KR20080039177A - 무선 통신 시스템에서의 랜덤 억세스 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무선 통신 시스템에서의 랜덤 억세스 방법 및 그를 위한 무선 통신용 단말에 관한 것이다. 본 발명에 따른 무선 통신 시스템에서의 랜덤 억세스 방법은, 다중 반송파를 이용하는 무선 통신 시스템의 단말에서의 랜덤 억세스 채널(random access channel)을 통한 랜덤 억세스 방법에 있어서, 네트워크로 랜덤 억세스를 위한 프리앰블(preamble)을 전송하는 단계와, 상기 네트워크로부터 상기 프리앰블에 대한 응답으로 제1 응답 메시지를 수신하는 단계와, 상기 네트워크로 특정 동작을 요청하는 제1 요청 메시지를 전송하는 단계와, 상기 네트워크로부터 상기 제1 요청 메시지에 대한 응답으로서 상기 특정 동작에 대한 결과를 포함하는 제2 응답 메시지 및 적어도 하나 이상의 다른 단말과의 충돌(collision)을 해결하기 위한 제3 응답 메시지를 수신하는 단계 및 상기 제2 응답 메시지가 상기 단말에 대한 전용 메시지인 경우, 상기 제2 응답 메시지의 내용에 따라 동작을 수행하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
E-UMTS, LTE, RACH, 충돌, 자원할당

Description

무선 통신 시스템에서의 랜덤 억세스 방법{Random access method in wireless communication system}
도 1은 E-UMTS의 망 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 E-UTRAN(Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network)의 개략적인 구성도이다.
도 3a 및 도 3b는 단말(UE)과 E-UTRAN 사이의 무선 인터페이스 프로토콜(Radio Interface Protocol)의 구조를 도시한 것으로서, 도 3a가 제어 평면 프로토콜 구성도이고, 도 3b가 사용자 평면 프로토콜 구성도이다.
도 4는 E-UMTS 시스템에서 사용하는 물리채널 구조의 일 예를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 일 실시예의 절차 흐름도이다.
도 6은 본 발명에 따른 다른 실시예의 절차 흐름도이다.
본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 무선 통신 시스템에서의 랜덤 억세스 방법 및 그를 위한 무선 통신용 단말에 관한 것이다.
비동기 방식 이동통신 시스템 규격(3GPP)에 따른 WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access 시스템에 있어서, 네트워크(UTRAN: UMTS Terrestrial Radio Access Network)에서 단말로 데이터를 전송하는 하향 전송채널로는 시스템 정보를 전송하는 BCH(Broadcast Channel)와 그 이외에 사용자 트래픽이나 제어 메시지를 전송하는 하향 SCH(Shared Channel)가 있다. 하향 멀티캐스트 또는 방송 서비스(MBMS)의 트래픽 또는 제어 메시지의 경우 하향 SCH를 통해 전송될 수도 있고, 별도의 하향 MCH(Multicast Channel)을 통해 전송될 수도 있다. 한편, 단말에서 네트워크로 데이터를 전송하는 상향 전송채널로는 초기 제어 메시지를 전송하는 RACH(Random Access Channel)와 그 이외에 사용자 트래픽이나 제어 메시지를 전송하는 상향 SCH(Shared Channel)가 있다.
이하에서 WCDMA 시스템에서의 RACH(Random Access Channel)에 대해 상술한다. RACH는 상향으로 짧은 길이의 데이터를 전송하기 위해 사용되며, RRC 연결 요청 메시지(RRC Connection Request Message)와 셀 갱신 메시지(Cell Update Message), URA 갱신 메시지(URA Update Message) 등의 일부 RRC 메시지도 RACH를 통해 전송된다. 논리채널 CCCH(Common Control Channel), DCCH(Dedicated Control Channel), DTCH(Dedicated Traffic Channel)가 전송채널 RACH에 매핑될 수 있으며, 전송채널 RACH는 다시 물리채널 PRACH(Physical Random Access Channel)에 매핑된다.
단말의 MAC(Medium Access Control) 계층이 단말 물리계층에 PRACH 전송을 지시하면, 단말 물리계층은 먼저 하나의 엑세스 슬롯(access slot)과 하나의 시그 너처(signature)를 선택하여 PRACH 프리앰블을 상향으로 전송한다. 상기 프리앰블은 1.33ms 길이의 엑세스 슬롯 구간 동안 전송되며, 엑세스 슬롯의 처음 일정 길이 동안에 16가지 시그너처 중 하나의 시그너처를 선택하여 전송한다. 단말이 프리앰블을 전송하면 기지국은 하향 물리채널 AICH(Acquisition Indicator Channel)을 통해 응답신호를 전송한다. 상기 프리앰블에 대한 응답으로 전송되는 AICH는 상기 프리앰블이 전송된 엑세스 슬롯에 대응되는 엑세스 슬롯의 처음 일정 길이 동안 상기 프리앰블이 선택한 시그너처를 전송한다. 이때 기지국은 상기 AICH가 전송하는 시그너처를 통해 긍정적인 응답(ACK: Acknowledgement) 또는 부정적인 응답(NACK: Non-acknowledgement)을 단말에게 전송한다. 만일 단말이 ACK을 수신하면, 단말은 상기 전송한 시그너처에 대응되는 OVSF(Orthogonal Variable Spreading Factor) 코드를 사용하여 10ms 또는 20ms 길이의 메시지 부분을 전송한다. 만일 단말이 NACK을 수신하면, 단말 MAC은 적당한 시간 이후에 단말 물리계층에게 다시 PRACH 전송을 지시한다. 한편, 만일 단말이 전송한 프리앰블에 대응되는 AICH를 수신하지 못하였을 경우, 단말은 정해진 엑세스 슬롯 이후에 이전 프리앰블보다 한 단계 높은 전력으로 새로운 프리앰블을 전송한다.
