KR20090045853A - 레인징 과정을 수행하는 방법 - Google Patents

Abstract

상향링크 동기화를 위하여 레인징 과정을 수행하는 방법은 레인징 영역과 레인징 코드 집합에 대한 정보를 수신하는 단계 및 상기 레인징 영역을 통하여 상기 레인징 코드 집합 가운데 임의로 선택한 하나의 레인징 코드를 전송하는 단계를 포함하되, 상기 레인징 영역은 상향링크 자원영역 내에 할당되고, 인접 셀의 레인징 영역과 시간 및 주파수 영역에서 동일하다. 경합 기반의 레인징 과정에서 충돌 및 인접 셀 간의 간섭을 줄일 수 있다.

Description

레인징 과정을 수행하는 방법{A METHOD FOR PERFORMING A RANGING PROCEDURE}

본 발명은 무선통신에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선통신 시스템에서 레인징 과정을 수행하는 방법에 관한 것이다.

IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16 표준은 광대역 무선 접속(broadband wireless access)을 지원하기 위한 기술과 프로토콜을 제공한다. 1999년부터 표준화가 진행되어 2001년 IEEE 802.16-2001이 승인되었다. 이는 'WirelessMAN-SC'라는 단일 반송파(single carrier) 물리계층에 기반한다. 이후 2003년에 승인된 IEEE 802.16a 표준에서는 물리계층에 'WirelessMAN-SC' 외에'WirelessMAN-OFDM'과 'WirelessMAN-OFDMA'가 더 추가되었다. IEEE 802.16a 표준이 완료된 후 개정된(revised) IEEE 802.16-2004 표준이 2004년 승인되었다. IEEE 802.16-2004 표준의 결함(bug)과 오류(error)를 수정하기 위해 'corrigendum'이라는 형식으로 IEEE 802.16-2004/Cor1(이하, IEEE 802.16e)이 2005년에 완료되었다.

IEEE 802.16 표준에서 상향링크 동기를 맞추기 위하여 단말과 기지국은 경합 기반(Contention Based)의 레인징 과정(Ranging Procedure)을 수행한다. 즉, 기지 국은 단말에게 레인징 채널 및 레인징 과정을 위하여 사용되는 코드 집합(Code Set)을 알려준다. 단말은 기지국으로부터 수신한 상기 코드 집합 가운데 임의로 선택된 하나의 코드를 상기 레인징 채널을 통하여 기지국에 전송한다. 기지국은 각 단말로부터 수신한 코드를 검출하고, 이를 바탕으로 주파수, 시간 및 전력 오프셋 값을 알려준다. 이와 같은 과정을 통하여 상향링크 동기가 맞추어진다. 특히, 초기 레인징(Initial Ranging), 핸드오버(Handover), 주기적 레인징(Periodic Ranging) 및 대역폭 요청(Bandwidth Request) 등의 상황에서 상항링크 동기를 맞추는 것이 필요하다.

반면, 위치 결정(Location Determination), 스캐닝(Scanning) 동안의 코디네이션 협동(Coordinated Association) 및 아이들 모드(Idle Mode)에 있는 단말의 위치 업데이트(Location Update) 등을 위하여 단말과 기지국은 비경합 기반(Non-Contention Based)의 레인징 과정을 수행할 수 있다. 즉, 기지국은 전용 레인징 영역(Dedicated Ranging Region)을 설정하고, 단말은 하나의 코드를 상기 전용 레인징 영역을 통하여 기지국에 전송한다.

경합 기반의 레인징 과정 및 비경합 기반의 레인징 과정을 효율적으로 수행할 수 있는 방법이 필요하다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 레인징 과정을 효율적으로 수행하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 경합 기반의 레인징 과정이 인접 셀에 미치는 간섭을 최소화하도록 레인징 영역 및 레인징 코드 집합을 코디네이션 하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 다른 단말의 레인징 과정과의 충돌을 피할 수 있는 경합 기반의 레인징 과정 수행 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 상향링크 자원영역의 효율성을 높일 수 있는 비경합 기반의 레인징 과정 수행 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 양태에 따른 상향링크 동기화를 위하여 레인징 과정을 수행하는 방법은 레인징 영역과 레인징 코드 집합에 대한 정보를 수신하는 단계 및 상기 레인징 영역을 통하여 상기 레인징 코드 집합 가운데 임의로 선택한 하나의 레인징 코드를 전송하는 단계를 포함하되, 상기 레인징 영역은 상향링크 자원영역 내에 할당되고, 인접 셀의 레인징 영역과 시간 및 주파수 영역에서 동일하다.

