KR102514630B1

KR102514630B1 - 랜덤 액세스 제어 방법, 기지국 및 단말

Info

Publication number: KR102514630B1
Application number: KR1020210066449A
Authority: KR
Inventors: 진 후; 서준배
Original assignee: 한양대학교 에리카산학협력단
Priority date: 2021-05-24
Filing date: 2021-05-24
Publication date: 2023-03-27
Also published as: KR102514630B9; KR20220158524A

Abstract

본 실시예들은 랜덤 액세스 제어 방법, 기지국 및 단말을 제공할 수 있다. 특히, PUSCH 사용량을 제한하면서도 높은 전송 효율을 가지는 랜덤 액세스 제어 방법, 기지국 및 단말을 제공할 수 있다. 구체적으로 무선 접속을 하고 있는 사용자를 추정하여 전송을 제어하는 알고리즘과 제 3 메시지 전송 시 Splitting 기반의 알고리즘을 적용함으로써, 랜덤 액세스 프리앰블 전송시 충돌을 최대한 줄이며 제 3 메시지의 전송 효율을 높일 수 있는 랜덤 액세스 제어 방법, 기지국 및 단말을 제공할 수 있다.

Description

랜덤 액세스 제어 방법, 기지국 및 단말{RANDOM ACCESS CONTROL METHOD, BASE STATION, AND TERMINAL}

본 실시예들은 랜덤 액세스 제어 방법, 기지국 및 단말에 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. 그리고, 기존의 LTE(long term evolution) 시스템에서의 무선 접속 제어 기술은 최종적으로 자원을 할당받을 때까지 4개의 메시지를 기지국과 단말이 주고받을 수 있다. 구체적으로, 단말이 제 3 메시지를 전송하기 전에 랜덤 액세스 프리앰블(random access preamble)을 전송할 수 있다. 다만, 동일한 랜덤 액세스 프리앰블을 전송한 단말은 같은 PUSCH(Physical Uplink Shared Channel) 자원에 제 3 메시지를 보내도록 설정되어 있다. 따라서 동일한 랜덤 액세스 프리앰블을 전송한 단말은 제 3 메시지의 전송이 항상 실패하는 문제점이 발생할 수 있다.

따라서, LTE와 5G New Radio(NR) 무선 액세스 시스템에서 PUSCH 사용량을 고려하면서 전송 효율을 높일 수 있는 랜덤 액세스 제어 방법, 기지국 및 단말을 필요로 하고 있다.

이러한 배경에서, 본 실시예들은 PUSCH 사용량을 제한하면서도 높은 전송 효율을 가지는 랜덤 액세스 제어 방법, 기지국 및 단말을 제공하는데 있다. 구체적으로 랜덤 액세스 프리앰블 전송시 충돌을 최대한 줄이며 제 3 메시지의 전송 효율을 높일 수 있는 전송 방식을 포함하는 랜덤 액세스 제어 방법, 기지국 및 단말을 제공하는데 있다.

일 측면에서, 본 실시예들은 단말이 랜덤 엑세스 통신을 수행하는 방법에 있어서, 기지국으로부터 제 1 알고리즘에 의해 산출된 전송 확률을 수신하고, 전송 확률과 단위 간격 내에서 생성된 임의의 변수에 기초하여 PRACH(Physical Random Access Channel)로 랜덤 액세스 프리앰블(random access preamble)을 전송하는 프리앰블 전송 단계, 기지국으로부터 랜덤 액세스 프리앰블에 대한 랜덤 액세스 응답 메시지를 수신하는 응답 메시지 수신 단계, 응답 메시지 수신에 기초하여 PUSCH(Physical Uplink Shared Channel)에 할당된 상향 링크 자원(uplink resource)으로 제 3 메시지를 전송하되, 제 3 메시지의 전송 결과가 충돌(Collision) 상태에 해당되면 제 2 알고리즘을 이용하여 제 3 메시지를 재전송하는 제 3 메시지 전송 단계 및 기지국으로부터 제 4 메시지를 수신하는 제 4 메시지 수신 단계를 포함하는 랜덤 액세스 방법을 제공할 수 있다.

다른 측면에서, 본 실시예들은 기지국이 랜덤 액세스 통신을 제어하는 방법에 있어서, 적어도 하나 이상의 단말로 제 1 알고리즘에 의해 산출된 전송 확률을 전송하는 전송 확률 전송 단계, 단말로부터 랜덤 액세스 프리앰블(random access preamble)을 수신하는 프리앰블 수신 단계, 랜덤 액세스 프리앰블에 대해 PUSCH(Physical Uplink Shared Channel)에 상향 링크 자원(uplink resource)을 할당하고 단말에 랜덤 액세스 응답 메시지를 전송하는 응답 메시지 전송 단계, 단말로부터 제 3 메시지를 수신하되, 제 3 메시지의 수신 결과가 충돌(Collision) 상태에 해당되면 제 2 알고리즘을 이용하여 재전송된 제 3 메시지를 수신하는 제 3 메시지 수신 단계 및 성공적으로 디코딩된 제 3 메시지를 전송한 단말로 제 4 메시지를 전송하는 제 4 메시지 전송 단계를 포함하는 랜덤 액세스 방법을 제공할 수 있다.

또 다른 측면에서, 본 실시예들은 랜덤 엑세스 통신을 제어하는 기지국에 있어서, 적어도 하나 이상의 단말로 제 1 알고리즘에 의해 산출된 전송 확률을 전송하는 송신부 및 단말로부터 랜덤 액세스 프리앰블(random access preamble)을 수신하는 수신부를 포함하되, 송신부는 랜덤 액세스 프리앰블에 대해 PUSCH(Physical Uplink Shared Channel)에 상향 링크 자원(uplink resource)을 할당하고 단말에 랜덤 액세스 응답 메시지를 전송하며, 성공적으로 디코딩된 제 3 메시지를 전송한 단말로 제 4 메시지를 전송하고, 수신부는 단말로부터 제 3 메시지를 수신하되, 제 3 메시지의 수신 결과가 충돌(Collision) 상태에 해당되면 제 2 알고리즘을 이용하여 재전송된 제 3 메시지를 수신하는 것을 특징으로 하는 기지국을 제공할 수 있다.

또 다른 측면에서, 본 실시예들은 랜덤 엑세스 통신을 수행하는 단말에 있어서, 기지국으로부터 제 1 알고리즘에 의해 산출된 전송 확률을 수신하는 수신부 및 전송 확률과 단위 간격 내에서 생성된 임의의 변수에 기초하여 PRACH(Physical Random Access Channel)로 랜덤 액세스 프리앰블(random access preamble)을 전송하는 송신부를 포함하되, 수신부는 기지국으로부터 랜덤 액세스 프리앰블에 대한 랜덤 액세스 응답 메시지를 수신하며 제 4 메시지를 수신하고 송신부는 응답 메시지 수신에 기초하여 PUSCH(Physical Uplink Shared Channel)에 할당된 상향 링크 자원(uplink resource)으로 제 3 메시지를 전송하되, 제 3 메시지의 전송 결과가 충돌(Collision) 상태에 해당되면 제 2 알고리즘을 이용하여 제 3 메시지를 재전송하는 것을 특징으로 하는 단말을 제공할 수 있다.