이하에서는 WCDMA 시스템에서 단말이 RACH를 이용하여 메시지를 전송하는 경우들에 대해서 설명한다.
첫 번째는 휴지모드(Idle Mode)에 있는 단말이 RACH를 통해 네트워크로 초기 제어 메시지를 전송하는 경우이다. 일반적으로 단말이 RACH를 이용하는 경우는 단말이 네트워크와 시간 동기를 맞추기 위한 경우와, 단말이 상향링크로의 데이터 전 송이 필요한데 상기 데이터를 전송할 상향링크의 무선자원이 없는 경우에 무선자원을 획득하는 경우이다. 예를 들면, 단말이 전원을 켜서 새로운 셀로 처음 접근하는 경우, 일반적으로 단말은 다운링크의 동기를 맞추고, 접속하려는 셀에서의 시스템 정보를 수신한다. 그리고, 상기 시스템 정보를 수신한 후에는 상기 단말은 RRC 연결(RRC Connection)을 위해서 접속 요청 메시지를 전송한이다. 하지만, 상기 단말은 현재 네트워크와의 시간 동기도 맞지 않은 상태이고, 또한 상향링크의 무선자원도 확보되지 않은 상태이기 때문에 RACH를 이용하게 된다. 즉, RACH를 이용하여 상기 단말은 네트워크에 연결 요청 메시지 전송을 위한 무선자원을 요청하는 것이다. 그리고 해당 무선자원 요청을 받은 기지국은 상기 단말에게 RRC 연결 요청 메시지를 전송할 수 있도록 적당한 무선자원을 할당한다. 그러면 상기 단말은 상기 무선자원을 통해서 RRC 연결 요청 메시지를 망으로 전송할 수 있다.
두 번째 경우는 단말이 네트워크와의 RRC 연결이 맺어진 상태에서, RRC 연결(RRC Connected Mode) 모드에 있는 단말이 RACH를 이용하는 경우이다. 이 경우에, 네트워크의 무선자원 스케줄링에 따라서 단말은 무선자원을 할당받고, 할당된 무선자원을 통해서 데이터를 네트워크로 전송한다. 하지만, 단말의 버퍼에 더 이상 전송할 데이터가 남아 있지 않다면, 네트워크는 상기 단말에 더 이상의 상향링크의 무선자원을 할당하지 않을 것이다. 왜냐하면 전송할 데이터를 가지고 있지 않은 단말에게 상향링크의 무선자원을 할당하는 것은 비효율적이기 때문이다. 여기서 단말의 버퍼 상태는 주기적으로 또는 특정 이벤트가 발생할 때마다 네트워크로 보고된다. 상기 상황처럼 무선 자원이 없는 단말의 버퍼에 새로운 데이터가 생기게 되면, 상기 단말에게 할당된 상향링크의 무선자원이 없기 때문에, 상기 단말은 RACH를 이용하게 된다. 즉, 상기 단말은 RACH를 이용해서 데이터의 전송에 필요한 무선자원을 네트워크에 요청한다.
RACH는 상향 공용 채널로서 네트워크로 초기 접속을 시도하려고 하는 모든 단말들이 사용할 수 있는 채널이다. 따라서, 둘 이상의 단말들이 동시에 RACH를 사용하는 경우 충돌(collision)이 발생하게 된다. 둘 이상의 단말들에 의한 충돌이 발생한 경우 네트워크는 그 중 하나의 단말을 선택하여 정상적인 절차를 진행시키고, 나머지 단말들에 대해서는 충돌 발생에 따른 문제를 해결한 후에 다음 절차를 진행시켜야 한다. 이 경우에 선택된 단말에 대한 절차 진행 과정에서의 지연(delay)을 발생시키지 않으면서, 선택되지 않은 단말들에 대한 충돌 발생에 따른 문제를 원활히 해결할 수 있는 절차를 정의할 필요성이 제기된다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 무선 통신 시스템에서 불필요한 지연을 방지할 수 있는 랜덤 억세스 방법 및 그를 위한 무선 통신용 단말을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 특징으로서, 네트워크는 상향 랜덤 억세스 과정에서 단말이 전송하는 상향 메시지를 수신하면, 충돌된 단말들에게 전송하는 충돌 해결 메시지와 충돌을 통과하는 단말에 전송하는 단말 전용 하향 메시지를 함께 전송한다.
또한, 상기 단말은 상향 메시지를 전송한 후 충돌 해결 메시지와 단말 전용 하향 메시지를 함께 수신 시도하고, 상기 충돌 해결 메시지를 수신하여 수신한 충돌 해결 메시지가 상향 접속 과정의 중지 또는 재시도를 지시할 경우 상기 단말은 상향 랜덤 억세스 과정을 중지 또는 재시도한다. 상기 단말이 상기 단말 전용 하향 메시지를 수신하여 수신한 단말 전용 하향 메시지가 상기 단말을 위한 메시지인 경우 상기 단말은 상향 랜덤 억세스 과정을 종료하고 이후의 정상적인 절차를 수행하여 데이터를 송수신하게 된다.
상기 상향 메시지가 상기 단말의 RRC 계층이 전송하는 RRC 메시지인 경우, 상기 상향 RRC 메시지를 수신한 상기 네트워크의 RRC 계층은 RRC 메시지인 RRC 충돌 해결 메시지와 RRC 단말 전용 하향 메시지를 전송하며, 상기 단말은 상기 RRC 메시지들을 수신한다.
