면, CRPW(2)가 다시 시작되고 슬롯 18에서 해결될 수 있다. 이 때, 충돌 해결 기간은 슬롯 13에서 시작되는 레벨 1과, 슬롯 15에서 시작되는 레벨 2로 구분될 수 있다.

여기서, 임베디드 포인트(embedded point)는 각 유휴(idle)슬롯, 성공(success)슬롯 및 각 레벨 1의 마지막 슬롯을 의미할 수 있다. 다만, 임베디드 포인트에는 충돌 해결 기간 내에서 발생된 유휴(idle)슬롯 및 성공(success)슬롯이 포함되지는 않는다.

각 k에 대해 CRPW(k)의 평균 충돌 해결 기간을 최소화하는 랜덤 액세스 방법과 각 정상 슬롯에서 백로그된 사용자의 전송 확률을 제어하는 방법은 도 12 내지 도 13을 참조하여 후술한다.

도 12는 본 실시예에 따른 제 1 충돌 상태에서의 충돌 사용자 수 대비 전송 확률 및 충돌 해결 기간을 예시적으로 나타낸 도면이다.

도 12를 참조하면, 본 실시예에 따라 제 1 충돌 상태는 CRPW(k)에 해당되는 랜덤 액세스 방법을 적용할 수 있다. 일 예로, 충돌 사용자 수가 k인 경우, CRPW(k)는 충돌 해결 기간 내의 첫번째 슬롯인 제 1 슬롯에서 전송 확률 q_k로 패킷을 전송할 수 있다. 액세스 포인트는 k를 알고 있지만, 충돌에 어느 사용자가 포함되는지는 알 수 없다. 또한, 제 1 사용자 수는 제 1 슬롯에서 전송되는 사용자의 수이고 j로 정의할 수 있다.

예를 들어, 제 1 사용자 수가 0 또는 k 이면, CRPW(k)는 두번째 슬롯인 제 2 슬롯에서 시작할 수 있다. 또는 제 1 사용자 수가 1이고, 전송이 성공하면, 나머지(k-1) 사용자는 제 2 슬롯에서 CRPW(k-1)를 시작할 수 있다. 이 때, 전송 확률(q1)이 1로 설정되면, CRPW(1)은 최소 하나의 슬롯을 차지할 수 있습니다. 또는 제 1 사용자 수가 2 ≤ j ≤ k-1이면, CRPW(j)는 다음 슬롯에서 시작할 수 있다. CRPW(j)가 완료되면 나머지(k-j) 사용자는 결과 슬롯에서 CRPW(k-j)를 시작할 수 있다

다른 예를 들어, 액세스 포인트는 k개의 충돌 사용자가 모두 성공적으로 전송되면 CRPW(k)를 종료할 수 있다. 액세스 포인트는 제 1 충돌 상태에서 k를 알고 있으므로 전송 확률 q_k를 최적으로 제어할 수 있다. 따라서, 액세스 포인트는 충돌 해결 기간 CRP(k)의 평균 기간인 T_k를 최소화 할 수 있다. 이 때, q_k는 k마다 다를 수 있다.

구체적인 예를 들면, 충돌 사용자 수가 2인 경우(k=2), CRPW(2)는 제 1 슬롯에서 제 1 사용자 수 j가 0 또는 2 일 수 있다. 그러면 전송 확률은

또는

일 수 있다. CRPW(2)는 제 2 슬롯에서 다시 시작될 수 있다. 이 때, 평균 충돌 해결 기간은 1+T₂ 일 수 있다. 또는, CRPW(2)는 제 1 슬롯에서 제 1 사용자 수 j가 1 일 수 있다. 그러면 전송 확률은

일 수 있다. 1 개의 사용자가 전송을 성공하면 남은 1 개의 사용자는 제 2 슬롯에서 전송 확률 q₁은 1로 전송될 수 있다. 이 때, 평균 충돌 해결 기간은 1+T₁=2 일 수 있다.

T₂는 수학식 1 및 수학식 2와 같이 표현할 수 있다.

여기서, q₂ ∈ [0, 1]이면, CRPW(2)의 경우는 q₂=0.5, T₂=3일 수 있다.

구체적인 다른 예를 들면, 충돌 사용자 수가 3 이상인 경우(k≥3), 평균 충돌 해결 기간은 CRPW(k)의 제 1 슬롯에서 제 1 사용자 수 j로 구분될 수 있다.

제 1 사용자 수 j가 0 또는 2 인 경우, 전송 확률은

또는

일 수 있다. 그리고, CRPW(k)는 제 2 슬롯에서 다시 시작될 수 있다. 이 때, 평균 충돌 해결 기간은 1+T_k일 수 있다. 또는, 제 1 사용자 수 j가 1인 경우, 전송 확률은

일 수 있다. 그리고, CRPW(k-1)는 제 2 슬롯에서 다시 시작될 수 있다. 이 때, 평균 충돌 해결 기간은 1+T_k-1일 수 있다. 또는, 제 1 사용자 수 j가 2 ≤ j ≤ k-1인 경우, 전송 확률은

일 수 있다. 그리고, CRPW(k-j)는 제 2 슬롯에서 다시 시작될 수 있다. 이 때, 평균 충돌 해결 기간은 1+T_j+T_k-j일 수 있다.

T_k는 수학식 3 및 수학식 4와 같이 표현할 수 있다.

도 12는 제 1 충돌 상태에서 충돌 사용자 수에 따라 변화하는 최적의 전송 확률과 최소 충돌 해결 기간을 나타낼 수 있다. 즉, 충돌 사용자 수가 증가함에 따라 충돌 해결 기간이 선형적으로 증가하는 것을 확인할 수 있다.

일 예로, 정상 슬롯은 n개의 백로그 사용자가 있고, 전송 확률 p로 패킷을 전송할 수 있다. 그러면 Renewal Theory에 따라 예상 서비스 속도(service rate)은 수학식 5와 같이 정의할 수 있다.

