KR20090004010A - 레인징 과정을 수행하는 방법 - Google Patents

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Abstract

단말 간 충돌이 발생한 경우 효율적으로 레인징 과정을 수행하기 위한 방법에 관한 것이다. 임의로 선택되는 레인징 코드를 임의로 선택되는 레인징 슬롯을 통해 전송되는 레인징 요청 메시지를 전송한다. 적어도 2 이상의 단말이 동일한 레인징 코드를 동일한 레인징 슬롯을 통해 기지국으로 전송하는 충돌이 발생함을 알리는 충돌 정보를 포함하는 레인징 응답 메시지를 수신한다. 충돌로 인해 레인징 과정이 지체되는 것을 막을 수 있다.

Description

레인징 과정을 수행하는 방법{Method for performing ranging procedure}
본 발명은 무선통신에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단말 간 충돌이 발생한 경우 효율적으로 레인징 과정을 수행하기 위한 방법에 관한 것이다.
최근에 활발하게 연구되고 있는 차세대 멀티미디어 무선통신 시스템은 초기의 음성 위주의 서비스를 벗어나 영상, 무선 데이터 등의 다양한 정보를 처리하여 전송할 수 있는 시스템이 요구되고 있다.
무선통신 시스템의 데이터의 수신 및 복조를 위해서는 수신기와 전송기 간의 동기를 맞추는 작업이 필요하다. 특히 기지국과 단말간의 채널 환경이 지속적으로 변하는 이동 통신 시스템에서 성공적인 데이터의 송신 및 수신을 위해서는 기지국과 단말 간의 긴밀한 시그널링(signaling)을 통해 동기를 맞춰줘야 한다.
기지국과 단말과의 통신 채널은 크게 기지국에서 단말로 향하는 하향링크(downlink) 채널과 단말에서 기지국으로 향하는 상향링크(uplink) 채널로 구성된다.
하향링크에서는 점대다점(point-to-multipoint) 상황으로 다수의 단말들이 기지국에서 전송하는 데이터 프레임과 하향링크 동기를 맞춘다. 단말들이 동기를 맞출 수 있도록 하기 위한 일 방식으로 기지국은 전송하는 프레임의 일부에 동기화를 위한 프리앰블(preamble)을 삽입할 수 있다. 단말들은 프리앰블을 통해 하향링크 채널에 대한 동기를 맞춘다. 또는 기지국은 별도의 동기화 채널(synchronization channel)을 이용할 수 있다.
상향링크에서는 각 단말이 자신에게 할당된 시간 및/또는 주파수 영역을 통해 기지국으로 데이터를 전송해야, 단말간 간섭을 피하고 기지국이 데이터를 수신할 수 있다. 따라서, 상향링크 동기를 위해서는 각 단말의 채널 환경을 고려하여, 기지국과 단말 간의 시그널링을 통해 동기를 조정할 필요가 있다. 상향링크 동기를 맞추기 위해 단말과 기지국 간에 주고 받는 신호를 레인징 신호(ranging signal)라 하고, 레인징 신호를 단말과 기지국이 서로 주고 받는 과정을 통해 전송 파워를 조절하고, 시간/주파수 동기를 맞추는 일련의 과정을 레인징 과정이라 한다. 상향링크 동기화를 얻기 위한 일련의 과정을 레인징 과정이라 할 수 있다.
초기 레인징(initial ranging)은 단말과 기지국 간의 정확한 타이밍 오프셋을 얻고, 초기에 전송파워를 조정하는 과정이다. 전원이 켜지면, 단말은 수신되는 하향링크 프리앰블(preamble) 신호로부터 하향링크 동기화를 얻는다. 이어서, 단말은 상향링크 타이밍 오프셋(timing offset)과 전송파워를 조정하기 위해 초기 레인징을 수행한다. 초기 레인징과 달리 주기적 레인징(periodic ranging)은 초기 레인징 후에 상향링크 타이밍 오프셋과 수신신호 강도를 주기적으로 추적하는(track) 과정이다.
레인징 과정이 지체되면, 단말의 상향링크 전송이 지연된다. 또한, 레인징 과정은 실질적인 데이터 전송은 이루어지지 않는 과정이므로, 레인징 과정이 반복되면 데이터 전송과 관련없이 단말의 배터리 용량을 낭비할 수도 있다.
단말의 배터리 소비를 최소화하고, 신속한 상향링크 동기화를 이루기 위한 방법이 필요하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 레인징 과정 중에 단말 간의 충돌 여부를 기지국이 단말로 알려주는 방법을 제공하는 데에 있다.