본 발명의 다른 양태에 따른 핸드오버를 위하여 레인징 과정을 수행하는 방법은 핸드오버를 위한 레인징 영역과 레인징 코드 집합에 대한 정보를 수신하는 단계 및 상기 핸드오버를 위한 레인징 영역을 통하여 상기 레인징 코드 집합 가운데 임의로 선택한 하나의 레인징 코드를 전송하는 단계를 포함하되, 상기 핸드오버를 위한 레인징 영역은 상향링크 자원영역 내에 할당된 전체 레인징 영역의 일부 영역으로 분리되어 할당되고, 인접 셀의 핸드오버를 위한 레인징 영역과 시간 및 주파수 영역에서 동일하다.

경합 기반의 레인징 과정에서 충돌 및 인접 셀 간의 간섭을 줄일 수 있다. 또한, 경합 기반의 레인징 과정을 시도하는 복수의 단말 간의 충돌을 줄일 수 있다. 또한, 비경합 기반의 레인징 과정에서 상향링크 자원영역의 효율성을 높일 수 있다.

도 1은 다중 셀 환경에서의 무선 통신시스템을 도시한 예시도이다.

도 1을 참조하면, 무선통신 시스템은 기지국(Base Station; BS, 20)과 적어도 하나 이상의 단말(User Equipment; UE, 10)을 포함한다. 단말은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, MS(Mobile Station), UT(User Terminal), SS(Subscriber Station), 무선기기(wireless device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 기지국은 일반적으로 단말과 통신하는 고정된 지점(fixed station)을 말하며, 노드-B(Node-B), BTS(Base Transceiver System), 액세스 포인트(Access Point) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 하향링크에서 송신기는 기지국(20)의 일부분일 수 있고, 수신기는 단말(10)의 일부분일 수 있다. 상향링크에서 송신기는 단말(10)의 일부분일 수 있고, 수신기는 기지국(20)의 일부분일 수 있다.

무선통신 시스템은 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)/OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 기반 시스템일 수 있다. OFDM은 다수의 직교 부반송파(subcarrier)를 이용한다. OFDM은 IFFT(inverse fast Fourier Transform)와 FFT(fast Fourier Transform) 사이의 직교성 특성을 이용한다. 송신기는 데이터에 대해 IFFT를 수행하여 전송한다. 수신기는 수신신호에 대해 FFT를 수행하여 원래 데이터를 복원한다. 송신기는 다수의 부반송파들을 결합하기 위해 IFFT를 사용하며, 수신기는 다중 부반송파들을 분리하기 위해 대응하는 FFT를 사용한다.

기지국(20)에는 하나 이상의 셀(Cell)이 존재할 수 있다. 셀은 하나의 기지국(20)이 통신 서비스를 제공하는 영역이다. 다중 셀(multi cell)은 적어도 하나의 셀을 가지는 기지국이 복수로 배치되어 이루질 수 있다. 단말(10)에게 통신 서비스를 제공하는 기지국을 서빙기지국(Serving BS)이라 하고, 서빙기지국에 인접하는 기지국을 인접기지국(Neighbor BS)이라 한다. 서빙기지국의 셀을 서빙셀(Serving Cell)이라 하고, 인접기지국의 셀을 인접셀(Neighbor Cell)이라 한다.

기지국A(20-A)는 단말A(10-A)에게 통신 서비스를 제공하고, 기지국B(20-B)는 단말B(20-B)에게 통신 서비스를 제공한다고 하자. 단말A(10-A)에 대하여 기지국A(20-A)는 서빙기지국이고 기지국B(20-B)는 인접기지국이다. 단말B(10-B)에 대하여 기지국B(20-B)는 서빙기지국이고 기지국A(20-A)는 인접기지국이다. 단말A(10-A) 및 단말B(10-B)는 각자의 서빙셀의 가장자리에 위치하고, 특히 단말A(10-A)는 기지국A(20-A)의 셀 및 기지국B(20-B)의 셀에 경계에 위치한다고 하자. 기지국A(20-A)는 단말A(10-A)에게 스케줄링을 통하여 무선자원을 할당하고, 단말A(10-A)는 할당된 무선자원을 통하여 상향링크 데이터(UL DATA)를 전송한다. 단말A(10-A)가 전송하는 상향링크 데이터는 기지국A(20-A)뿐만 아니라 기지국B(20-B)에서도 수신될 수 있다. 단말A(10-A)의 상향링크 데이터는 기지국B(20-B)에게 큰 간섭(interference)으로 작용할 수 있다. OFDMA 시스템은 동일한 셀 내에서 주파수 영역(frequency domain)으로 직교성이 있으므로, 서로 다른 주파수 대역을 사용하는 단말 간에는 서로 간섭을 일으키지 않는다. 그러나 인접셀에서 동일한 주파수 대역을 사용하는 단말 간에는 직교성이 유지되지 않아 간섭이 발생할 수 있다. 기지국A(20-A)와 기지국B(20-B) 간에 스케줄링 정보를 서로 알지 못하는 경우, 단말A(10-A)와 단말B(10-B)에는 동일한 주파수 대역의 무선자원이 할당될 수 있다. 단말B(10-B)는 기지국A(20-A)와 상대적으로 멀리 떨어져 있으므로 간섭으로 작용하지 않으나, 기지국B(20-B)에 수신되는 단말A(10-A)의 상향링크 데이터는 단말B(10-B)의 상향링크 데이터에 대하여 간섭신호로 작용한다.