따라서, 최적의 전송 확률 q는 n값을 수학식 5를 통해 산출할 수 있다.전송 확률 q는 서비스 속도를 최대화 할 수 있다. 이는 슬롯 당 제공되는 평균 패킷의 수를 최대화하여 시스템 처리량을 최대화하고 액세스 지연을 최소화하는 효과를 제공할 수 있다.

도 13은 본 실시예에 따른 제 1 충돌 상태에 적용되는 제 1 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.

도 13을 참조하면, 본 실시예에 따라 제 1 알고리즘이 제 1 충돌 상태에서 전송 확률을 제어하는 절차를 설명할 수 있다. 일 예로, 제 1 알고리즘은 도착율(Arrival rate)을 산출하고 백로그 사이즈(Backlog Size)를 갱신할 수 있다. 예를 들어, 도착율은 이전 도착률에 가중치 θ를 적용하여 산출할 수 있다. 구체적으로 도착율은 제 1 알고리즘의 3, 6 및 11행에 의해 산출될 수 있다. 이 때, 가중치 θ는 0.99로 설정될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.

다른 예를 들어, 백로그 사이즈는 v-x^* 및 신규 사용자 수인 λE를 사용하여 갱신될 수 있다. 구체적으로 백로그 사이즈는 제 1 알고리즘의 4, 7 및 12 행에 의해 갱신될 수 있다. 또한, 전송 확률 p^*은 제 1 알고리즘의 14 행에 의해 산출될 수 있다. 따라서, 충돌이 발생하면, 제 1 알고리즘의 8행과 같이, 기지국은 슬롯의 상태를 충돌 해결 기간으로 만들어 사용자들에게 알리고, CRPW 를 해당 슬롯에서 수행할 수 있다.

다른 일 예로, 제 1 알고리즘은 각 슬롯의 백로그 사이즈를 추정하기 위해 Bayes’rule을 적용할 수 있다. 백로그 사이즈는 상수 대신 Bayes’rule에 의한 분포로 추정될 수 있다. 이에 따라 각 슬롯은 재귀적으로 백로그 사이즈의 분포를 갱신할 수 있다. 또한, 각 슬롯의 백로그 사이즈는 포아송 분포(Poisson distribution)에 기초하여 산출되는 사용자 분포일 수 있다.

여기서, 백로그 사이즈 n의 분포는 평균 v를 가지는 포아송 분포일 수 있고, 수학식 6과 같이 표현할 수 있다.

그리고, 평균 v는 각 슬롯에서 백로그 사이즈를 추정하기 위해 재귀적으로 갱신될 수 있다.

예를 들어, 서비스 속도는 백로그 사이즈 n에 기초하여 수학식 5을 이용하여 산출될 수 있다. 이 때, 백로그 사이즈 n의 분포가 Φ_v(n)이면, 평균 서비스 속도는 수학식 7과 같이 표현할 수 있다.

여기서,

일 수 있다. pv는 도 12에서 산출된 전송 확률과 충돌 해결 기간을 이용하여 산출할 수 있다.

또한, 전송 확률 p^*는 수학식 8과 같이 표현할 수 있다.

여기서, x^*은 정상 슬롯에서 전송하는 평균 사용자 수를 의미할 수 있고 x^*=1.8842 일 수 있다. 최대 서비스 속도는 수학식 9와 같이 표현할 수 있다.

다른 예를 들어, 정상 슬롯에서 n 개의 사용자 중 m 개가 송신되는 경우, 전송 확률 p는 수학식 10과 같이 표현할 수 있다.

또한, Φ_n(v)이 선험적 분포인 경우, m 개의 무조건 전송 확률은 수학식 11과 같이 표현할 수 있다.

m 개의 사용자가 Bayes’rule에 의해 하나의 슬롯에서 동시에 전송되면 전송 확률은 수학식 12와 같이 표현할 수 있다.

여기서 백로그 사이즈 n의 사후 분포일 수 있다. 또한, 수학식 13에 의해 평균이 갱신될 수 있다.

갱신되는 평균은 수학식 8에 의해 산출되는 전송 확률 p^* 를 적용하면 수학식 14와 같이 표현할 수 있다.

여기서, x^*은 1.8842 일 수 있고, 이 값은 다음 슬롯의 선험적 분포의 평균이 될 수 있다. m=0 및 m=1은 유휴 슬롯과 성공 슬롯을 의미할 수 있고, m이 2초과(m>2)는 충돌 해결 기간을 의미할 수 있다. 따라서, 충돌 해결 기간 이후의 평균은 충돌 해결 기간 내에서 m개의 사용자가 성공적으로 전송될 수 있기 때문에 m을 뺀 값으로 추정할 수 있다. 즉, 평균 백로그 사이즈는 m의 모든 값에 대해 v-x^*에 의해 갱신될 수 있다.

도 14은 본 실시예에 따른 제 2 충돌 상태를 설명하기 위한 도면이다.

도 14를 참조하면, 본 실시예에 따라 제 2 충돌 상태는 동일 슬롯에서 패킷이 충돌하는 경우에 충돌이 발생된 충돌 사용자 수를 알 수 없는 충돌 상태일 수 있다. 즉, 제 2 충돌 상태는 액세스 포인트가 충돌 발생에 따라 최소 2개의 사용자가 전송한 것은 알 수 있지만 충돌 사용자 수는 알 수 없는 충돌 상태일 수 있다.

일 예로, 액세스 포인트는 동일 슬롯에서 충돌 발생 시, 충돌된 사용자 수 정보를 획득할 수 없으면 제 2 충돌 상태로 분류할 수 있다. 이 때, CRPO(k)는 충돌 사용자 수 정보가 없는 동안 k 개의 충돌 사용자 수로 인해 충돌 해결 기간(CRP)을 시작하는 시기로 정의할 수 있다. 또한, CRPO (k)는 t_k(k≥2)일 때, CRPW(k)와의 차이가 있을 수 있다.