일 양태에 있어서, 상향링크 동기화를 얻기 위한 레인징 과정을 수행하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 임의로 선택되는 레인징 코드를 임의로 선택되는 레인징 슬롯을 통해 전송되는 레인징 요청 메시지를 전송하는 단계 및 적어도 2 이상의 단말이 동일한 레인징 코드를 동일한 레인징 슬롯을 통해 기지국으로 전송하는 충돌이 발생함을 알리는 충돌 정보를 포함하는 레인징 응답 메시지를 수신하는 단계를 포함한다.
다른 양태에 있어서, 기지국이 복수의 단말로부터 상향링크 전송에 필요한 시간 또는 주파수 오프셋을 조정하기 위한 레인징 과정을 수행하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 단말이 임의로 선택하는 레인징 코드를 임의로 선택하는 레인징 슬롯을 통해 전송하는 레인징 요청을 수신하는 단계 및 복수의 단말이 동일한 레인징 코드를 동일한 레인징 슬롯을 통해 상기 레인징 요청을 전송하는 경우 충돌이 발생함을 알리는 충돌 정보를 포함하는 레인징 응답 메시지를 전송하는 단계를 포함한다.
네트워크 초기화, 핸드오버, 무선자원 할당 요청과 같은 레인징 과정이 수행 되는 동안 단말간에 충돌이 발생함으로 기지국이 단말로 알려줌으로써 단말이 신속하게 재시도를 할 수 있다. 따라서, 충돌로 인해 레인징 과정이 지체되는 것을 막을 수 있다.
도 1은 무선통신 시스템을 나타낸 블록도이다. 무선통신 시스템은 음성, 패킷 데이터 등과 같은 다양한 통신 서비스를 제공하기 위해 널리 배치된다.
도 1을 참조하면, 무선통신 시스템은 단말(10; User Equipment, UE) 및 기지국(20; Base Station, BS)을 포함한다. 단말(10)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, MS(Mobile Station), UT(User Terminal), SS(Subscriber Station), 무선기기(Wireless Device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 기지국(20)은 일반적으로 단말(10)과 통신하는 고정된 지점(fixed station)을 말하며, 노드B(NodeB), BTS(Base Transceiver System), 액세스 포인트(Access Point) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 하나의 기지국(20)에는 하나 이상의 셀이 존재할 수 있다.
무선통신 시스템은 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) /OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 기반 시스템일 수 있다. OFDM은 다수의 직교 부반송파를 이용한다. OFDM은 IFFT(inverse fast Fourier Transform)과 FFT(fast Fourier Transform) 사이의 직교성 특성을 이용한다. 전송기에서 데이터는 IFFT를 수행하여 전송한다. 수신기에서 수신신호에 대해 FFT를 수행하여 원래 데이터를 복원한다. 전송기는 다중 부반송파들을 결합하기 위해 IFFT를 사용하고, 다중 부반송파들을 분리하기 위해 수신기는 대응하는 FFT를 사용한 다.
이하에서, 슬롯(slot)은 최소한의 가능한 데이터 할당 유닛으로, 시간과 서브채널(subchannel)로 정의된다. 상향링크에서 서브채널은 다수의 타일(tile)로 구성될 수 있다(construct). 서브채널은 6 타일로 구성되고, 상향링크에서 하나의 버스트는 3 OFDM 심벌과 1 서브채널로 구성될 수 있다. PUSC(Partial Usage of Subchannels) 순열(permutation)에 있어서, 각 타일은 3 OFDM 심벌 상에서 4 인접하는 부반송파를 포함할 수 있다. 선택적으로, 각 타일은 3 OFDM 심벌 상에서 3 인접하는 부반송파를 포함할 수 있다. 빈(bin)은 OFDM 심벌 상에서 9 인접하는(contiguous) 부반송파를 포함한다. 밴드(band)는 빈의 4 행(row)의 그룹을 말하고, AMC(Adaptive modulation and Coding) 서브채널은 동일한 밴드에서 6 인접하는 빈들로 구성된다.
도 2는 프레임 구조의 일 예를 나타낸다. 프레임은 물리적 사양에 의해 사용되는 고정된 시간 동안의 데이터 시퀀스이다.
도 2를 참조하면, 프레임은 하향링크(DL) 프레임과 상향링크(UL) 프레임을 포함한다. 시간 분할 이중(Time Division Duplex)은 상향링크와 하향링크 전송이 동일 주파수를 공유하지만 서로 다른 시간에 일어나는 방식이다. 하향링크 프레임은 상향링크 프레임보다 시간적으로 앞선다. 하향링크 프레임은 프리앰블(preamble), FCH(Frame Control Header), DL(Downlink)-MAP, UL(Uplink)-MAP, 버스트 영역의 순서로 시작된다. 상향링크 프레임과 하향링크 프레임을 구분하기 위한 보호시간(guard time)이 프레임의 중간 부분(하향링크 프레임과 상향링크 프레 임 사이)과 마지막 부분(상향링크 프레임 다음)에 삽입된다. TTG(transmit/receive transition gap)는 다운링크 버스트와 계속되는(subsequent) 상향링크 버스트 사이의 갭이다. RTG(receive/transmit transition gap)는 상향링크 버스트와 계속되는 하향링크 버스트 사이의 갭이다.
