KR102527359B1

KR102527359B1 - 사물인터넷 환경에서 커버리지 레벨과 서브캐리어 스페이싱 설정 및/또는 멀티-톤 설정을 고려한 랜덤 액세스 방법

Info

Publication number: KR102527359B1
Application number: KR1020160154109A
Authority: KR
Inventors: 이태진; 김윤민
Original assignee: 성균관대학교산학협력단
Priority date: 2016-04-08
Filing date: 2016-11-18
Publication date: 2023-05-02
Also published as: KR20170115933A

Abstract

셀룰러 기반 사물통신 단말과 기지국간의 랜덤 액세스 과정에서의 상향링크 데이터 전송을 위한 단말에서의 랜덤 액세스 방법이 개시된다. 상기 방법은 사물통신 단말과 상기 기지국간에 랜덤 액세스 과정을 수행하는 단계를 포함하되, 상기 랜덤 액세스 과정은 커버리지 레벨과 멀티-톤 전송 지원 여부를 고려하여 PRACH(Physical Random Access Channel) 자원을 선택하는 단계를 포함한다. 셀룰러 기반 IoT 시스템에서 동작하는 사물통신 단말 또는 사물통신 디바이스가 랜덤 액세스를 수행할 때 커버리지 레벨, 서브캐리어 스페이싱 설정, 멀티-톤 설정에 대응하여 단말이 효율적인 랜덤 액세스 과정을 수행할 수 있으며, 커버리지 레벨 변경을 최소화하여 커버리지 레벨 변경시 반복전송(Repetition) 횟수의 증가 및 커버리지 레벨에 대응하는 PRACH 자원까지 대기하여 발생하는 단말의 동작시간을 감소시켜, 에너지 소비를 줄이고, 지연시간 성능을 향상시킬 수 있다.

Description

사물인터넷 환경에서 커버리지 레벨과 서브캐리어 스페이싱 설정 및/또는 멀티-톤 설정을 고려한 랜덤 액세스 방법 {Method for performing random access considering coverage level, subcarrier spacing and/or multi-tone transmission}

본 발명은 사물 통신 단말 또는 사물통신 디바이스에서의 랜덤 액세스 수행 방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는, 셀룰러 기반 IoT(Internet of Things) 환경의 사물통신 단말 또는 사물통신 디바이스가 랜덤 액세스 수행과정이 지속적으로 실패하는 경우 효율적인 프리앰블(Preamble)을 선택하고 랜덤 액세스를 수행하는 방법에 관한 것이다.

사물인터넷 환경 구현을 위한 셀룰러 기반 IoT 시스템에서는 대규모로 존재하는 단말들-예를 들어, 사물통신 단말 또는 사물통신 디바이스-의 서비스 제공을 위해 면허 대역에서의 넓은 커버리지를 바탕으로 신뢰성 있는 연결을 제공을 목표로 하고 있다.

셀룰러 기반 IoT 시스템의 예로서 NB-IoT(Narrow Band-IoT)의 경우 MTC(Machine Type Communication)의 1.4MHz 대역폭보다 감소된 대역폭, 즉 상향링크 및 하향링크 모두 1.4MHz 대역폭보다 감소된 대역폭-예를 들어 180kHz-을 사용하여 저속 데이터 레이트로 센서 중심의 응용에 적합한 IoT 서비스를 제공한다.

NB-IoT에서는 하향링크에서는 OFDMA를 사용하며, 매우 작은 서브캐리어 스페이싱, 예를 들어, 15kHz 서브캐리어 스페이싱을 사용할 수 있다.

NB-IoT 상향링크에서는 SC-FDMA를 사용할 수 있다. NB-IoT 상향링크에서는 3.75 kHz 또는 15kHz 서브캐리어 스페이싱을 사용할 수 있다.

랜덤 액세스는 단말의 기지국의 연결 및 데이터 송신을 위하여 단말이 임의의 시간에 기지국에 전송하는 일종의 데이터전송을 위한 절차로써, 모든 단말에서 시작되는 통신의 시작 역할을 하게 된다. 특히, 넓은 커버리지 영역이 요구되는 NB-IoT 서비스 특성을 반영하기 위해 20dB 이상의 커버리지가 확대된 매우 멀리 떨어진 단말에서 송신되는 랜덤 액세스 과정의 신호를 기지국이 성공적으로 수신할 수 있고 이에 대한 응답신호를 역시 장거리의 해당 단말에 성공적으로 보낼 수 있는 방법이 요구된다.

NB-IoT의 SC-FDMA 기반 상향링크 설계시, NB-IoT 의 감소된 대역폭으로 인하여 LTE 랜덤 액세스 절차를 수행하기 위하여, PRACH(Physical Random Access Channel) 설계에 수정이 필요하고, 이러한 수정은 LTE 랜덤 액세스 절차의 일부에 영향을 미칠 수 있다.

LTE 랜덤 액세스는 무선 링크를 설정할 때의 초기 액세스, 스케쥴링 요청(scheduling request)과 같은 여러 목적으로 사용되며, 랜덤 액세스의 주된 목적은 상향링크 동기화를 달성하여 데이터 전송을 준비하는 것이다. 랜덤 액세스는 경쟁 기반 랜덤 액세스(contention-based random access) 또는 비경쟁 랜덤 액세스(contention-free random access)가 될 수 있다.

셀룰러 기반 IoT 시스템-예를 들어 NB-IoT(Narrow Band-Internet of Thing) 시스템-에서는 단말의 채널상태에 따라 복수의 커버리지 클래스(Coverage Class, CC) 또는 커버리지 레벨(Coverage Level)로 나누어 서비스를 제공하는 방식을 고려하고 있다. 커버리지 클래스(CC) 또는 커버리지 레벨(CL)은 일반적으로 기본 커버리지(normal coverage, 이하 CC1 또는 CL1), 로버스트 커버리지(robust coverage, 이하 CC2 또는 CL2), 극한 커버리지(extreme coverage, 이하 CC3 또는 CL3)로 나뉘며, 기지국은 커버리지 클래스(CC) 또는 커버리지 레벨(CL)에 따라 단말이 사용하는 자원의 위치, 반복전송(repetition) 횟수, MCS(Modulation and Coding Scheme) 등의 파라미터를 차별화하여 각 커버리지 클래스(CC) 또는 커버리지 레벨(CL)에 속하는 단말들이 채널상태에 따라 최적화된 서비스를 제공받을 수 있도록 한다.

또한, NB-IoT에서는 단말이 상향링크 전송시 사용하는 서브캐리어 스페이싱(subcarrier spacing) 및/또는 멀티-톤 전송(multi-tone) 지원여부에 따라 3가지의 설정(Configuration)으로 정의하여 지원할 수 있다. 상향링크 전송시 각각의 서브캐리어 스페이싱 설정, 및/또는 멀티-톤 설정별 성능 특성은 표 1과 같다.

3.75kHz, single-tone	채널상태 나쁨, 낮은 전송률, cell 외곽에 위치한 단말
15kHz, single-tone	채널상태 중간, 중간 전송률, cell 중심에서 약 10km 까지의 반경내 위치한 단말
15kHz, multi-tone	채널상태 좋음, 높은 전송률, cell 중심에 위치한 단말

기존에 논의된 NB-IoT 시스템에서 단말의 랜덤 액세스 과정에서는 실패 및 단말이 선택한 커버리지 클래스(CC) 또는 커버리지 레벨(CL)에서 랜덤 액세스를 수행할 때 프리앰블 전송(Preamble, Message1)에 대한 RAR(Random Access Response, Message2)을 수신하지 못하거나, 연결요청(Connection Request, Message3) 전송에 대한 응답인 경쟁해소(Contention Resolution, Message4)를 수신하지 못하는 경우 랜덤 액세스 과정을 재수행하며, 프리앰블 전송부터 다시 수행한다. 이때 사전에 정의된 특정횟수 이상 연속적인 프리앰블 재전송이 발생하면, 단말은 한 단계 낮은 채널상태를 지원하는 커버리지 클래스(CC) 또는 커버리지 레벨(CL)로 변경하여 다시 랜덤 액세스를 수행하여 데이터 전송을 준비하게 된다. 그러나 이러한 커버리지 클래스(CC) 또는 커버리지 레벨(CL) 변경 후 랜덤 액세스 재수행을 하는 절차는 단말이 변경된 커버리지 클래스(CC) 또는 커버리지 레벨(CL)에서 랜덤 액세스를 수행할 때 증가된 반복전송(Repetition) 횟수로 해당 PRACH에서 랜덤 액세스 과정을 처음부터 다시 수행해야 하기 때문에 단말의 동작시간과 지연시간이 크게 증가하는 문제가 발생하게 된다.

따라서 본 발명에서는 셀룰러 기반의 IoT 시스템-예를 들어 NB-IoT-에서 단말이 랜덤 액세스 수행시 서브캐리어 스페이싱 및/또는 멀티-톤 설정에 대응하여 각 커버리지 클래스(CC) 또는 커버리지 레벨(CL) 내에서 서브캐리어 스페이싱 및/또는 멀티-톤 설정의 단계별 성능을 고려한, 랜덤 액세스 과정에서의 순차적인 프리엠블(Preamble) 자원 사용 방법을 제공한다. 구체적으로, 단말이 랜덤 액세스 과정에서 상향링크 데이터 전송을 위한 연결요청 메시지Message3 전송 실패시 랜덤 액세스를 재수행하는 과정에서 프리앰블 전송을 위한 자원을 선택할 때, 일차적으로 커버리지 클래스(CC) 또는 커버리지 레벨(CL)내에서 사용하는 서브캐리어 스페이싱 및/또는 멀티-톤 설정을 변경하여 재전송을 시도한 뒤 커버리지 클래스(CC) 또는 커버리지 레벨(CL)내에서 제공하는 서브캐리어 스페이싱 및/또는 멀티-톤 설정의 마지막 단계까지 랜덤 액세스 과정을 실패하는 경우 커버리지 클래스(CC) 또는 커버리지 레벨(CL)을 변경하여 랜덤 액세스를 재수행 하는 방법을 제공한다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 셀룰러 기반의 IoT 시스템-예를 들어 NB-IoT-에서 커버리지 클래스(CC) 또는 커버리지 레벨(CL)과 상향링크 서브캐리어 스페이싱 및/또는 멀티-톤 설정을 고려한 효율적인 랜덤 액세스 방법을 제공한다.

본 발명의 일측면에 따른 셀룰러 기반 사물통신 단말과 기지국간의 랜덤 액세스 과정에서의 상향링크 데이터 전송을 위한 단말에서의 랜덤 액세스 방법은, 상기 사물통신 단말과 상기 기지국간에 랜덤 액세스 과정을 수행하는 단계를 포함하되, 상기 랜덤 액세스 과정은 커버리지 레벨과 멀티-톤 전송 지원 여부를 고려하여 PRACH(Physical Random Access Channel) 자원을 선택하는 단계를 포함한다.

상기 커버리지 레벨과 멀티-톤 전송 지원 여부를 고려하여 랜덤 액세스 자원을 선택하는 단계는 상기 사물통신 단말에서 상향링크 데이터 전송을 위해 연결을 요청하는 메시지(Message3) 전송이 아직 안된 경우, 선택된 커버리지 레벨과 멀티-톤 전송 지원 여부를 고려하여 랜덤 액세스 자원을 선택할 수 있다.

상기 사물통신 단말에서 상향링크 데이터 전송을 위해 연결을 요청하는 메시지(Message3) 전송이 아직 안된 경우, 선택된 커버리지 레벨과 멀티-톤 전송 지원 여부를 고려하여 랜덤 액세스 자원을 선택하는 단계는 상기 사물통신 단말에서 상향링크 데이터 전송을 위해 연결을 요청하는 메시지(Msg3)의 전송 실패 또는 경쟁 해소(Contention Resolution)의 미수신이 연속적으로 발생하여 프리엠블 전송 횟수가 프리엠블 최대 전송 횟수를 초과한 경우 선택된 커버리지 레벨과 동일한 커버리지 레벨내에서 사용되는 서브캐리어 스페이싱 및/또는 멀티-톤 설정을 사용하는 랜덤 액세스 자원을 선택할 수 있다.

상기 커버리지 레벨과 멀티-톤 전송 지원 여부를 고려하여 랜덤 액세스 자원을 선택하는 단계는 상기 사물통신 단말에서 상향링크 데이터 전송을 위해 연결을 요청하는 메시지(Message3) 전송이 아직 안된 경우, 선택된 커버리지 레벨에 상응하며 상기 멀티-톤 전송 지원에 상응하는 랜덤 액세스 자원을 선택하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 사물통신 단말에서 상향링크 데이터 전송을 위해 연결을 요청하는 메시지(Message3) 전송이 아직 안된 경우, 선택된 커버리지 레벨과 멀티-톤 전송 지원 여부를 고려하여 랜덤 액세스 자원을 선택하는 단계는 상기 사물통신 단말에서 상향링크 데이터 전송을 위해 연결을 요청하는 메시지(Message3) 전송이 아직 안된 경우, 선택된 커버리지 레벨과 동일한 커버리지 레벨내에서 사용되는 멀티-톤 설정을 사용하는 랜덤 액세스 자원을 선택할 수 있다.