예를 들어, 액세스 포인트는 충돌 사용자 수 k를 알 수 없기 때문에 K에따라 전송 확률을 제어할 수 없다. 따라서, 액세스 포인트는 충돌 사용자 수 k와 관계 없이 일정한 확률 q로 패킷을 전송할 수 있다. 또한, l_k는 CRPO(k)의 충돌 해결 기간일 수 있고, s_k는 CRPO(k) 내에서 성공한 전송 횟수일 수 있다. 여기서, L_k=E[l_k] 및 S_k=E[s_k]로 정의할 수 있다.

도 14를 참조하면, 슬롯 12에서는 패킷 5,6 및 7이 충돌에 관여하고 있는 반면에, 패킷 5와 6은 해당 CRPO(3)에서 성공적으로 전송되고, 패킷 7은 CRPO(k)를 떠난 것을 확인할 수 있다. 예를 들어, 패킷이 CRPO(k) 내에서 성공적으로 전송되면, 나머지(k-1) 사용자는 결과 슬롯에서 전송 확률 1로 패킷을 전송할 수 있다. 이를 통해, 현재 k가 1인지 여부를 확인할 수 있다. 그리고, CRPO(k)는 두번 연속으로 전송이 성공되면 종료될 수 있다.

도 15는 본 실시예에 따른 제 2 충돌 상태에서의 충돌 사용자 수 대비 충돌 해결 기간 및 성공한 전송 횟수를 예시적으로 나타낸 도면이다.

도 15를 참조하면, 본 실시예에 따라 제 2 충돌 상태는 CRPO(k)에 해당되는 랜덤 액세스 방법을 적용할 수 있다. 일 예로, 액세스 포인트가 충돌 사용자 수를 알 수 없는 경우, k개의 충돌 사용자는 제 1 슬롯에서 전송 확률 q로 패킷을 전송할 수 있다. 여기서, 전송 확률 q는 0.5로 설정될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 또한, 제 1 사용자 수는 제 1 슬롯에서 전송되는 사용자의 수이고 j로 정의할 수 있다.

예를 들어, 제 1 사용자 수가 0 또는 k 이면, CRPO(k)는 두번째 슬롯인 제 2 슬롯에서 시작할 수 있다. 또는, 제 1 사용자 수가 1이고, 전송이 성공하면, 나머지(k-1) 사용자는 제 2 슬롯에서 전송 확률 1로 전송할 수 있다. 이 때, 제 2슬롯의 전송 결과가 성공이면 CRPO(k)는 종료할 수 있지만, 전송 결과가 실패이면 제 3 슬롯에서 CRPO(k-1)를 시작할 수 있다. 또는, 제 1 사용자 수가 j≥2 이면, 새로운 충돌이 발생되고, j개의 사용자는 제 2 슬롯에서 CRPO(j)를 시작할 수 있다. 그리고, 나머지(k-j) 사용자는 현재 충돌 해결 기간이 끝날 때까지 대기하거나 새로운 랜덤 액세스를 시작하기 위해 정상 슬롯에서 대기할 수 있다.

다른 예를 들어, 액세스 포인트는 두번 연속으로 성공적인 전송이 발생되면 CRPO(k)를 종료할 수 있다.

다른 일 예로, 충돌 사용자 수가 2인 경우(k=2), CRPO(2)는 제 1 슬롯에서 제 1 사용자 수 j가 0 또는 2 일 수 있다. 그리고 전송 확률이

또는

이면, CRPO(2)는 제 2 슬롯에서 다시 시작될 수 있다. 이 때, 평균 충돌 해결 기간은 1+L₂ 일 수 있다. 또는, CRPO(2)는 제 1 슬롯에서 제 1 사용자 수 j가 1 일 수 있다. 그리고 전송 확률이

이면, 1개의 사용자는 전송을 성공하고 나머지 1개의 사용자는 제 2 슬롯에서 전송 확률 1로 전송할 수 있다. 이 때, 평균 충돌 해결 기간은 1+1=2 일 수 있다.

L₂는 수학식 15 및 수학식 16과 같이 표현할 수 있다.

다른 일 예로, 충돌 사용자 수가 3이상인 경우(k≥3), CRPO(k)는 제 1 슬롯에서 제 1 사용자 수 j가 0일 수 있다. 그리고 전송 확률

이면, CRPO(k)는 제 2 슬롯에서 시작될 수 있다. 이 때, 평균 충돌 해결 기간은 1+L_k 일 수 있고, 평균적으로 성공한 전송 횟수는 S_k일 수 있다. 또는, 제 1 슬롯에서 제 1 사용자 수 j가 1일 수 있다. 그리고 전송 확률이

이면, 나머지(k-1) 사용자는 제 2 슬롯에서 전송 확률 1로 전송할 수 있다. 구체적으로 k-1≥2 이면, 제 2 슬롯은 충돌이 발생하고, 나머지(k-1) 사용자는 제 3 슬롯에서 CRPO(k-1)를 시작할 수 있다. 이 때, 평균 충돌 해결 기간은 1+1+L_k-1 일 수 있고, 평균적으로 성공한 전송 횟수는 1+S_k-1일 수 있다. 또는, 제 1 슬롯에서 제 1 사용자 수 j가 2 이상(j≥2)일 수 있다. 그리고 전송 확률이

이면, j개의 사용자는 제 2 슬롯에서 CRPO(j)를 시작할 수 있다. 나머지(k-j) 사용자는 현재 충돌 해결 기간이 끝날 때까지 대기할 수 있다. 이 때, 평균 충돌 해결 기간은 1+L_j 일 수 있고, 평균적으로 성공한 전송 횟수는 S_j일 수 있다.

따라서, L_k 및 S_k는 수학식 17과 같이 표현할 수 있고, 수학식 17에 기초하여 L_k 및 S_k를 수학식 18과 같이 표현할 수도 있다.

도 15는 제 2 충돌 상태에서 전송 확률 q가 0.5 일때, 충돌 사용자 수에 따라 변화하는 충돌 해결 기간(L_k) 및 성공한 전송 횟수(S_k)를 나타낼 수 있다. 즉, 충돌 사용자 수가 증가함에 따라 충돌 해결 기간이 점차 증가하는 반면에 성공한 전송 횟수는 충돌 사용자 수가 2인 경우를 제외하고는 2.5에 수렴할 수 있다.