프리앰블은 기지국과 단말 간의 초기 동기, 셀 탐색, 주파수 오프셋 및 채널추정에 사용된다. FCH는 DL-MAP 메시지의 길이와 DL-MAP의 코딩 방식(coding scheme) 정보를 포함한다.
DL-MAP은 DL-MAP 메시지가 전송되는 영역이다. DL-MAP 메시지는 하향링크 채널의 접속을 정의한다. DL-MAP 메시지는 DCD(Downlink Channel Descriptor)의 구성 변화 카운트 및 기지국 ID(identifier)를 포함한다. DCD는 현재 맵에 적용되는 하향링크 버스트 프로파일(downlink burst profile)을 기술한다. 하향링크 버스트 프로파일은 하향링크 물리채널의 특성을 말하며, DCD는 DCD 메시지를 통해 주기적으로 기지국에 의해 전송된다.
UL-MAP은 UL-MAP 메시지가 전송되는 영역이다. UL-MAP 메시지는 상향링크 채널의 접속을 정의한다. UL-MAP 메시지는 UCD(Uplink Channel Descriptor)의 구성 변화 카운트, UL-MAP에 의해 정의되는 상향링크 할당의 유효 시작 시각을 포함한다. UCD는 상향링크 버스트 프로파일(uplink burst profile)을 기술한다. 상향링크 버스트 프로파일은 상향링크 물리채널의 특성을 말하며, UCD는 UCD 메시지를 통해 주기적으로 기지국에 의해 전송된다. UCD 메시지는 레인징을 위한 백오프(backoff) 윈도우에 관한 정보를 포함한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크 초기화 과정을 나타낸 흐름도이다. 네트워크 초기화는 단말이 네트워크로 초기에 진입하는 과정을 나타내며, 이 중 초기 레인징(initial ranging)은 단말과 기지국 간의 정확한 타이밍 오프셋을 얻고, 초기에 전송파워를 조정하는 과정이다.
도 3을 참조하면, 단말은 기지국으로부터 전송되는 DL-MAP 메시지를 읽는다(S110). 초기화를 위해 또는 신호를 잃어버린 후에, 단말은 하향링크 채널을 얻어야 한다. 단말은 무선 채널을 스캔하여, 프레임 구조를 수신하고, 기지국과 동기화한다. 단말은 적어도 하나의 DL-MAP 메시지를 수신하면, MAC(Medium Access Control) 동기화를 얻을 수 있다. MAC 동기화를 얻으면, 단말은 DL-MAP 메시지, DCD 메시지 및 UCD 메시지를 계속해서 수신할 수 있다. 동기화 후에 단말은 기지국으로부터의 UCD 메시지를 기다려 가능한 상향링크 채널에 관한 전송 파라미터를 얻는다. UCD 메시지는 레인징 요청을 전송할 시간 및 주파수를 포함한다. UCD 메시지는 경합(contention) 기반의 레인징이 수행되는 6 (또는 8) 인접하는 서브채널들의 하나 또는 그 이상의 그룹을 지정할 수 있다(specify). 경합 기반은 적어도 하나 이상의 단말이 동일한 시간에 동일한 서브채널을 통해 전송할 수 있다는 것을 의미한다.
초기 레인징 간격(initial ranging interval)을 찾기 위해 단말은 UL-MAP 메시지를 읽는다(S115). 기지국은 적어도 하나 이상의 전송 기회(transmission opportunity)로 이루어진 초기 레인징 간격을 할당한다. 전송 기회는 공인된 일정 그룹의 단말들이 초기 레인징 요청을 전송할 수 있도록 UL-MAP 등에서 제공되는 할 당을 말한다.
단말은 레인징 요청(Ranging Request; RNG-REQ) 메시지를 전송한다(S120). 레인징 요청 메시지는 네트워크 지연을 결정하고, 파워 및/또는 다운링크 버스트 프로파일 변화를 요청하기 위해 초기화시에 단말로부터 전송된다. 단말은 UCD에 포함된 백오프(backoff) 윈도우 내에서 임의로 레인징 슬롯(ranging slot)을 선택하고, 레인징 코드를 전송한다. 레인징 코드는 일련의 허용된 코드들로부터 CDMA(Code Division Multiple Access) 코드를 임의로 선택한다. 레인징 코드는 PRBS(pseudo-random bit sequence) BPSK(binary phase shift keying) 코드를 사용할 수 있다.