상기 상향 메시지가 상기 단말의 MAC 계층이 전송하는 MAC 메시지일 경우, 상기 상향 MAC 메시지를 수신한 상기 네트워크의 MAC 계층은 MAC 메시지인 MAC 충돌 해결 메시지와 MAC 단말 전용 하향 메시지 또는 L1 메시지인 L1 충돌 해결 메시지와 L1 단말 전용 하향 메시지를 전송하며, 상기 단말은 상기 MAC 메시지 또는 L1메시지를 수신한다.
바람직하게는, 상기 MAC 충돌해결 메시지와 MAC 단말 전용 하향 메시지는 MAC 제어 PDU(MAC control Packet Data Unit)에 포함되어 전송된다.
바람직하게는, 상기 L1 충돌 해결 메시지와 L1 단말 전용 하향 메시지는 L1/L2 제어채널(L1/L2 control channel)을 통해 전송된다.
바람직하게는, L1/L2 제어채널은 상향 데이터 전송을 위한 자원할당 채 널(Resource Grant Channel)이거나, 하향 데이터 전송을 위한 하향 제어채널에 해당한다.
바람직하게는, 상기 단말은 자신을 위한 상기 단말 전용 하향 메시지를 성공적으로 수신하면, 상기 충돌 해결 메시지의 수신을 중단한다.
바람직하게는, 상기 단말은 자신을 위한 상기 단말 전용 하향 메시지를 성공적으로 수신하지 못한 경우, 상기 충돌 해결 메시지를 수신한다.
바람직하게는, 상기 단말 전용 하향 메시지가 L1/L2 제어채널을 통해 전송될 경우, 상기 단말 전용 하향 메시지는 충돌에서 통과된 단말의 단말 전용식별자를 포함한다.
바람직하게는, 상기 단말 전용 하향 메시지가 MAC 제어 PDU 또는 RRC 메시지로서 전송될 경우, 상기 단말 전용 하향 메시지를 지시하기 위해 L1/L2 제어채널에 포하되어 전송되는 제어정보는 충돌에서 통과된 단말의 단말 전용식별자를 포함한다.
바람직하게는, 상기 충돌 해결 메시지가 L1/L2 제어채널을 통해 전송될 경우, 상기 충돌 해결 메시지는 랜덤 억세스 응답 메시지를 통해 할당한 임시 단말식별자를 포함한다.
바람직하게는, 상기 충돌 해결 메시지가 MAC 제어 PDU 또는 RRC 메시지로서 전송될 경우, 상기 충돌 해결 메시지를 지시하는 L1/L2 제어채널이 상기 랜덤억세스 응답 메시지를 통해 할당한 임시 단말식별자를 포함한다.
바람직하게는, 상기 충돌 해결 메시지는 상기 충돌에서 통과된 단말의 단말 전용식별자를 포함하거나 또는 충돌에서 통과되지 못한 단말의 단말 전용식별자를 포함한다.
본 발명의 일 양상으로서, 본 발명에 따른 무선 통신 시스템에서의 랜덤 억세스 방법은, 다중 반송파를 이용하는 무선 통신 시스템의 단말에서의 랜덤 억세스 채널(random access channel)을 통한 랜덤 억세스 방법에 있어서, 네트워크로 랜덤 억세스를 위한 프리앰블(preamble)을 전송하는 단계와, 상기 네트워크로부터 상기 프리앰블에 대한 응답으로 제1 응답 메시지를 수신하는 단계와, 상기 네트워크로 특정 동작을 요청하는 제1 요청 메시지를 전송하는 단계와, 상기 네트워크로부터 상기 제1 요청 메시지에 대한 응답으로서 상기 특정 동작에 대한 결과를 포함하는 제2 응답 메시지 및 적어도 하나 이상의 다른 단말과의 충돌(collision)을 해결하기 위한 제3 응답 메시지를 수신하는 단계 및 상기 제2 응답 메시지가 상기 단말에 대한 전용 메시지인 경우, 상기 제2 응답 메시지의 내용에 따라 동작을 수행하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 양상으로서, 본 발명에 따른 무선 통신용 단말은, 다중 반송파를 이용하는 무선 통신 시스템에 있어서, 네트워크로 랜덤 억세스를 위한 프리앰블(preamble)을 전송하는 과정과, 상기 네트워크로부터 상기 프리앰블에 대한 응답으로 제1 응답 메시지를 수신하는 과정과, 상기 네트워크로 특정 동작을 요청하는 제1 요청 메시지를 전송하는 과정과, 상기 네트워크로부터 상기 제1 요청 메시지에 대한 응답으로서 상기 특정 동작에 대한 결과를 포함하는 제2 응답 메시지 및 적어도 하나 이상의 다른 단말과의 충돌(collision)을 해결하기 위한 제3 응답 메시지 를 수신하는 과정 및 상기 제2 응답 메시지가 상기 단말에 대한 전용 메시지인 경우, 상기 제2 응답 메시지의 내용에 따라 동작을 수행하는 과정을 수행하도록 설정된 것을 특징으로 한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 설명된 본 발명의 실시예들에 의해 본 발명의 구성, 작용 및 다른 특징들이 용이하게 이해될 수 있을 것이다. 이하에서 설명되는 실시예들은 본 발명의 기술적 특징들이 E-UMTS(Evolved Universal Mobile Telecommunications System)에 적용된 예들이다.
도 1은 E-UMTS의 망 구조를 도시한 도면이다. E-UMTS 시스템은 기존 WCDMA UMTS 시스템에서 진화한 시스템으로 현재 3GPP(3rd Generation Partnership Project)에서 기초적인 표준화 작업을 진행하고 있다. E-UMTS는 LTE(Long Term Evolution) 시스템이라 불리기도 한다. UMTS 및 E-UMTS의 기술 규격(technical specification)의 상세한 내용은 각각 "3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network"의 Release 7 과 Release 8 을 참조할 수 있다.