상기 사물통신 단말에서 상향링크 데이터 전송을 위해 연결을 요청하는 메시지(Message3) 전송이 아직 안된 경우, 선택된 커버리지 레벨과 멀티-톤 전송 지원 여부를 고려하여 랜덤 액세스 자원을 선택하는 단계는 상기 사물통신 단말에서 상향링크 데이터 전송을 위해 연결을 요청하는 메시지(Message3) 전송이 아직 안된 경우 상기 선택된 커버리지 레벨과 동일한 커버리지 레벨에서 멀티-톤 설정을 변경하여 랜덤 액세스를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 사물통신 단말에서 상향링크 데이터 전송을 위해 연결을 요청하는 메시지(Message3) 전송이 아직 안된 경우, 선택된 커버리지 레벨과 멀티-톤 전송 지원 여부를 고려하여 랜덤 액세스 자원을 선택하는 단계는 상기 사물통신 단말에서 상향링크 데이터 전송을 위해 연결을 요청하는 메시지(Message3) 전송이 아직 안된 경우, 상기 커버리지 레벨과 서브캐리어 스페이싱 및/또는 멀티-톤 전송 지원 여부를 고려하여 랜덤 액세스 자원을 단계적으로 설정하고, 상기 랜덤 액세스 수행시 상기 사물통신 단말이 랜덤 액세스 자원을 단계적으로 선택할 수 있다.

상기 사물통신 단말에서 상향링크 데이터 전송을 위해 연결을 요청하는 메시지(Message3) 전송이 아직 안된 경우 상기 선택된 커버리지 레벨과 동일한 커버리지 레벨에서 서브캐리어 스페이싱 및/또는 멀티-톤 설정을 변경하여 랜덤 액세스를 수행하는 단계는 상기 랜덤 액세스를 시도한 뒤 상기 선택된 커버리지 레벨내에서 제공하는 서브캐리어 스페이싱 및/또는 멀티-톤 설정 조합의 마지막 단계까지 실패한 경우 최종적으로 상기 선택된 커버리지 레벨을 변경하여 상기 랜덤 액세스를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 커버리지 레벨은 노멀 커버리지(normal coverage), 로버스트 커버리지(robust coverage), 극한 커버리지(extreme coverage)를 포함할 수 있다.

상기 사물통신 단말과 기지국간의 랜덤 액세스 과정은 셀룰러 기반 협대역(Narrowband) 사물통신에 적용할 수 있다.

상기 사물통신 단말은 180kHz의 채널 대역폭을 사용하는 무선접속망을 액세스 가능한 NB-IoT(Narrowband-Internet of Thing) 단말을 포함할 수 있다.

상기 멀티-톤 전송 지원 여부는 멀티-톤 Message 3 전송 지원 여부가 될 수 있다. 상기 랜덤 액세스 과정은 상기 사물통신 단말에서 상기 커버리지 레벨을 선택하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 상향링크 데이터 전송을 위해 연결을 요청하는 메시지(Message3) 전송이 아직 안된 경우는 상기 사물통신 단말에서 첫번째 랜덤액세스 프리엠블 전송을 수행하는 경우가 될 수 있다.

상기 사물통신 단말과 상기 기지국간에 랜덤 액세스 과정은 상기 사물통신 단말에서 랜덤액세스 프리엠블을 기지국으로 전송하는 단계와, 상기 사물통신 단말에서 기지국으로부터 RAR(Random Access Response) 메시지를 수신하는 단계와, 상기 사물통신 단말에서 상향링크 데이터 전송을 위해 연결을 요청하는 메시지(Message 3)를 상기 기지국으로 전송하는 단계와, 상기 사물통신 단말에서 상기 사물통신 단말이 전송한 Message 3가 상기 기지국에 수신되었음을 알려주는 경쟁 해소(Contention Resolution)를 수신하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 랜덤 액세스 과정은 사용할 랜덤 액세스 프리엠블이 상기 기지국으로부터 명시적으로 시그널링되지 않은 경우에 수행될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 셀룰러 기반 사물통신을 위한 기지국과의 상향링크 데이터 전송을 위한 랜덤 액세스 과정을 수행하는 사물통신 단말기는, 안테나를 통하여 기지국과 무선 신호를 송신 또는 수신하는 트랜시버와, 상기 트랜시버를 제어하여 상기 무선 신호를 전송할 시점을 결정하는 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는 상기 사물통신 단말과 상기 기지국간에 랜덤 액세스 과정을 수행하는 단계를 처리하되, 상기 랜덤 액세스 과정은 커버리지 레벨과 멀티-톤 전송 지원 여부를 고려하여 랜덤 액세스 자원을 선택하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 셀룰러 기반 사물통신을 위한 기지국과의 상향링크 데이터 전송을 위한 랜덤 액세스 과정을 수행하는 사물통신 디바이스는, 안테나를 통하여 기지국과 무선 신호를 송신 또는 수신하는 트랜시버와, 상기 트랜시버를 제어하여 상기 무선 신호를 전송할 시점을 결정하는 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는 상기 사물통신 디바이스와 상기 기지국간에 랜덤 액세스 과정을 수행하는 단계를 처리하되, 상기 랜덤 액세스 과정은 커버리지 레벨과 멀티-톤 전송 지원 여부를 고려하여 랜덤 액세스 자원을 선택하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 셀룰러 기반 사물통신 단말과 기지국간의 랜덤 액세스 방법은, 상기 기지국에서 상기 사물통신 단말로부터 랜덤액세스 프리엠블을 전송받는 단계와, 상기 사물통신 단말로 RAR(Random Access Response) 메시지를 전송하는 단계와, 상기 기지국에서 상기 사물통신 단말로부터 상향링크 데이터 전송을 위해 연결을 요청하는 메시지(Message 3)를 수신하는 단계와, 상기 기지국에서 상기 사물통신 단말로 상기 사물통신 단말이 전송한 Message 3가 상기 기지국에 수신되었음을 알려주는 CR(Contention Resolution)을 전송하는 단계를 포함하되, 상기 랜덤 액세스 과정은 커버리지 레벨과 멀티-톤 전송 지원 여부를 고려하여 랜덤 액세스 자원이 선택된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 셀룰러 기반 사물통신 단말과 상향링크 데이터 전송을 위한 랜덤 액세스 과정을 수행하는 기지국은, 안테나를 통하여 상기 사물통신 단말과 무선 신호를 송신 또는 수신하는 트랜시버와, 상기 트랜시버를 제어하여 상기 무선 신호를 전송할 시점을 결정하는 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는 상기 사물통신 단말로부터 랜덤액세스 프리엠블을 전송받는 단계와, 상기 사물통신 단말로 RAR(Random Access Response) 메시지를 전송하는 단계와, 상기 사물통신 단말로부터 상향링크 데이터 전송을 위해 연결을 요청하는 메시지(Message 3)를 수신하는 단계와, 상기 사물통신 단말로 상기 사물통신 단말이 전송한 Message 3가 상기 기지국에 수신되었음을 알려주는 경쟁 해소(Contention Resolution)를 전송하는 단계를 처리하되, 상기 랜덤 액세스 과정은 커버리지 레벨과 멀티-톤 전송 지원 여부를 고려하여 랜덤 액세스 자원이 선택된다.

본 발명에서는 셀룰러 기반 IoT 시스템에서 동작하는 사물통신 단말 또는 사물통신 디바이스가 랜덤 액세스를 수행할 때 커버리지 클래스 또는 커버리지 레벨과 서브캐리어 스페이싱 설정 및/또는 멀티-톤 설정에 대응하여 단말이 효율적인 랜덤 액세스 과정을 수행할 수 있는 방법을 제공한다.

사물통신 단말 또는 사물통신 디바이스에서, 랜덤 액세스 과정 시 상향링크 데이터 전송을 수행하기 위한 연결 요청 메시지 Message 3 전송이 아직 안된 경우, 커버리지 클래스(CC) 또는 커버리지 레벨과 서브캐리어 스페이싱 설정 및/또는 멀티-톤 전송 지원 여부를 고려하여 PRACH 자원 및 프리앰블을 선택함으로써, 넓은 커버리지 서비스를 지원하기 위해 도입된 커버리지 클래스(CC) 또는 커버리지 레벨을 추가적으로 세분화하여 사물통신 단말 또는 사물통신 디바이스가 최적의 설정으로 데이터를 전송할 수 있도록 한다. 또한, 커버리지 클래스(CC) 또는 커버리지 레벨 변경을 최소화하여 커버리지 클래스(CC) 또는 커버리지 레벨 변경시 반복전송(Repetition) 횟수의 증가 및 커버리지 클래스(CC) 또는 커버리지 레벨에 대응하는 PRACH 자원까지 대기하여 발생하는 단말의 동작시간을 감소시켜, 에너지 소비를 줄이고, 지연시간 성능을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 셀룰러 기반 IoT 시스템에서 동작하는 사물통신 단말 또는 사물통신 디바이스에서의 상향링크 데이터 전송을 위한 랜덤 액세스 수행방법을 통해 사물통신 단말 또는 사물통신 디바이스는 커버리지 클래스 또는 커버리지 레벨내에서 서브캐리어 스페이싱 및/또는 멀티-톤 설정을 통해 세분화된 전송방법의 활용을 최대화할 수 있으며, 이에 따라 커버리지 클래스 또는 커버리지 레벨 변경을 최소화하여 커버리지 클래스 또는 커버리지 레벨 변경시 발생하는 사물통신 단말 또는 사물통신 디바이스의 동작시간 및 지연시간의 증가를 완화하여 에너지 소비와 지연시간 성능을 향상시킬 수 있다.

사물통신 단말 또는 사물통신 디바이스의 서브캐리어 스페이싱 및/또는 멀티-톤 전송 설정을 효율적으로 활용하여 상향링크 데이터 재전송을 위한 랜덤 액세스 수행을 간소화하여 사물통신 단말 또는 사물통신 디바이스에서의 지연시간 및 에너지 소비를 감소시킬 수 있다.

도 1은 기존 LTE 환경에서 시간-주파수 영역에서의 PRACH 자원 구성을 나타낸 개념도이다.
도 2는 NB-IoT(Narrow Band-Internet of Thing)에서 3.75kHz 서브캐리어 스페이싱을 사용하는 경우의 상향 링크 단일-톤 전송을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 NB-IoT(Narrow Band-Internet of Thing)에서 15kHz 서브캐리어 스페이싱을 사용하는 경우의 상향 링크 싱글-톤 전송 또는 멀티-톤 전송을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 싱글-톤 프리엠블 및 멀티-톤 프리엠블을 포함하는 PRACH 자원 구성을 나타낸 개념도이다.
도 5은 본 발명의 일실시예에 따른 셀룰러 기반 협대역(Narrowband) 사물통신에서 사물통신 단말과 기지국간의 랜덤 액세스 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 랜덤 액세스 동작 중 단말의 동일 프리앰블 선택에 의한 Message 3 충돌을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7은 도 6에서 Message 3 전송이 아직 안된 경우의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8는 본 발명의 일실시예에 따른 기지국 환경 및 커버리지 레벨에 따른 PRACH 자원사용 현황 및 순서를 나타낸 개념도이다.
도 9는 도 8의 커버리지 레벨별 PRACH 프리엠블 자원 구성의 예를 나타낸 도면이다.
도 10은 커버리지 레벨을 고려한 상향링크 데이터 전송을 위한 랜덤 액세스 수행방법을 나타낸 순서도이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 커버리지 레벨과 서브캐리어 스페이싱 및/또는 멀티-톤 설정을 고려한 단말의 상향링크 데이터 전송을 위한 랜덤 액세스 수행방법을 나타낸 순서도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 커버리지 레벨과 서브캐리어 스페이싱 및/또는 멀티-톤 설정을 고려한 단말의 상향링크 데이터 전송을 위한 랜덤 액세스 수행방법을 나타낸 순서도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 커버리지 레벨과 서브캐리어 스페이싱 설정을 고려한 단말의 상향링크 데이터 전송을 위한 랜덤 액세스 수행을 위한 자원할당예시를 나타낸 개념도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 커버리지 레벨과 멀티-톤 설정을 고려한 단말의 상향링크 데이터 전송을 위한 랜덤 액세스 수행을 위한 자원할당예시를 나타낸 개념도이다.
도 15는본 발명의 일실시예에 따른 NB-IoT 단말의 개략적인 블록도이다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 NB-IoT 통신 시스템의 개략적인 블록도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

단말은 이동국(MS), 사용자 장비(UE; User Equipment), 사용자 터미널(UT; User Terminal), 무선 터미널, 액세스 터미널(AT), 터미널, 고정 또는 이동 가입자 유닛(Subscriber Unit), 가입자 스테이션(SS; Subscriber Station), 셀룰러 전화, 무선 기기(wireless device), 무선 통신 디바이스, 무선송수신유닛(WTRU; Wireless Transmit/Receive Unit), 이동 노드, 모바일, 모바일국, 개인 휴대 정보 단말(personal digital assistant; PDA), 스마트폰, 랩톱, 넷북, 개인용 컴퓨터, 무선 센서, 소비자 전자기기(CE) 또는 다른 용어들로서 지칭될 수 있다.

단말의 다양한 실시예들은 셀룰러 전화기, 무선 통신 기능을 가지는 스마트 폰, 무선 통신 기능을 가지는 개인 휴대용 단말기(PDA), 무선 모뎀, 무선 통신 기능을 가지는 휴대용 컴퓨터, 무선 통신 기능을 가지는 디지털 카메라와 같은 촬영장치, 무선 통신 기능을 가지는 웨어러블 디바이스, 무선 통신 기능을 가지는 게이밍 장치, 무선 통신 기능을 가지는 음악저장 및 재생 가전제품, 무선 인터넷 접속 및 브라우징이 가능한 인터넷 가전제품뿐만 아니라 그러한 기능들의 조합들을 통합하고 있는 휴대형 유닛 또는 단말기들을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 기지국은 일반적으로 단말과 통신하는 고정된 지점을 말하며, 베이스 스테이션(base station), 노드-B(Node-B), e노드-B(eNode-B), 어드밴스드 기지국(advanced base station; ABS), HR-BS, 사이트 제어기, BTS(base transceiver system), 액세스 포인트(Access Point, AP) 또는 무선 환경에서 동작할 수 있는 임의의 다른 타입의 인터페이싱 디바이스를 포함할 수 있지만, 이들로 제한되진 않는다.