도 2는 프레임 구조의 일예를 나타낸다. 프레임은 물리적 사양에 의해 사용되는 고정된 시간 동안의 데이터 시퀀스이다. 이는 IEEE 표준 802.16-2004 "Part 16: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems" 의 8.4.4.2절을 참조할 수 있다.

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 프레임 은 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 프레임 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 포함한 다. UCD는 상향링크 버스트 프로파일(uplink burst profile)을 기술한다. 상향링크 버스트 프로파일은 상향링크 물리채널의 특성을 말하며, UCD는 UCD 메시지를 통해 주기적으로 기지국에 의해 전송된다.

이하에서, 슬롯(slot)은 최소한의 가능한 데이터 할당 유닛으로, 시간과 서브채널(subchannel)로 정의된다. 서브채널의 수는 FFT 크기와 시간-주파수 맵핑에 종속한다. 서브채널은 복수의 부반송파를 포함하고, 서브채널 당 부반송파의 수는 순열(permutation) 방식에 따라 따르다. 순열은 논리적인 서브채널을 물리적인 부반송파로 맵핑을 의미한다. FUSC(Full Usage of Subchannels)에서 서브채널은 48 부반송파를 포함하고, PUSC(Partial Usage of Subchannels)에서 서브채널은 24 또는 16 부반송파를 포함한다. 세그먼트(segment)는 적어도 하나의 서브채널 집합을 말한다.

물리계층에서 데이터를 물리적인 부반송파로 맵핑하기 위해 일반적으로 2단계를 거친다. 첫번째 단계에서, 데이터가 적어도 하나의 논리적인 서브채널 상에서 적어도 하나의 데이터 슬롯으로 맵핑된다. 두번째 단계에서, 각 논리적인 서브채널은 물리적인 부반송파로 맵핑된다. 이를 순열이라 한다. 참조문헌 1은 FUSC, PUSC, O-FUSC(Optional-FUSC), O-PUSC(Optional-PUSC), AMC(Adaptive modulation and Coding) 등의 순열 방식을 개시한다. 동일한 순열 방식이 사용되는 OFDM 심벌의 집합을 순열 영역(permutation zone)이라고 하고, 하나의 프레임은 적어도 하나의 순열 영역을 포함한다.

FUSC와 O-FUSC는 하향링크 전송에만 사용된다. FUSC는 모든 서브채널 그룹을 포함하는 하나의 세그먼트로 구성된다. 각 서브채널은 전체 물리채널을 통해 분포되는 물리적인 부반송파로 맵핑된다. 이 맵핑은 각 OFDM 심벌마다 바뀐다. 슬롯은 하나의 OFDM 심벌상에서 하나의 서브채널로 구성된다. O-FUSC는 FUSC와 파일럿이 할당되는 방식이 다르다.

PUSC는 하향링크 전송과 상향링크 전송 모두에 사용된다. 하향링크에서, 각 물리적인 채널은 2 OFDM 심벌상에서 14 인접하는(contiguous) 부반송파로 구성되는 클러스터(cluster)로 나누어진다. 물리채널은 6 그룹으로 맵핑된다. 각 그룹내에서, 파일럿은 고정된 위치로 각 클러스터에 할당된다. 상향링크에서, 부반송파들은 3 OFDM 심벌상에서 4 인접하는 물리적 부반송파로 구성된 타일(tile)로 나누어진다. 서브채널은 6 타일을 포함한다. 각 타일의 모서리에 파일럿이 할당된다. O-PUSC는 상향링크 전송에만 사용되고, 타일은 3 OFDM 심벌 상에서 3 인접하는 물리적 부반송파로 구성된다. 파일럿은 타일의 중심에 할당된다.