도 1을 참조하면, E-UMTS는 크게 단말(User Equipment; UE라 약칭함)과 기지국(이하 eNode B 또는 eNB), 네트워크(E-UTRAN)의 종단에 위치하여 외부망과 연결되는 접속 게이트웨이(Access Gateway; 이하 AG로 약칭함)로 구성된다. AG는 사용자 트래픽 처리를 담당하는 부분과 제어용 트래픽을 처리하는 부분으로 나누어 질 수도 있다. 이때, 새로운 사용자 트래픽 처리를 위한 AG와 제어용 트래픽을 처리하는 AG 사이에 새로운 인터페이스를 사용하여 서로 통신할 수 있다. 하나의 Node B 에는 하나 이상의 셀(cell)이 존재한다. eNode B 간에는 사용자 트래픽 또는 제어 트래픽 전송을 위한 인터페이스가 사용될 수 있다. CN(Core Network)은 AG와 UE의 사용자 등록 등을 위한 네트워크 노드 등으로 구성될 수 있다. E-UTRAN과 CN을 구분하기 위한 인터페이스가 사용될 수 있다. AG는 TA(Tracking Area) 단위로 단말의 이동성을 관리한다. TA는 복수의 셀들로 구성되며, 단말은 특정 TA에서 다른 TA로 이동할 경우, AG에게 자신이 위치한 TA가 변경되었음을 알려준다.
단말과 네트워크 사이의 무선 인터페이스 프로토콜(Radio Interface Protocol)의 계층들은 통신 시스템에서 널리 알려진 개방형 시스템간 상호 접속(Open System Interconnection; OSI)기준모델의 하위 3개 계층을 바탕으로 L1(제1계층), L2(제2계층), L3(제3계층)로 구분될 수 있는데, 이 중에서 제1계층에 속하는 물리계층은 물리채널(Physical Channel)을 이용한 정보 전송 서비스(Information Transfer Service)를 제공하며, 제3계층에 위치하는 무선자원제어(Radio Resource Control; 이하 RRC라 약칭함) 계층은 단말과 네트워크 간에 무선자원을 제어하는 역할을 수행한다. 이를 위해 RRC 계층은 단말과 네트워크 간에 RRC 메시지를 서로 교환한다. RRC 계층은 Node B와 AG 등 네트워크 노드들에 분산되어 위치할 수도 있고, Node B 또는 AG에 독립적으로 위치할 수도 있다.
도 2는 E-UTRAN(Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network)의 개략적인 구성도이다. 도 2에서, 해칭(hatching)한 부분은 사용자 평면(user plane)의 기능적 엔티티들을 도시한 것이고, 해칭하지 않은 부분은 제어 평면(control plane)의 기능적 엔티티들을 도시한 것이다.
도 3a 및 도 3b는 단말(UE)과 E-UTRAN 사이의 무선 인터페이스 프로토콜(Radio Interface Protocol)의 구조를 도시한 것으로서, 도 3a가 제어 평면 프로토콜 구성도이고, 도 3b가 사용자 평면 프로토콜 구성도이다. 도 3a 및 도 3b의 무선 인터페이스 프로토콜은 수평적으로 물리계층(Physical Layer), 데이터링크 계층(Data Link Layer) 및 네트워크 계층(Network Layer)으로 이루어지며, 수직적으로는 데이터 정보 전송을 위한 사용자 평면(User Plane)과 제어신호(Signaling)전달을 위한 제어 평면(Control Plane)으로 구분된다. 도 3a 및 도 3b의 프로토콜 계층들은 통신 시스템에서 널리 알려진 개방형 시스템간 상호 접속(Open System Interconnection; OSI) 기준모델의 하위 3개 계층을 바탕으로 L1(제1계층), L2(제2계층), L3(제3계층)로 구분될 수 있다.
제1계층인 물리계층은 물리채널(Physical Channel)을 이용하여 상위 계층에게 정보 전송 서비스(Information Transfer Service)를 제공한다. 물리계층은 상위에 있는 매체접속제어(Medium Access Control) 계층과는 전송채널(Transport Channel)을 통해 연결되어 있으며, 이 전송채널을 통해 매체접속제어 계층과 물리계층 사이의 데이터가 이동한다. 그리고, 서로 다른 물리계층 사이, 즉 송신측과 수신측의 물리계층 사이는 물리채널을 통해 데이터가 이동한다. E-UMTS에서 상기 물리채널은 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식으로 변조되며, 이에 따라 시간(time)과 주파수(frequency)를 무선자원으로 활용한다.
제2계층의 매체접속제어(Medium Access Control; 이하 MAC이라 약칭함) 계층은 논리채널(Logical Channel)을 통해 상위계층인 무선링크제어(Radio Link Control) 계층에 서비스를 제공한다. 제2계층의 무선링크제어(Radio Link Control; 이하 RLC라 약칭함) 계층은 신뢰성 있는 데이터의 전송을 지원한다. 제2계층의 PDCP 계층은 IPv4나 IPv6와 같은 IP 패킷을 이용하여 전송되는 데이터가 상대적으로 대역폭이 작은 무선 구간에서 효율적으로 전송하기 위해 불필요한 제어정보를 줄여주는 헤더 압축(Header Compression) 기능을 수행한다.
제3계층의 가장 하부에 위치한 무선자원제어(Radio Resource Control; 이하 RRC라 약칭함) 계층은 제어평면에서만 정의되며, 무선베어러(Radio Bearer; RB라 약칭함)들의 설정(Configuration), 재설정(Re-configuration) 및 해제(Release)와 관련되어 논리채널, 전송채널 및 물리채널들의 제어를 담당한다. 이때, RB는 단말과 UTRAN 간의 데이터 전달을 위해 제2계층에 의해 제공되는 서비스를 의미한다.