본 실시예들에 의하면, PUSCH 사용량을 제한하면서도 높은 전송 효율을 가지는 랜덤 액세스 제어 방법, 기지국 및 단말을 제공할 수 있다. 구체적으로 랜덤 액세스 프리앰블 전송시 충돌을 최대한 줄이며 제 3 메시지의 전송 효율을 높일 수 있는 전송 방식을 포함하는 랜덤 액세스 제어 방법, 기지국 및 단말을 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 단말 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 실시예에 따른 기지국 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 실시예에 의한 기지국의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 실시예에 의한 단말의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 실시예에 따른 랜덤 액세스 방법의 절차를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 실시예에 따른 제 1 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 14은 본 실시예에 따른 제 2 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 실시예에 따른 랜덤 액세스 프리앰블의 개수 대비 성능을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 16은 본 실시예에 따른 제 1 알고리즘의 보조 변수 값 대비 평균 PUSCH의 자원 사용량을 예시적으로 나타낸 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 단말 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 8을 참조하면, 단말이 랜덤 액세스 통신을 수행하는 방법은 랜덤 액세스 프리앰블(random access preamble)을 전송하는 프리앰블 전송 단계를 포함할 수 있다(S810). 일 예로, 랜덤 액세스 통신을 수행하는 단말은 기지국으로부터 제 1 알고리즘에 의해 산출된 전송 확률을 수신할 수 있다. 그리고 랜덤 액세스 통신을 수행하는 단말은 수신된 전송 확률과 단위 간격 내에서 생성된 임의의 변수에 기초하여 PRACH(Physical Random Access Channel)로 랜덤 액세스 프리앰블(random access preamble)을 전송할 수 있다. 여기서, 제 1 알고리즘은 랜덤 액세스 프리앰블을 확률적으로 전송 제어하기 위해 전송 확률을 산출할 수 있다. 예를 들어, 제 1 알고리즘은 랜덤 액세스 프리앰블의 미전송 개수에 기초하여 랜덤 액세스 통신을 수행하려는 단말의 평균 개수를 추정하고, 추정된 평균 개수를 입력하여 전송 확률을 산출할 수 있다. 또한, 제 1 알고리즘은 랜덤 액세스 프리앰블의 미전송 개수, 기지국이 가지고 있는 전체 프리앰블 개수 및 보조 변수를 이용하여 특정 변수를 산출할 수 있다. 그리고 제 1 알고리즘은 산출된 특정 변수와 랜덤 액세스 프리앰블의 충돌에 처음 참여하는 신규 단말의 개수를 이용하여 평균 개수를 갱신함으로써 전송 확률을 산출할 수 있다. 여기서, 보조 변수는 RACH(Random Access Channel) 슬롯 주기 별 상향 링크 자원의 사용량을 미리 설정된 임계값보다 작게 유지하면서 랜덤 액세스 통신을 성공하는 단말의 개수를 최대화하는 값으로 설정될 수 있다.

다른 일 예로, 랜덤 액세스 통신을 수행하는 단말은 임의의 변수가 수신된 전송 확률보다 작으면 전체 랜덤 액세스 프리앰블 중에서 하나를 선택하여 현재의 RACH(Random Access Channel)로 전송할 수 있다. 반면에, 랜덤 액세스 통신을 수행하는 단말은 임의의 변수가 수신된 전송 확률보다 작지 않으면, 다음의 RACH까지 전송을 대기할 수 있다. 구체적인 예를 들면, 단말은 랜덤 액세스 프리앰블을 전송할 때, 0에서 1 사이의 임의의 숫자를 생성하고 이 숫자가 기지국으로부터 수신된 전송 확률보다 작으면 전체 M개의 랜덤 액세스 프리앰블 중에서 하나를 임의로 선택하여 전송할 수 있다.

단말이 랜덤 액세스 통신을 수행하는 방법은 랜덤 액세스 응답 메시지를 수신하는 응답 메시지 수신 단계를 포함할 수 있다(S820). 일 예로, 랜덤 액세스 통신을 수행하는 단말은 응답 메시지 수신에 기초하여 PUSCH(Physical Uplink Shared Channel)에 할당된 상향 링크 자원(uplink resource)으로 제 3 메시지를 전송할 수 있다. 그리고, 랜덤 액세스 통신을 수행하는 단말은 제 3 메시지의 전송 결과가 충돌(Collision) 상태에 해당되면 제 2 알고리즘을 이용하여 제 3 메시지를 재전송할 수 있다. 여기서, 제 2 알고리즘은 제 3 메시지를 전송하는 새로운 전송 방식일 수 있다. 예를 들어, 제 2 알고리즘은 제 3 메시지의 전송 결과가 충돌 상태에 해당되면 제 3 메시지를 제 1 전송 확률로 재전송하거나 대기할 수 있다.

구체적인 예를 들면, 제 2 알고리즘은 제 3 메시지의 전송 결과가 충돌 상태에 해당되어 제 3 메시지를 재전송하는 경우, 재전송 결과가 충돌 상태에 해당되면 또 다시 제 3 메시지를 제 1 전송 확률로 재전송하거나 대기할 수 있다. 반면에, 제 2 알고리즘은 제 3 메시지를 재전송한재전송 결과가 성공(success)이면 랜덤 액세스 절차를 종료할 수 있다.

다른 예를 들면, 제 2 알고리즘은 제 3 메시지의 전송 결과가 충돌 상태에 해당되어 제 3 메시지를 재전송하는 대신 대기하는 경우, 다른 단말들에 의한 재전송 결과가 충돌 상태에 해당되면 제 2 알고리즘을 종료하고 랜덤 액세스 프리앰블을 재전송할 수 있다. 반면에, 제 2 알고리즘은 대기하는 경우에 다른 단말들도 유휴(idle) 상태이면 제 3 메시지를 다시 재전송하거나 대기할 수 있다. 또는, 제 2 알고리즘은 대기하는 경우에 다른 단말에 의한 재전송이 성공(success) 이면 제 3 메시지를 제 2 전송 확률로 재전송할 수 있다. 이 때, 제 2 전송 확률은 1로 설정할 수 있고, 다만 제 2 전송 확률은 이에 한정되지는 않는다.

다른 일 예로, 랜덤 액세스 통신을 수행하는 단말은 프리앰블을 전송하여 기지국으로부터 받은 응답 메시지를 통해 제 3 메시지를 전송할 자원을 할당 받을 수 있다. 그리고 단말은 할당 받은 PUSCH자원에 제 3 메시지를 처음으로 전송할 수 있다. 이 때, 제 3 메시지가 충돌되면, 두번째로 제 3 메시지를 재전송할 때에는 제 1 전송 확률을 1/2로 설정하여 전송할 수 있다. 다만, 제 1 전송 확률은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 단말은 제 3 메시지 재전송 결과가 충돌되면 제 1 전송 확률로 제 3 메시지를 다시 재전송할 수 있고, 충돌되지 않으면 랜덤 액세스 절차가 종료될 수 있다. 또한, 단말은 제 3 메시지를 재전송하지 않고 대기한 경우에 다른 단말들이 재전송으로 인한 충돌 상태에 있으면, 랜덤 액세스 프리앰블을 재전송할 수 있다. 반면에, 단말은 다른 단말들도 대기하고 있으면 제 3 메시지를 전송하는 과정을 반복할 수 있다. 또한, 단말은 다른 단말에 의한 재전송이 성공이면 제 3 메시지를 확률 1로 설정하여 재전송할 수 있다.

단말이 랜덤 액세스 통신을 수행하는 방법은 기지국으로부터 제 4 메시지를 수신하는 제 4 메시지 수신 단계를 포함할 수 있다(S840). 일 예로, 랜덤 액세스 통신을 수행하는 단말은 프리앰블을 전송한 단말의 연결 요청 메시지가 성공적으로 디코딩되면 전송되는 제 4 메시지를 기지국으로부터 수신할 수 있다.

도 9는 본 실시예에 따른 기지국 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 9를 참조하면, 기지국이 랜덤 액세스 통신을 제어하는 방법은 적어도 하나 이상의 단말로 전송 확률을 전송하는 전송 확률 전송 단계를 포함할 수 있다(S910). 일 예로, 랜덤 액세스 통신을 제어하는 기지국은 제 1 알고리즘에 의해 전송 확률을 산출하고, 적어도 하나 이상의 단말로 산출된 전송 확률을 전송할 수 있다. 여기서, 제 1 알고리즘은 랜덤 액세스 프리앰블을 확률적으로 전송 제어하기 위해 전송 확률을 산출할 수 있다. 예를 들어, 제 1 알고리즘은 랜덤 액세스 프리앰블의 미전송 개수에 기초하여 랜덤 액세스 통신을 수행하려는 단말의 평균 개수를 추정하고, 추정된 평균 개수를 입력하여 전송 확률을 산출할 수 있다. 또한, 제 1 알고리즘은 랜덤 액세스 프리앰블의 미전송 개수, 기지국이 가지고 있는 전체 프리앰블 개수 및 보조 변수를 이용하여 특정 변수를 산출할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 기지국은 랜덤 액세스 프리앰블의 미전송 개수(I), 기지국이 가지고 있는 전체 프리앰블 개수(M)인 경우에, x*에 대해 특정 변수를 산출할 수 있다. 특정 변수는 x*가 1이면, PUSCH의 자원 사용량과 관계없이 프리앰블 전송 효율을 극대화하기 위해 산출될 수 있다. 반면에 특정 변수는 x*가 0.4639이면, PUSCH의 자원 사용량을 고려하여 산출될 수 있다. 여기서, x*는 보조 변수일 수 있다.