이하, 레인징 과정에 대하여 살펴본다.

Ⅰ. 경합 기반(Contention Based)의 레인징 과정

도 3은 네트워크 초기화 과정의 일 예를 나타내는 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 읽는 다(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 할당을 말한다.

단말은 레인징 코드(CDMA 코드)를 전송한다(S120). 레인징 코드는 네트워크 지연을 결정하고, 파워 및/또는 다운링크 버스트 프로파일 변화를 요청하기 위해 초기화시에 단말로부터 전송된다. 단말은 UCD 메시지에 포함된 백오프(backoff) 윈도우 내에서 임의로 레인징 슬롯(ranging slot)을 선택하고, 레인징 코드를 전송한 다. 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 144비트로 이루어진, 0번부터 255번까지의 256개 직교 코드가 생성된다. 각각의 기지국은 256개의 직교 코드 가운데 일부를 목적에 따라 초기 레인징(Initial Ranging), 핸드오버(Handover), 주기적 레인징(Periodic Ranging), 대역폭 요청(Bandwidth Request) 용으로 나눈다. 즉, 각각의 기지국이 사용하는 코드는 S(0≤S≤255)에 의하여 정의되고, 각각의 기지국은 S번부터 ((S+N+O+M+L)mod256)번까지의 코드를 사용한다. 여기서, N은 초기 레인징용 코드 집합의 코드 개수이고, O는 핸드오버용 코드 집합의 코드 개수이며, M은 주기적 레인징용 코드 집합의 코드 개수이고, L은 대역폭 요청용 코드 집합의 코드 개수이다.

도 5 및 도 6은 초기 레인징과 핸드오버를 위한 레인징 과정에 사용되는 OFDM 심볼 구조를 나타낸다.

초기 레인징은 초기 네트워크 진입(Initial Network Entry)을 위하여 사용되고, 핸드오버는 타겟 기지국(Target BS)에 대하여 레인징 과정을 수행한다. 단말은 각각의 목적에 맞게 초기 레인징용 코드 집합 또는 핸드오버용 코드 집합으로부터 임의의 코드를 선택하고, 선택된 코드를 도 5 및 도 6에 나타난 바와 같이 연속된(consecutive) 2 OFDM 심볼 또는 4 OFDM 심볼 동안 기지국으로 전송한다. 즉, 동일한 코드는 도 5와 같이 2 OFDM 심볼 동안 전송되고, 두 개의 연속적 코드들은 도 6과 같이 4 OFDM 심볼 동안 전송될 수 있다.

도 7 및 도 8은 주기적 레인징과 대역폭 요청을 위한 레인징 코드에 사용되는 OFDM 심볼 구조를 나타낸다.

주기적 레인징은 시스템의 주기적인 레인징을 위하여 주기적으로 전송되고, 대역폭 요청은 기지국으로부터 UL 할당(UL allocation)을 요청하는 과정이다. 단말은 각각의 목적에 맞게 주기적 레인징용 코드 집합 또는 대역폭 요청용 코드 집합으로부터 임의의 코드를 선택하고, 선택된 코드를 도 7 및 도 8에 나타난 바와 같이 1 OFDM 심볼 또는 연속된 3 OFDM 심볼 동안 기지국으로 전송한다. 즉, 도 7과 같이 1 OFDM 심볼 동안 하나의 코드가 전송되고, 세 개의 연속적 코드들은 도 8과 같이 3 OFDM 심볼 동안 전송될 수 있다.

도 9는 레인징 슬롯의 구조를 나타낸다.

도 9를 참조하면, 레인징 슬롯은 N₁ OFDM 심볼과 N₂ 서브채널을 포함한다. 레인징 슬롯은 레인징 기회 크기(Ranging Opportunity Size)라고도 한다. N₁은 레인징 코드를 전송하는 데 필요한 OFDM 심볼의 수이고, N₂는 레인징 코드를 전송하는 데 필요한 서브채널의 수이다. 초기 레인징 및 핸드오버를 위한 레인징 슬롯은 N₁=2 또는 4이고, N₂=6 또는 8일 수 있다. 주기적 레인징 및 대역폭 요청을 위한 레인징 슬롯은 N₁=1 또는 3이고, N₂=6 또는 8일 수 있다.

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 코드를 전송하는 단말들은 경합 상태가 된다. 레인징 과정에서 두 개 이상의 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.

기지국으로부터 충돌을 확인한 단말은 새로운 레인징 코드를 새로운 레인징 슬롯을 통해 기지국으로 전송한다(S140).