도 4는 PRBS 생성기의 일 예를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 이는 다항식 생성기(polynomial generator) 1+X1+X4+X7+X15를 구현한 것으로, 출력 Ck에서 나타나는 시퀀스가 레인징 코드가 된다. PRBS 생성기를 통해 생성되는 144비트 길이의 256개 직교 코드는 목적에 따라 초기 레인징(initial ranging), 핸드오버 레인징(handover ranging), 주기적 레인징(periodic ranging), 대역폭 할당(bandwidth request) 용으로 각각 나누어진다. 단말은 256개 직교 코드 중 자신이 수행하는 레인징 목적에 속하는 코드 집합(code set) 중에서 임의로 하나의 코드를 선택한다.
144비트의 레인징 코드는 6 (도는 8) 서브채널의 그룹에 속하는 부반송파에 변조된다. 레인징 코드가 변조되는 복수의 서브채널을 레인징 서브채널이라 한다.
도 5는 초기 레인징과 핸드오버 레인징을 위한 레인징 코드에 사용되는 OFDM 심벌 구조를 나타낸다. 초기 레인징 전송과 핸드오버 레인징 전송은 2 연속된(consecutive) OFDM 심벌 동안 수행된다. 각 OFDM 심벌 동안 레인징 서브채널 상으로 동일한 레인징 코드가 전송된다. 이 구조를 반복하여, 4 OFDM 심벌 동안 레인징 코드를 전송할 수도 있다.
도 6은 주기적 레인징과 대역폭 요청을 위한 레인징 코드에 사용되는 OFDM 심벌 구조를 나타낸다. 하나의 OFDM 심벌 동안 레인징 서브채널 상으로 레인징 코드가 전송된다. 이 구조를 3번 반복하여, 3 OFDM 심벌 동안 레인징 코드를 전송할 수도 있다.
도 7은 레인징 슬롯의 구조를 나타낸다.
도 7을 참조하면, 레인징 슬롯은 N1 OFDM 심벌과 N2 서브채널을 포함한다. 레인징 슬롯은 레인징 기회 크기(ranging opportunity size)라고도 한다. N1은 레인징 코드를 전송하는 데 필요한 OFDM 심벌의 수, N2는 레인징 코드를 전송하는 데 필요한 서브채널의 수이다.
단말은 임의로 레인징 코드와 레인징 슬롯을 선택한다. 하나의 셀 내에서 다수의 단말이 존재하므로, 2 이상의 단말이 동시에 동일한 레인징 코드와 레인징 슬롯을 이용하여 레인징을 시도할 수 있다. 레인징 요청 메시지는 상기 레인징 슬롯을 통해 전송되는 메시지이다. 동일한 시간에 동일한 레인징 슬롯을 통해 레인징 요청 메시지를 전송하는 단말들은 경합 상태가 된다. 레인징 과정에서 두 개 이상 의 단말이 동시에 동일한 레인징 코드를 선택하고, 동일한 레인징 슬롯을 통해 기지국으로 전송하면, 충돌(collision)이 발생하게 된다. 기지국은 동일한 레인징 슬롯에서 동일한 레인징 코드에 대해 다중-첨두(multi-peak)를 감지함으로써 충돌 여부를 알 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 기지국은 단말간에 경합이 발생한 경우 충돌 정보를 포함하는 레인징 응답(Ranging Response; RNG-RSP) 메시지를 보낸다(S130). 충돌이 발생하게 되면, 기지국은 충돌이 발생함을 알리는 충돌 정보를 포함하는 레인징 응답 메시지를 전송함으로써, 단말이 충돌 여부를 알 수 있도록 한다.
충돌이 발생한 경우에도 단말이 기지국으로부터 아무런 응답 메시지를 받지 못하면, 단말은 일정 시간을 대기한 후 다시 레인징 요청 메시지를 전송할 수 있다. 이 대기 시간은 레인징 목적에 따라 50ms~200ms 정도가 소요될 수 있다. 이로 인해 채널의 급격한 변화로 동기가 어긋난 단말이나, 핸드오버 과정에 있는 단말이 레인징 과정의 지연으로 전체 시스템의 성능 열화가 발생할 수 있다. 또한, 레인징 요청 메시지에 대해 아무런 응답을 받지 못하면, 그 단말은 다시 레인징을 시도한다. 일반적으로 레인징을 재시도할 때, 기지국에서의 수신 확률을 높이기 위해 이전 레인징 요청 메시지보다 전송 파워 레벨을 더 높여주게 된다. 레인징 요청 메시지의 충돌로 인해 응답을 받지 못한 단말의 경우 재시도시 레인징 요청 메시지의 전송 파워 레벨을 높여줄 필요가 없다.
충돌이 발생한 경우 기지국이 이를 단말로 알려준다면, 즉시 레인징을 다시 시작할 수 있어 불필요한 지연을 방지할 수 있다. 또한, 재시도시 전송되는 레인징 요청 메시지의 파워 레벨을 더 높일 필요가 없으므로 단말의 배터리 수명을 늘릴 수 있다.