그리고 제 1 알고리즘은 산출된 특정 변수와 랜덤 액세스 프리앰블의 충돌에 처음 참여하는 신규 단말의 개수를 이용하여 평균 개수를 갱신함으로써 전송 확률을 산출할 수 있다. 여기서, 보조 변수는 RACH(Random Access Channel) 슬롯 주기 별 상향 링크 자원의 사용량을 미리 설정된 임계값보다 작게 유지하면서 랜덤 액세스 통신을 성공하는 단말의 개수를 최대화하는 값으로 설정될 수 있다.

기지국이 랜덤 액세스 통신을 제어하는 방법은 단말로부터 랜덤 액세스 프리앰블(random access preamble)을 수신하는 프리앰블 수신 단계를 포함할 수 있다(S920). 일 예로, 랜덤 액세스 통신을 제어하는 기지국은 단말로부터 전체 랜덤 액세스 프리앰블 중에서 하나를 선택하여 현재의 RACH(Random Access Channel)로 전송된 프리앰블을 수신할 수 있다.

기지국이 랜덤 액세스 통신을 제어하는 방법은 단말에 랜덤 액세스 응답 메시지를 전송하는 응답 메시지 전송 단계를 포함할 수 있다(S930). 일 예로, 랜덤 액세스 통신을 제어하는 기지국은 랜덤 액세스 프리앰블에 대해 PUSCH(Physical Uplink Shared Channel)에 상향 링크 자원(uplink resource)을 할당하고 단말에 랜덤 액세스 응답(Random Access Response,RAR) 메시지를 전송할 수 있다.

기지국이 랜덤 액세스 통신을 제어하는 방법은 단말로부터 제 3 메시지를 수신하는 제 3 메시지 수신 단계를 포함할 수 있다(S940). 일 예로, 랜덤 액세스 통신을 제어하는 기지국은 단말로부터 제 3 메시지를 수신할 수 있다. 또한, 랜덤 액세스 통신을 제어하는 기지국은 제 3 메시지의 수신 결과가 충돌(Collision) 상태에 해당되면 제 2 알고리즘을 이용하여 재전송된 제 3 메시지를 수신할 수 있다. 예를 들어, 랜덤 액세스 통신을 제어하는 기지국은 제 3 메시지에 대응되는 랜덤 액세스 프리앰블에 기초하여 제 3 메시지의 수신 결과가 충돌 상태인지 여부를 판단할 수 있다. 구체적인 예를 들면, 기지국은 동일한 프리앰블을 선택한 단말들에게 같은 PUSCH 자원을 할당함에 따라 제 3 메시지의 수신 결과는 충돌 상태일 수 있다.

기지국이 랜덤 액세스 통신을 제어하는 방법은 단말로 제 4 메시지를 전송하는 제 4 메시지 전송 단계를 포함할 수 있다(S950). 일 예로, 랜덤 액세스 통신을 제어하는 기지국은 프리앰블을 전송한 단말의 연결 요청 메시지가 성공적으로 디코딩되면 성공적으로 디코딩된 제 3 메시지를 전송한 단말로 제 4 메시지를 전송할 수 있다.

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

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

일 예로, 수신부(1010)는 단말로부터 랜덤 액세스 프리앰블(random access preamble)을 수신할 수 있다. 또한, 수신부(1010)는 단말로부터 제 3 메시지를 수신하되, 제 3 메시지의 수신 결과가 충돌(Collision) 상태에 해당되면 제 2 알고리즘을 이용하여 재전송된 제 3 메시지를 수신할 수 있다. 예를 들어, 제 2 알고리즘은 제 3 메시지의 전송 결과가 충돌 상태에 해당되면 단말이 제 3 메시지를 제 1 전송 확률로 재전송하거나 대기하도록 할 수 있다. 구체적인 예를 들면, 제 2 알고리즘은 제 3 메시지의 전송 결과가 충돌 상태에 해당되고, 단말이 제 3 메시지를 재전송을 하지 않고 대기 하는 경우,다른 단말들도 유휴(idle) 상태이면 제 3 메시지를 전송하려는 단말이 복수인 것으로 간주하여 제 3 메시지를 다시 재전송하거나 대기하도록 할 수 있다. 반면에, 제 2 알고리즘은 제 3 메시지의 전송 결과가 충돌 상태에 해당되고, 단말이 제 3 메시지를 재전송을 하지 않고 대기 하는 경우, 다른 단말에 의한 재전송이 성공(success)인 경우, 제 3 메시지를 전송하려는 단말이 하나인 것으로 간주하여 제 3 메시지를 제 2 전송 확률로 재전송할 수 있다.

다른 일 예로, 송신부(1020)는 적어도 하나 이상의 단말로 제 1 알고리즘에 의해 산출된 전송 확률을 전송할 수 있다. 예를 들어, 제 1 알고리즘은 랜덤 액세스 프리앰블의 미전송 개수에 기초하여 랜덤 액세스 통신을 수행하려는 단말의 평균 개수를 추정하고, 추정된 평균 개수를 입력하여 전송 확률을 산출할 수 있다. 구체적인 예를 들면, 제 1 알고리즘은 미전송 개수, 기지국이 가지고 있는 전체 프리앰블 개수 및 보조 변수를 이용하여 특정 변수를 산출하고, 산출된 특정 변수와 랜덤 액세스 프리앰블의 충돌에 처음 참여하는 신규 단말의 개수를 이용하여 평균 개수를 갱신할 수 있다. 또한, 보조 변수는 RACH(Random Access Channel) 슬롯 주기 별 상향 링크 자원의 사용량을 미리 설정된 임계값보다 작게 유지하면서 랜덤 엑세스 통신을 성공하는 단말의 개수를 최대화하는 값으로 설정할 수 있다.

또한, 송신부(1020)는 랜덤 액세스 프리앰블에 대해 PUSCH(Physical Uplink Shared Channel)에 상향 링크 자원(uplink resource)을 할당하고 단말에 랜덤 액세스 응답 메시지를 전송할 수 있다. 또한, 송신부(1020)는 성공적으로 디코딩된 제 3 메시지를 전송한 단말로 제 4 메시지를 전송할 수 있다.

도 11은 본 실시예에 의한 단말의 구성을 설명하기 위한 도면이다.

도 11을 참조하면, 본 실시예에 의한 랜덤 엑세스 통신을 수행하는 단말(1100)은 수신부(1110) 및 송신부(1120)를 포함할 수 있다.

일 예로, 수신부(1110)는 기지국으로부터 제 1 알고리즘에 의해 산출된 전송 확률을 수신할 수 있다. 예를 들어, 제 1 알고리즘은 랜덤 액세스 프리앰블의 미전송 개수에 기초하여 랜덤 액세스 통신을 수행하려는 단말의 평균 개수를 추정하고, 추정된 평균 개수를 입력하여 전송 확률을 산출할 수 있다. 구체적인 예를 들면, 제 1 알고리즘은 미전송 개수, 기지국이 가지고 있는 전체 프리앰블 개수 및 보조 변수를 이용하여 특정 변수를 산출하고, 산출된 특정 변수와 랜덤 액세스 프리앰블의 충돌에 처음 참여하는 신규 단말의 개수를 이용하여 평균 개수를 갱신할 수 있다. 또한, 보조 변수는 RACH(Random Access Channel) 슬롯 주기 별 상향 링크 자원의 사용량을 미리 설정된 임계값보다 작게 유지하면서 랜덤 엑세스 통신을 성공하는 단말의 개수를 최대화하는 값으로 설정할 수 있다.