기지국은 레인징 코드를 성공적으로 수신한 것을 가리키는 레인징 응답(Ranging Response; RNG-RSP) 메시지를 보낸다(S145). 기지국에서는 레인징 코드 를 수신하면, 수신한 레인징 코드 인덱스와 레인징 슬롯 번호(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 심볼 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 코드를 계속해서 보낸다(S150). 단말은 레인징 응답 메시지에 지정된 타이밍 및 파워를 갱신하고, 주기적 레인징 및 주파수 요청을 위한 레인징 영역을 통하여 레인징 코드를 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 전송한 다(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). 경합 기반의 레인징 과정에서, 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.

살펴본 바와 같이, 상향링크 동기를 맞추기 위한 레인징 과정은 경합 기반 과정으로, 동일한 레인징 영역을 인접 셀 내에 위치한 복수의 단말이 공유할 수 있다. 레인징 과정이 인접 셀에 미치는 셀간 간섭(Inter-Cell Interference)은 레인징 영역을 공유하는 단말의 수에 비례하여 커진다. 또한, 각 셀이 사용하는 레인징 코드 집합이 동일한 경우, 인접 셀의 단말로부터 전송된 레인징 코드와 충돌이 발생할 여지가 있다. 특히, 셀의 경계 부근에 있는 단말은 강한 파워로 레인징 코드를 전송하므로 충돌이 발생할 가능성은 더욱 크다. 충돌이 발생하면, 단말은 레인 징 과정을 재수행하여야 하므로, 시간 지연이 발생하는 문제가 있다. 따라서, 경합 기반의 레인징 과정에서 인접 셀에 대한 간섭 및 충돌을 최소화하는 방법이 필요하다.

도 10은 인접 셀의 구조를 나타내고, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 인접 셀에 대한 간섭을 줄이기 위한 프레임 내 상향링크 자원영역의 구조를 나타내며, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라 셀 별로 할당되는 레인징 코드를 나타내는 도면이다.

도 10을 참조하면, 셀 A, 셀 B 및 셀 C가 인접하여 위치한다.

도 11을 참조하면, 레인징 영역(110)은 상향링크 자원영역(100) 내에 할당된다. 여기서, 동기가 맞는 인접 셀들은 동일한 시간 영역 및 주파수 영역에 레인징 영역을 할당한다. 즉, 도 10의 셀 A, 셀 B 및 셀 C가 서로 인접하고, 서로 동기가 맞는 경우, 상기 셀 A, 셀 B 및 셀 C 내에 위치한 단말을 위한 레인징 영역은 동일한 시간 영역 및 주파수 영역 내에 있다. 이는 인접 셀 간의 코디네이션(Coordination)에 의하여 이루어질 수 있다.

또한, 전체 레인징 영역(110)의 일부는 셀의 경계 부근에 위치한 단말을 위한 레인징 영역(111)으로 분리되어 할당된다. 여기서, 셀의 경계 부근에 위치한 단말은 핸드오버를 위한 단말일 수 있다. 전체 레인징 영역(110)과 마찬가지로, 셀의 경계 부근에 위치한 단말을 위한 레인징 영역(111)도 동기가 맞는 인접 셀들 간에 동일한 시간 영역 및 주파수 영역에 할당된다.

도 12를 참조하면, 전체 코드 집합(S_T)을 셀 A의 경계 부근에 위치하는 단말을 위한 코드 집합(S_A), 셀 B의 경계 부근에 위치하는 단말을 위한 코드 집합(S_B) 및 셀 C의 경계 부근에 위치하는 단말을 위한 코드 집합(S_C)으로 분리할 수 있다. 여기서, 셀의 경계 부근에 위치하는 단말은 핸드오버를 시도하는 단말일 수 있다.

만약, 셀의 경계 부근에 위치하는 단말이 초기 레인징, 주기적 레인징 및 대역폭 요청 가운데 하나를 위하여 레인징을 시도하는 단말이라면, 상기 단말 스스로가 셀의 경계 부근에 위치하고 있는지 여부를 하향링크 동기화 과정에서 판단할 수 있다. 예를 들어, 단말은 하향링크 동기화 과정에서 수신한 셀 고유의 임계값(Threshold) 또는 핸드오버 및 스캐닝 트리거링(Scanning Triggering)을 위한 임계값을 이용하여 자신이 셀의 경계 부근에 위치한 단말인지 여부를 판단할 수 있다.

셀의 경계 부근에 위치하고 있다고 판단하는 단말이 초기 레인징, 주기적 레인징 및 대역폭 요청 가운데 하나를 위하여 레인징을 시도하는 경우, 각각의 목적에 따른 레인징 코드 집합 가운데 일부를 셀 경계 부근에 위치한 단말을 위한 코드 집합으로 분리하고, 이를 인접 셀 간에 서로 겹치지 않도록 할당할 수 있다.