일 예로, 정상 슬롯은 n개의 백로그 사용자가 있고, 전송 확률 p로 패킷을 전송할 수 있다. 그러면 Renewal Theory에 따라 예상 서비스 속도(service rate)은 수학식 19와 같이 정의할 수 있다.

여기서, 충돌 해결 기간(L_k) 및 성공한 전송 횟수(S_k)는 이미 알고 있기 때문에, 최적 전송 확률 p는 백로그 사이즈 n을 알면 산출될 수 있다.

도 16은 본 실시예에 따른 제 2 충돌 상태에 적용되는 제 2 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.

도 16을 참조하면, 본 실시예에 따라 제 2 알고리즘이 제 2 충돌 상태에서 전송 확률을 제어하는 절차를 설명할 수 있다.

일 예로, 제 2 알고리즘은 도착율(Arrival rate)을 산출하고 백로그 사이즈(Backlog Size)를 갱신할 수 있다. 예를 들어, 도착율은 이전 도착률에 가중치 θ를 적용하여 산출할 수 있다. 구체적으로 도착율은 제 2 알고리즘의 3, 6 및 13행에 의해 산출될 수 있다. 다른 예를 들어, 백로그 사이즈는 CRPO에서 관찰된 성공한 전송 횟수 s를 사용하여 갱신될 수 있다. 구체적으로 백로그 사이즈는 제 2 알고리즘의 4, 7 및 14행에 의해 갱신될 수 있다. 또한, 전송 확률은 제 2 알고리즘의 16 행에 의해 산출될 수 있다.

다른 일 예로, 백로그 사이즈 n의 분포가 Ф_v(n)이면, 평균 서비스 속도는 수학식 20과 같이 표현할 수 있다.

예를 들어, pv는 도 15에서 산출된 충돌 해결 기간(L_k) 및 성공한 전송 횟수(S_k)를 이용하여 산출할 수 있다. 또한, 전송 확률 p⁺는 수학식 21과 같이 표현할 수 있다.

여기서, x⁺은 정상 슬롯에서 전송하는 평균 사용자 수를 의미할 수 있고 x⁺=1.2663 일 수 있다. 최대 서비스 속도는 수학식 22와 같이 표현할 수 있다.

다른 일 예로, 제 2 알고리즘은 각 슬롯의 백로그 사이즈를 추정하기 위해 Bayes'rule을 적용할 수 있다. 또한, 각 슬롯의 백로그 사이즈는 평균 v를 가지는 포아송 분포일 수 있다. 예를 들어, 전송 확률이 P이고 m개(0 or 1)의 사용자가 하나의 슬롯에서 동시에 전송되면 사후 분포의 평균은 수학식 23및 수학식 24와 같이 표현할 수 있다.

여기서, x⁺은 1.2663 일 수 있고, 이 값은 다음 슬롯의 선험적 분포의 평균이 될 수 있다. m=0 및 m=1은 유휴 슬롯과 성공 슬롯을 의미할 수 있다. 구체적인 예를 들면, m이 1(m=1)이면, 1개의 사용자가 성공적으로 전송되었으므로 갱신된 평균에서 1을 감할 수 있다. 따라서, 갱신된 평균은 v-x⁺일 수 있다. 다른 예를 들면, m이 2이상(m>2)이면, 충돌이 발생하고, 액세스 포인트는 m값을 인식할 수 없다. 따라서, 백로그 사이즈는 m을 이용하여 추정할 수 없고, 백로그 사이즈가 n일 때의 충돌이 발생될 확률은 수학식 25와 같이 표현할 수 있다.

또한, 충돌이 발생될 무조건부 확률은 수학식 26과 같이 표현할 수 있다.

그리고, 충돌이 발생될 조건부 확률은 Bayesian rule을 적용하여 수학식 27과 같이 표현할 수 있다.

그리고, 포아송 분포를 평균으로 근사화하면 수학식 28과 같이 표현할 수 있다.

여기서, 최적 전송 확률 p가 적용되면 수학식 29와 같이 표현할 수 있다.

여기서, 제 1 슬롯에서 전송 확률 q가 0.5일 때, c⁺는 1.2514일 수 있다. 그러므로, 평균 백로그 사이즈는 충돌 발생 시 v+c⁺에 의해 갱신될 수 있다.

도 17은 본 실시예에 따른 제 3 충돌 상태를 설명하기 위한 도면이다.

도 17을 참조하면, 본 실시예에 따라 제 3 충돌 상태는 동일 슬롯에서 패킷이 충돌하는 경우에 충돌 사용자 수가 2 또는 3 이상인 것만을 알고 있는 충돌 상태일 수 있다. 구체적으로, 액세스 포인트는 충돌 사용자 수 k가 2인 경우(k=2)에는 k 값을 획득할 수 있다. 반면에 액세스 포인트는 충돌 사용자 수 k가 3이상인 경우(k≥3)에는 최소 3개의 사용자가 전송한 것은 알지만 k 값은 알 수 없다. 즉, 제 3 충돌 상태는 액세스 포인트가 두 사용자간에 충돌이 발생했는지 여부를 인식하는 충돌 상태일 수 있다.

일 예로, CRPP(k)는 충돌 사용자 수 k가 3이상인 경우(k≥3)에 k를 알 수 없는 동안 k개의 충돌 사용자로 인해 충돌 해결 기간(CRP)을 시작하는 시기로 정의할 수 있다. 다만, 충돌 사용자 수 k가 2이면, 액세스 포인트가 충돌 사용자 수 k를 알고 있기 때문에 CRPW(2)를 시작할 수 있다. CRPW(2)는 도 17의 슬롯 4에 해당될 수 있다.

예를 들어, 액세스 포인트는 충돌 사용자 수 k를 알 수 없기 때문에 k에 따라 전송 확률을 제어할 수 없다. 따라서, 액세스 포인트는 충돌 사용자 수 k와 관계 없이 일정한 확률 r로 패킷을 전송할 수 있다. 여기서, 전송 확률 r은 0.5로 설정될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 또한, d_k는 CRPP(k)의 충돌 해결 기간일 수 있고, z_k는 충돌 해결 기간 내에서 성공한 전송 횟수일 수 있다. 여기서, D_k=E[d_k] 및 Z_k=E[z_k]로 정의할 수 있다.