또한, 수신부(1110)는 기지국으로부터 랜덤 액세스 프리앰블에 대한 랜덤 액세스 응답 메시지를 수신하며, 제 4 메시지를 수신할 수 있다. 예를 들어, 수신부(1110)는 프리앰블을 전송한 단말의 연결 요청 메시지가 성공적으로 디코딩되면 전송되는 제 4 메시지를 기지국으로부터 수신할 수 있다.

다른 일 예로, 송신부(1120)는 기지국으로부터 제 1 알고리즘에 의해 산출된 전송 확률과 단위 간격 내에서 생성된 임의의 변수에 기초하여 PRACH(Physical Random Access Channel)로 랜덤 액세스 프리앰블(random access preamble)을 전송할 수 있다. 예를 들어, 송신부(1120)는 임의의 변수가 전송 확률보다 작으면 전체 랜덤 액세스 프리앰블 중에서 하나를 선택하여 현재의 RACH(Random Access Channel)로 전송할 수 있다.

또한, 송신부(1120)는 응답 메시지 수신에 기초하여 PUSCH(Physical Uplink Shared Channel)에 할당된 상향 링크 자원(uplink resource)으로 제 3 메시지를 전송할 수 있다. 그리고 송신부(1120)는 제 3 메시지의 전송 결과가 충돌(Collision) 상태에 해당되면 제 2 알고리즘을 이용하여 제 3 메시지를 재전송할 수 있다. 예를 들어, 제 2 알고리즘은 제 3 메시지의 전송 결과가 충돌 상태에 해당되면 제 3 메시지를 제 1 전송 확률로 재전송하거나 대기할 수 있다.

구체적인 예를 들면, 제 2 알고리즘은 제 3 메시지의 전송 결과가 충돌 상태에 해당되고, 제 3 메시지를 재전송하는 경우, 재전송 결과가 충돌 상태에 해당되면 제 3 메시지를 제 1 전송 확률로 다시 재전송하거나 대기할 수 있다. 반면에, 제 2 알고리즘은 재전송 결과가 성공(success)이면 랜덤 액세스 절차를 종료한다.

다른 예를 들면, 제 2 알고리즘은 제 3 메시지의 전송 결과가 충돌 상태에 해당되고, 제 3 메시지를 재전송하지 않고 대기하는 경우, 다른 단말들에 의한 재전송 결과가 충돌 상태에 해당되면 제 2 알고리즘을 종료하고 랜덤 액세스 프리앰블을 재전송할 수 있다. 반면에, 제 2 알고리즘은 제 3 메시지를 재전송하지 않고 대기하는 경우, 다른 단말들도 유휴(idle) 상태이면 제 3 메시지를 전송하려는 단말이 복수인 것으로 간주하여 제 3 메시지를 다시 재전송하거나 대기할 수 있다. 또한, 제 2 알고리즘은 제 3 메시지를 재전송하지 않고 대기하는 경우, 다른 단말에 의한 재전송이 성공(success) 이면 제 3 메시지를 전송하려는 단말이 하나인 것으로 간주하여 제 3 메시지를 제 2 전송 확률로 재전송할 수 있다.

이하에서는 랜덤 액세스 방법의 구체적인 절차에 대해서 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 여기서, 단말은 활성 IoT 장치의 일 예로, 이에 한정되지 않는다.

도 12는 본 실시예에 따른 랜덤 액세스 방법의 절차를 설명하기 위한 도면이다.

도 12를 참조하면, 본 실시예에 따라 이중 충돌 상태를 해결하는 랜덤 액세스 방법의 절차를 설명할 수 있다. 일 예로, 랜덤 액세스 통신을 수행하는 단말은 0에서 1 사이의 단위 간격에서 임의의 수를 생성할 수 있다. 그리고 단말은 생성된 임의의 수가 AC barring (ACB) rate인 전송 확률보다 작으면 전체 M개의 랜덤 액세스 프리앰블 중 하나를 무작위로 선택하여 현재의 RACH로 프리앰블(제 1 메시지)을 전송할 수 있다. 그렇지 않으면, 단말은 다음 RACH까지 전송을 대기할 수 있다.

또한, 랜덤 액세스 통신을 제어하는 기지국은 랜덤 액세스 응답 메시지(제 2 메시지)를 하향 링크를 통해 단말로 전송할 수 있다. 예를 들어, 기지국은 단말로부터 전송되는 각각의 랜덤 액세스 프리앰블에 대해 PUSCH(Physical Uplink Shared Channel)에 상향 링크 자원을 할당할 수 있다. 따라서, 두 개 이상의 단말이 동일한 랜덤 액세스 프리앰블을 전송하면 PUSCH에 동일한 상향 링크 자원이 할당될 수 있다.

그리고, 랜덤 액세스 통신을 수행하는 단말은 랜덤 액세스 응답 메시지를 수신하면 PUSCH에 할당된 상향 링크 자원으로 제 3 메시지를 전송하고 경합 해결 타이머(contention resolution timer)를 시작할 수 있다. 예를 들어, 단말이 동일한 랜덤 액세스 프리앰블을 전송하면 제 3 메시지를 동일한 상향 링크 자원으로 전송할 수 있다. 그리고, 기지국이 디코딩하지 않는 제 3 메시지에 대해서는 충돌이 발생할 수 있다.

그리고, 랜덤 액세스 통신을 제어하는 기지국이 랜덤 액세스 프리앰블 전송한 단말의 연결 요청 메시지를 성공적으로 디코딩하면 성공한 모든 장치에 제 4 메시지를 전송할 수 있다.

도 12를 참조하면, 본 실시예에 따른 랜덤 액세스 방법의 절차는 다음 RACH가 시작되기 전에 종료되며, 제 4 메시지 수신과 동기화되어 경합 해결 타이머가 종료된다고 가정할 수 있다. 따라서 제 4 메시지를 수신하지 않은 단말은 전송 실패로 간주할 수 있다. 예를 들어, T_A RACH 슬롯 주기 동안에 총 N개의 단말이 활성화된다고 가정할 수 있다. 즉, 총 N개의 단말은 베타 분포인 확률 밀도 함수(pdf)가 특정 활성화 시간 y∈(0,T_A)내에 활성화될 수 있다. 확률 밀도 함수는 수학식 1과 같이 표현할 수 있다.

여기서, Β(α,β)는 베타 함수

일 수 있고, α=3 및 β=4일 수 있다. T_A는 I_A 간격으로 구성되고, 각 간격은 RACH 슬롯 주기들로 구성될 수 있다. 그러면, i번째 간격에서 새로 활성화된 신규 단말의 개수는 i=1,2,...,I_A 일 때,

일 수 있다.

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

도 13을 참조하면, 본 실시예에 따라 기지국에서 제 1 알고리즘을 이용하여 전송 확률을 산출하는 방법을 설명할 수 있다. 일 예로, 기지국은 제 1 알고리즘을 실행할 수 있다. 예를 들어, 기지국은 제 1 알고리즘을 이용하여 네트워크 역학에 적응하면서 PUSCH자원에 따라 경쟁 해결의 수를 최대화할 수 있는 전송 확률을 산출하여 AC barring (ACB)를 제어할 수 있다. 구체적으로, 기지국은 I로 표시되는 시간 t에 전송되지 않은 랜덤 액세스 프리앰블 미전송 개수를 관찰하고 단말의 평균 개수를 추정할 수 있다. 그리고, 기지국은 I와 추정한 단말의 평균 개수를 입력으로 하는 제 1 알고리즘에 포함된 COMPUTE_ACB_RATE 함수를 이용하여 AC barring (ACB) rate인 전송 확률을 산출할 수 있다. 그리고 기지국은 RACH 슬롯 t+1 직전에 산출된 전송 확률을 브로드캐스트 할 수 있다.