기지국으로부터 충돌을 확인한 단말은 새로운 레인징 코드를 새로운 레인징 슬롯을 통해 레인징 요청 메시지를 보낸다(S140).
기지국은 레인징 코드를 성공적으로 수신한 것을 가리키는 레인징 응답(Ranging Response; RNG-RSP) 메시지를 보낸다(S145). 기지국에서는 레인징 코드를 수신하면, 수신한 레인징 코드 인덱스와 레인징 슬롯 수(ranging slot number)와 함께 시간/주파수 오프셋 정보를 레인징 응답 메시지에 실어 보낸다. 기지국은 어느 단말이 레인징 코드를 보낸 것을 모르므로, CDMA 코드와 레인징 슬롯을 지정하여, 단말이 상기 레인징 슬롯을 통해 자신을 확인하도록 한다.
레인징 응답 메시지는 브로드캐스트(broadcast) 메시지이다. 레인징을 통해 기지국은 전송 지연에 따른 심벌 타이밍 오프셋, 도플러 쉬프트(Doppler shift)나 오실레이터(oscillator)의 부정확에 따른 주파수 오프셋, 수신 파워 등을 결정한다. 이 정보를 이용하여 기지국은 단말로 교정을 보낸다. 단말은 파워, 타이밍 및 주파수가 정렬될 때까지 레인징을 계속한다.
레인징 응답 메시지는 레인징 상태(ranging status) 정보를 포함한다. 레인징 상태가 '계속(continue)'이면, 단말은 전송 시도는 성공적이지 않지만 레인징 응답 메시지에서 지정되는 교정을 수행하고, 적당한 백오프 지연 후에 다른 CDMA 코드를 등록한다.
수신된 레인징 응답 메시지의 레인징 상태가 '계속'이면, 단말은 레인징 요 청 메시지를 통해 CDMA 코드를 계속해서 보낸다(S150). 단말은 레인징 응답 메시지에 지정된 타이밍 및 파워를 갱신하고 레인징 요청 메시지를 보낸다. 레인징 응답 메시지를 통해 단말은 자신이 보낸 레인징 코드를 기지국에서 수신했다는 것을 확인하고, 레인징 응답 메시지에 실린 정보를 바탕으로 전송 파워를 조정하고, 시간/주파수 동기를 맞춘다.
기지국은 레인징 상태가 '성공(success)'인 레인징 응답 메시지를 전송한다(S155). 기지국은 레인징 응답 메시지를 통해 추가적인 미세 튜닝을 계속한다. 레인징 요청/응답 단계들은 기지국이 레인징 성공이나 레인징 중지(abort)를 포함하는 레인징 응답 메시지를 보낼 때까지 반복된다.
단말은 레인징 상태가 '성공'인 레인징 응답 메시지를 수신한 후에 자신의 고유 식별자를 포함하는 레인징 요청 메시지를 보낸다(S160). 레인징 과정은 경합 기반 과정이므로, 레인징이 성공적으로 이루어진 경우 해당하는 단말을 구분할 식별자가 필요하다. 고유 식별자는 예를 들어 MAC(Medium Access Control) 주소일 수 있다. MAC 주소는 제조 단계에서 할당되어 단말의 식별을 위해 사용되는 고유 식별자이다.
기지국은 1차 관리 CID(primary management connection identifier)를 포함하는 레인징 응답 메시지를 전송한다(S165). CID(connection identifier)는 기지국과 단말의 MAC에서의 연결을 확인하는 값을 말하고, 1차 관리 CID는 초기 레인징 동안 확립되어 지연 허용(delay-tolerant) MAC(Medium Access Control) 메시지를 전송하는 데 사용되는 연결에 대한 CID이다.
기지국과 단말은 기본 능력(basic capability)을 협상한다(S170). 레인징이 완료된 즉시 단말은 자신의 기본 능력을 포함하는 기본 능력 요청(Basic Capability Request; SBC-REQ) 메시지를 전송한다. 제공되는 단말의 기본 능력은 ARQ(Automatic Repeat Request) 지원 여부, MAC 레벨 CRC(Cyclic Redundancy Check) 지원 여부 등이다. 기본 능력 요청 메시지에 대한 응답으로 기지국은 기본 능력 응답(Basic Capability Response; SBC-RSP) 메시지를 보낸다.
단말과 기지국은 서로 인증하고, 인증키(authorization key)를 교환한다(S175).
단말은 등록요청(Registration Request; REG-REQ) 메시지를 보낸다(S180). 등록요청 메시지에는 상기 1차 관리 CID가 포함된다.
기지국은 등록요청 메시지에 대한 응답으로 등록 응답(Registration Response; REG-RSP) 메시지를 보낸다(S185). 등록 응답 메시지는 2차 관리 CID(secondary management CID)가 포함된다. 2차 관리 CID는 단말 등록 동안 확립되어 SNMP(Simple Network Management Protocol)나 DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol) 등과 같은 표준 기반(standards-based) 메시지를 전송하는 데 사용되는 연결에 대한 CID이다.