또한, 레인징 목적에 관계 없이 전체 레인징 영역 및 전체 코드 집합을 셀 경계 부근에 위치한 단말을 위한 구간과 셀 중심에 위치한 단말을 위한 구간으로 나누고, 셀 경계 부근에 위치한 단말은 각 셀별로 전체 코드 집합을 서로 겹치지 않게 나누어 사용하고, 셀 중심에 위치한 단말은 전체 코드 집합을 함께 사용하도 록 할 수도 있다.

인접 셀 간에 시간 및 주파수 영역에서 레인징 영역을 동일하게 할당하면, 레인징 과정이 인접 셀의 데이터 채널에 미치는 간섭을 최소화할 수 있다. 또한, 인접 셀들 간에 시간 및 주파수 영역에서 셀의 경계 부근에 위치한 단말을 위한 레인징 영역을 동일하게 할당하고, 셀 별로 서로 다른 코드 집합 내의 레인징 코드를 이용하면, 인접 셀에 위치하고 레인징 과정을 수행하는 단말들 간의 간섭을 최소화할 수 있다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 핸드오버를 위한 레인징 과정을 나타내는 흐름도이다. 서빙 기지국(Serving BS)은 단말이 가장 최근에 등록을 완료한 기지국이고, 타겟 기지국(Target BS)은 핸드오버의 결과 단말이 등록될 기지국이며, 주변 기지국(Neighbor BS)은 서빙 기지국이 아닌 기지국이다.

도 13을 참조하면, 단말은 서빙 기지국과 동기를 획득한 후(S200), 채널을 측정하고, 주변 기지국을 검색한다(S210). 단말은 이용할 수 있는 주변 기지국을 검색하기 위하여 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 결정할 때 시작한다. 핸드오버 결정은 단말 또는 서빙 기지국에서 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. 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.

단말은 타겟 기지국과 하향링크 동기를 획득한다(S220). 단말은 타겟 기지국으로부터 DL-MAP 메시지, UL-MAP 메시지, DCD 메시지 및 UCD 메시지를 수신하여,하향링크 파라미터와 상향링크 파라미터를 얻는다(S230). 상향링크 파라미터는 레인징 영역 및 레인징 코드에 대한 정보를 포함할 수 있다.

여기서, 전체 레인징 영역은 상향링크 자원영역 내에 할당되고, 상기 전체 레인징 영역 내에 핸드오버를 위한 레인징 영역이 분리되어 할당된다. 전체 레인징 영역 및 핸드오버를 위한 레인징 영역은 동기가 맞는 인접 셀 간에 시간 및 주파수 영역에서 동일한 영역에 위치한다. 또한, 핸드오버를 위한 레인징 코드 집합은 셀 별로 분리된다. 즉, 셀 A, 셀 B 및 셀 C가 인접하고 있는 경우, 전체 레인징 코드 집합은 셀 A에 위치한 단말의 핸드오버를 위한 코드 집합, 셀 B에 위치한 단말의 핸드오버를 위한 코드 집합 및 셀 C에 위치한 단말의 핸드오버를 위한 코드 집합으로 분리된다. 전체 레인징 영역, 핸드오버를 위한 레인징 영역 및 각 셀마다 분리된 핸드오버를 위한 코드 집합은 기지국 간의 코디네이션에 의하여 정해질 수 있다. 즉, 기지국들은 백본(Backbone)을 통한 시그널링에 의하여 레인징 영역 및 레인징 코드를 코디네이션할 수 있다.

부가적으로, 전체 레인징 영역 가운데 핸드오버를 위한 레인징 영역을 제외한 구간은 크게 두 영역으로 나눌 수 있다. 즉, 초기 레인징을 위한 레인징 영역과 주기적 레인징 및 대역폭 요청을 위한 레인징 영역으로 나눌 수 있다.

단말은 레인징 코드를 타겟 기지국으로 전송한다(S240). 단말은 핸드오버를 위한 레인징 영역을 통하여 자신이 속한 셀에 대한 코드 집합 가운데 임의로 선택된 하나의 레인징 코드를 기지국으로 전송한다.

단말은 레인징 코드에 대한 레인징 응답 메시지를 수신한다(S250).

레인징 응답 메시지의 상태(status)가 '계속(continue)'이면, 단말은 핸드오버를 위한 레인징 영역을 통하여 자신이 속한 셀에 대한 코드 집합 가운데 임의로 선택된 하나의 레인징 코드를 기지국으로 재전송한다(S260).