도 17을 참조하면, 슬롯 9에서는 4개의 패킷이 충돌하는 반면에, 패킷 5,6 및 7만 CRPP(4)에서 성공적으로 전송할 수 있다. 예를 들어, CRPP(4)에서 Z₄ 는 3 일 수 있고, D_k는 7일 수 있다. 또한, k가 2이면, CRPW(2)와 동일하게 Z₂ 는 2 일 수 있고, D₂ 는 3일 수 있다.

도 18은 본 실시예에 따른 제 3 충돌 상태에서의 충돌 사용자 수 대비 충돌 해결 기간 및 성공한 전송 횟수를 예시적으로 나타낸 도면이다.

도 18을 참조하면, 본 실시에에 따라 제 3 충돌 상태는 CRPP(k)에 해당되는 랜덤 액세스 방법을 적용할 수 있다. 일 예로, 액세스 포인트가 충돌 사용자 수를 알 수 없는 경우, k개의 충돌 사용자는 제 1 슬롯에서 전송 확률 r로 패킷을 전송할 수 있다. 여기서, 제 1 사용자 수는 제 1 슬롯에서 전송되는 사용자의 수이고 j로 정의할 수 있다.

예를 들어, 제 1 사용자 수가 0이면, 슬롯은 유휴(idle) 상태일 수 있고, k개의 사용자는 두번째 슬롯인 제 2 슬롯에서 CRPP(k)를 시작할 수 있다. 또는, 제 1 사용자 수가 1이고 전송을 성공하면, 나머지(k-1) 사용자는 제 2 슬롯에서 CRPP(k-1)를 시작할 수 있다. 또는, 제 1 사용자 수가 2이면, 2개의 사용자는 새로운 충돌이 발생하여 CRPW(2)를 시작할 수 있다. 이 때, CRPW가 종료된 후, 나머지 (k-2) 사용자는 전송 확률 1로 전송할 수 있다. 만약, 전송 결과는 k-2가 1이면 성공인 반면에 k-2가 1이 아니면 충돌이 발생할 수 있다. 다만, 이 슬롯에서 CRPP는 전송 결과에 상관없이 종료될 수 있다. 또는, 제 1 사용자 수가 j≥3 이면, j개의 사용자는 CRPP(j)를 시작할 수 있다. 그리고, 나머지(k-j) 사용자는 현재 충돌 해결 기간이 끝날 때까지 대기하거나 새로운 랜덤 액세스를 시작하기 위해 정상 슬롯에서 대기할 수 있다.

다른 예를 들어, 액세스 포인트는 CRPO가 끝나는 지점의 슬롯 또는 CRPW(2)가 끝나는 지점 옆의 슬롯에서 CRPP(k)를 종료할 수 있다.

다른 일 예로, 충돌 사용자 수가 3인 경우(k=3), CRPP(3)는 제 1 슬롯에서 제 1 사용자 수 j가 0 또는 3 일 수 있다. 그리고 전송 확률이

또는

이면, CRPP(3)는 제 2 슬롯에서 시작할 수 있다. 이 때, 평균 충돌 해결 기간은 1+D₃일 수 있고, CRPP에서 성공한 전송 횟수는 Z₃일 수 있다. 여기서 1은 이미 점유된 제 1 슬롯을 의미할 수 있다. 또는, 제 1 슬롯에서 제 1 사용자 수 j가 1 일 수 있다. 그리고 전송 확률이

이면, 1개의 사용자는 전송을 성공하고 나머지 2개의 사용자는 제 2 슬롯에서 CRPO(2)를 시작할 수 있다. 다만, 액세스 포인트는 제 2 슬롯에서 CRPO에 관련된 사용자가 2개 이상임은 알지만 정확한 사용자 수는 알 수 없다. 이 때, 평균 충돌 해결 기간은 1+L₂=3 일 수 있고, 성공한 전송 횟수는 1+S₂=3일 수 있다. 또는, 제 1 슬롯에서 제 1 사용자 수 j가 2 일 수 있다. 그리고 전송 확률이

이면, 2개의 사용자는 제 2 슬롯에서 CRPW(2)를 시작할 수 있다. 여기서 CRPW(2)가 종료되면, 나머지(k-j=1) 사용자는 확률 1로 전송하여 성공할 수 있다. 이 때, 평균 충돌 해결 기간은 1+T₂+1=4 일 수 있고, 성공한 전송 횟수는 1+2=3일 수 있다. 여기서 마지막 1은 나머지 사용자의 전송을 의미할 수 있다.

따라서, D₃ 및 Z₃는 수학식 30과 같이 표현할 수 있고, 수학식 30에 기초하여 수학식 31과 같이 표현할 수도 있다.

또 다른 일 예로, 충돌 사용자 수가 4이상인 경우(k≥4), 제 1 슬롯에서 제 1 사용자 수 j가 0 또는 k 일 수 있다. 그리고 전송 확률이

또는

이면, CRPP(k)는 제 2 슬롯에서 시작할 수 있다. 이 때, 평균 충돌 해결 기간은 1+D_k일 수 있고, CRPP에서 성공한 전송 횟수는 1+Z_k일 수 있다. 또는, 제 1 슬롯에서 제 1 사용자 수 j가 1일 수 있다. 그리고 전송 확률이

이면, 1개의 사용자는 전송을 성공하고, 나머지(k-1) 사용자는 제 2 슬롯에서 CRPO(k-1)을 시작할 수 있다. 다만, 액세스 포인트는 제 2 슬롯에서 CRPO에 관련된 사용자가 2개 이상임은 알지만 정확한 사용자 수는 알 수 없다. 이 때, 평균 충돌 해결 기간은 1+L_k-1일 수 있고, CRPP에서 성공한 전송 횟수는 1+Z_k-1일 수 있다. 또는, 제 1 슬롯에서 제 1 사용자 수 j가 2일 수 있다. 그리고 전송 확률이