등록이 이루어진 후에 IP 연결도(connectivity)를 확립하고, 시각(time of day)를 확립하고, 기타 동작 파라미터를 전송한다. 이로써 연결이 셋업된다.
도 8은 레인징 과정에서 충돌 발생을 나타낸 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 제1 단말(UE1)과 제2 단말(UE2)이 기지국으로 동시에 레인 징을 시도한다고 한다. 제1 단말(UE1)은 기지국으로 레인징 요청 메시지를 보내고(S210), 제2 단말(UE2)도 기지국으로 레인징 요청 메시지를 보낸다(S220). 제1 단말과 제2 단말은 동일한 레인징 코드를 동일한 레인징 슬롯을 통해 전송한다.
다중 첨두(multi-peak)를 통해 레인징 요청 메시지의 충돌을 감지한 기지국은 충돌을 알려주는 레인징 응답 메시지를 전송한다(S230). 레인징 응답 메시지는 충돌이 발생한 레인징 코드와 충돌 정보를 포함하며, 브로드캐스트 메시지이다.
충돌 여부를 확인한 제1 단말(UE1)은 다시 레인징 요청 메시지를 보내고(S250), 충돌 여부를 확인한 제2 단말(UE2)도 다시 레인징 요청 메시지를 보낸다(S260). 제1 단말(UE1)과 제2 단말(UE2)은 각각 자신이 보낸 레인징 요청 메시지에 대해 충돌이 발생하였음을 알고, 별도의 대기 시간없이 즉시 다음 레인징 영역에서 레인징 요청 메시지를 전송한다.
충돌이 발생하였을 때, 기지국이 충돌 여부를 단말에게 알려줌으로써 충돌로 인한 레인징 지연을 줄일 수 있다.
이제, 레인징 응답 메시지를 통해 충돌 여부를 알려주는 방법에 대해 기술한다.
일 실시예에서, 레인징 응답 메시지에 포함되어 레인징 상태를 알려주는 레인징 상태 필드에 충돌 여부를 알려주는 상태를 추가한다. 이는 다음 표 1과 같이 나타낼 수 있다.
Syntax Notes
Ranging Status Used to indicate whether RNG-REQ messages are received 1= continue, 2= abort, 3= success, 4= fast re-ranging
'continue'는 레인징 요청 메시지는 성공적으로 수신하였지만 미세 튜닝을 계속하는 것을 나타내고, 'abort'는 레인징 과정의 중지를 나타내고, 'success'는 레인징 과정의 성공을 나타내고, 'fast re-ranging'은 충돌로 인한 레인징 과정의 재시작을 나타낸다.
다른 실시예에서, 레인징 응답 메시지는 레인징 응답 메시지의 충돌 여부를 알려주는 충돌 지시자(collision indicator) 필드를 포함할 수 있다. 이는 다음 표 2와 같이 나타낼 수 있다.
Syntax Notes
Collision Indicator Used to indicate the collision of RNG-REQ messages from multiple UEs 0= no collision, 1= collision
충돌 지시자를 통해 단말은 충돌 여부를 바로 확인할 수 있다.
상술한 예는 예시에 불과하고, 다양한 방법으로 충돌 정보를 레인징 응답 메시지에 포함될 수 있다. 레인징 상태와 충돌 지시자를 결합하여 사용할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 핸드오버 과정을 나타낸 흐름도이다. 핸드오버는 일 기지국이 제공하는 무선 인터페이스로부터 다른 기지국이 제공하는 무선 인터페이스로 옮겨가는 과정을 말하며, 핸드오프(handoff)라고도 한다. 서빙 기지국(serving BS)은 단말이 가장 최근에 등록을 완료한 기지국을 말하며, 타겟 기지국(target BS)은 핸드오버의 결과 단말이 등록될 기지국을 말하고, 주변 기지국(neighbor BS)은 서빙 기지국이 아닌 기지국을 말한다.
도 9를 참조하면, 단말은 서빙 기지국과 동기를 획득한다(S410). 단말은 서빙 기지국으로부터 DL-MAP 메시지, UL-MAP 메시지, DCD 메시지 및 UCD 메시지를 수신하여, 하향링크 파라미터와 상향링크 파라미터를 얻는다(S411). 단말은 레인징 요청 메시지를 서빙 기지국으로 보내 초기 레인징을 시작한다(S412).
서빙 기지국은 적어도 2 이상의 단말로부터 동일한 레인징 코드가 동일한 레인징 슬롯을 통해 전송되는 경우 충돌 여부를 레인징 응답 메시지를 통해 알려준다(S413). 충돌 여부를 확인한 단말은 즉시 새로운 레인징 요청 메시지를 전송할 수 있다.