기지국은 기지국 제어기(base station controller; BSC), 라디오 네트워크 제어기(radio network controller; RNC), 중계 노드들 등과 같은 다른 기지국들 및/또는 네트워크 엘리먼트들(도시되지 않음)을 또한 포함할 수 있는 RAN의 일부일 수 있다. 기지국은 셀(도시되지 않음)로서 지칭될 수 있는 특정한 지리적인 영역 내에서 무선 신호들을 송신 및/또는 수신하도록 구성될 수 있다.

셀은 또한 셀 섹터들로 분할될 수 있다. 예를 들어, 기지국과 연관된 셀은 3개의 섹터들로 분할될 수 있다. 따라서 일 실시예에서, 기지국은 3개의 트랜시버들, 즉 셀의 각 섹터마다 하나의 트랜시버를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 기지국은 다중-입력 다중 출력(multiple-input multiple output; MIMO) 기술을 이용할 수 있고, 그러므로 셀의 각 섹터에 대해 다수의 트랜시버들을 활용할 수 있다.

이하에서의 단말은 센서와 통신 기능을 내장해 사물 통신을 구현하기 위한 사물통신 단말을 포함한다. 예를 들어 사물통신 단말은 MTC(Machine Type Communication) 단말, 또는 NB-IoT(Narrow band Internet of Thing) 단말을 포함할 수 있다.

NB-IoT(Narrowband-IoT) 단말은 면허대역에서 확장된 커버리지를 제공하는 저전력 IoT 네트워크를 실현하기 위한 셀룰러 협대역 기술인 NB-IoT의 180kHz의 채널 대역폭의 무선접속망에 액세스 가능한 단말을 의미한다. 해당 협대역폭은 기존 LTE 망에서 자원 중 일부를 할당하여 사용하는 in-band, 보호주파수 대역을 활용하는 guard-band, GSM 대역 내 일부를 사용하는 stand-alone 모드로 운용할 수 있다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

NB-IoT의 경우 기존 GSM의 200kHz 대역내에서 IoT 서비스를 지원하기 위하여 1 PRB를 12개의 서브캐리어로 나눠서 사용하되 기존 대역폭을 1/6 정도 줄이는 대신 시간 영역으로는 6배 늘려서(6:1 time stretch) 사용할 수 있다. NB-IoT의 경우 복수의 커버리지 레벨 또는 커버리지 등급(coverage level or coverage class)을 가질 수 있으며, 상기 커버리지 레벨 또는 커버리지 등급은 예를 들어 기본 커버리지(basic coverage, 144dB MCL), 로버스트 커버리지(robust coverage, 154dB MCL), 극한 커버리지(extreme coverage, 164dB MCL)의 3가지로 구분될 수 있다.

NB-PRACH 상향링크 전송은 극한 커버리지 환경에서 성능을 보장이 가능하고 단말의 저전력, 저복잡도를 제공할 수 있는 단일-톤(single-tone) 전송과 함께 주파수 호핑으로 이루어질 수 있다.

상기 단일-톤(single-tone) 전송을 위해 NB-PRACH는 3.75khz의 서브캐리어 스페이싱을 사용하며, 이를 통해 15khz 대비 더 많은 프리앰블(preamble) 및 극한 커버리지 환경에서 향상된 성능을 제공하여 최대 40km 셀 크기를 지원할 수 있다.

또한, NB-PRACH는 서로 다른 셀 크기를 지원하기 위하여 2개의 CP(Cyclic prefix) 길이가 제공될 수 있다.

NB-PRACH 반복 전송(repetition transmission)은 상이한 커버리지 등급에 속하는 NB-IoT 단말들을 지원하기 위한 NB-PRACH 자원을 구성하는 방법이다. 단말들은 커버리지 등급에 따라 적절한 반복 전송을 갖는 NB-PRACH를 선택하여 동작할 수 있다.

상기 NB-PRACH 반복전송은 소정의 세트 {1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128}에서 미리 정해진 횟수만큼 제공될 수 있으며, eNB는 3개의 커버리지 등급을 고려하여 상기 소정의 세트로부터 최대 3 종류의 NB-PRACH 반복전송을 하도록 구성할 수 있다.

NB-PRACH의 Power ramping 관련하여, 셀에서 한번 이상의 반복 레벨이 구성되면, 커버리지 등급이 높은 가장 낮은 반복 레벨을 제외하고 단말은 NB-PRACH에서 최대 파워로 전송하며, 그 외의 경우는 단말은 power ramping을 사용하여 NB-PRACH를 전송하여 저전력 동작을 구현할 수 있다.

NB-IoT 단말은 랜덤 액세스 과정에서 RAR 수신 후 Msg3 전송 뒤 Msg4 수신에 실패할 수 있다. 이때 단말은 Msg3를 반복적으로 재전송하며 특정 횟수동안 연속적인 Msg4 수신을 실패하면 커버리지 등급이 불일치함을 판단하고 커버리지 등급을 변경한다. 상기 커버리지 등급을 변경하기 전까지의 재전송횟수는 NB-PDCCH내의 DCI(Downlink Control Information)에서 지시할 수 있다.

이하, NPRACH는 NB-PRACH와 동일한 의미로 사용된다.

NB-IoT에서 3.75 kHz, 15 kHz 의 서브캐리어 스페이싱(subcarrier spacing)이 상향링크(UL, uplink) 전송시 사용될 수 있다.

UL grant 관련하여, 업링크 서브캐리어 스페이싱(UL subcarrier spacing)은 3.75 kHz 또는 15 kHz을 가질수 있으며, 1bit 정보로 3.75 kHz 또는 15 kHz을 표시하여 RAR 메시지 내의 UL grant에 표시하여 사용할 수 있다. 즉, NB-IoT에서 3.75 kHz 또는 15 kHz 중에서 어떤 서브캐리어 스페이싱을 사용할지 여부를 기지국이 전송하는 RAR 메시지 내 UL grant (상향링크 할당)에 1bit를 활용하여 나타낼 수 있다.

NB-IoT에서 3.75 kHz 또는 15 kHz의 두 가지 서브캐리어 스페이싱이 RAR 메시지를 통해 랜덤 액세스(random access) 과정에서 구체적으로 사용될 수 있다.

NB-PRACH 서브캐리어 위치(subcarrier locations) 관련, 서브캐리어 오프셋내의 주파수 위치(frequency location in subcarrier offset)는 예를 들어 0, 12, 24, 36, 2, 18, 34의 7가지 값을 가질 수 있으며, 3비트로 나타낼 수 있다.

서브캐리어의 개수는 예를 들어, 12, 24, 36, 48의 4가지 값을 가질 수 있으며, 2 비트로 나타낼 수 있다.

NB-PRACH 반복은 한 주기내의 연속적인 서브프레임들(contiguous subframes within one period)을 사용하여 이루어질 수 있다. 구체적으로, NB-PRACH 반복(repetitions)은 NB-PRACH를 위한 한 주기내의 연속적인 서브프레임들 내에서 연속적으로 이어져서 전송될 수 있다(transmitted back-to-back).

NB-PRACH subcarrier locations 관련, 서브캐리어 오프셋내의 주파수 위치(frequency location in subcarrier offset)는 subcarrier의 개수(예를 들어, 12, 24, 36, 48)에 따라서 달라질 수 있다. 구체적으로, 서브캐리어 오프셋내의 주파수 위치(frequency location in subcarrier offset)는 서브캐리어(subcarrier)의 개수(예를 들어, 12, 24, 36, 48)에 따라서 0, 12, 24, 36, 2, 18, 34로 달라질 수 있으며, 서브캐리어(subcarrier)의 개수와 서브캐리어 오프셋내의 주파수 위치를 소정의 테이블에 미리 정의해 두고 사용할 수 있다.

NB-PRACH 관련하여, 업링크 전송 타이밍의 조절(adjustment of the uplink transmission timing)은 대응되는 타이밍 어드밴스 커맨드(timing advance command) 전송의 종료후 적어도 일정 시간-예를 들어 12ms-에 시작되는 제1 NB-PUSCH 전송의 시작부터 적용될 수 있다. 여기서, 타이밍 어드밴스 커맨드는 RAR내에 포함되어 전송될 수 있다.

NB-IoT에서 NB-PRACH configuration과 관련하여, 최대 3개의 NB-PRACH 자원 구성(resource configurations)이 하나의 셀 내에서 구성될 수 있다.

싱글-톤, 멀티-톤 전송을 위해 실제적으로 PRACH 자원을 나누어 사용할 수 있다. 특히, 도 9에서 제시한 커버리지 레벨에 따른 PRACH 구성에서 싱글-톤, 멀티-톤 전송을 위해 PRACH 서브캐리어를 나누어 사용할 수 있다.

싱글-톤, 멀티-톤을 통한 Msg3 전송을 위해 단말이 RACH 절차를 수행할 때 싱글-톤 전송 또는 멀티-톤 전송에 따라 PRACH에서 사용할 서브캐리어 자원을 나누어 사용할 수 있다. 구체적으로, 싱글-톤 전송을 위한 서브캐리어는 특정 PRACH 자원에서는 반드시 보장(0이 될 수 없음) 할 수 있도록 할 수 있다. 예를 들어, 싱글 톤 MSG3 전송에 사용할 서브 캐리어 개수의 비율은 적어도 NB-PRACH 반복횟수가 32, 64, 128 이외인 적어도 하나의 자원들에서 0이 될 수 없다. 또는 싱글 톤 MSG3 전송에 사용할 서브 캐리어 개수의 비율은 적어도 NB-PRACH 반복횟수가 32, 64, 128인 자원에서 0이 될 수 없다.

멀티 톤 MSG3 전송은 NB-PRACH 반복횟수가 32, 64, 128인 경우에는 지원되지 않을 수 있다.

멀티-톤 전송을 위해 사용하는 서브캐리어 자원의 범위를 2bit를 활용하여 나타낼 수 있다. 예들 들어, 멀티 톤 Msg3 전송을 지원하는 UE를 위해 예약된 서브캐리어 범위의 시작 인덱스(starting subcarrier index)는 예를 들어 2 bit를 통해 나타낼 수 있다( {0, 1/3, 2/3, 1} x N_sc^NB-PRACH ). 여기서 N_sc^NB-PRACH는 총 서브캐리어의 개수를 나타내며, 1/3 x N_sc^NB-PRACH는 총 서브캐리어의 1/3을 의미한다.

또한, 멀티-톤 Msg3 전송을 위한 서브캐리어 자원이 없는 경우 싱글-톤 Msg 3 전송을 위한 서브캐리어를 사용하도록 할 수 있다. 만약 UE가 싱글 톤 MSG3 메시지에 대하여 예약된 자원을 선택한 경우, MSG3 메시지는 싱글 톤으로 할당될 수 있다. 이는 모든 PRACH 자원이 멀티 톤 MSG3 전송을 지원하는 UE가 사용할 예약된 서브캐리어 범위(range)가 없을 경우 UE는 싱글 톤 MSG3 전송을 위해 예약된 NB-PRACH 자원(resources)를 사용해야 함을 의미한다.

NB-PRACH 자원에서 다른 서브캐리어들(멀티 톤 전송시 사용할 서브캐리어 이외의 서브캐리어들)은 싱글 톤 MSG3 전송을 위한 범위(range)로 활용될 수 있다.

Msg3 메시지 서브캐리어 할당(subcarrier allocation)은 NB-PDCCH상의 UL grant 할당(allocation)과 동일할 수 있다.

Msg3 반복 횟수(repetition number)는 NB-PUSCH 반복횟수와 동일할 수 있다.

기술적 효과 관점에서, 3.75 kHz, 15 kHz 서브캐리어 스페이싱은, 3.75 kHz 서브캐리어 스페이싱의 경우 PSD(Power Spectral Density) 성능이 상대적으로 좋기 때문에 채널 상태가 좋지 않은 환경에서도 강인하게 동작할 수 있으며, 15 kHz 서브캐리어 스페이싱의 경우 상대적으로 넓은 대역폭을 통해 단말의 상향링크 전송률을 향상시킬 수 있으나 좋은 채널 상태에서의 사용이 요구된다. 따라서, 3.75 kHz, 15 kHz 두 가지의 서브캐리어 스페이싱을 단말의 채널상태에 맞게 제공해 줌으로써 성능향상을 기대할 수 있다. 멀티-톤 전송은 다수 서브캐리어를 사용하여 싱글-톤 전송 대비 전송률을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

RAN1에서 사용되는 아래 수식을 NB-PRACH에서 power ramping 에 재사용할 수 있다. 다만 (-10*log10(numRepetitionPerPreambleAttempt) 항을 추가하고, 상기 추가된 항을 통해 반복전송 효과를 보정하도록 할 수 있다.

-REAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER는 preambleInitialReceivedTargetPower + DELTA_PREAMBLE + (PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER - 1) * powerRampingStep - 10*log10(numRepetitionPerPreambleAttempt)로 정의되며, 이때 DELTA_PREAMBLE 은 0 이다.

전송 충돌(colliding transmissions)와 관련하여,　스탠드얼론(standalone) 오퍼레이션 및 가드밴드(guard band) 오퍼레이션에 대하여, NB-PBCH를 제외한 NB-IoT channels 및 signals은 physical Cell_ID에 따라 계산된 “LTE CRS(Cell-specific reference signals)”에 대응되는 REs(Resource Elements)를 차지할 수 있다. LTE CSI-RS(Channel state information - Reference signals) 또는 PRS(Positioning Reference Signals)의 NB-IoT 시그널링은 존재하지 않는다. NB-PDCCH 및 NB-PDSCH는 in-band operation을 위해 LTE CRS(Cell-specific reference signals) 주변에 레이트 매칭될 수 있다.