각 셀이 서로 다른 코드 집합으로부터 선택된 레인징 코드를 전송하므로, 인접 셀에서 레인징을 시도하는 단말과의 충돌을 방지할 수 있다. 또한, 기지국은 수신한 코드가 자신의 셀에 속한 단말로부터 전송된 코드인지 여부를 알 수 있으므로, 인접 셀에 속한 단말로부터 전송된 코드에 대하여 불필요한 레인징 응답 메시지를 전송하는 문제를 방지할 수 있다. 도 13의 과정은 핸드오버를 위한 스캐닝(Scanning) 과정에서 단말과 타겟 기지국 간에 상향링크 동기를 맞추기 위하여 적용할 수도 있다.

다음으로, 상향링크 동기를 맞추기 위한 경합 기반의 레인징 과정에서, 단말이 전송한 레인징 코드에 대한 기지국의 레인징 응답 메시지의 레인징 상 태(Ranging Status)가 '계속(continue)'인 경우 나타날 수 있는 문제점에 대하여 살펴본다.

도 3에 나타난 바와 같이, 레인징 응답 메시지의 레인징 상태가 '계속'이면, 단말은 임의의 레인징 코드를 재전송한다. 단말은 레인징 응답 메시지에서 지정된 타이밍 및 파워를 갱신하고, 임의의 레인징 슬롯을 통하여 레인징 코드를 재전송한다. 이때, 단말은 임의의 레인징 슬롯을 이용하여 임의의 레인징 코드를 재전송하므로, 레인징 코드의 충돌이 발생할 수 있다. 특히, 초기에 전송한 레인징 코드를 기지국이 성공적으로 수신한 경우에도 레인징 코드를 재전송하는 과정에서 레인징 코드의 충돌이 일어나면 레인징 과정을 재수행하는 문제가 발생할 수 있다.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 레인징 과정을 수행하는 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 14를 참조하면, 단말은 임의의 레인징 코드를 기지국으로 전송한다(S300). 여기서, 레인징은 초기 레인징, 핸드오버, 주기적 레인징 및 대역폭 요청을 위한 레인징일 수 있다.

기지국은 상기 레인징 코드에 대한 응답인 레인징 응답 메시지를 전송한다(S310). 일반적으로 레인징 응답 메시지는 브로드캐스팅 메시지이다. 각 단말은 레인징 응답 메시지에 실린 코드 인덱스 및 상기 코드 인덱스가 전송된 레인징 슬롯에 대한 정보를 바탕으로 상기 레인징 응답 메시지가 자신에 대한 메시지인지 여부를 판단할 수 있다. 레인징 응답 메시지는 시간, 주파수 및 파워의 오프셋 정보와 함께 레인징 상태에 대한 정보를 포함한다. 이하, 레인징 상태가 '계속'인 경우 에 한정하여 설명한다.

레인징 상태가 '계속'이면, 상기 레인징 응답 메시지는 레인징 코드를 재전송하기 위한 특정 레인징 슬롯 및/또는 특정 레인징 코드에 대한 정보를 포함한다. 상기 특정 레인징 슬롯과 특정 레인징 코드의 할당 방법은 후술한다.

레인징 상태가 '계속'인 레인징 응답 메시지를 수신한 단말은 레인징 코드를 기지국으로 재전송한다(S320). 레인징 응답 메시지가 특정 레인징 슬롯 및 특정 레인징 코드에 대한 정보를 모두 포함하는 경우, 단말은 상기 특정 레인징 슬롯을 통하여 상기 특정 레인징 코드를 기지국으로 재전송한다. 레인징 응답 메시지가 특정 레인징 슬롯에 대한 정보만을 포함하는 경우, 단말은 상기 특정 레인징 슬롯을 통하여 임의의 레인징 코드를 재전송할 수 있다. 레인징 응답 메시지가 특정 레인징 코드에 대한 정보만을 포함하는 경우, 단말은 임의의 레인징 슬롯을 통하여 상기 특정 레인징 코드를 재전송할 수 있다.

이하, 각 단말에 대한 특정 레인징 슬롯과 특정 레인징 코드의 할당 방법을 설명한다.

먼저, 복수의 단말에 대한 특정 레인징 슬롯과 특정 레인징 코드가 모두 동일하지 않게 할당할 수 있다. 즉, 복수의 단말에 대한 특정 레인징 슬롯이 동일하면 특정 레인징 코드는 다르도록 할당하고, 복수의 단말에 대한 특정 레인징 코드가 동일하면 특정 레인징 슬롯은 다르도록 할당할 수 있다. 이에 따라, 레인징 코드의 재전송시, 레인징 코드의 충돌을 방지할 수 있다.