네트워크에서 단말로 데이터를 전송하는 하향 전송채널로는 시스템 정보를 전송하는 BCH(Broadcast Channel), 페이징 메시지를 전송하는 PCH(Paging Channel), 그 이외에 사용자 트래픽이나 제어메시지를 전송하는 하향 SCH(Shared Channel)이 있다. 하향 멀티캐스트 또는 방송 서비스의 트래픽 또는 제어메시지의 경우 하향 SCH를 통해 전송될 수도 있고, 또는 별도의 하향 MCH(Multicast Channel)을 통해 전송될 수도 있다. 한편, 단말에서 망으로 데이터를 전송하는 상향 전송채널로는 초기 제어메시지를 전송하는 RACH(Random Access Channel)와 그 이외에 사용자 트래픽이나 제어메시지를 전송하는 상향 SCH(Shared Channel)가 있다.
전송채널 상위에 있으며, 전송채널에 매핑되는 논리채널(Logical Channel)로 는 BCCH(Broadcast Channel), PCCH(Paging Control Channel), CCCH(Common Control Channel), MCCH(Multicast Control Channel), MTCH(Multicast Traffic Channel) 등이 있다.
E-UMTS 시스템에서는 하향링크에서 OFDM 방식을 사용하고 상향링크에서는 SC-FDMA(Single Carrier-Frequency Division Multiple Access) 방식을 사용한다. 다중 반송파 방식인 OFDM 시스템은 반송파의 일부를 그룹화한 다수의 부반송파(subcarriers) 단위로 자원을 할당하는 시스템으로서, 접속 방식으로 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)를 사용한다.
OFDM 또는 OFDMA 시스템의 물리계층에서는 활성 반송파를 그룹으로 분리해서, 그룹별로 각기 다른 수신측으로 송신된다. 각 UE에게 할당되는 무선자원은 2차원 공간의 시간-주파수 영역(time-frequency region)에 의해서 정의되며 연속적인 부반송파의 집합이다. OFDM 또는 OFDMA 시스템에서 하나의 시간-주파수 영역은 시간 좌표와 부반송파 좌표에 의해 결정되는 직사각형으로 구분된다. 즉, 하나의 시간-주파수 영역은 적어도 하나 이상의 시간 축 상에서의 심볼과 다수의 주파수 축 상에서의 부반송파에 의해 구획되는 직사각형으로 구분될 수 있다. 이러한 시간-주파수 영역은 특정 UE의 상향링크에 할당되거나 또는 하향링크에서는 특정한 사용자에게 기지국이 시간-주파수 영역을 전송할 수 있다. 2차원 공간에서 이와 같은 시간-주파수 영역을 정의하기 위해서는 시간 영역에서 OFDM 심볼의 수와 주파수 영역에서 기준점에서부터의 오프셋(offset)만큼 떨어진 위치에서 시작되는 연속적인 부반송파의 수가 주어져야 한다.
현재 논의가 진행 중인 E-UMTS 시스템에서는 10 ms의 무선 프레임(radio frame)을 사용하고 하나의 무선 프레임은 20 개의 서브 프레임(subframe)으로 구성된다. 즉, 하나의 서브 프레임은 0.5ms이다. 하나의 리소스 블록(resource block)은 하나의 서브 프레임과 각각 15 kHZ 대역인 부반송파 12 개로 구성된다. 또한, 하나의 서브 프레임은 다수의 OFDM 심볼들로 구성되며, 다수의 OFDM 심볼들 중 일부 심볼(예를 들어, 첫 번째 심볼)은 L1/2 제어정보를 전송하기 위해 사용될 수 있다.
도 4는 E-UMTS 시스템에서 사용하는 물리채널 구조의 일 예를 도시한 것으로서, 하나의 서브 프레임은 L1/L2 제어정보 전송 영역(해칭한 부분)과 데이터 전송 영역(해칭하지 않은 부분)으로 구성된다.
도 5는 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예의 절차 흐름도이다. 도 5의 실시예는 휴지 모드(idle mode)에 있는 단말의 초기 랜덤 억세스(random access) 과정에 본 발명의 기술적 특징이 적용된 예이다.
도 5를 참조하면, 단말(UE)은 기지국(eNB)으로 랜덤 억세스 프리앰블(Random Access Preamble)을 전송한다[S51]. 즉, 상기 단말은 하나의 억세스 슬롯(access slot)을 통해 다수의 시그너처들(signatures)들 중에서 특정 시그너처를 선택하여 상기 기지국으로 전송한다. 이때, 상기 기지국이 상향 메시지 전송을 위한 자원할당을 할 수 있도록 상향 메시지 정보 또는 채널 측정 정보를 상기 랜덤 억세스 프리앰블에 포함할 수 있다. 이때, 둘 이상의 단말들이 같은 시그너처를 같은 무선자원을 사용하여 동시에 랜덤 억세스 프리앰블들을 상향 전송을 하면 충 돌(collision)이 발생하게 된다.
상기 기지국은 상기 랜덤 억세스 프리앰블에 대한 응답으로 랜덤 억세스 응답(Random Access Response) 메시지를 전송한다[S52]. 상기 랜덤 억세스 응답 메시지는 상기 단말이 전송한 시그너처와 상기 랜덤 억세스 프리앰블 전송에 대한 승낙 또는 거절에 대한 정보, 상기 단말에게 할당하는 무선망 임시단말식별자(Temporary C-RNTI, Cell Radio Network Temporary Identifier) 및 RRC 연결 요청 메시지의 전송과 관련된 제어정보를 포함한다. 상기 RRC 연결 요청 메시지 전송과 관련된 제어정보는 무선자원 할당 정보 및 메시지 크기, RRC 연결 요청 메시지 전송을 위한 무선 파라미터(변조 및 코딩 정보, Hybrid ARQ 정보 등)를 포함한다.