충돌 스케쥴링(scheduling collision)　관련하여, NB-PDCCH로부터 grant를 수신한 NB-IoT UE 은　상기 상응하는 NB-PDSCH 또는 NB-PUSCH 전송(transmission) 시작과 상기 grant를 스케쥴하는 NB-PDCCH의 끝 사이의 시간 구간 동안에 추가적으로 임의의 DL grant 또는 UL grant에 대한 NB-PDCCH를 모니터하는 것은 필요하지 않다.　

NB-IoT　를 위한 PRACH 충돌 처리(Collision Handling)와 관련하여, 낮은 커버리지(lower coverage) 내의 UE들은 높은 커버리지 레벨(들)(higher coverage level(s))과의 NB-PRACH opportunities 충돌을 부적합(invalid) 한 것으로 취급할 수 있다. UE들은 Msg1 전송(transmission)에 적합한(valid) NB-PRACH opportunities만을 사용할 수 있다.

LTE(Long Term Evolution) 에서 단말은 데이터 전송을 위해 기지국 eNB(eNodeB)와의 링크 설정 혹은 재설정이 필요한 경우 랜덤 액세스 과정을 시작할 수 있다. 랜덤 액세스는 목적에 따라 비경쟁 방식 또는 경쟁 방식으로 동작할 수 있다.

비경쟁 방식의 랜덤 액세스 과정의 경우 핸드오버(Handover) 와 같은 특수한 목적으로만 사용되며, 일반적인 경우 단말은 경쟁 방식의 랜덤 액세스를 통해 eNB와 연결을 설정하여 데이터를 전송한다.

도 1은 기존 LTE 환경에서 시간-주파수 영역에서의 PRACH 자원 구성을 나타낸 개념도이다.

도 1을 참조하면, 랜덤 액세스를 수행하는 자원은 RA(Random Access) slot으로 불리는 연속적인 시간-주파수의 랜덤 액세스 자원(12)으로 구성되며, 단말은 RA slot에서 프리앰블(Preamble)을 전송하여 전송요청을 시작할 수 있다.

프리앰블이 전송되는 자원을 PRACH(Physical Random Access Channel)이라 하며, PUSCH(Physical Uplink Shared Channel) 채널의 일정 부분으로 할당하여 사용한다. 도 1에 도시된 바와 같이 주파수 영역에서 PRACH 자원은 6개의 자원블록(Resource Block; RB)에 해당하는 대역폭을 가진다.

각 셀(Cell)은 64개의 프리앰블을 제공하며, 이중 일부는 비경쟁 방식의 랜덤 액세스를 지원하기 위해 예약되어 있으며, 나머지 프리앰블 자원은 다시 Group A와 Group B의 자원으로 나뉘게 된다. Group A는 작은(small) 패킷을 전송하기 위해, Group B는 큰(large) 패킷을 전송하기 위해 사용한다. 이외에, RA slot의 주기성, 경쟁 기반 랜덤 액세스 에서 사용하는 프리앰블 수, Group A 에서 최대로 허용되는 메시지 크기 등 랜덤 액세스 관련 파라미터들은 SIB 2(System Information Block 2) 메시지를 통해 단말에게 전달된다.

NB-IoT(Narrow Band-Internet of Thing) 상향링크 및 랜덤 액세스 전송의 경우 축소된 180kHz 대역을 할당하여 사용할 수 있으며, 단일 서브캐리어(subcarrier)를 사용하는 싱글-톤 전송과, 다수의 서브 캐리어를 사용하는 멀티-톤 전송으로 구분 할 수 있다.

도 2는 NB-IoT(Narrow Band-Internet of Thing)에서 단말이 3.75kHz 서브캐리어 스페이싱을 사용하는 경우의 상향 링크 단일-톤 전송을 설명하기 위한 개념도이며, 도 3은 NB-IoT(Narrow Band-Internet of Thing)에서 15kHz 서브캐리어 스페이싱을 사용하는 경우의 상향 링크 싱글-톤 전송 또는 멀티-톤 전송을 설명하기 위한 개념도이다.

싱글-톤 전송의 경우, 도 2와 같은 3.75kHz 서브캐리어 스페이싱을 사용하는 싱글-톤 전송(20) 또는 도 3과 같은 15 kHz 서브캐리어 스페이싱을 사용하는 싱글-톤 전송(30)이 가능하다. 싱글-톤 전송의 경우 좁은 주파수대역 사용으로 데이터 전송률은 낮지만, 주파수 대역에 전력이 집중되어 채널 상태가 좋지 않은 환경에서도 커버리지 효율이 높고, 멀티-톤 전송방식에 비해 디바이스 비용 및 디바이스 복잡도가 감소될 수 있다.

멀티-톤 전송의 경우, 단말은 도 3과 같은 15 kHz 서브캐리어 스페이싱을 사용하는 멀티-톤 전송(35)이 가능하다. 멀티-톤 전송의 경우 다수의 서브캐리어 사용으로 높은 데이터 전송률을 보장하지만, 비교적 넓은 대역폭을 사용하므로 채널 상태가 좋은 환경이어야 하며, 신호처리 증가로 인한 디바이스 비용이 증가하고 디바이스 복잡도가 증가할 수 있다.

도 4는 NB-IoT 시스템에서 싱글-톤 및 멀티-톤 Msg3 전송을 수행하기 위한 프리엠블을 포함하는 PRACH 자원 구성을 나타낸 개념도이다.

도 4를 참조하면, PRACH 자원은 0, 1, …, (

-1)으로 넘버링된 싱글-톤 프리엠블(40) 및 (

), …, (

-1)으로 넘버링된 멀티-톤 프리엠블(50)으로 구성될 수 있다.

이외에 PRACH 자원은 기지국에서 단말로 전송되는 아래 파라미터들로 정의될 수 있다.

: NPRACH 자원 주기(resource periodicity)

: 할당된 NPRACH 의 첫 번째 subcarrier의 주파수 위치 (frequency location of the first sub-carrier allocated to NPRACH)

: NPRACH에 할당된 서브캐리어 개수(number of sub-carriers allocated to NPRACH)

: 각 시도별 NPRACH 반복 개수(number of NPRACH repetition per attempt)

: NPRACH 시작 시간(starting time)

: 멀티-톤 msg3 전송을 지원하는 UE를 위해 예약된 NPRACH 서브캐리어의 범위의 시작 서브캐리어 인덱스를 계산하기 위한 비율 값(fraction for calculating starting subcarrier index for the range of NPRACH subcarriers reserved for indication of UE support for multi-tone msg3 transmission)

이하, 경쟁 기반의 랜덤 액세스 과정에 대해 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 셀룰러 기반 협대역(Narrowband) 사물통신에서 사물통신 단말과 기지국간의 랜덤 액세스 과정을 설명하기 위한 순서도 이며, 도 6은 랜덤 액세스 동작 중 단말의 동일 프리앰블 선택에 의한 Message 3 충돌을 설명하기 위한 순서도이다.

1. Message 1 전송 [프리앰블 전송]

도 5를 참조하면, NB-IoT 단말은 랜덤 액세스를 시작하며 프리엠블(Preamble)을 기지국으로 전송한다 (단계 501). 이때 단말은 커버리지 레벨에 대응하는 자원 내에서 프리앰블 하나를 랜덤하게 선택하여 기지국으로 전송한다. 프리앰블 간 직교성에 의해 기지국으로 전송된 서로 다른 프리앰블들은 기지국으로 수신될 수 있다.

또 다른 경우로 도 6을 참조하면, 두 개 이상의 단말(UE 1 550; UE 2 560)이 동시에 동일한 프리앰블을 전송한 경우에도 동일한 신호이므로 기지국에서 프리엠블을 수신할 수 있다 (단계 601, 603). 그러나, 두 개 이상의 단말이 동일한 프리앰블을 선택하는 경우 이어지는 단말의 Message 3 전송과정에서 충돌이 발생할 수 있다.

2. Message 2 전송[Random Access Response 전송]

성공적으로 수신한 Preamble 요청에 대해 기지국은 TA(Timing Alignment) 와 Message3 전송을 위한 자원 정보-예를 들어 PUSCH(Physical Uplink Shared Channel) 자원-을 포함하는 RAR(Random Access Response) 메시지를 PDSCH(Physical Downlink Shared Channel)를 통해 단말로 전송한다(단계 503). 단말은 RAR 메시지를 수신하여 이전에 단말 자신이 전송한 프리앰블 수신의 성공여부를 판단할 수 있다. 프리앰블 전송이 실패한 것으로 나타나면 단말은 random backoff 시간 이후 새 RA slot에서 랜덤 액세스 과정의 재수행을 위해 프리엠블 전송을 수행한다. 만약 프리앰블 전송이 일정 횟수 이상 실패하게 되면, 단말은 상위 계층으로 랜덤 액세스 과정의 문제를 알리게 된다.

3. Message 3 [Connection Request 전송]

단말은 RAR(Random Access Response) 수신 후 단말은 연결 요청(Connection Request)인 Message3를 PUSCH(Physical Uplink Shared Channel)내 예약된 자원에서 전송한다(505). Message 3 전송은 HARQ 방식으로 수행된다. 상기 Message 1 전송단계에서 설명한 대로, 도 6을 참조하면, 복수 단말이 동일한 프리앰블 전송(단계 601, 603)을 하여 기지국이 RAR(Random Access Response)을 전송한 경우(단계 605, 607), 복수 단말이 동일 PUSCH 자원에서 Message 3 전송(단계 611, 613)을 수행하여 충돌이 발생하게 된다.

여기서, Message 3 (Msg3)는 상향링크 데이터 전송을 위해 단말이 기지국으로 연결 요청을 수행하는 메시지이다. Message3 전송 후 기지국으로부터 응답인 Contention Resolution을 수신하면 단말은 할당된 자원에서 상향링크 전송을 수행할 수 있다.

단말이 처음 프리엠블을 전송하는 경우 Msg3 가 아직(추가함) 전송되지 않은 경우로 판단하여, 단말이 결정한 커버리지 레벨에 대응하는 PRACH 자원에서 프리엠블을 선택하여 전송한다. 또는 단말이 Msg3 전송 실패로 인해 프리엠블 전송을 2번째 이상 수행하는 경우 Msg3 재전송 과정 중으로 판단하여, 첫번째 프리엠블을 선택한 자원에서 다시 프리엠블을 랜덤하게 선택하여 랜덤 액세스를 시도한다. 프리앰블 전송횟수가 최대 프리앰블 전송횟수를 초과하는 경우 커버리지 레벨을 변경하며, 다시 프리앰블 전송횟수는 1로 초기화 된다.

4. Message 4 [Contention Resolution 전송]

단말의 Message 3를 수신한 기지국은 PDSCH(Physical Uplink Shared Channel)에서 경쟁 해소(Contention Resolution; CR)로 응답하여 단말로 연결요청을 승인한다(단계 507). 도 6에서는 두 단말의 Message 3 충돌이 나타나 있다(단계 611 또는 613). 이 경우 기지국으로부터 CR(Contention Resolution)을 수신하지 못하게 되며, 단말은 랜덤 백오프(random backoff) 시간 이후 새 프리앰블 전송을 새 RA slot에서 수행한다. 특정 횟수 이상만큼 프리앰블 전송이 실패하는 경우 단말은 네트워크 사용이 불가한 것으로 판단한다.

도 7은 도 6에서 Message 3 전송이 아직 안된 경우의 랜덤 액세스 동작을 설명하기 위한 순서도이다.

도 7을 참조하면, 사물통신 단말에서, 랜덤 액세스 과정 시 Message 3(Msg3) 전송이 아직 안되었는지를 판단한다(단계 710). 이때 Msg3 전송이 아직 안된 상태는 첫번째 프리앰블 전송을 수행하는 경우를 의미한다.

상기 판단 결과, Message 3(Msg3) 전송이 아직 안된 경우, 커버리지 레벨과 멀티-톤 전송 지원 여부를 고려하여 PRACH 자원을 선택한다(단계 720). 또는, 상기 판단 결과, Message 3(Msg3) 전송이 아직 안된 경우, 커버리지 레벨과 서브캐리어 스페이싱 및/또는 멀티-톤 전송 지원 여부를 고려하여 PRACH 자원을 선택할 수 있다. 구체적으로, Message 3(Msg3) 전송이 아직 안된 경우는 랜덤 액세스 과정을 시작하며 첫번째 프리앰블 전송을 수행하는 경우를 의미하며, 커버리지 레벨과 멀티-톤 Message 3(Msg3) 전송 지원 여부를 고려하여 PRACH 자원을 선택할 수 있다. 구체적으로, Message 3(Msg3) 전송이 아직 안된 경우는 사물통신 단말에서 최대 프리앰블 전송횟수를 초과하여 프리앰블 전송횟수가 초기화 된 뒤 다른 조건에서 첫번째 프리앰블 전송이 이루어지는 경우 또는 상기 최대 프리앰블 전송횟수의 초과 없이 첫번째 랜덤 액세스 프리엠블 전송을 수행하는 경우를 의미한다.

도 8는 본 발명의 일실시예에 따른 기지국 환경 및 커버리지 레벨에 따른 PRACH 자원 사용 현황을 나타낸 개념도이다.

본 발명에서는 셀룰러 기반의 IoT 시스템-예를 들어 NB-IoT 시스템-에서 단말이 커버리지 레벨(Coverage Level; CL)과 서브캐리어 스페이싱 및/또는 멀티-톤 설정을 고려한 랜덤 액세스 수행 방법을 제공한다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 일실시예에서 기지국(880)은 3개의 커버리지 레벨(CL)을 제공하며, 각 커버리지 레벨(CL)별로 활용하는 PRACH 자원을 서브캐리어 스페이싱 및/또는 멀티-톤 설정에 따라 나누어서 사용될 수 있도록 자원을 구성한다. 그러나, 이는 서브캐리어 스페이싱 및/또는 멀티-톤 설정의 성능특성에 따른 본 발명에서의 자원구성의 실시예 중 하나일 뿐이며, 특정 설정의 조합이 제외되거나 추가될 수도 있다. 본 발명에서는 서브캐리어 스페이싱 및/또는 멀티-톤 설정에 따른 순차적인 성능을 최대한 활용할 수 있는 방향에서 발명예시를 설명한다.