일 예로, 기지국은 유휴(idle) 상태의 랜덤 액세스 프리앰블의 수를 관찰하여 랜덤 액세스 통신을 수행하려는 단말의 평균 개수를 추정할 수 있다. 랜덤 액세스 통신을 수행하려는 활성화된 단말의 수는 기지국에서 획득할 수 없는 기본 확률 프로세스의 상태일 수 있다. 따라서 기지국은 유휴(idle) 상태의 랜덤 액세스 프리앰블의 개수에 대한 정보를 사용할 수 있다. 이는 랜덤 액세스 프리앰블이 전송되는 즉시 기지국이 파악 가능하기 때문이다.

또한, 기지국은 제 1 알고리즘에 포함된 COMPUTE_ACB_RATE 함수를 이용하여 전송 확률을 산출할 수 있다. 예를 들어, COMPUTE_ACB_RATE 함수는 t-1 시점에서 미전송된 랜덤 액세스 프리앰블의 개수를 관찰하고, t 시점에서 μ_t로 표시된 상태의 평균 개수를 추정하여 전송 확률을 제어할 수 있다. 구체적으로, B는 특정 랜덤 액세스 프리앰블에 대해 경합하는 단말의 수일 수 있고, I는 미전송된 랜덤 프리앰블의 개수일 수 있다. 그리고, t 시점에서 단말의 평균 개수는 Bayesian rule을 적용하여 I에 대한 B의 조건부 기대치로 계산할 수 있고, 수학식 2 내지 수학식 4와 같이 표현할 수 있다.

여기서, 수학식 4는 N개의 활성화된 단말 중에서 M개의 단말이 전송 확률 p로 AC barring (ACB)을 통과할 확률을 의미할 수 있다. 또한 수학식 3에서 Pr(I=k│A=m)는 M개의 단말이 AC barring (ACB)을 통과할 경우에 k개의 프리앰블이 유휴(idle) 상태일 확률을 의미할 수 있다. 또한, P_n(μ)는 t-1 시점에서 활성화된 단말의 분포일 수 없고, 평균에 의해 고유하게 결정되는 포아송 분포일 수 있다. 즉, P_n(μ)는 수학식 5와 같이 표현할 수 있다.

다만, 수학식 3은 Pr(I=k│A=m)을 산출하기 위해 m개의 활성화된 단말에 의해 프리앰블 j(j∈{1, 2,. . . , M})를 선택하지 않을 확률 Pr(E_j)를 지정할 수 있다. Pr(E_j)는 수학식 6과 같이 표현할 수 있다.

단말이 총 M개의 프리앰블 중에서 무작위로 선택한 k개의 랜덤 액세스 프리앰블 세트를 (j₁, j₂, · · · , j_k) 인덱스 세트라고 가정하면, M 개의 단말이 k개의 프리앰블 세트를 선택하지 않을 확률은 수학식 7과 같이 표현할 수 있다.

또한, R_k(M)는 M개의 프리앰블 중에서 선택되지 않은 k개의 프리앰블이 발견될 확률을 의미할 수 있다. M개의 프리앰블 중에서 무작위로 k개의 프리앰블을 선택하는 방법은

이므로 R_k(M)는 수학식 8과 같이 표현할 수 있다.

또한, Pr(E_M-k)는 나머지 M-k의 프리앰블 중에서 적어도 하나의 프리앰블이 선택되지 않을 확률을 의미할 수 있고, 수학식 9와 같이 표현할 수 있다.

그리고, 수학식 9는 M-k개의 프리앰블을 선택해야함을 의미하므로 수학식 10으로 표현할 수 있다.

수학식 10과 수학식 3을 조합하면 수학식 11을 산출할 수 있다.

여기서, μ_t-1은 t-1 시점에서 μ에 대한 추정값을 의미할 수 있다. 따라서, 수학식 11의 E[B|I = k]는 관측값 I를 사용한 새로운 추정값이므로 새로운 추정값과 이전의 추정값의 차이를 수학식 12와 같이 표현할 수 있다.

여기서, 보조 변수 x는

이며, AC barring (ACB) rate인 p의 함수일 수 있다. 또한, pμ_t-1은 M개의 프리앰블에 대해 t-1시점에서 랜덤 액세스를 시도하는 단말 장치의 평균 개수를 의미할 수 있다. 따라서, x는 하나의 랜덤 액세스 프리앰블에 대해 랜덤 액세스를 시도하는 단말의 평균 개수를 의미할 수 있다. 분할 절차가 없는 기존의 LTE-A 시스템의 경우, x 는 1로 설정하면 RACH 슬롯 당 중복되지 않는 프리앰블의 평균 개수를 최대화할 수 있다.

예를 들어, 기지국은 제 1 알고리즘의 4행과 같이 μ_t를 △μ 및 λ_t로 갱신할 수 있다. 여기서, λ_t는 특정 랜덤 액세스 프리앰블의 충돌에 처음 참여하는 신규 단말의 개수를 의미할 수 있다. 이는 제 3 메시지를 PUSCH로 재전송하지 않는 단말이 분할 절차에서 충돌을 발견하거나 새로운 단말이 활성화되는 경우에 발생할 수 있다. λ_t는 수학식 13과 같이 표현할 수 있다.

다른 예를 들어, 기지국은 제 1 알고리즘의 5행 내지 9행과 같이 부스팅 인자 b를 사용하여 버스티(bursty)를 추적할 수 있다. 구체적으로, △μ 가 일부 연속된 슬롯에서 0보다 크면 활성화된 단말 장치가 빠르게 증가하는 것을 의미할 수 있다. 따라서 기지국은 증가를 반영하기 위해 부스팅 인자 b를 증가시킬 수 있다.

또한, 기지국은 제 1 알고리즘의 10행과 같이 t시점에서 랜덤 액세스를 연속적으로 종료된 단말 장치의 개수를 의미하는 S_t를 뺀 값으로 μ_t를 갱신할 수 있다. 그리고 기지국은 제 1 알고리즘의 11행 및 12행과 같이 AC barring (ACB) rate를계산하여 다음 슬롯을 위해 브로드캐스트할 수 있다.

다른 일 예로, TST(Total Service Time)은 RACH 슬롯 주기의 개수와 관련하여 성능지표로 사용될 수 있다. 또한, PUSCH 충돌 주기는 분할 알고리즘에 의해 PUSCH에서 충돌이 해결되는 RACH 슬롯 주기로 정의할 수 있다. 그리고, 단말은 동일한 랜덤 액세스 프리앰블을 전송하는 하나 이상의 단말로 정의할 수 있고, 두 매개 변수를 다음과 같이 정의할 수 있다.

예를 들어,

와

는 k개의 단말이 동일한 랜덤 액세스 프리앰블을 전송한 경우에 PUSCH 충돌주기와 그 평균 충돌주기를 의미할 수 있다. 또한,

와

는 k≥2 인 경우에 PUSCH 충돌주기 및 그 평균 충돌주기동안 성공적인 랜덤 액세스를 수행하는 단말의 개수를 의미할 수 있다.

도 12를 참조하면, 하나의 단말이 랜덤 액세스 프리앰블을 전송하면 하나의 RACH 슬롯 주기 동안 하나의 성공적인 랜덤 액세스를 수행할 수 있다. 반면에 k개의 단말이 랜덤 액세스 프리앰블을 전송하면 분할 절차에서 성공적인 랜덤 액세스에 대한 평균 충돌 주기

를 가질 수 있다. 따라서, 각각의 랜덤 액세스 프리앰블에 대해서 랜덤 액세스를 성공한 단말 장치의 평균 개수는 수학식 14에 의해 산출할 수 있다.

그리고, τ는 평균 TST(Total Service Time)를 의미할 수 있고, 수학식 15와 같이 표현할 수 있다.

여기서,

는 RACH 슬롯 주기 별 랜덤 액세스에서 성공한 단말의 평균 개수일 수 있다.

예를 들어, i번째 단말의 액세스 지연은 수학식 16과 같이 표현할 수 있다.

여기서, a_i는 i번째 단말의 도착 시간이고 c_i는 종료 시간을 의미할 수 있다.

또한, 평균 액세스 지연은 수학식 17과 같이 표현할 수 있다.