단말은 서빙 기지국과 동기를 획득한 이후부터 계속하여 채널을 측정한다(S420). 단말은 주변 기지국을 감지한다(S430). 단말은 이용할 수 있는 주변 기지국을 검색하기 위해 주변 공시(Neighbor Advertisement; NBR-ADV) 메시지로부터 얻어지는 정보를 반영할 수 있다. 단말이 주변 기지국을 검색하고, 핸드오버 타겟으로서 성능 고찰에 따라 그들의 적합성(suitability)을 결정하기 위해 주변 기지국을 연관시키는 과정을 셀 재선택(cell reselection)이라 한다.
핸드오버는 단말이 서빙 기지국에서 타겟 기지국으로 핸드오버를 결정한 때 시작한다. 핸드오버 결정은 이동국, 서빙 기지국 또는 네트워크에서 비롯될(originate) 수 있다. 서빙 기지국은 핸드오버를 개시하기 원할 때, 기지국 핸드오버 요청(BS Handover Request, BSHO-REQ) 메시지를 전송할 수 있다. 단말은 핸드오버를 개시하기 원할 때, 단말 핸드오버 요청(MS Handover Request, MSHO-REQ) 메시지를 전송할 수 있다. 서빙 기지국은 MSHO-REQ 메시지에 대한 응답으로 기지국 핸드오버 응답(BSHO-RSP) 메시지를 전송할 수 있다. MSHO-REQ 메시지가 단말에 의해 보내질 때, 단말은 하나 또는 그 이상의 가능한 타겟 기지국을 가리킬 수 있다. BSHO-REQ 메시지가 서빙 기지국에 의해 보내질 때, 서빙 기지국은 하나 또는 그 이상의 가능한 타겟 기지국을 가리킬 수 있다.
단말은 핸드오버를 수행할 때, 최종 표시로 핸드오버 표시(Handover Indication, HO-IND) 메시지를 전송한다. HO-IND 메시지에 따라 서빙 기지국은 단말과의 서비스를 종결시킬 수 있다. 단말이 핸드오버를 취소하거나 거절할 때, 단말은 적당한 필드와 함께 HO-IND 메시지를 전송한다.
단말은 타겟 기지국과 동기화한다(S440). 단말은 타겟 기지국으로부터 DL-MAP 메시지, UL-MAP 메시지, DCD 메시지 및 UCD 메시지를 수신하여, 하향링크 파라미터와 상향링크 파라미터를 얻는다(S450).
단말은 레인징 요청 메시지를 타겟 기지국으로 보내 초기 레인징을 시작한다(S455). 타겟 기지국은 적어도 2 이상의 단말로부터 동일한 레인징 코드가 동일한 레인징 슬롯을 통해 전송되는 경우 충돌 여부를 레인징 응답 메시지를 통해 알려준다(S460). 충돌 여부를 확인한 단말은 즉시 새로운 레인징 요청 메시지를 전송할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 주기적 레인징 과정을 나타낸 흐름도이다. 주기적 레인징은 초기 레인징 후에 상향링크 타이밍 오프셋과 수신신호 강도를 주기적으로 추적하는 과정이다.
도 10을 참조하면, 단말은 레인징 요청(RNG-REQ) 메시지를 전송한다(S510). 단말은 임의로(randomly) 레인징 코드(예를 들어, CDMA 코드)와 레인징 슬롯을 선택하고, 이를 기지국으로 전송한다.
기지국은 단말 간에 경합이 발생한 경우 충돌 정보를 포함하는 레인징 응답(RNG-RSP) 메시지를 보낸다(S520). 적어도 2개의 단말이 동시에 동일한 레인징 코드를 동일한 레인징 슬롯을 통해 전송한다면, 충돌이 발생하게 된다. 기지국은 충돌 정보를 포함하는 레인징 응답 메시지를 전송함으로써, 단말이 충돌 여부를 바로 알 수 있도록 한다.
기지국으로부터 충돌을 확인한 단말은 새로운 레인징 코드를 새로운 레인징 슬롯을 통해 레인징 요청 메시지를 보낸다(S530).
기지국은 레인징 코드를 성공적으로 수신한 것을 가리키는 레인징 응답(RNG-RSP) 메시지를 보낸다(S540). 기지국에서는 레인징 코드를 수신하면, 수신한 레인징 코드를 레인징 응답 메시지를 통해 전송한다. 레인징 상태가 '계속(continue)'이면, 단말은 임의로 레인징 코드를 선택하여 레인징 과정을 계속한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 레인징 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 11을 참조하면, 단말은 레인징 요청(RNG-REQ) 메시지를 전송한다(S610). 단말은 임의로 레인징 코드(예를 들어, CDMA 코드)와 레인징 슬롯을 선택하고, 이를 기지국으로 전송한다.