도 8 및 표 1을 참조하면, 단말은 채널 상태-예를 들어, 셀 중심, 좋은 채널 상태, 극한 커버리지 상태-에 따라서 1) 15kHz, 멀티-톤(multi-tone), 2) 15kHz, 싱글-톤(single-tone), 3) 3.75kHz, 싱글-톤(single-tone)의 서브캐리어 및/또는 멀티-톤 3가지 조합의 설정을 사용할 수 있다.

또한, 이에 대응하여 기지국은 프리앰블 자원역시 커버리지 레벨 별로 구체적으로 지원하는 설정값에 따라 나누어 구성할 수 있다. 이때 프리엠블 자원은 비율값

,

등 에 따라 범위가 결정될 수 있으며, 해당 정보는 기존과 마찬가지로 PRACH 자원을 구성하는 정보를 나타내는 메시지에 포함되어 기지국으로부터 단말로 전달 될 수 있다. CL1은 가장 좋은 채널상태를 가지므로 위 3가지 모두의 서브캐리어 및/또는 멀티-톤 설정을 사용하며, CC2는 상대적으로 좋은 채널상태를 가지므로 2) 15kHz, 싱글-톤(single-tone), 3) 3.75kHz, 싱글-톤(single-tone)의 2가지 서브캐리어 및/또는 멀티-톤 설정을 사용하며, CC3는 극한의 채널 상태를 가지므로 3.75kHz, 싱글-톤(single-tone)의 1가지 서브캐리어 및/또는 멀티-톤 설정만을 사용하는 것으로 가정한다.

도 8의 일실시예에서는 CL 1 의 프리엠블 자원을 각각 (15kHz, 멀티-톤), (15kHz, 싱글-톤) 및 (3.75kHz, 싱글-톤) 자원으로 분할하기 위해

,

비율값을 사용하여 분할하였으며, CL 2의 프리엠블 자원을 각각 (15kHz, 싱글-톤), (3.75kHz, 싱글-톤) 자원으로 분할하기 위해

비율값을 사용하였다.

단말은 상향링크 데이터 전송을 위해 기지국과의 동기화를 수행하고 기지국과 동기를 맞춘 상태에서 시스템 정보를 기지국으로부터 수신하며, 이 과정에서 단말은 채널상태에 따라 CL과 서브캐리어 스페이싱 및/또는 멀티-톤설정을 결정한다. 이후 해당하는 CL에서 랜덤 액세스를 수행하기 위해 단말은 PRACH 자원정보를 기지국으로부터 수신한다. 랜덤 액세스 과정에서 단말은 선택한 CL과 서브캐리어 스페이싱 및/또는 멀티-톤 설정을 고려하여 Preamble을 선택하여 기지국으로 전송한다. 이후 단말은 기지국으로부터 RAR(Random Access Response)을 수신하여 상향링크 전송을 위해 연결을 요청하는 Msg3 전송에 사용할 수 있는 자원정보를 수신한다. 만약 RAR을 수신하지 못한 경우, 단말은 다시 프리앰블 전송을 수행하며, 첫 번째 선택한 설정과 동일한 PRACH 자원에서 프리앰블을 선택하여 전송한다. 최대 프리앰블 재전송 횟수를 초과하는 경우 커버리지 레벨을 변경한 뒤 해당 커버리지 레벨 내에서 가능한 서브캐리어 스페이싱 및/또는 멀티-톤 설정에 해당하는 PRACH 자원에서 프리엠블을 선택한 뒤 전송한다.

Msg3 전송은 단말이 할당된 자원에서 HARQ 방식으로 전송을 수행하며, 채널상태의 변화로 인해 HARQ 전송이 실패하는 경우나 Msg3 전송 후에도 단말이 Msg4를 수신하지 못하는 경우 단말은 다시 프리엠블 전송을 수행하며, 첫 번째 선택한 설정과 동일한 PRACH 자원에서 프리앰블을 선택하여 전송한다. 최대 프리앰블 재전송 횟수를 초과하는 경우 커버리지 레벨과 서브캐리어 스페이싱 및/또는 멀티-톤 설정을 변경한 뒤 해당하는 PRACH 자원에서 프리엠블을 선택한 뒤 전송한다.

모든 경우에 대해, 해당하는 CL에 대해 선택할 수 있는 서브캐리어 스페이싱 및/또는 멀티-톤 설정이 없는 경우 한 단계 낮은 채널상태를 지원하는 CL을 선택한 뒤 이에 해당하는 서브캐리어 및/또는 멀티-톤 설정을 선택하여 대응하는 PRACH 자원에서 전송할 프리엠블 자원을 선택한다.

도 10은 기존의 커버리지 레벨을 고려한 상향링크 데이터 전송을 위한 단말의 랜덤 액세스 수행방법을 나타낸 순서도이고, 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 커버리지 레벨과 서브캐리어 스페이싱 및/또는 멀티-톤 설정을 고려한 상향링크 데이터 전송을 위한 단말의 랜덤 액세스 수행 방법을 나타낸 개념도이다.

도 10을 참조하면, 기존의 커버리지 레벨을 고려한 단말의 랜덤 액세스 수행 방법에서는, 단말이 커버리지 레벨을 선택한 뒤 해당하는 프리앰블 자원을 선택하여 전송한다. 이후 기지국으로부터 RAR을 수신하고, HARQ 방식으로 Msg3 전송하면 기지국으로부터 응답인 Contention Resolution을 수신하여 랜덤 액세스 과정을 완료할 수 있다. 이때, RAR이 미수신 되거나, Msg3 HARQ 전송실패 또는 Contention Resolution 미수신이 발생하면 단말은 동일 PRACH 자원에서 프리앰블 전송과정을 다시 수행하여 랜덤 액세스를 재시도 한다. 이 과정에서 프리앰블 전송횟수가 기지국으로부터 결정된 최대 프리엠블 전송횟수를 초과하는 경우 단말은 선택한 커버리지 레벨이 현 채널상황에 적절하지 않은 것으로 판단하고, 한 단계 낮은 채널상태를 지원하는 커버리지 레벨로 변경하여 대응하는 PRACH 자원에서 다시 프리앰블을 선택하여 랜덤 액세스 절차를 수행한다.

그러나 이러한 커버리지 레벨(CL) 변경 후 랜덤 액세스 재수행을 하는 절차는 단말이 변경된 커버리지 레벨(CL)에서 랜덤 액세스를 수행하기 위한 PRACH(Physical RACH) 자원을 대기하기 위한 과정과, 해당 PRACH에서 랜덤 액세스 과정을 처음부터 다시 수행해야 하기 때문에 단말의 동작시간과 지연시간이 크게 증가하는 문제가 발생하게 된다.

이하, 본 발명의 일실시예에 따른 커버리지 레벨과 서브캐리어 스페이싱 및/또는 멀티-톤 설정을 고려한 단말의 랜덤 액세스 수행방법을 설명한다.

비경쟁 기반 랜덤 액세스 과정의 경우는 랜덤 액세스 프리엠블이 기지국으로부터 명시적으로 시그널링된다(사용할 랜덤 액세스 프리앰블 자원이 명시적으로 표시된다).

경쟁 기반 랜덤 액세스 과정의 경우는 랜덤 액세스 프리엠블이 기지국으로부터 명시적으로 시그널링 되지 않는다(사용할 랜덤 액세스 프리앰블 자원이 명시적으로 표시되지 않는다).

이하, 도 11 및 도 12의 랜덤 액세스 과정은 사용할 랜덤 액세스 프리엠블이 상기 기지국으로부터 명시적으로 시그널링되지 않은 경우에 수행될 수 있다.

도 11을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 상향링크 데이터 전송을 위한 단말의 랜덤 액세스 수행 방법에 따르면, RACH 과정에서 단말은 기지국으로부터 RAR(Random Access Response)을 수신하여 사용할 수 있는 상향링크 자원정보를 수신한다(단계 1101).

할당된 상향링크 자원에서 단말은 상향링크 데이터 전송을 위해 연결을 요청하는 메시지(Msg3)를 기지국으로 전송하며(단계 1103), 단말은 채널상태의 변화등으로 인해 Msg3 전송이 실패하는지 여부를 체크한다(단계 1105). Msg3 전송이 실패하지 않은 경우 상향링크 전송이 성공(단계 1107)한 것으로 체크한다.

Msg3 전송이 실패한 경우 단말은 Msg3 전송 실패 횟수가 최대 재전송 횟수보다 작은지 여부를 판단한다(단계 1109). 여기서, 최대 재전송 횟수는 DCI(Downlink Control Information)에 포함될 수 있다.

Msg3 전송 실패 횟수가 최대 재전송 횟수보다 작은 경우에는 단계 1101로 되돌아가 RACH 절차를 다시 수행하여 RAR(Random Access Response)을 수신하여 사용할 수 있는 상향링크 자원정보를 기지국으로부터 수신하고 Msg3 전송을 다시 시도한다.

Msg3 전송 실패 횟수가 최대 재전송 횟수보다 작지 않은 경우에는 단말은 기존의 커버리지 레벨(CL)를 변경하는 동작 대신 본 발명의 일실시예에 따라 동일 커버리지 레벨(CL)내에서 한 단계 낮은 전송률을 갖는 서브캐리어 스페이싱 및/또는 멀티-톤 설정으로 변경하여 다시 RACH 과정을 수행하여 데이터(Msg 3) 전송 과정을 다시 시도한다. 이때 단말은 이전 RACH 과정에서 기지국이 본 발명의 일실시예에 따른 서브캐리어 스페이싱 및/또는 멀티-톤 설정 변경을 고려하여 RAR(Random Access Response)에 예비로 할당한 PRACH 자원정보를 이용하여 바로 재전송을 수행하거나(Option 2), 또는 동일 커버리지 레벨(CL)내에서 한 단계 낮은 전송률을 갖는 서브캐리어 스페이싱 및/또는 멀티-톤을 사용하는 PRACH 자원(또는 프리앰블 자원)에서 RACH 과정을 다시 수행(Option 1)하여 Msg 3 전송을 시도할 수 있다. 만약 단말이 현재 서브캐리어 스페이싱 및/또는 멀티-톤 설정에서도 연속적인 전송 실패가 발생하면, 다른 커버리지 레벨로 커버리지 레벨을 변경하여 해당 커버리지 레벨(CL)에 대응하는 PRACH 자원 정보를 수신한 뒤 RACH 과정을 수행한다.

이하 구체적인 예를 들어 본 발명의 실시 예들에 따른 상향링크 데이터 전송을 위한 단말의 랜덤 액세스 수행 방법을 설명한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 랜덤 액세스를 수행하는 특정 단말은 CL2 영역에 위치하는 것으로 가정할 경우, 단말은 초기 CL2의 15kHz 싱글-톤(single-tone) 설정으로 프리엠블(Preamble) 자원을 선택하여 전송하고 기지국으로부터 프리엠블 전송에 대한 응답인 RAR(Random Access Response)을 수신한다.

기지국으로부터 프리엠블 전송에 대한 응답인 RAR이 미수신 되어 다시 프리엠블 전송을 시도할 수 있으며, RAR 미수신이 연속적으로 발생하여 프리엠블 전송횟수를 초과한 경우 단말은 바로 한 단계 낮은 채널상태를 지원하는 CL3의 최대 전송률을 갖는 3.75kHz, 싱글-톤 설정을 선택한 뒤 해당하는 PRACH 자원에서 프리엠블을 선택하여 랜덤 액세스 과정을 다시 수행할 수 있다.

랜덤 액세스 과정에서 최대 프리앰블 전송횟수 이상의 연속적인 Msg 3 전송이 실패하면, 이후 단말은 기존의 커버리지 레벨(CL)을 변경하는 동작 대신 본 발명의 일실시예 따라 동일 CL내에서 한 단계 낮은 전송률을 갖는 서브캐리어 스페이싱 및/또는 멀티-톤 설정인 3.75kHz 싱글-톤(single-tone)을 선택하여 다시 RACH 과정을 수행하여 Msg 3 전송 과정을 다시 시도한다. 이때 단말은 이전 RACH 과정에서 기지국이 본 발명의 일실시예에 따른 서브캐리어 스페이싱 및/또는 멀티-톤 설정 변경을 고려하여 RAR(Random Access Response)에 예비로 할당한 PRACH 자원정보로 바로 재전송을 수행하거나(Option 2), CL2의 3.75kHz single-tone 전송을 위한 PRACH 자원에서 RACH 과정을 다시 수행(Option 1)하여 데이터(Msg 3) 전송을 시도할 수 있다. 만약 단말이 3.75kHz 싱글-톤(single-tone) 설정에서도 랜덤 액세스 과정에서 최대 프리앰블 전송횟수 이상의 연속적인 Msg3 전송실패가 발생하면, CL3로 커버리지 레벨을 변경하여 해당 커버리지 레벨(CL)에 대응하는 PRACH 자원 정보를 수신한 뒤 RACH 과정을 수행한다.

도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 커버리지 레벨과 서브캐리어 스페이싱 및/또는 멀티-톤 설정을 고려한 단말의 상향링크 데이터 전송을 위한 랜덤 액세스 수행방법을 나타낸 순서도이다.