여기서,

는 모든 단말의 랜덤 액세스 종료 시간의 합계일 수 있다. 또한,

단말이 각각의 RACH 슬롯 주기에서 평균적으로 랜덤 액세스를 성공적으로 수행할 수 있다. 평균 TST(Total Service Time),τ는 수학식 18과 같이 표현할 수 있다.

여기서, 랜덤 액세스의 종료는 RACH 슬롯 1에서 시작한다고 가정할 수 있다. 그리고 수학식 17에서

는 모든 단말 장치의 도착 시간의 합일 수 있다.

예를 들어, L(x)는 하나의 랜덤 액세스 프리앰블과 관련된 평균 PUSCH 자원량일 수 있고, 수학식 19와 같이 표현할 수 있다.

또한, 특정 랜덤 액세스 프리앰블을 사용하여 RACH에서 경합하는 활성화된 단말의 개수가 평균 μ인 포아송 분포를 따른 다고 가정할 때, 전체 TST(Total Service Time)에서 사용되는 PUSCH 자원량은 수학식 20과 같이 표현할 수 있다.

여기서, τM은 TST(Total Service Time)에서 나타난 프리앰블의 개수일 수 있다. 결과적으로 RACH 슬롯 주기 당 평균 PUSCH 자원량은 수학식 21과 같이 표현할 수 있다.

또 다른 일 예로, 기지국은 PUSCH 자원량의 제한에 기초하여 보조 변수 x를 산출할 수 있다. 예를 들어,

는 RACH 슬롯 주기 당 랜덤 액세스에서 성공한 단말의 평균 개수를 의미할 수 있다. 따라서, x는 수학식 22를 이용하여 산출할 수 있다.

여기서 c는 RACH 슬롯 당 평균 PUSCH 자원량의 제한일 수 있다.

다른 예를 들어, 보조 변수 x는 랜덤 액세스 프리앰블에 대해 랜덤 액세스를 시도하는 단말의 평균 개수를 의미할 수 있다. 기존 LTE-A 시스템은 RACH 슬롯 주기 당 평균 자원량 M(1-e^-1), 즉 0.6321M을 사용할 수 있다. 즉, 기존의 LTE-A 시스템은 x가 작을 수록 PUSCH 자원량이 작아지고 처리량이 낮아질 수 있다. 따라서, 수학식 22는 듀얼 코어 시스템에서 SALOHA 및 분할 알고리즘을 이용하여 랜덤 액세스를 성공하는 단말의 개수를 최대화하는 동시에 PUSCH 자원량을 미리 설정된 임계값 이하로 유지할 수 있다. 구체적인 예를 들면, c=0.6321M으로 설정하면 PUSCH 자원의 평균 사용량이 기존 LTE-A 시스템의 사용량을 초과하지 않을 수 있다. 따라서, 제한 조건(P(x) = c)이 활성화될 때까지

를 최대화할 수 있다. 그리고 x는 P(x)=ML(x)=c= M(1-e^-1) 로부터 산출할 수 있다. 또한 x^*는 x^*=0.4639이고,

는 0.4567 일 수 있다. 반면에, 최적의 AC barring (ACB) rate는 x^*=p^*μ/M으로부터 산출할 수 있다. 이는 수학식 23과 같이 표현할 수 있다.

또 다른 예를 들어, 제 1 알고리즘은 t=0 에서 AC barring (ACB) rate인 전송 확률 p는 1/M으로 설정되고 활성화된 단말의 개수μ는 M일 수 있다. 기지국은 전송 확률 p로 브로드캐스트하고 유휴(idle) 상태의 프리앰블의 개수를 관찰할 수 있다. 또한, 제 1 알고리즘의 3행은 x^*에 따라 수학식 24와 같이 표현할 수 있다.

여기서, x는 0.4639이고, M은 1인 경우에 RACH 슬롯에서 랜덤 액세스 프리앰블이 전송되지 않는다고 가정할 수 있다. 그리고 △μ <0 는 단말이 랜덤 액세스를 시도하기에는 AC barring (ACB) rate가 너무 작을 수 있다. 따라서, AC barring (ACB) rate는 μ_t를 감소시킴으로써 증가시킬 수 있다. 반면에, 랜덤 액세스 프리앰블이 전송되면, I=0이고 △μ >0 일 수 있다. 따라서, AC barring (ACB) rate는 μ_t를 증가시킴으로써 감소시킬 수 있다.

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

도 14를 참조하면, 본 실시예에 따라 단말에서 제 2 알고리즘을 이용하여 제 3 메시지를 전송하는 방식을 설명할 수 있다. 일 예로, 단말은 랜덤 액세스를 수행하기 위해 제 2 알고리즘을 실행할 수 있다. 예를 들어, 단말은 제 2 알고리즘을 이용하여 첫 번째 제 3 메시지의 전송이 실패 후에 제 3 메시지를 재전송할 수 있다. 이 때, 제 2 알고리즘은 제 3 메시지 재전송 시 적용되는 분할 알고리즘일 수 있다. 구체적인 예를 들면, 랜덤 액세스를 실패한 단말은 제 2 알고리즘에 따라 PUSCH에서 이전에 사용된 동일한 상향 링크 자원으로 제 3 메시지를 재전송할 수 있다. 따라서, 랜덤 액세스를 실패한 일부 단말은 전송 확률 1/2로 제 3 메시지를 전송하지 않고 대기할 수 있다. 반면에 나머지 단말은 전송 확률 1/2로 제 3 메시지를 재전송할 수 있다. 다만, 1/2은 전송 확률의 일 예로 이에 한정되지 않는다.

다른 예를 들어, 단말은 제 2 알고리즘을 이용하면 이중 충돌 상태를 해결할 수 있다. 구체적으로 도 12를 참조하면, 3개의 단말 A, B 및 C는 t+1 시점 직전에 RACH 슬롯의 끝에서 첫 번째 충돌이 발생할 수 있다. 이 경우, 단말들은 제 2 알고리즘에 따라 충돌을 해결할 수 있다. 단말 B, C는 전송 확률 1/2로 제 3 메시지를 재전송하고, 단말 A는 대기할 수 있다. 다만, 단말 B, C가 제 3 메시지를 재전송하기 때문에 t+2 시점 직전에 PUSCH에도 충돌이 발생할 수 있다. 그리고, 단말 B, C는 전송 확률 1/2로 제 3 메시지를 계속 재전송하거나 경합 해결 메시지를 기다릴 수 있다. 즉, 단말은 전송 확률 1/2를 사용하는 대신 무작위로 제 3 메시지를 전송하거나 대기할 수 있다.

또한, 단말이 실행하는 제 2 알고리즘은 대기 중인 단말이 다른 단말의 충돌을 관찰하는 경우에 기존의 분할 알고리즘과 차이가 있다. 예를 들어, 단말 A가 단말 B와 C의 충돌을 관찰하는 경우, 단말 A는 더 이상 대기하지 않고 t+2 시점에서 프리앰블을 다시 전송할 수 있다. 구체적으로, 단말들이 듀얼 코어(Dual-Core) 시스템에서 PUSCH의 연속 충돌이 발생할 때마다 제 3 메시지를 재전송하지 않는 단말은 RACH에 랜덤 액세스를 다시 시도하도록 할 수 있다. 또한, 단말이 충돌 발생 후 유휴(idle) 상태에서 제 3 메시지를 전송 또는 재전송하는 경우, 전송 또는 재전송하는 단말이 두 개 이상이면 대기하도록 임의로 선택할 수 있다. 이 경우, 단말은 다시 전송 확률 1/2로 제 3 메시지를 재전송할 수도 있다. 또한, 단말이 충돌 발생 후 성공 상태에서 대기 중인 단말이 남은 유일한 장치라고 가정하여 전송 확률 1로 재전송할 수 있다. 따라서, 제 2 알고리즘은 랜덤 액세스 프리앰블(제 1 메시지) 전송을 위한 SALOHA 프로토콜을 기반으로 하는 반면에 제 3 메시지 재전송에 대해 일부 수정된 분할 알고리즘으로 구성될 수 있다. 다만, 전송 확률 1/2는 일 예로, 이에 한정되지 않는다. 다만, 1/2은 전송 확률의 일 예로 이에 한정되지 않는다.