이면, 2개의 사용자는 제 2 슬롯에서 CRPW(2)을 시작할 수 있다. 그리고 CRPW가 종료되면, 나머지(k-j) 사용자는 전송 확률 1로 전송하여 충돌 해결 기간을 종료할 수 있다. 이 때, 평균 충돌 해결 기간은 1+T₂일 수 있고, CRPP에서 성공한 전송 횟수는 2 일 수 있다. 또는, 제 1 슬롯에서 제 1 사용자 수 j가 3 이상(j≥3)일 수 있다. 그리고 전송 확률이

이면, j개의 사용자는 제 2 슬롯에서 CRPP(j)을 시작할 수 있고 나머지(k-j) 사용자는 충돌 해결 기간을 떠날 수 있다. 이 때, 평균 충돌 해결 기간은 D_j일 수 있고, CRPP에서 성공한 전송 횟수는 1+Z_j일 수 있다.

따라서, D_k 및 Z_k는 수학식 32와 같이 표현할 수 있고, 수학식 32에 기초하여 수학식 33과 같이 표현할 수도 있다.

도 17은 제 3 충돌 상태에서 전송 확률 r이 0.5 일때, 충돌 사용자 수에 따라 변화하는 충돌 해결 기간(D_k) 및 성공한 전송 횟수(Z_k)를 나타낼 수 있다. 즉, 충돌 사용자 수가 증가함에 따라 충돌 해결 기간이 점차 증가하는 반면에 성공한 전송 횟수는 충돌 사용자 수가 2 및 3인 경우를 제외하고는 2.71에 수렴할 수 있다.

일 예로, 정상 슬롯은 n개의 백로그 사용자가 있고, 전송 확률 p로 패킷을 전송할 수 있다. 그러면 Renewal Theory에 따라 예상 서비스 속도(service rate)은 수학식 34와 같이 정의할 수 있다.

여기서, 충돌 해결 기간(D_k) 및 성공한 전송 횟수(Z_k)는 이미 알고 있기 때문에, 최적 전송 확률 p는 백로그 사이즈 n을 알면 산출될 수 있다.

도 19는 본 실시예에 따른 제 3 충돌 상태에 적용되는 제 3 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.

도 19를 참조하면, 본 실시예에 따라 제 3 알고리즘이 제 3 충돌 상태에서 전송 확률을 제어하는 절차를 설명할 수 있다.

일 예로, 제 3 알고리즘은 도착율(Arrival rate)을 산출하고 백로그 사이즈(Backlog Size)를 갱신할 수 있다. 예를 들어, 도착율은 이전 도착률에 가중치 θ를 적용하여 산출할 수 있다. 구체적으로 도착율은 제 3 알고리즘의 3, 6, 11 및 13행에 의해 산출될 수 있다. 다른 예를 들어, 백로그 사이즈는 CRPP에서 관찰된 성공한 전송 횟수 s를 사용하여 갱신될 수 있다. 구체적으로 백로그 사이즈는 제 3 알고리즘의 4, 7, 12 및 19행에 의해 갱신될 수 있다. 또한, 전송 확률은 제 3 알고리즘의 21 행에 의해 산출될 수 있다. 다만, 제 3 알고리즘은 액세스 포인트가 CRPW(2)의 시작 기준인 충돌 사용자 수 2를 알고 있다는 점에서 제 2 알고리즘과 차이가 있다.

다른 일 예로, 백로그 사이즈 n의 분포가 Ф_v(n)이면, 평균 서비스 속도는 수학식 35와 같이 표현할 수 있다.

예를 들어, pv는 도 18에서 산출된 충돌 해결 기간(D_k) 및 성공한 전송 횟수(Z_k)를 이용하여 산출할 수 있다. 또한, 전송 확률 p^★는 수학식 36과 같이 표현할 수 있다.

여기서, x^★은 정상 슬롯에서 전송하는 평균 사용자 수를 의미할 수 있고 x^★=1.3877일 수 있다. 최대 서비스 속도는 수학식 37과 같이 표현할 수 있다.

다른 일 예로, 제 3 알고리즘은 각 슬롯의 백로그 사이즈를 추정하기 위해 Bayes'rule을 적용할 수 있다. 또한, 각 슬롯의 백로그 사이즈는 평균 v를 가지는 포아송 분포일 수 있다. 예를 들어, 전송 확률이 P이고 m개(0 or 1)의 사용자가 하나의 슬롯에서 동시에 전송되면 사후 분포의 평균은 수학식 38및 수학식 39와 같이 표현할 수 있다.

여기서, x^★은 1.3877일 수 있고, 이 값은 다음 슬롯의 선험적 분포의 평균이 될 수 있다. m=0 및 m=1은 유휴 슬롯과 성공 슬롯을 의미할 수 있다. 구체적인 예를 들면, m=1 및 m=2이면, m개의 사용자가 성공적으로 전송되었으므로 갱신된 평균에서 m을 감할 수 있다. 따라서, 갱신된 평균은 v-x^★일 수 있다.

다른 예를 들면, m이 3이상(m>3)이면, 액세스 포인트는 m값을 인식할 수 없다. 따라서, 백로그 사이즈는 m을 이용하여 추정할 수 없고, 백로그 사이즈가 n일 때의 충돌이 발생될 확률은 수학식 40과 같이 표현할 수 있다.

또한, 충돌이 발생될 무조건부 확률은 수학식 41과 같이 표현할 수 있다.

그리고, 충돌이 발생될 조건부 확률은 Bayesian rule을 적용하여 수학식 42과 같이 표현할 수 있다.

그리고, 포아송 분포를 평균으로 근사화하면 수학식 43과 같이 표현할 수 있다.

여기서, 최적 전송 확률 p가 적용되면 수학식 44와 같이 표현할 수 있다.

여기서, 제 1 슬롯에서 전송 확률 r이 0.5일 때, c^★은 2.0397일 수 있다. 그러므로, 평균 백로그 사이즈는 충돌 발생 시 v+c^★에 의해 갱신될 수 있다.