기지국은 단말 간에 충돌이 발생한 경우 레인징 상태가 '계속'인 레인징 응답(RNG-RSP) 메시지를 보낸다(S620). 레인징 상태 필드에 별도의 추가적인 시그널링없이, 충돌이 발생한 경우에도 레인징 상태를 '계속'으로 두고 레인징 응답 메시지를 보낸다.
레인징 과정 상에서 충돌이 발생하게 되면, 기지국에서는 동일한 레인징 슬롯 상에서 동일한 CDMA 코드에 대해 다중-첨두(multi-peak)를 확인하게 된다. 충돌이 발생한 단말끼리는 일정한 기준 첨부를 기준으로 시간/주파수 및 파워를 조절하도록 함으로써 레인징 과정의 지연을 막을 수 있다. 이 경우, 각 첨두의 오프셋 정보에 대한 평균치를 보내는 방식, 다중 첨두 중 어느 하나를 임의로 선택해서, 선택된 첨두에 대한 오프셋 정보를 보내는 방식, 시간/주파수/파워에 대한 메트릭(metric)을 정한 뒤, 그 메트릭에 대한 오프셋이 가장 큰 첨두를 기준으로 오프셋 정보을 보내는 방식을 사용할 수 있다.
적어도 2개의 단말이 동시에 동일한 레인징 코드를 동일한 레인징 슬롯을 통해 전송한다면, 충돌이 발생하게 된다. 기지국은 충돌이 발생하더라도 레인징 응답 메시지를 전송하여 레인징 과정의 지연을 최소화한다.
단말은 레인징 응답 메시지에 포함된 오프셋 정보를 바탕으로 전송 파워를 조정하고, 시간/주파수 동기를 맞춘 후, 새로운 레인징 코드를 새로운 레인징 슬롯을 통해 레인징 요청 메시지를 보낸다(S630).
상술한 모든 기능은 상기 기능을 수행하도록 코딩된 소프트웨어나 프로그램 코드 등에 따른 마이크로프로세서, 제어기, 마이크로제어기, ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등과 같은 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 상기 코드의 설계, 개발 및 구현은 본 발명의 설명에 기초하여 당업자에게 자명하다고 할 것이다.
이상 본 발명에 대하여 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시켜 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명은 이하의 특허청구범위의 범위 내의 모든 실시예들을 포함한다고 할 것이다.
도 1은 무선통신 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 2는 프레임 구조의 일 예를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크 초기화 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 PRBS 생성기의 일 예를 나타낸다.
도 5는 초기 레인징과 핸드오버 레인징을 위한 레인징 코드에 사용되는 OFDM 심벌 구조를 나타낸다.
도 6은 주기적 레인징과 대역폭 요청을 위한 레인징 코드에 사용되는 OFDM 심벌 구조를 나타낸다.
도 7은 레인징 슬롯의 구조를 나타낸다.
도 8은 레인징 과정에서 충돌 발생을 나타낸 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 핸드오버 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 주기적 레인징 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 레인징 과정을 나타낸 흐름도이다.

Claims (7)

  1. 상향링크 동기화를 얻기 위한 레인징 과정을 수행하는 방법에 있어서,
    임의로 선택되는 레인징 코드를 임의로 선택되는 레인징 슬롯을 통해 전송되는 레인징 요청 메시지를 전송하는 단계; 및
    적어도 2 이상의 단말이 동일한 레인징 코드를 동일한 레인징 슬롯을 통해 기지국으로 전송하는 충돌이 발생함을 알리는 충돌 정보를 포함하는 레인징 응답 메시지를 수신하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 충돌 정보는 상기 레인징 응답 메시지에 포함되는 레인징 상태 중 하나인 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 충돌 정보는 상기 레인징 응답 메시지에 포함되는 충돌 지시자인 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 레인징 응답 메시지를 수신한 후에 새로이 임의로 선택되는 레인징 코드와 레인징 슬롯을 통해 레인징 요청 메시지를 전송하는 단계를 더 포함하는 방법.
  5. 기지국이 복수의 단말로부터 상향링크 전송에 필요한 시간 또는 주파수 오프셋을 조정하기 위한 레인징 과정을 수행하는 방법에 있어서,
    단말이 임의로 선택하는 레인징 코드를 임의로 선택하는 레인징 슬롯을 통해 전송하는 레인징 요청을 수신하는 단계; 및
    복수의 단말이 동일한 레인징 코드를 동일한 레인징 슬롯을 통해 상기 레인징 요청을 전송하는 경우 충돌이 발생함을 알리는 충돌 정보를 포함하는 레인징 응답 메시지를 전송하는 단계를 포함하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 레인징 응답 메시지는 충돌이 발생하는 레인징 코드를 포함하는 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 레인징 슬롯은 복수의 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심벌과 복수의 서브채널을 포함하는 방법.
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