도 15는 본 실시예에 따른 랜덤 액세스 프리앰블의 개수 대비 성능을 예시적으로 나타낸 도면이다.

도 15를 참조하면, 본 실시예에 따른 랜덤 액세스 프리앰블의 개수 대비 성능을 설명할 수 있다. 또한, 도 15를 참조하면 기존의 LTE의 무선 접속 기술과 본 개시를 적용한 경우의 효과를 확인할 수 있다. 일 예로, Dual-Core-wc는 PUSCH 제한이 있는 Dual-Core로 x^*=0.4639가 사용될 수 있고, Dual-Core-woc는 PUSCH 제한이 없는 Dual-Core로 x^*=1이 사용될 수 있다. 여기서, IS-wc 및 IS-woc는 x^*가 Dual-Core-wc 및 Dual-Core-woc과 같은 방식으로 적용될 수 있다. 다만, IS(ideal system)는 PUSCH의 분할 알고리즘이 적용되고 기지국이 각 RACH 슬롯 주기에서 정확한 단말의 개수를 적용하는 경우일 수 있다.

예를 들어, 랜덤 액세스 프리앰블의 개수에 따른 TST(Total Service Time) 결과(1510)를 통해 성능을 확인할 수 있다. 즉, TST(Total Service Time) 결과(1510)는 랜덤 액세스 프리앰블의 개수에 따라서 N개의 단말이 랜덤 액세스에 성공하는데 걸리는 시간을 나타낼 수 있다. 예를 들어, Dual-Core-wc 및 Dual-Core-woc는 N = 50000 및 M=5 일때, 기존 LTE 에 비해 TST(Total Service Time)가 각각 60.54 % 및 19.16 %의 성능을 향상시킬 수 있다. 따라서, TST(Total Service Time) 결과(1510)는 본 실시예에 따른 랜덤 액세스 방법이 전체 랜덤 액세스에 걸리는 시간을 많이 단축할 뿐만 아니라 이상적인 시스템의 성능에 가까운 효과를 제공함을 확인할 수 있다. 또한, TST(Total Service Time) 결과(1510)는 PUSCH 자원의 사용량이 많을 수록 전체 걸리는 시간을 단축시킴을 확인할 수 있다.

다른 예를 들어, 랜덤 액세스 프리앰블 개수에 따른 각 단말의 평균 액세스 지연 결과(1520)를 통해 성능을 확인할 수 있다. 즉, 평균 액세스 지연 결과(1520)는 N개의 단말들이 모두 랜덤 액세스를 수행한 경우에 각각 단말이 랜덤 액세스를 수행하는데 걸리는 지연 시간의 평균일 수 있다. 따라서, 평균 액세스 지연 결과(1520)는 본 실시예에 따른 랜덤 액세스 방법으로 지연 시간을 많이 단축할 뿐만 아니라 이상적인 시스템의 성능에 가까운 효과를 제공함을 확인할 수 있다. 또한, 평균 액세스 지연 결과(1520)는 PUSCH 자원의 사용량이 많을 수록 지연 시간을 단축시킴을 확인할 수 있다.

또한, 도 15를 참조하면, TST(Total Service Time)는 PUSCH 제한이 있는 경우에 성능이 저하됨을 확인할 수 있다. 다만, IS(ideal system)는 PUSCH 제한에 관계 없이 이상적인 시스템의 성능을 가짐을 확인할 수 있다.

도 16은 본 실시예에 따른 제 1 알고리즘의 보조 변수 값 대비 평균 PUSCH의 자원 사용량을 예시적으로 나타낸 도면이다.

도 16을 참조하면, 본 실시예에 따른 RACH 슬롯 주기 당 PUSCH 자원 사용량을 설명할 수 있다. 일 예로, 기지국은 0과 1사이에서 제 1 알고리즘의 보조 변수 x를 선택할 수 있다. 그리고, RACH 슬롯주기 당 PUSCH 자원 사용량은 N = 50000 및 M = 20인 경우에 x에 대해 도 16과 같이 나타날 수 있다. 예를 들어, 기지국이 DualCore 시스템에서 x의 값을 제어함으로써 RACH 슬롯 주기 당 사용되는 PUSCH 자원 사용량이 기존 LTE 시스템보다 적음을 확인할 수 있다. 또한, 기존 LTE 시스템은 PUSCH 자원이 충분하더라도 M(1-e^-1)만 차지하기 때문에 PUSCH 자원을 충분히 활용할 수 없다. 반면에 DualCore 시스템은 x를 적절하게 선택함으로써 PUSCH 자원을 충분히 활용할 수 있고 결과적으로 TST(Total Service Time)가 더 작게 됨을 확인할 수 있다. 구체적인 예를 들면, x값이 0.5를 넘어서면 기존 LTE보다 PUSCH자원의 사용량이 더 많으나, x값이 0.4가 되면 PUSCH자원의 사용량을 적게 쓰고 있음을 확인할 수 있다. 즉, 본 실시예에서 x 값이 0.4639이면 기존 LTE 와 동일한 PUSCH자원의 사용량을 사용하는 경우이고, x 값이 1이면 PUSCH자원의 사용량이 보다 많이 사용하는 경우일 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 개시에 의하면, 랜덤 액세스 제어 방법, 기지국 및 단말을 제공할 수 있다. 특히, PUSCH 사용량을 제한하면서도 높은 전송 효율을 가지는 랜덤 액세스 제어 방법, 기지국 및 단말을 제공할 수 있다. 구체적으로 무선 접속을 하고 있는 사용자를 추정하여 전송을 제어하는 알고리즘과 제 3 메시지 전송 시 Splitting 기반의 알고리즘을 적용함으로써, 랜덤 액세스 프리앰블 전송시 충돌을 최대한 줄이며 제 3 메시지의 전송 효율을 높일 수 있는 랜덤 액세스 제어 방법, 기지국 및 단말을 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