결과적으로 본 실시예에 따른 랜덤 액세스 방법은 기존의 FCFS(First-Come First-Serve) 알고리즘을 이용한 방법보다 랜덤 액세스를 성공하는데 걸리는 평균 기간과 한 슬롯당 성공적으로 수행되는 랜덤 액세스 수를 기준으로 더 나은 성능을 제공할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 개시에 의하면, 랜덤 액세스 제어 방법 및 그 장치를 제공할 수 있다. 특히, 전송 확율을 이용하면서도 높은 전송 효율을 가지는 Splitting 알고리즘 기반의 랜덤 액세스 제어 방법을 제공할 수 있다. 구체적으로 기지국이 충돌이 일어난 패킷의 개수를 인식한 정도에 기초하여 충돌 상태를 분류하고 각각의 알고리즘을 통해 전송 확률을 산출함으로써, 충돌 해결 기간을 최소화하고 시스템 효율을 최대화하는 Splitting 알고리즘 기반의 랜덤 액세스 제어 방법 및 그 장치를 제공할 수 있다.

전술한 실시예들은 무선 접속 시스템들인 IEEE 802, 3GPP 및 3GPP2 중 적어도 하나에 개시된 표준 문서들에 의해 뒷받침될 수 있다. 즉, 본 실시예들 중 본 기술적 사상을 명확히 드러내기 위해 설명하지 않은 단계, 구성, 부분들은 전술한 표준 문서들에 의해 뒷받침될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 개시하고 있는 모든 용어들은위에서 개시한 표준 문서들에 의해 설명될 수 있다.

상술한 본 실시예들은 다양한 수단을 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 실시예들은 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다.

하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 실시예들에 따른 방법은 하나 또는 그 이상의 ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs(Digital Signal Processors), DSPDs(Digital Signal Processing Devices), PLDs(Programmable Logic Devices), FPGAs(Field Programmable Gate Arrays), 프로세서, 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러 또는 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.

펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 실시예들에 따른 방법은 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 장치, 절차 또는 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리 유닛에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리 유닛은 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.

또한, 위에서 설명한 "시스템", "프로세서", "컨트롤러", "컴포넌트", "모듈", "인터페이스", "모델", 또는 "유닛" 등의 용어는 일반적으로 컴퓨터 관련 엔티티 하드웨어, 하드웨어와 소프트웨어의 조합, 소프트웨어 또는 실행 중인 소프트웨어를 의미할 수 있다. 예를 들어, 전술한 구성요소는 프로세서에 의해서 구동되는 프로세스, 프로세서, 컨트롤러, 제어 프로세서, 개체, 실행 스레드, 프로그램 및/또는 컴퓨터일 수 있지만 이에 국한되지 않는다. 예를 들어, 컨트롤러 또는 프로세서에서 실행 중인 애플리케이션과 컨트롤러 또는 프로세서가 모두 구성 요소가 될 수 있다. 하나 이상의 구성 요소가 프로세스 및/또는 실행 스레드 내에 있을 수 있으며, 구성 요소들은 하나의 장치(예: 시스템, 컴퓨팅 디바이스 등)에 위치하거나 둘 이상의 장치에 분산되어 위치할 수 있다.

이상의 설명은 본 개시의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 기술 사상의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 또한, 본 실시예들은 본 개시의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로 이러한 실시예에 의하여 본 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 개시의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 개시의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