도 12를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 상향링크 데이터 전송을 위한 단말의 랜덤 액세스 수행 방법에 따르면, 랜덤 액세스 과정을 위해 단말은 커버리지 레벨을 선택하고(단계 1201) 이에 해당하는 프리엠블 자원을 선택하여 전송한다(단계 1203). 이후 기지국으로부터 응답인 RAR 과 함께 Msg3 전송을 위한 상향링크 자원을 획득하게 된다. 단말은 HARQ 방식으로 Msg3 전송을 수행할 수 있으며, Msg3 가 기지국에서 수신된 경우 최종적으로 Contention Resolution 메시지를 기지국으로부터 수신하여 랜덤 액세스 과정을 완료할 수 있다.

랜덤 액세스 과정의 실패는 단말이 RAR을 미수신하거나, Msg3 전송실패 혹은 Contention Resolution 의 수신 실패로 발생할 수 있다. 각각의 경우 단말은 랜덤 액세스 과정을 재수행하기 위해 프리앰블 전송을 다시 시도하게 된다.

RAR 미수신한 경우, 즉 프리엠블 전송 실패한 경우, 랜덤 액세스를 재수행하며 프리엠블 전송횟수가 최대 프리엠블 전송횟수를 초과하였는지를 판단(단계 12130)하여 최대 프리엠블 전송횟수를 초과한 경우 단말은 한 단계 낮은 채널상태를 지원하는 커버리지 레벨로 바로 변경한다(단계 1201). 이는 랜덤 액세스 프리엠블 전송은 3.75kHz, 싱글-톤 설정을 사용하여 이루어지기 때문에 단말이 해당 커버리지 레벨에서 가장 낮은 설정으로도 랜덤 액세스 프리엠블 전송이 불가함을 알 수 있기 때문이다.

단말은 Msg3를 HARQ 방식으로 전송을 시도하고(단계 1207), Msg3의 HARQ 방식으로 전송이 성공하였는지를 판단하여(단계 1209), Msg3의 HARQ 방식 전송이 성공한 경우에는 Contention Resolution이 수신되었는지를 판단(단계 12110) 한다.

Msg3 전송실패(Msg3의 HARQ 방식으로의 전송 실패)한 경우 혹은 Contention Resolution 수신 실패한 경우, 단말의 랜덤 액세스 재수행 과정에서 프리엠블 전송횟수가 최대 프리엠블 전송횟수를 초과한 것으로 판단되면, 단말은 본 발명의 실시예들에 따른 서브캐리어 스페이싱 및/또는 멀티-톤 설정을 활용하는 방법을 통해 랜덤 액세스 과정을 재수행할 수 있다(단계 1217, 1219, 1203, 1201). 구체적으로, 단말은 현재 커버리지 레벨 내에서 변경 가능한 한 단계 낮은 전송률의 서브캐리어 스페이싱 및/또는 멀티-톤 설정이 존재하는지 판단하여(단계 1217) 존재하는 경우 현재 커버리지 레벨 내에서 변경 가능한 한 단계 낮은 전송률의 서브캐리어 스페이싱 및/또는 멀티-톤 설정으로 변경(단계 1219)한 뒤 대응하는 PRACH 자원에서 프리앰블을 선택하고 전송(단계 1203)하여 랜덤 액세스 과정을 재수행한다. 이때 단말은 본 발명의 실시예들에 따라 랜덤 액세스 과정을 프리엠블 전송부터 다시 시작하거나(Option 1), 이전 랜덤 액세스 수행 과정에서 기지국이 본 발명의 서브캐리어 스페이싱 및/또는 멀티-톤 설정 변경을 고려하여 RAR에 예비로 할당한 상향링크 자원정보를 활용하여 Msg3의 HARQ 방식 전송(Option 2)을 바로 수행할 수 있다. 만약, 단말이 해당 커버리지 레벨 내에서 선택할 수 있는 가장 낮은 전송률을 갖는 설정에서도 연속적인 Msg3 전송실패 혹은 Contention Resolution 수신 실패가 발생하는 경우 단말은 한 단계 낮은 커버리지 레벨로 변경하여 해당 커버리지 레벨에 대응하는 PRACH 자원에서 랜덤 액세스를 수행한다.

이하 구체적인 예를 들어 본 발명의 다른 실시 예에 따른 상향링크 데이터 전송을 위한 단말의 랜덤 액세스 수행 방법을 설명한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 상향링크 데이터 전송을 위한 단말의 랜덤 액세스 과정을 수행하는 특정 단말은 CL2 영역에 위치하는 것으로 가정할 경우, 단말은 초기 CL2의 15kHz, 싱글-톤(single-tone) 설정으로 프리엠블(Preamble) 자원을 선택하여 전송한다. 기지국으로부터 프리엠블 전송에 대한 응답인 RAR이 미수신 되어 다시 프리엠블 전송을 시도할 수 있으며, RAR 미수신이 연속적으로 발생하여 프리엠블 전송횟수가 최대 프리엠블 전송횟수를 초과한 경우 단말은 바로 한 단계 낮은 채널상태를 지원하는 CL3의 최대 전송률을 갖는 3.75kHz, 싱글-톤 설정을 선택한 뒤 해당하는 PRACH 자원에서 프리엠블을 선택하여 랜덤 액세스 과정을 다시 수행할 수 있다.

RAR(Random Access Response)이 수신된 뒤에 연속적인 Msg3 전송이 실패하거나, Contention Resolution 수신 과정이 실패하면, 첫 번째 선택한 설정과 동일한 PRACH 자원에서 프리앰블을 선택하여 랜덤 액세스를 수행할 수 있다. 만약, 프리엠블 전송횟수가 최대 프리엠블 전송횟수를 초과하면, 단말은 기존의 커버리지 레벨(CL)을 변경하는 동작 대신 본 발명의 일실시예 따라 동일 커버리지 레벨(CL)(CL2)내에서 한 단계 낮은 전송률을 갖는 서브캐리어 스페이싱 및/또는 멀티-톤 설정인 3.75kHz, 싱글-톤(single-tone)을 선택하여 대응하는 PRACH 자원에서 프리앰블을 선택하여 다시 랜덤 액세스 과정을 수행한다. 이때 단말은 이전 랜덤 액세스 과정에서 기지국이 본 발명의 일실시예에 따른 서브캐리어 스페이싱 및/또는 멀티-톤 설정 변경을 고려하여 RAR(Random Access Response)에 예비로 할당한 상향링크 자원정보로 바로 Msg3 전송을 수행하거나(Option 2), CL2의 3.75kHz, 싱글-톤(single-tone) 전송을 위한 PRACH 자원에서 랜덤 액세스 과정을 다시 수행(Option 1)할 수 있다. 만약 단말이 3.75kHz 싱글-톤(single-tone) 설정에서도 연속적인 Msg3 전송실패 또는 Contention Resolution 미수신이 발생하면, 단말은 CL3로 커버리지 레벨을 변경하여 해당 커버리지 레벨(CL)에 대응하는 PRACH 자원을 대기한 뒤 랜덤 액세스 과정을 수행한다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른, 상향링크 데이터 전송을 위한 랜덤 액세스 수행방법의 대상이 되는 특정 단말이 CL1 영역의 외곽에 위치하는 것으로 가정할 경우, 단말은 초기 CL1의 15kHz, 멀티-톤 설정으로 프리엠블(Preamble) 자원을 선택하여 랜덤 액세스 과정을 시작한다.

이때 연속적인 RAR 미수신으로 인한 랜덤 액세스 수행 실패로 프리엠블 전송횟수가 최대 프리엠블 전송횟수를 초과한 경우 단말은 한 단계 낮은 채널상태를 지원하는 커버리지 레벨인 CL2 로 변경한 뒤 해당 CL에서 가장 높은 전송률을 지원하는 15kHz, 싱글-톤 설정을 선택하여 해당하는 PRACH 자원 (프리엠블 자원)으로 랜덤 액세스를 다시 수행한다.

혹은 RAR 수신이 된 이후 Msg3 HARQ 전송실패 또는 Contention Resolution 실패로 인한 프리엠블 전송횟수가 최대 프리앰블 전송 횟수를 초과한 경우 단말은 기존의 커버리지 레벨(CL)를 변경하는 동작 대신 본 발명의 다른 실시예에 따라 동일 커버리지 레벨(CL)내에서 한 단계 낮은 전송률을 갖는 서브캐리어 스페이싱 및/또는 멀티-톤 설정인 15kHz, 싱글-톤(single-tone) 설정을 사용하는 PRACH 자원(또는 프리앰블 자원)을 선택하여 다시 랜덤 액세스를 재시도할 수 있다. 이때 단말은 이전 랜덤 액세스 과정에서 기지국이 본 발명의 다른 실시예에 따른 서브캐리어 스페이싱 및/또는 멀티-톤 설정 변경을 고려하여 RAR(Random Access Response)에 예비로 할당한 PRACH 자원정보로 프리앰블 전송 대신 Message 3 재전송을 바로 수행하거나(Option 2), 전술한 대로 CL1의 15kHz 싱글-톤(single-tone) 전송을 위한 PRACH 자원에서 랜덤 액세스 과정을 다시 수행(Option 1) 할 수 있다. 만약 단말이 15kHz 싱글-톤(single-tone) 설정에서도 연속적인 Msg3 전송실패 또는 Contention Resolution 미수신이 발생하면, 3.75kHz 싱글-톤(single-tone) 설정으로 변경하여 다시 Option 1 혹은 Option 2 동작으로 재시도 할 수 있다. 3.75kHz 싱글-톤(single-tone) 설정에서도 Message 3 전송이 실패하는 경우 단말은 CL1에서 제공하는 모든 설정이 통신 불가능한 것으로 판단하고, CL2로 변경한 뒤 해당 CL에서 제공하는 15kHz 싱글-톤(single-tone) 설정으로 랜덤 액세스 과정 혹은 Message 3 전송 과정을 재 수행할 수 있다.

즉, 랜덤 액세스 과정 중 Msg3 전송 실패 혹은 Contention Resolution 미수신에 의한 프리엠블 전송횟수가 최대 프리앰블 전송횟수를 초과한 경우 단말은 현재 커버리지 레벨내에서 제공하는 서브캐리어 스페이싱 및/또는 멀티-톤 조합으로 랜덤 액세스를 재수행하며 제공하는 서브캐리어 스페이싱 및/또는 멀티-톤 설정의 마지막 단계까지 실패한 경우 최종적으로 현재 커버리지 레벨을 변경하여 다시 상향링크 데이터 전송을 위한 랜덤 액세스 과정을 단계적으로 수행할 수 있다. 다만, RAR 미수신에 의한 랜덤 액세스 실패로 인한 프리엠블 전송횟수가 최대 프리엠블 전송횟수를 초과한 경우 단말은 바로 한 단계 낮은 채널상태를 지원하는 커버리지 레벨로 변경하여 랜덤 액세스 과정을 다시 수행할 수 있다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른, 상향링크 데이터 전송을 위해 단말에서 랜덤 액세스를 수행하는 경우, Msg3 전송 혹은 Contention Resolution 과정에서 연속적인 랜덤 액세스 실패 후 서브캐리어 스페이싱 및/또는 멀티-톤 설정에 따라 단계적인 성능을 가지도록 화살표 방향으로 순차적으로 PRACH 자원(또는 프리앰블 자원)을 선택하는 예를 나타낸다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른, 상향링크 데이터 전송을 위한 단말의 랜덤 액세스를 수행하는 특정 단말이 CL1 영역의 외곽에 위치하는 것으로 가정할 경우, 단말은 서브캐리어 설정의 변경만을 사용하여 커버리지 레벨 내에서 랜덤 액세스 과정을 수행할 수 있다.

즉, 도 13 참조하면, 단말이 초기 CL1의 15kHz, 싱글-톤 설정 선택하여 랜덤 액세스를 수행한 뒤 연속적인 Msg3 전송실패 혹은 Contention Resolution 미수신이 발생하면, 커버리지 레벨을 변경하지 않고 동일한 커버리지 레벨인 CL1의 15kHz, 싱글-톤 설정에서, 3.75kHz, 싱글-톤 설정으로 변경한 후 랜덤 액세스 과정을 시도한다. 그 후에 랜덤 액세스가 실패한 경우 커버리지 레벨을 CL2 로 변경한 뒤 15kHz, 싱글-톤 설정을 사용하고, 다시 랜덤 액세스가 실패한 경우 3.75kHz, 싱글-톤 설정으로 랜덤 액세스를 시도할 수 있다. 다시 랜덤 액세스가 실패한 경우 마지막으로 커버리지 레벨을 CL3로 변경한 뒤 3.75kHz, 싱글-톤 설정으로 랜덤 액세스를 시도할 수 있다. 이때, 랜덤 액세스가 실패한 경우는 단말이 랜덤 액세스를 수행하여 Msg3 HARQ 전송실패 혹은 경쟁 해소(Contention Resolution) 메시지 미수신으로 인해 프리앰블 재전송 횟수가 최대 전송 횟수를 초과한 상태이며, 이후 언급되는 설명에서도 같은 의미를 가지는 것으로 정의한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따른, 상향링크 데이터 전송을 위한 단말의 랜덤 액세스를 수행하는 특정 단말이 CL1 영역의 외곽에 위치하는 것으로 가정할 경우, 단말은 멀티-톤 설정의 변경만을 사용하여 커버리지 레벨 내에서 랜덤 액세스 과정을 수행할 수 있다.