상기 랜덤 억세스 응답 메시지의 수신을 위한 시그널링 정보는 L1/L2 제어채널을 통해 알려준다. 상기 시그널링 정보는 상기 랜덤 억세스 응답 메시지의 전송을 지시하는 RA-RNTI(Random Access Radio Network Temporary Identifier)와 상기 랜덤 억세스 응답 메시지 전송과 관련된 전송 파라미터를 포함한다.
상기 랜덤 억세스 응답 메시지에 상기 단말이 전송한 시그너처가 포함되어 있고, 상기 시그너처 전송에 대한 승낙을 의미하는 정보가 포함되어 있을 경우, 상기 단말은 상기 기지국으로 RRC 연결 요청(RRC Connection Request) 메시지를 전송한다[S53]. 이때, 상기 단말은 상기 랜덤 억세스 응답 메시지에 포함된 무선자원 할당 정보, 메시지 크기, 무선 파라미터를 이용하여 상기 RRC 연결 요청 메시지를 전송한다. 상기 RRC 연결 요청 메시지에는 상기 단말을 식별하기 위한 단말식별자를 포함시키는 것이 바람직하다. 상기 단말식별자로서 IMSI(International Mobile Subscriber Identity)나 TMSI(Temporary Mobile Subscriber Identity) 등과 같은 광역 단말식별자를 들 수 있다.
만일 상기 랜덤 억세스 응답 메시지에 상기 단말이 전송한 시그너처가 포함되어 있고 상기 시그너처 전송에 대한 거절을 의미하는 정보가 포함되어 있을 경우 또는 상기 단말이 전송한 시그너처가 상기 랜덤 억세스 응답 메시지에 포함되어 있지 않은 경우, 상기 단말은 RRC 연결 요청 메시지를 전송하지 않고 일정 시간 이후에 랜덤 억세스 프리앰블을 재전송한다.
상기 단말로부터 상기 RRC 연결 요청 메시지를 수신하면, 상기 기지국의 RRC 계층은 상기 단말로 RRC 연결 설정(RRC Connection Setup) 메시지와 RRC 충돌 해결(RRC Contention Resolution) 메시지를 전송한다. 상기 기지국은 상기 RRC 연결 설정 메시지 및 RRC 충돌 해결 메시지를 동시에 전송하거나, 상기 RRC 연결 설정 메시지를 전송한 후에 상기 RRC 충돌 해결 메시지를 전송할 수 있다.
다수의 단말이 RRC 연결 설정 메시지의 전송 과정에서 충돌하였을 경우, 충돌에서 통과된 하나의 단말만이 상기 RRC 연결 설정 메시지에 따라 동작하며, 나머지 충돌에서 통과되지 않은 모든 단말들은 상기 RRC 충돌 해결 메시지에 따라 동작한다. 여기서, 상기 단말이 충돌에서 통과되었다는 것은 상기 단말이 전송한 RRC 연결 요청 메시지가 상기 기지국에 의해 수신되어 그에 따른 RRC 연결 요청이 성공적으로 수행되었음을 의미하고, 상기 단말이 충돌에서 통과되지 않았다고 하는 것은 상기 단말이 전송한 RRC 연결 요청 메시지가 상기 기지국에 의해 성공적으로 수신되지 못했음을 의미한다.
상기 RRC 연결 설정 메시지는 C-RNTI(Cell RNTI, Radio Network Temporary Identity) 등의 무선망 단말식별자와 상기 광역 단말식별자를 포함할 수 있다. 상기 단말은 상기 RRC 연결 설정 메시지에 상기 RRC 연결 요청 메시지를 통해 전송한 광역 단말식별자가 포함되어 있을 경우, 상기 RRC연결 설정 메시지를 자신을 위한 메시지로 인식한다. 만일, 상기 RRC 연결 설정 메시지에 상기 RRC 연결 요청 메시지를 통해 전송한 상기 광역 단말식별자가 포함되어 있지 않을 경우, 상기 단말은 상기 RRC 연결 설정 메시지를 자신을 위한 메시지로 인식하지 않는다.
이때, 상기 RRC 연결 설정 메시지의 전송을 지시하기 위해 L1/L2 제어채널에 포함되는 제어정보는 상기 C-RNTI 등과 같은 무선망 단말식별자를 포함한다. 따라서, 상기 단말은 상기 L1/L2 제어채널에 상기 무선망 단말식별자가 포함되어 있을 경우에만 상기 RRC 연결 설정 메시지를 수신한다.
상기 RRC 충돌 해결 메시지는 C-RNTI 등과 같은 무선망 단말식별자와 상기 광역 단말식별자를 포함할 수 있다. 상기 단말은 상기 RRC 충돌 해결 메시지에 자신이 상기 RRC 연결 요청 메시지를 통해 전송한 광역 단말식별자가 포함되어 있을 경우, 자신이 충돌에서 통과되었음을 인식한다. 하지만, 상기 단말이 일정 시간 동안 자신이 RRC 연결 요청 메시지를 통해 전송한 광역 단말식별자가 포함된 상기 RRC 연결 설정 메시지를 수신하지 못하였을 경우, 일정 시간 이후에 랜덤 억세스 프리앰블을 재전송한다.
만일, 상기 RRC 충돌 해결 메시지에 자신이 RRC 연결 요청 메시지를 통해 전송한 상기 광역 단말식별자가 포함되어 있지 않을 경우, 상기 단말은 자신이 충돌 에서 통과되지 않았음을 인식하고, 일정 시간 이후에 랜덤 억세스 프리앰블을 재전송한다.