기지국이 단말의 랜덤 액세스 통신을 제어하는 방법에 있어서,
복수의 단말로부터 적어도 하나 이상의 패킷을 수신하는 패킷 수신 단계;
동일 슬롯에서 상기 슬롯의 상태가 패킷이 충돌되는 충돌(Collision) 상태로 판단되면, 상기 기지국이 획득한 사용자 수 정보에 기초하여 상기 충돌 상태를 분류하는 충돌 상태 분류 단계;
분류된 상기 충돌 상태 별로 미리 설정된 알고리즘을 이용하여 다음 슬롯의 전송 확률을 산출하는 전송 확률 산출 단계; 및
상기 단말로 상기 전송 확률을 전송하는 전송 확률 전송 단계;를 포함하며,
상기 충돌 상태 분류 단계는,
상기 슬롯의 상태가 상기 충돌 상태에 해당되면, 상기 사용자 수 정보에 기초하여 상기 충돌 상태를 제 1 충돌 상태, 제 2 충돌 상태 및 제 3 충돌 상태 중 하나의 충돌 상태로 분류하되,
상기 제 1 충돌 상태는 충돌이 발생된 충돌 사용자 수를 알고 있는 충돌 상태이고, 상기 제 2 충돌 상태는 상기 충돌 사용자 수를 알 수 없는 충돌 상태이고, 상기 제 3 충돌 상태는 상기 충돌 사용자 수가 2 또는 3 이상인 것만을 알고 있는 충돌 상태이고,
상기 전송 확률 산출 단계는,
상기 충돌 상태가 상기 제 2 충돌 상태로 분류되는 경우, 상기 알고리즘은 도착율, 가중치, 백로그 사이즈, 충돌 해결 기간 및 성공한 전송 횟수 중 적어도 하나를 이용하여 상기 전송 확률을 산출하는 제 2 알고리즘인 것을 특징으로 하는 랜덤 액세스 방법.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 전송 확률 산출 단계는,
분류된 상기 충돌 상태에 EK라 상기 알고리즘을 이용하여 도착율(Arrival rate)을 산출하고 백로그 사이즈(Backlog Size)를 갱신하여 상기 전송 확률을 산출하되, 상기 백로그 사이즈는 포아송 분포(Poisson distribution)에 기초하여 산출되는 사용자 분포인 것을 특징으로 하는 랜덤 액세스 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 알고리즘은,
각 임베디드 지점(embedded point)에 해당되는 동일 슬롯의 상태가 유휴(idle) 상태, 성공(Success) 상태 및 충돌(Collision) 상태 중 어느 상태에 해당되는지 판단하여, 상기 상태에 따라 상기 도착율을 산출하고 상기 백로그 사이즈를 갱신하는 것을 특징으로 하는 랜덤 액세스 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 전송 확률 산출 단계는,
상기 충돌 상태가 상기 제 1 충돌 상태로 분류되는 경우, 상기 알고리즘은 도착율, 가중치, 백로그 사이즈, 충돌 해결 기간(collision resolution procedure, CRP) 및 충돌 사용자 수 중 적어도 하나를 이용하여 상기 전송 확률을 산출하는 제 1 알고리즘인 것을 특징으로 하는 랜덤 액세스 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 제 1 알고리즘은,
상기 충돌 사용자 수에 기초하여 제 1 슬롯에서 임의의 전송 확률로 전송하고, 상기 제 1 슬롯에서 전송되는 제 1 사용자 수와 상기 충돌 해결 기간에 기초하여 제 2 슬롯의 전송 확률을 산출하는 것을 특징으로 하는 랜덤 액세스 방법.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 알고리즘은,
제 1 슬롯에서 임의의 전송 확률로 전송하고, 상기 제 1 슬롯에서 전송되는 제 1 사용자 수와 상기 제 1 슬롯의 전송 결과에 따라 제 2 슬롯의 전송 확률을 산출하는 것을 특징으로 하는 랜덤 액세스 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 전송 확률 산출 단계는,
상기 충돌 상태가 상기 제 3 충돌 상태로 분류되는 경우, 상기 알고리즘은 충돌 사용자 수가 2에 해당되면 도착율, 가중치, 백로그 사이즈, 충돌 해결 기간 및 특정 상수 중 적어도 하나를 이용하여 상기 전송 확률을 산출하고, 상기 충돌 사용자 수가 3 이상에 해당되면 상기 도착율, 상기 가중치, 상기 백로그 사이즈, 상기 충돌 해결 기간 및 성공한 전송 횟수 중 적어도 하나를 이용하여 상기 전송 확률을 산출하는 제 3 알고리즘인 것을 특징으로 하는 랜덤 액세스 방법.
단말이 랜덤 액세스 통신을 수행하는 방법에 있어서,
기지국에게 각각의 슬롯으로 패킷을 전송하는 패킷 전송 단계;
동일 슬롯의 상태가 충돌 상태로 판단되면, 상기 기지국이 획득한 사용자 수 정보에 기초하여 분류된 충돌 상태 별로 미리 설정된 알고리즘을 이용하여 산출된 다음 슬롯의 전송 확률을 상기 기지국으로부터 수신하는 전송 확률 수신 단계; 및
상기 기지국으로 상기 전송 확률에 기초하여 상기 다음 슬롯의 패킷을 전송하는 패킷 전송 단계;를 포함하며,
상기 충돌 상태는,
상기 사용자 수 정보에 기초하여 제 1 충돌 상태, 제 2 충돌 상태 및 제 3 충돌 상태 중 하나의 충돌 상태로 분류되며,
상기 제 1 충돌 상태는 충돌이 발생된 충돌 사용자 수를 알고 있는 충돌 상태이고, 상기 제 2 충돌 상태는 상기 충돌 사용자 수를 알 수 없는 충돌 상태이고, 상기 제 3 충돌 상태는 상기 충돌 사용자 수가 2 또는 3 이상인 것만을 알고 있는 충돌 상태이고,
상기 전송 확률은,
상기 충돌 상태가 상기 제 2 충돌 상태로 분류되는 경우, 상기 알고리즘은 도착율, 가중치, 백로그 사이즈, 충돌 해결 기간 및 성공한 전송 횟수 중 적어도 하나를 이용하여 상기 전송 확률을 산출하는 제 2 알고리즘인 것을 특징으로 하는 랜덤 액세스 방법.
삭제
제 10 항에 있어서,
상기 전송 확률은,
분류된 상기 충돌 상태에 따라 상기 알고리즘을 이용하여 도착율을 산출하고 백로그 사이즈를 갱신하여 상기 전송 확률을 산출하되, 상기 백로그 사이즈는 포아송 분포에 기초하여 산출되는 사용자 분포인 것을 특징으로 하는 랜덤 액세스 방법.
단말에 랜덤 액세스 통신을 제어하는 기지국에 있어서,
복수의 단말로부터 적어도 하나 이상의 패킷을 수신하는 수신부;
동일 슬롯에서 상기 슬롯의 상태가 패킷이 충돌되는 충돌 상태로 판단되면, 상기 기지국이 획득한 사용자 수 정보에 기초하여 상기 충돌 상태를 분류하고, 분류된 상기 충돌 상태 별로 미리 설정된 알고리즘을 이용하여 다음 슬롯의 전송 확률을 산출하는 제어부;및
상기 단말로 상기 전송 확률을 전송하는 송신부;를 포함하며,
상기 제어부는,
상기 슬롯의 상태가 충돌 상태에 해당되면, 상기 사용자 수 정보에 기초하여 상기 충돌 상태를 제 1 충돌 상태, 제 2 충돌 상태 및 제 3 충돌 상태 중 하나의 충돌 상태로 분류하되,
상기 제 1 충돌 상태는 충돌이 발생된 충돌 사용자 수를 알고 있는 충돌 상태이고, 상기 제 2 충돌 상태는 상기 충돌 사용자 수를 알 수 없는 충돌 상태이고, 상기 제 3 충돌 상태는 상기 충돌 사용자 수가 2 또는 3 이상인 것만을 알고 있는 충돌 상태이고,
상기 충돌 상태가 상기 제 2 충돌 상태로 분류되는 경우, 상기 알고리즘은 도착율, 가중치, 백로그 사이즈, 충돌 해결 기간 및 성공한 전송 횟수 중 적어도 하나를 이용하여 상기 전송 확률을 산출하는 제 2 알고리즘인 것을 특징으로 하는 기지국.
삭제
제 13 항에 있어서,
상기 제어부는,
분류된 상기 충돌 상태에 따라 상기 알고리즘을 이용하여 도착율을 산출하고 백로그 사이즈를 갱신하여 상기 전송 확률을 산출하되, 상기 백로그 사이즈는 포아송 분포에 기초하여 산출되는 사용자 분포인 것을 특징으로 하는 기지국.