즉, 도 14를 참조하면, 단말이 초기 CL1의 15kHz, 멀티-톤 설정 선택하여 랜덤 액세스를 수행한 뒤 연속적인 Msg3 전송실패 혹은 Contention Resolution 미수신이 발생하면, 커버리지 레벨을 변경하지 않고 동일한 커버리지 레벨인 CL1의 15kHz, 멀티-톤 설정에서, 15kHz, 싱글-톤 설정으로 서브캐리어 설정의 변경을 시도한다. 그 후에 랜덤 액세스가 실패한 경우 커버리지 레벨을 CL2 로 변경한 뒤 15kHz, 멀티-톤 설정을 사용하고, 다시 랜덤 액세스가 실패한 경우 15kHz, 싱글-톤 설정으로 랜덤 액세스를 시도할 수 있다. 다시 랜덤 액세스가 실패한 경우 마지막으로 CL3의 3.75kHz, 싱글-톤 설정으로 랜덤 액세스를 시도할 수 있다. 이때, 랜덤 액세스가 실패한 경우는 단말이 랜덤 액세스를 수행하여 Msg3 HARQ 전송실패 혹은 경쟁 해소(Contention Resolution) 메시지 미수신으로 인해 프리앰블 재전송 횟수가 최대 전송 횟수를 초과한 상태이며, 이후 언급되는 설명에서도 같은 의미를 가지는 것으로 정의한다.

도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 NB-IoT 단말의 개략적인 블록도이고, 도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 NB-IoT 통신 시스템의 개략적인 블록도이다.

도 15 및 도 16을 참조하면, NB-IoT 단말(100)은 트랜시버(120), 프로세서(110), 안테나(130)로 구성되어, 기지국(120)과 전술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따른 랜덤 액세스 절차, 상향링크 데이터 전송을 위한 커버리지 레벨과 서브캐리어 스페이싱 및/또는 멀티-톤 설정을 고려한 랜덤 액세스 방법을 수행한다.

트랜시버(120)는 안테나(130)를 통하여 기지국(120)과 무선 신호(Radio frequency signal)를 송신 또는 수신하며, 안테나(130)를 통하여 기지국(120)으로부터 하향링크(downlink, 152)를 통하여 데이터 및 제어 신호를 수신하고, 기지국(120)으로 상향링크(uplink, 154)를 통하여 데이터 및 제어 신호를 전송한다.

프로세서(110)는 트랜시버(100)를 제어하여 제어 신호를 전송할 시점을 결정할 수 있다. 프로세서(110)는 본 발명의 실시예들에 따른 랜덤 액세스 절차, 상향링크 데이터 전송을 위한 커버리지 레벨과 서브캐리어 스페이싱 및/또는 멀티-톤 설정을 고려한 랜덤 액세스 방법을 수행한다.

사물통신 단말기-예를 들어 NB-IoT 단말, MTC(Machine Type Communication) 단말, 향상된 커버리지 내의 단말-는, 안테나를 통하여 기지국과 무선 신호를 송신 또는 수신하는 트랜시버와, 상기 트랜시버를 제어하여 상기 무선 신호를 전송할 시점을 결정하는 프로세서를 포함할 수 있다. 상기 프로세서는 상기 사물통신 단말과 상기 기지국간에 랜덤 액세스 과정을 수행하는 단계를 처리하되, 상기 랜덤 액세스 과정은 커버리지 레벨과 멀티-톤 전송 지원 여부를 고려하여PRACH(Physical Random Access Channel) 자원을 선택하는 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 랜덤 액세스 과정은 커버리지 레벨과 서브캐리어 스페이싱 및/또는 멀티-톤 전송 지원 여부를 고려하여PRACH(Physical Random Access Channel) 자원을 선택하는 단계를 포함할 수 있다.

사물통신 디바이스는, 안테나를 통하여 기지국과 무선 신호를 송신 또는 수신하는 트랜시버와, 상기 트랜시버를 제어하여 상기 무선 신호를 전송할 시점을 결정하는 프로세서를 포함할 수 있다. 상기 프로세서는 상기 사물통신 디바이스와 상기 기지국간에 랜덤 액세스 과정을 수행하는 단계를 처리하되, 상기 랜덤 액세스 과정은 커버리지 레벨과 멀티-톤 전송 지원 여부를 고려하여 PRACH(Physical Random Access Channel) 자원을 선택하는 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 랜덤 액세스 과정은 커버리지 레벨과 서브캐리어 스페이싱 및/또는 멀티-톤 전송 지원 여부를 고려하여 PRACH(Physical Random Access Channel) 자원을 선택하는 단계를 포함할 수 있다.

프로세서(110)는 범용 프로세서, 특수 목적 프로세서, 종래의 프로세서, 디지털 신호 프로세서(digital signal processor; DSP), 마이크로프로세서, DSP 코어와 연관된 하나 이상의 마이크로프로세서들, 제어기, 마이크로제어기, 주문형 집적 회로(application specific integrated circuit; ASIC)들, 필드 프로그래밍 가능한 게이트 어레이(field programmable gate array; FPGA) 회로들, 집적 회로(integrated circuit; IC), 상태 머신 등일 수 있다. 프로세서(110)는 신호 코딩, 데이터 프로세싱, 전력 제어, 입력/출력 프로세싱, 및/또는 단말이 무선 환경에서 동작하는 것을 가능하게 하는 임의의 다른 기능을 수행할 수 있다. 프로세서(110)는 트랜시버(120)에 결합될 수 있다.

도 14에서는 프로세서(110) 및 트랜시버(120)를 별개의 컴포넌트들로서 도시하지만, 프로세서(110) 및 트랜시버(120)는 전자 패키지 또는 칩에 함께 통합될 수 있다.

예를 들어, 일 실시예에서, 안테나(130)는 RF 신호들을 송신 및/또는 수신하도록 구성되는 안테나일 수 있다. 다른 실시예에서, 안테나(130)는 예를 들어, IR, UV, 또는 가시광 신호들을 송신 및/또는 수신하도록 구성되는 방사체/검출기일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 안테나(130)는 RF 및 광 신호들 둘 다를 송신 및 수신하도록 구성될 수 있다. 안테나(130)는 무선 신호들의 임의의 조합을 송신 및/또는 수신하도록 구성될 수 있다. 트랜시버(120)는 안테나(130)에 의해 송신될 신호들을 변조하고 안테나(130)에 의해 수신되는 신호들을 복조하도록 구성될 수 있다.

셀룰러 기반 사물통신 단말과 상향링크 데이터 전송을 위한 랜덤 액세스 과정을 수행하는 기지국은 트랜시버, 프로세서, 안테나로 구성되어, NB-IoT 단말과 전술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따른 랜덤 액세스 절차, 상향링크 데이터 전송을 위한 커버리지 레벨과 서브캐리어 스페이싱 및/또는 멀티-톤 설정을 고려한 랜덤 액세스 방법을 수행할 수 있다.

셀룰러 기반 사물통신 단말과 상향링크 데이터 전송을 위한 랜덤 액세스 과정을 수행하는 기지국은, 안테나를 통하여 상기 사물통신 단말과 무선 신호를 송신 또는 수신하는 트랜시버와, 상기 트랜시버를 제어하여 상기 무선 신호를 전송할 시점을 결정하는 프로세서를 포함할 수 있다. 상기 프로세서는 상기 사물통신 단말로부터 랜덤액세스 프리엠블을 전송받는 단계와, 상기 사물통신 단말로 RAR(Random Access Response) 메시지를 전송하는 단계와, 상기 사물통신 단말로부터 상향링크 데이터 전송을 위해 연결을 요청하는 메시지(Message 3)를 수신하는 단계와, 상기 사물통신 단말로 상기 사물통신 단말이 전송한 Message 3가 상기 기지국에 수신되었음을 알려주는 경쟁 해소(Contention Resolution)를 전송하는 단계를 처리하되, 상기 랜덤 액세스 과정은 커버리지 레벨과 멀티-톤 설정을 고려하여 PRACH(Physical Random Access Channel) 자원을 구성하도록 구현될 수 있다. 구체적으로, 상기 랜덤 액세스 과정은 커버리지 레벨과 서브캐리어 스페이싱 및/또는 멀티-톤 설정을를 고려하여 PRACH(Physical Random Access Channel) 자원을 구성하도록 구현될 수 있다.

기지국은 임의의 적합한 무선 통신 링크(예를 들어, 라디오 주파수(radio frequency; RF), 마이크로파, 적외선(infrared; IR), 자외선(ultraviolet; UV), 가시광 등)일 수 있는 공중 인터페이스를 통해 하나 이상의 단말과 통신할 수 있다.

NB-IoT 통신 시스템은 다중 접속 시스템이 될 수 있고, CDMA, TDMA, FDMA,OFDMA, SC-FDMA 등과 같은 채널 액세스 방식들을 채용할 수 있다. 예를 들어, RAN의 기지국 및 NB-IoT 단말은 광대역 CDMA(WCDMA)를 이용하여 공중 인터페이스를 설정할 수 있는 유니버셜 모바일 원격통신 시스템(Universal Mobile Telecommunications System; UMTS) 지상 라디오 액세스(Terrestrial Radio Access; UTRA)와 같은 라디오 기술을 구현할 수 있다. WCDMA는 고속 패킷 액세스(High-Speed Packet Access; HSPA) 및/또는 이볼브드 HSPA(HSPA+)와 같은 통신 프로토콜들을 포함할 수 있다. HSPA는 고속 다운링크(DL) 패킷 액세스(High-Speed Downlink Packet Access; HSDPA) 및/또는 고속 업링크(UL) 패킷 액세스(High-Speed Uplink Packet Access; HSUPA)를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 기지국 및 MTC 단말들은 롱텀 에볼루션(Long Term Evolution; LTE) 및/또는 LTE-어드밴스드(LTE- Advanced; LTE-A)를 이용하여 공중 인터페이스를 설정할 수 있는 이볼브드 UTRA(Evolved UTRA; E-UTRA)와 같은 라디오 기술을 구현할 수 있다.

다른 실시예들에서, 기지국 및 NB-IoT 단말은 IEEE 802.16(즉, WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)), CDMA2000, CDMA2000 1X, CDMA 2000 에볼루션-데이터 옵티마이즈드(EV-DO), 잠정적인 표준 2000(IS-2000), 잠정적인 표준 95(IS-95), 잠정적인 표준 856(IS-856), 모바일 통신을 위한 글로벌 시스템(Global System for Mobile communications; GSM), GSM 에볼루션을 위한 강화된 데이터 레이트(Enhanced Data rates for GSM Evolution; EDGE), GSM/EDGE RAN(GERAN) 등과 같은 라디오 기술들을 구현할 수 있다.

도 16의 기지국은 예를 들어, 무선 라우터, HNB, HeNB, 또는 AP일 수 있으며 비즈니스, 가정, 차량, 캠퍼스 등의 장소와 같이 로컬화된 영역에서 무선 접속을 용이하게 하는 임의의 적합한 RAT를 활용할 수 있다. 일실시예에서, 기지국 및 NB-IoT 단말들은 무선 로컬 영역 네트워크(wireless local area network; WLAN)를 설정하기 위해 IEEE 802.11과 같은 라디오 기술을 구현할 수 있다. 다른 실시예에서, 기지국 및 단말들은 무선 개인 영역 네트워크(wireless personal area network; WPAN)을 설정하기 위해 IEEE 802.15와 같은 라디오 기술을 구현할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 기지국 및 NB-IoT 단말들은 피코셀 또는 펨토셀을 설정하기 위해 셀룰러-기반 RAT(예를 들어, WCDMA, CDMA2000, GSM, LTE, LTE-A 등)를 활용할 수 있다. 기지국은 인터넷에 직접 접속할 수 있다. 따라서 기지국은 코어 네트워크를 통해 인터넷에 액세스하도록 요구되지 않을 수 있다.

Claims

셀룰러 기반 사물통신 단말과 기지국간의 랜덤 액세스 과정에서의 상향링크 데이터 전송을 위한 단말에서의 랜덤 액세스 방법에 있어서,
상기 사물통신 단말과 상기 기지국간에 랜덤 액세스 과정을 수행하는 단계를 포함하되, 상기 랜덤 액세스 과정은,
상기 사물통신 단말에서 랜덤액세스 프리엠블을 상기 기지국으로 전송하는 단계;
상기 사물통신 단말에서 상기 기지국으로부터 RAR(Random Access Response) 메시지를 수신하는 단계;
상기 사물통신 단말에서 상향링크 데이터 전송을 위해 상기 기지국으로 연결을 요청하는 메시지인 Msg3를 상기 기지국으로 전송하는 단계; 및
상기 사물통신 단말에서 상기 사물통신 단말이 전송한 Msg3가 상기 기지국에 수신되었음을 알려주는 경쟁 해소(Contention Resolution)를 수신하는 단계를 포함하되,
NB-IoT(narrow band-Internet of Things)에서, 서브캐리어 스페이싱(subcarrier spacing)은 3.75 kHz 또는 15 kHz을 가지며 상기 기지국에 의해 전송되는 RAR(random access response) 메시지 내의 상향링크 그랜트(uplink grant)내의 1 비트(bit) 정보를 사용하여 3.75 kHz 또는 15 kHz을 지시하고, 멀티-톤 Msg3 전송을 위한 서브캐리어 자원이 없는 경우 싱글-톤 Msg3 전송을 위한 서브캐리어를 사용하고,
멀티-톤을 통한 Msg3 전송을 위해 단말이 랜덤액세스(RACH) 절차를 수행할 때 싱글-톤 전송 또는 멀티-톤 전송에 따라 PRACH(Physical Random Access Channel)에서 사용할 서브캐리어 자원을 나누어 사용하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 기반 사물통신 단말과 기지국간의 랜덤 액세스 방법.
삭제
제1항에 있어서, 프리엠블 전송횟수가 최대 프리앰블 전송횟수를 초과하는 경우 커버리지 레벨을 변경하며, 다시 프리엠블 전송횟수는 1로 초기화하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 기반 사물통신 단말과 기지국간의 랜덤 액세스 방법.
제1항에 있어서, PRACH (Physical Random Access Channel) 자원은 0, 1, …, (