이때, 상기 RRC 충돌 해결 메시지의 전송을 지시하기 위해 L1/L2 제어채널을 통해 전송되는 제어정보는 상기 무선망 임시 단말식별자를 포함한다. 따라서, 상기 단말은 상기 L1/L2 제어채널에 상기 무선망 임시 단말식별자가 포함되어 있을 경우에만 상기 RRC 충돌 해결 메시지를 수신할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 다른 실시예의 절차 흐름도이다. 도 6의 실시예는 RRC 연결 모드(RRC connected mode)에 있는 단말의 랜덤 억세스 과정에 본 발명의 기술적 특징이 적용된 예이다. 예를 들어, 단말이 기지국으로 전송할 데이터가 있는데 이를 위한 무선자원을 할당받지 못한 경우 RACH를 통한 랜덤 억세스 과정을 통해 데이터를 전송할 수 있다.
도 6을 참조하면, 단말(UE)은 기지국으로 랜덤 억세스 프리앰블을 전송하고[S61], 상기 기지국으로부터 상기 랜덤 억세스 프리앰블에 대한 응답으로 랜덤 억세스 응답 메시지를 수신한다[S62]. S61 및 S62 단계들에 대해서는 도 5의 S51 및 S52 단계들에서 설명된 바와 동일하므로 설명을 생략하도록 한다.
상기 랜덤 억세스 응답 메시지에 상기 단말이 전송한 시그너처가 포함되어 있고, 상기 시그너처 전송에 대한 승낙을 의미하는 정보가 포함되어 있을 경우, 상기 단말은 상기 기지국으로 MAC 스케줄링 요청(MAC Scheduling Request) 메시지를 전송한다[S63]. 이때, 상기 단말은 상기 랜덤 억세스 응답 메시지에 포함된 무선자원 할당 정보, 메시지 크기, 무선 파라미터를 이용하여 상기 MAC 스케줄링 요청 메 시지를 전송한다. 상기 MAC 스케줄링 요청 메시지에는 상기 단말을 식별하기 위한 단말식별자를 포함시키는 것이 바람직하다. 상기 단말식별자로서 IMSI(International Mobile Subscriber Identity)나 TMSI(Temporary Mobile Subscriber Identity) 등과 같은 광역 단말식별자를 들 수 있다.
상기 랜덤 억세스 응답 메시지에 상기 단말이 전송한 시그너처가 포함되어 있고 상기 시그너처 전송에 대한 거절을 의미하는 정보가 포함되어 있을 경우 또는 상기 단말이 전송한 시그너처가 상기 랜덤 억세스 응답 메시지에 포함되어 있지 않은 경우, 상기 단말은 MAC 스케줄링 요청 메시지를 전송하지 않고 일정 시간 이후에 랜덤 억세스 프리앰블을 재전송한다.
상기 단말로부터 상기 MAC 스케줄링 요청 메시지를 수신하면, 상기 기지국의 MAC 계층은 상기 단말로 자원 할당(Resource Grant) 메시지와 MAC 충돌 해결(MAC Contention Resolution) 메시지를 전송한다[S64]. 상기 기지국은 상기 자원 할당 메시지 및 MAC 충돌 해결 메시지를 동시에 전송하거나, 상기 자원 할당 메시지를 전송한 후에 상기 MAC 충돌 해결 메시지를 전송할 수 있다.
상기 자원 할당 메시지는 L1 시그널링(L1 signaling)을 통해 전송되거나 또는 MAC 제어 PDU(control PDU) 형태로 전송될 수 있으며, C-RNTI 등의 무선망 단말식별자 및 할당되는 상향 무선자원 정보를 포함한다. L1 시그널링일 경우, 상기 자원 할당 메시지는 L1/L2 제어채널로 전송되거나 또는 상향자원을 할당하기 위해 하향으로 전송되는 자원할당 채널(Resource Grant Channel)을 통해 전송될 수 있다. 상기 MAC 제어 PDU 형태로 전송될 경우, 상기 MAC 제어 PDU는 헤더(header)와 페이 로드(payload)로 구성되고, 상기 헤더에는 MAC 제어 PDU임을 알려주는 정보와 해당 MAC 제어 PDU에 상기 자원 할당 메시지가 포함되어 전송됨을 알려주는 지시자가 포함될 수 있다. 상기 페이로드에는 상기 자원 할당 메시지가 포함된다.
상기 자원 할당 메시지가 L1 시그널링을 통해 전송되는 경우, 상기 단말이 자원할당 채널 또는 L1/L2 제어채널을 통해 자신의 무선망 단말식별자가 포함된 자원 할당 메시지를 수신하였을 때, 상기 단말은 상기 자원 할당 메시지를 자신을 위한 메시지로 인식한다. 하지만, 상기 자원할당 채널 또는 L1/L2 제어채널을 통해 상기 단말이 자신의 무선망 단말식별자가 포함된 자원할당메시지를 수신하지 못하였을 때, 상기 단말은 상기 자원 할당 메시지를 자신을 위한 메시지로 인식하지 않는다.
상기 자원 할당 메시지가 상기 MAC 제어 PDU의 형태로 전송하는 경우, 상기 MAC 제어 PDU의 전송을 지시하기 위해 L1/L2 제어채널에 포함되는 제어정보는 상기 무선망 단말식별자를 포함한다. 따라서, 상기 단말은 상기 L1/L2 제어채널에 상기 무선망 단말식별자가 포함되어 있을 경우에만 상기 자원 할당 메시지를 수신한다.
상기 MAC 충돌 해결 메시지는 C-RNTI 등의 무선망 단말식별자, 상기 무선망 임시 단말식별자, 상기 광역 단말식별자를 포함할 수 있다. 상기 단말은 상기 MAC 충돌 해결 메시지에 상기 단말의 단말식별자가 포함되어 있을 경우, 자신이 충돌에서 통과되었음을 인식한다. 하지만, 상기 단말이 일정 시간 동안 상기 단말의 단말식별자가 포함된 상기 MAC 연결 설정 메시지를 수신하지 못하였을 경우, 일정 시간 이후에 랜덤 억세스 프리앰블을 재전송한다.