단말이 랜덤 액세스 통신을 수행하는 방법에 있어서,
기지국으로부터 제 1 알고리즘에 의해 산출된 전송 확률을 수신하고, 상기 전송 확률과 단위 간격 내에서 생성된 임의의 변수에 기초하여 PRACH(Physical Random Access Channel)로 랜덤 액세스 프리앰블(random access preamble)을 전송하는 프리앰블 전송 단계;
상기 기지국으로부터 상기 랜덤 액세스 프리앰블에 대한 랜덤 액세스 응답 메시지를 수신하는 응답 메시지 수신 단계;
응답 메시지 수신에 기초하여 PUSCH(Physical Uplink Shared Channel)에 할당된 상향 링크 자원(uplink resource)으로 제 3 메시지를 전송하되, 상기 제 3 메시지의 전송 결과가 충돌(Collision) 상태에 해당되면 제 2 알고리즘을 이용하여 상기 제 3 메시지를 재전송하는 제 3 메시지 전송 단계; 및
상기 기지국으로부터 제 4 메시지를 수신하는 제 4 메시지 수신 단계;를 포함하되,
상기 제 2 알고리즘은,
상기 제 3 메시지의 전송 결과가 충돌 상태에 해당되면 상기 제 3 메시지를 제 1 전송 확률로 재전송하거나 대기하되,
상기 제 3 메시지를 재전송하는 경우, 재전송 결과가 충돌 상태에 해당되면 상기 제 3 메시지를 제 1 전송 확률로 다시 재전송하거나 대기하며,
상기 제 3 메시지의 전송 결과가 충돌 상태에 해당되고, 상기 제 3 메시지를 재전송 하지 않는 경우, 다른 단말이 유휴(idle) 상태이면 상기 제 3 메시지를 다시 재전송하거나 대기하는 것을 특징으로 하는 랜덤 액세스 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 알고리즘은,
랜덤 액세스 프리앰블의 미전송 개수에 기초하여 랜덤 액세스 통신을 수행하려는 단말의 평균 개수를 추정하고, 추정된 상기 평균 개수를 입력하여 상기 전송 확률을 산출하는 것을 특징으로 하는 랜덤 액세스 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 제 1 알고리즘은,
상기 미전송 개수, 상기 기지국이 가지고 있는 전체 프리앰블 개수 및 보조 변수를 이용하여 특정 변수를 산출하고, 산출된 상기 특정 변수와 랜덤 액세스 프리앰블의 충돌에 처음 참여하는 신규 단말의 개수를 이용하여 상기 평균 개수를 갱신하는 것을 특징으로 하는 랜덤 액세스 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 보조 변수는,
RACH(Random Access Channel) 슬롯 주기 별 상향 링크 자원의 사용량을 미리 설정된 임계값보다 작게 유지하면서 랜덤 액세스 통신을 성공하는 단말의 개수를 최대화하는 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 랜덤 액세스 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 프리앰블 전송 단계는,
상기 임의의 변수가 상기 전송 확률보다 작으면 전체 랜덤 액세스 프리앰블 중에서 하나를 선택하여 현재의 RACH로 전송하고, 상기 임의의 변수가 상기 전송 확률보다 작지 않으면 다음의 RACH까지 전송을 대기하는 것을 특징으로 하는 랜덤 액세스 방법.
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제 1 항에 있어서,
상기 제 2 알고리즘은,
상기 제 3 메시지의 전송 결과가 충돌 상태에 해당되고, 상기 제 3 메시지를 재전송 하지 않는 경우, 다른 단말의 재전송 결과가 성공(success) 상태이면 상기 제 3 메시지를 제 2 전송 확률로 다시 재전송하는 것을 특징으로 하는 랜덤 액세스 방법.
기지국이 랜덤 액세스 통신을 제어하는 방법에 있어서,
적어도 하나 이상의 단말로 제 1 알고리즘에 의해 산출된 전송 확률을 전송하는 전송 확률 전송 단계;
상기 단말로부터 랜덤 액세스 프리앰블(random access preamble)을 수신하는 프리앰블 수신 단계;
상기 랜덤 액세스 프리앰블에 대해 PUSCH(Physical Uplink Shared Channel)에 상향 링크 자원(uplink resource)을 할당하고, 상기 단말에 랜덤 액세스 응답 메시지를 전송하는 응답 메시지 전송 단계;
상기 단말로부터 제 3 메시지를 수신하되, 상기 제 3 메시지의 수신 결과가 충돌(Collision) 상태에 해당되면 제 2 알고리즘을 이용하여 재전송된 제 3 메시지를 수신하는 제 3 메시지 수신 단계; 및
성공적으로 디코딩된 상기 제 3 메시지를 전송한 단말로 제 4 메시지를 전송하는 제 4 메시지 전송 단계;를 포함하되,
상기 제 2 알고리즘은,
상기 제 3 메시지의 전송 결과가 충돌 상태에 해당되면 상기 제 3 메시지를 제 1 전송 확률로 재전송하거나 대기하되,
상기 제 3 메시지를 재전송하는 경우, 재전송 결과가 충돌 상태에 해당되면 상기 제 3 메시지를 제 1 전송 확률로 다시 재전송하거나 대기하며,
상기 제 3 메시지의 전송 결과가 충돌 상태에 해당되고, 상기 제 3 메시지를 재전송 하지 않는 경우, 다른 단말이 유휴(idle) 상태이면 상기 제 3 메시지를 다시 재전송하거나 대기하는 것을 특징으로 하는 랜덤 액세스 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 제 1 알고리즘은,
랜덤 액세스 프리앰블의 미전송 개수에 기초하여 랜덤 액세스 통신을 수행하려는 단말의 평균 개수를 추정하고, 추정된 상기 평균 개수를 입력하여 상기 전송 확률을 산출하는 것을 특징으로 하는 랜덤 액세스 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 제 1 알고리즘은,
상기 미전송 개수, 상기 기지국이 가지고 있는 전체 프리앰블 개수 및 보조 변수를 이용하여 특정 변수를 산출하고, 산출된 상기 특정 변수와 랜덤 액세스 프리앰블의 충돌에 처음 참여하는 신규 단말의 개수를 이용하여 상기 평균 개수를 갱신하는 것을 특징으로 하는 랜덤 액세스 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 보조 변수는,
RACH(Random Access Channel) 슬롯 주기 별 상향 링크 자원의 사용량을 미리 설정된 임계값보다 작게 유지하면서 랜덤 액세스 통신을 성공하는 단말의 개수를 최대화하는 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 랜덤 액세스 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 제 3 메시지 수신 단계는,
상기 제 3 메시지에 대응되는 상기 랜덤 액세스 프리앰블에 기초하여 상기 제 3 메시지의 수신 결과가 충돌 상태인지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 랜덤 액세스 방법.
랜덤 액세스 통신을 제어하는 기지국에 있어서,
적어도 하나 이상의 단말로 제 1 알고리즘에 의해 산출된 전송 확률을 전송하는 송신부; 및
상기 단말로부터 랜덤 액세스 프리앰블(random access preamble)을 수신하는 수신부를 포함하되,
상기 송신부는,
상기 랜덤 액세스 프리앰블에 대해 PUSCH(Physical Uplink Shared Channel)에 상향 링크 자원(uplink resource)을 할당하고 상기 단말에 랜덤 액세스 응답 메시지를 전송하며, 성공적으로 디코딩된 제 3 메시지를 전송한 단말로 제 4 메시지를 전송하고,
상기 수신부는,
상기 단말로부터 상기 제 3 메시지를 수신하되, 상기 제 3 메시지의 수신 결과가 충돌(Collision) 상태에 해당되면 제 2 알고리즘을 이용하여 재전송된 제 3 메시지를 수신하되,
상기 제 2 알고리즘은,
상기 제 3 메시지의 전송 결과가 충돌 상태에 해당되면 상기 제 3 메시지를 제 1 전송 확률로 재전송하거나 대기하되,
상기 제 3 메시지를 재전송하는 경우, 재전송 결과가 충돌 상태에 해당되면 상기 제 3 메시지를 제 1 전송 확률로 다시 재전송하거나 대기하며,
상기 제 3 메시지의 전송 결과가 충돌 상태에 해당되고, 상기 제 3 메시지를 재전송 하지 않는 경우, 다른 단말이 유휴(idle) 상태이면 상기 제 3 메시지를 다시 재전송하거나 대기하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 기지국.
랜덤 액세스 통신을 수행하는 단말에 있어서,
기지국으로부터 제 1 알고리즘에 의해 산출된 전송 확률을 수신하는 수신부; 및
상기 전송 확률과 단위 간격 내에서 생성된 임의의 변수에 기초하여 PRACH(Physical Random Access Channel)로 랜덤 액세스 프리앰블(random access preamble)을 전송하는 송신부를 포함하되,
상기 수신부는,
상기 기지국으로부터 상기 랜덤 액세스 프리앰블에 대한 랜덤 액세스 응답 메시지를 수신하며, 제 4 메시지를 수신하고,
상기 송신부는,
응답 메시지 수신에 기초하여 PUSCH(Physical Uplink Shared Channel)에 할당된 상향 링크 자원(uplink resource)으로 제 3 메시지를 전송하되, 상기 제 3 메시지의 전송 결과가 충돌(Collision) 상태에 해당되면 제 2 알고리즘을 이용하여 상기 제 3 메시지를 재전송하되,
상기 제 2 알고리즘은,
상기 제 3 메시지의 전송 결과가 충돌 상태에 해당되면 상기 제 3 메시지를 제 1 전송 확률로 재전송하거나 대기하되,
상기 제 3 메시지를 재전송하는 경우, 재전송 결과가 충돌 상태에 해당되면 상기 제 3 메시지를 제 1 전송 확률로 다시 재전송하거나 대기하며,
상기 제 3 메시지의 전송 결과가 충돌 상태에 해당되고, 상기 제 3 메시지를 재전송 하지 않는 경우, 다른 단말이 유휴(idle) 상태이면 상기 제 3 메시지를 다시 재전송하거나 대기하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 단말.