-1)으로 넘버링된 싱글-톤 프리엠블(40) 및 (

), …, (
-1)으로 넘버링된 멀티-톤 프리엠블(50)으로 구성되되,
상기 PRACH 자원은 상기 기지국에서 상기 사물통신 단말로 전송되는 아래 파라미터들: NPRACH 자원 주기
,할당된 NPRACH 의 첫 번째 subcarrier의 주파수 위치
,NPRACH에 할당된 서브캐리어 개수
, 각 시도별 NPRACH 반복 개수
, NPRACH 시작 시간
, 멀티-톤 msg3 전송을 지원하는 UE를 위해 예약된 NPRACH 서브캐리어의 범위의 시작 서브캐리어 인덱스를 계산하기 위한 비율 값
로 정의되는 것을 특징으로 하는 셀룰러 기반 사물통신 단말과 기지국간의 랜덤 액세스 방법.
제1항에 있어서, 커버리지 레벨, 서브캐리어스페이싱 및 싱글-톤/멀티-톤 전송 지원 여부를 고려하여 랜덤 액세스 자원을 선택하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 기반 사물통신 단말과 기지국간의 랜덤 액세스 방법.
제5항에 있어서, 상기 RAR(Random Access Response) 메시지를 미수신한 경우, 랜덤 액세스를 재수행하며 프리엠블 전송횟수가 최대 프리엠블 전송횟수를 초과하였는지를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 기반 사물통신 단말과 기지국간의 랜덤 액세스 방법.
제6항에 있어서, 상기 프리엠블 전송횟수가 기지국으로부터 결정된 최대 프리엠블 전송횟수를 초과하는 경우, 한 단계 낮은 채널상태를 지원하는 커버리지 레벨로 변경하여 대응하는 PRACH(Physical Random Access Channel) 자원에서 다시 프리엠블을 선택하여 랜덤 액세스 절차를 수행하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 기반 사물통신 단말과 기지국간의 랜덤 액세스 방법.
제1항에 있어서, NB-PRACH(Narrow Band - Physical Random Access Channel)의 Power ramping 관련하여, 셀에서 한번 이상의 반복 레벨이 구성되면, 커버리지 등급이 높은 가장 낮은 반복 레벨을 제외하고 사물통신 단말은 NB-PRACH(Narrow Band - Physical Random Access Channel)에서 최대 파워로 전송하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 기반 사물통신 단말과 기지국간의 랜덤 액세스 방법.
제1항에 있어서, 상기 사물통신 단말이 랜덤 액세스를 재수행하는 과정에서 프리엠블 전송을 위한 자원을 선택할 때, 커버리지 레벨(CL)을 변경하여 랜덤 액세스를 재수행하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 기반 사물통신 단말과 기지국간의 랜덤 액세스 방법.
제9항에 있어서, 상기 사물통신 단말이 랜덤 액세스를 재수행하는 과정에서 프리엠블 전송을 위한 자원을 선택할 때, 커버리지 레벨(CL)내에서 사용하는 서브캐리어 스페이싱 및 싱글/멀티-톤 설정을 변경하여 재전송을 시도하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 기반 사물통신 단말과 기지국간의 랜덤 액세스 방법.
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셀룰러 기반 사물통신을 위한 기지국과의 상향링크 데이터 전송을 위한 랜덤 액세스 과정을 수행하는 사물통신 단말에 있어서, 상기 사물통신 단말은
안테나를 통하여 상기 기지국과 무선 신호를 송신 또는 수신하는 트랜시버;
상기 트랜시버를 제어하여 상기 무선 신호를 전송할 시점을 결정하는 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는 상기 사물통신 단말과 상기 기지국간에 랜덤 액세스 과정을 수행하는 단계를 처리하되, 상기 랜덤 액세스 과정은
상기 사물통신 단말에서 랜덤액세스 프리엠블을 상기 기지국으로 전송하는 단계;
상기 사물통신 단말에서 상기 기지국으로부터 RAR(Random Access Response) 메시지를 수신하는 단계;
상기 사물통신 단말에서 상향링크 데이터 전송을 위해 상기 기지국으로 연결을 요청하는 메시지인 Msg3를 상기 기지국으로 전송하는 단계; 및
상기 사물통신 단말에서 상기 사물통신 단말이 전송한 Msg3가 상기 기지국에 수신되었음을 알려주는 경쟁 해소(Contention Resolution)를 수신하는 단계를 포함하되,
NB-IoT(narrow band-Internet of Things)에서, 서브캐리어 스페이싱(subcarrier spacing)은 3.75 kHz 또는 15 kHz을 가지며 상기 기지국에 의해 전송되는 RAR(random access response) 메시지 내의 상향링크 그랜트(uplink grant)내의 1 비트(bit) 정보를 사용하여 3.75 kHz 또는 15 kHz을 지시하고, 멀티-톤 Msg3 전송을 위한 서브캐리어 자원이 없는 경우 싱글-톤 Msg3 전송을 위한 서브캐리어를 사용하고,
멀티-톤을 통한 Msg3 전송을 위해 단말이 랜덤액세스(RACH) 절차를 수행할 때 싱글-톤 전송 또는 멀티-톤 전송에 따라 PRACH(Physical Random Access Channel)에서 사용할 서브캐리어 자원을 나누어 사용하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 기반 사물통신을 위한 기지국과의 랜덤 액세스를 수행하는 사물통신 단말.
셀룰러 기반 사물통신을 위한 기지국과의 상향링크 데이터 전송을 위한 랜덤 액세스 과정을 수행하는 사물통신 디바이스에 있어서, 상기 사물통신 디바이스는
안테나를 통하여 기지국과 무선 신호를 송신 또는 수신하는 트랜시버;
상기 트랜시버를 제어하여 상기 무선 신호를 전송할 시점을 결정하는 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는 상기 사물통신 디바이스와 상기 기지국간에 랜덤 액세스 과정을 수행하는 단계를 처리하되, 상기 랜덤 액세스 과정은
상기 사물통신 디바이스에서 랜덤액세스 프리엠블을 상기 기지국으로 전송하는 단계;
상기 사물통신 디바이스에서 상기 기지국으로부터 RAR(Random Access Response) 메시지를 수신하는 단계;
상기 사물통신 디바이스에서 상향링크 데이터 전송을 위해 상기 기지국으로 연결을 요청하는 메시지인 Msg3를 상기 기지국으로 전송하는 단계; 및
상기 사물통신 디바이스에서 상기 사물통신 디바이스이 전송한 Msg3가 상기 기지국에 수신되었음을 알려주는 경쟁 해소(Contention Resolution)를 수신하는 단계를 포함하되,
NB-IoT(narrow band-Internet of Things)에서, 서브캐리어 스페이싱(subcarrier spacing)은 3.75 kHz 또는 15 kHz을 가지며 상기 기지국에 의해 전송되는 RAR(random access response) 메시지 내의 상향링크 그랜트(uplink grant)내의 1 비트(bit) 정보를 사용하여 3.75 kHz 또는 15 kHz을 지시하고, 멀티-톤 Msg3 전송을 위한 서브캐리어 자원이 없는 경우 싱글-톤 Msg3 전송을 위한 서브캐리어를 사용하고,
멀티-톤을 통한 Msg3 전송을 위해 상기 사물통신 디바이스가 랜덤액세스(RACH) 절차를 수행할 때 싱글-톤 전송 또는 멀티-톤 전송에 따라 PRACH(Physical Random Access Channel)에서 사용할 서브캐리어 자원을 나누어 사용하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 기반 사물통신을 위한 기지국과의 랜덤 액세스를 수행하는 사물통신 디바이스.
셀룰러 기반 사물통신 단말과 기지국간의 랜덤 액세스 방법에 있어서,
상기 기지국에서 상기 사물통신 단말로부터 랜덤액세스 프리엠블을 전송받는 단계;
상기 사물통신 단말로 RAR(Random Access Response) 메시지를 전송하는 단계;
상기 기지국에서 상기 사물통신 단말로부터 상향링크 데이터 전송을 위해 기지국으로 연결을 요청하는 메시지인 Msg3를 수신하는 단계; 및
상기 기지국에서 상기 사물통신 단말로 상기 사물통신 단말이 전송한 Msg3가 상기 기지국에 수신되었음을 알려주는 경쟁 해소(Contention Resolution)를 전송하는 단계를 포함하되,
NB-IoT(narrow band-Internet of Things)에서, 서브캐리어 스페이싱(subcarrier spacing)은 3.75 kHz 또는 15 kHz을 가지며 상기 기지국에 의해 전송되는 RAR(random access response) 메시지 내의 상향링크 그랜트(uplink grant)내의 1 비트(bit) 정보를 사용하여 3.75 kHz 또는 15 kHz을 지시하고, 멀티-톤 Msg3 전송을 위한 서브캐리어 자원이 없는 경우 싱글-톤 Msg3 전송을 위한 서브캐리어를 사용하고,
멀티-톤을 통한 Msg3 전송을 위해 단말이 랜덤액세스(RACH) 절차를 수행할 때 싱글-톤 전송 또는 멀티-톤 전송에 따라 PRACH(Physical Random Access Channel)에서 사용할 서브캐리어 자원을 나누어 사용하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 기반 사물통신 단말과 기지국간의 랜덤 액세스 방법.
삭제
제19항에 있어서, 프리엠블 전송횟수가 최대 프리앰블 전송횟수를 초과하는 경우 커버리지 레벨을 변경하며, 다시 프리엠블 전송횟수는 1로 초기화하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 기반 사물통신 단말과 기지국간의 랜덤 액세스 방법.
제19항에 있어서, PRACH (Physical Random Access Channel) 자원은 0, 1, …, (

-1)으로 넘버링된 싱글-톤 프리엠블(40) 및 (

), …, (
-1)으로 넘버링된 멀티-톤 프리엠블(50)으로 구성되되,
상기 PRACH 자원은 상기 기지국에서 상기 사물통신 단말로 전송되는 아래 파라미터들: NPRACH 자원 주기
,할당된 NPRACH 의 첫 번째 subcarrier의 주파수 위치
,NPRACH에 할당된 서브캐리어 개수
, 각 시도별 NPRACH 반복 개수
, NPRACH 시작 시간
, 멀티-톤 msg3 전송을 지원하는 UE를 위해 예약된 NPRACH 서브캐리어의 범위의 시작 서브캐리어 인덱스를 계산하기 위한 비율 값
로 정의되는 것을 특징으로 하는 셀룰러 기반 사물통신 단말과 기지국간의 랜덤 액세스 방법.
셀룰러 기반 사물통신 단말과 상향링크 데이터 전송을 위한 랜덤 액세스 과정을 수행하는 기지국에 있어서, 상기 기지국은
안테나를 통하여 상기 사물통신 단말과 무선 신호를 송신 또는 수신하는 트랜시버;
상기 트랜시버를 제어하여 상기 무선 신호를 전송할 시점을 결정하는 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는 상기 사물통신 단말과 상기 기지국간에 랜덤 액세스 과정을 수행하는 단계를 처리하되, 상기 랜덤 액세스 과정은
상기 사물통신 단말로부터 랜덤액세스 프리엠블을 전송받는 단계;
상기 사물통신 단말로 RAR(Random Access Response) 메시지를 전송하는 단계;
상기 사물통신 단말로부터 상향링크 데이터 전송을 위해 기지국으로 연결을 요청하는 메시지인 Msg3를 수신하는 단계; 및
상기 사물통신 단말로 상기 사물통신 단말이 전송한 Msg3가 상기 기지국에 수신되었음을 알려주는 경쟁 해소(Contention Resolution)를 전송하는 단계를 포함하되, NB-IoT(narrow band-Internet of Things)에서, 서브캐리어 스페이싱(subcarrier spacing)은 3.75 kHz 또는 15 kHz을 가지며 상기 기지국에 의해 전송되는 RAR(random access response) 메시지 내의 상향링크 그랜트(uplink grant)내의 1 비트(bit) 정보를 사용하여 3.75 kHz 또는 15 kHz을 지시하고, 멀티-톤 Msg3 전송을 위한 서브캐리어 자원이 없는 경우 싱글-톤 Msg3 전송을 위한 서브캐리어를 사용하고,
멀티-톤을 통한 Msg3 전송을 위해 단말이 랜덤액세스(RACH) 절차를 수행할 때 싱글-톤 전송 또는 멀티-톤 전송에 따라 PRACH(Physical Random Access Channel)에서 사용할 서브캐리어 자원을 나누어 사용하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 기반 사물통신 단말과 상향링크 데이터 전송을 위한 랜덤 액세스 과정을 수행하는 기지국.
삭제
제23항에 있어서, 프리엠블 전송횟수가 최대 프리앰블 전송횟수를 초과하는 경우 커버리지 레벨을 변경하며, 다시 프리엠블 전송횟수는 1로 초기화하는 것을 특징으로 하는 셀룰러 기반 사물통신 단말과 상향링크 데이터 전송을 위한 랜덤 액세스 과정을 수행하는 기지국.
제23항에 있어서, PRACH (Physical Random Access Channel) 자원은 0, 1, …, (

-1)으로 넘버링된 싱글-톤 프리엠블(40) 및 (

), …, (
-1)으로 넘버링된 멀티-톤 프리엠블(50)으로 구성되되,
상기 PRACH 자원은 상기 기지국에서 상기 사물통신 단말로 전송되는 아래 파라미터들: NPRACH 자원 주기
,할당된 NPRACH 의 첫 번째 subcarrier의 주파수 위치
,NPRACH에 할당된 서브캐리어 개수
, 각 시도별 NPRACH 반복 개수
, NPRACH 시작 시간
, 멀티-톤 msg3 전송을 지원하는 UE를 위해 예약된 NPRACH 서브캐리어의 범위의 시작 서브캐리어 인덱스를 계산하기 위한 비율 값
로 정의되는 것을 특징으로 하는 셀룰러 기반 사물통신 단말과 상향링크 데이터 전송을 위한 랜덤 액세스 과정을 수행하는 기지국.