만일, 상기 MAC 충돌 해결 메시지에 상기 단말의 단말식별자가 포함되어 있지 않을 경우, 상기 단말은 자신이 충돌에서 통과되지 않았음을 인식하고, 일정 시간 이후에 랜덤 억세스 프리앰블을 재전송한다.
이때, 상기 MAC 충돌 해결 메시지의 전송을 지시하기 위해 L1/L2 제어채널을 통해 전송되는 제어정보는 상기 무선망 임시 단말식별자를 포함한다. 따라서, 상기 단말은 상기 L1/L2 제어채널에 상기 무선망 임시 단말식별자가 포함되어 있을 경우에만 상기 MAC 충돌 해결 메시지를 수신할 수 있다.
도 5 및 도 6에서, 상기 충돌 해결 메시지와 연결 설정 메시지 또는 자원 할당 메시지는 상기 단말이 전송한 랜덤 억세스 프리앰블에 포함된 시그너처 또는 상기 랜덤 억세스 프리앰블을 위해 사용된 무선자원과 관련된 정보를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 상기 충돌 해결 메시지와 연결 설정 메시지 또는 자원 할당 메시지는 상기 연결 요청 메시지 또는 스케줄링 요청 메시지를 전송하기 위해 사용된 무선자원과 관련된 정보를 포함할 수 있다. 여기서 상기 무선자원은 주파수 및/또는 시간을 포함한다. 이때, 상기 단말은 상기 충돌 해결 메시지와 연결 설정 메시지 또는 자원 할당 메시지에 자신이 전송한 해당되는 프리앰블 시그너처 또는 무선자원과 관련된 정보가 포함되어 있을 경우, 상기 충돌 해결 메시지와 연결 설정 메시지 또는 자원 할당 메시지가 자신을 위한 메시지임을 인식하고, 상기 충돌 해결 메시지와 연결 설정 메시지 또는 자원 할당 메시지의 내용에 따라 동작한다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
본 발명에 따르면, 무선 통신 시스템 랜덤 억세스 과정에서 불필요한 지연(delay)을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (13)

  1. 다중 반송파를 이용하는 무선 통신 시스템의 단말에서의 랜덤 억세스 채널(random access channel)을 통한 랜덤 억세스 방법에 있어서,
    네트워크로 랜덤 억세스를 위한 프리앰블(preamble)을 전송하는 단계;
    상기 네트워크로부터 상기 프리앰블에 대한 응답으로 제1 응답 메시지를 수신하는 단계;
    상기 네트워크로 특정 동작을 요청하는 제1 요청 메시지를 전송하는 단계;
    상기 네트워크로부터 상기 제1 요청 메시지에 대한 응답으로서 상기 특정 동작에 대한 결과를 포함하는 제2 응답 메시지 및 적어도 하나 이상의 다른 단말과의 충돌(collision)을 해결하기 위한 제3 응답 메시지를 수신하는 단계; 및
    상기 제2 응답 메시지가 상기 단말에 대한 전용 메시지인 경우, 상기 제2 응답 메시지의 내용에 따라 동작을 수행하는 단계를 포함하는, 랜덤 억세스 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 응답 메시지가 상기 단말에 대한 전용 메시지가 아닌 경우, 상기 제3 응답 메시지에 따라 동작을 수행하는 단계를 더 포함하는, 랜덤 억세스 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 요청 메시지는 RRC 연결 요청(RRC connection request) 메시지인 것을 특징으로 하는, 랜덤 억세스 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 응답 메시지는 RRC 연결 설정(RRC connection setup) 메시지인 것을 특징으로 하는, 랜덤 억세스 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 요청 메시지는 MAC 스케줄링 요청(MAC scheduling request) 메시지인 것을 특징으로 하는, 랜덤 억세스 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 응답 메시지는 자원 할당(Resource Grant) 메시지인 것을 특징으로 하는, 랜덤 억세스 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 자원 할당 메시지 및 상기 제3 응답 메시지는 MAC 제어 PDU(MAC control Protocol Data Unit)에 포함되어 수신되는 것을 특징으로 하는, 랜덤 억세스 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 응답 메시지는 단말식별자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 랜덤 억세스 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제3 응답 메시지는 단말식별자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 랜덤 억세스 방법.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 RRC 연결 요청 메시지의 전송을 지시하는 제어정보를 L1/L2 제어채널을 통해 전송하는 단계를 더 포함하는, 랜덤 억세스 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어정보는 단말식별자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 랜덤 억세스 방법.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 자원 할당 메시지 및 상기 제3 응답 메시지는 물리계층(L1) 시그널링을 통해 수신되는 것을 특징으로 하는, 랜덤 억세스 방법.
  13. 다중 반송파를 이용하는 무선 통신 시스템에 있어서,
    네트워크로 랜덤 억세스를 위한 프리앰블(preamble)을 전송하는 과정;
    상기 네트워크로부터 상기 프리앰블에 대한 응답으로 제1 응답 메시지를 수신하는 과정;
    상기 네트워크로 특정 동작을 요청하는 제1 요청 메시지를 전송하는 과정;
    상기 네트워크로부터 상기 제1 요청 메시지에 대한 응답으로서 상기 특정 동작에 대한 결과를 포함하는 제2 응답 메시지 및 적어도 하나 이상의 다른 단말과의 충돌(collision)을 해결하기 위한 제3 응답 메시지를 수신하는 과정; 및
    상기 제2 응답 메시지가 상기 단말에 대한 전용 메시지인 경우, 상기 제2 응답 메시지의 내용에 따라 동작을 수행하는 과정을 수행하도록 설정된, 무선 통신용 단말.
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