다음으로, 각 단말에 대한 특정 레인징 슬롯을 전체 레인징 영역에 속해있는 각각의 레인징 슬롯으로 분산하여 할당할 수 있다. 이에 따라, 일부 레인징 슬롯에 많은 단말들이 몰리는 것을 방지할 수 있다.

하기 표 1은 레인징 응답 메시지에 대한 포맷의 일 예를 나타낸다.

표 1의 'TLV Encoded Information'에 특정 레인징 슬롯 및 특정 레인징 코드에 대한 정보를 새롭게 포함시킬 수 있다. 또는, TLV 인코딩에 의하여 이미 할당되어 있는 영역을 이용하거나, 내부적(implicit)으로 특정 레인징 슬롯 및 특정 레인징 코드를 할당할 수도 있다. 예를 들어, 레인징 응답 메시지에서 '성공(success)', '계속(continue)' 및 '중지(abort)'와 같은 레인징 상태를 나타내기 위하여 이미 8비트가 할당되어 있다고 가정한다. 이때 상위 2비트를 이용하여 레인징 상태를 나타내고, 하위 6비트를 이용하여 특정 레인징 슬롯 및 특정 레인징 코드를 나타낼 수 있다.

이에 따라, 레인징 상태가 '계속'인 레인징 응답 메시지를 수신한 경우, 레인징 코드의 재전송 과정에서 발생할 수 있는 코드 충돌 및 단말 간의 간섭을 줄일 수 있다.

Ⅱ. 전용(Dedicated) 레인징 과정

이하, 전용 레인징 과정을 살펴본다.

전용 레인징 과정은 위치 결정(Location Determination), 스캐닝 동안의 ㅋ코디테이션 협동(Cordinated association) 및 아이들 모드(Idle Mode)에 있는 단말의 위치 업데이트(Location Update)의 초기 단계에서 사용될 수 있는 초기 레인징의 일 예이다. 기지국은 단말에 전용 레인징 정보(Dedicated Ranging Information)을 제공한다. 즉, 기지국은 상대적인 프레임 번호인 미리 정의된 시간(rendezvous time)에 전용 레인징 영역을 할당한다. 또한, 기지국은 초기 레인징을 위한 코드 집합 가운데 하나의 CDMA 코드 및 할당된 레인징 영역 내에서 전송 기회(Transmission Opportunity)를 할당한다.

하기 표 2는 스캐닝 동안의 코디네이션 협동(Coordinated association)에서 스캐닝 응답(SCN-RSP) 메시지에 포함된 전용 레인징 파라미터의 일 예를 나타낸다.

If(Scanning type==0b010)OR(Scanning type==0b011){	-	-
Rendezvous time	8	Units are frames.
CDMA code	8	From initial ranging codeset.
Transmission_opportunity offset	8	Units are transmission opportunity.
}	-	-

하기 표 3은 위치 결정에서 레인징 응답 메시지에 포함된 전용 레인징 파라미터의 일 예를 나타낸다.

Rendezvous time	36	1	This is offset, measured in units of frames duration, when the BS is expected to provide non-contention based ranging opprotunity for the MS. The offset is calculated from the frame where RNG-RSP message is transmitted. The BS is expected to provide non-contention based Ranging opportunity at the frame specified by Rendezvous time parameter.	OFDMA
CDMA code	37	1	A unique code assigned to the MS, to be used for dedicated ranging. Code is from the initial ranging codeset.	OFDMA
Transmission opportunity offset	38	1	A unique transmission opportunity assigned to the MS, to be used for dedicated ranging in units of symbol duration.	OFDMA

하기 표 4는 위치 업데이트에서 페이징(MOB_PAG-ADV) 메시지에 포함된 전용 레인징 파라미터의 일 예를 나타낸다.

Type	Length(bits)	Value	Scope
150	variable;8+N_assign×16	Bits 0-7:N_assign Subsequent(N_assign×16)bits: for(i=0,i<N_assign,i++){ 8-bits code index assigned to an MS that is paged 8-bits transmission opportunity offset assigned to an MS that is paged }	OFDMA

기지국은 상기 표 2, 표 3 및 표 4의 메시지에 포함된 정보와 같이 전용 레인징 영역이 할당된 프레임, 레인징 코드 및 전송 기회를 단말에 할당한다. 여기서, 레인징 코드는 초기 레인징을 위한 레인징 코드 집합으로부터 임의로 선택된 코드이다. 기지국은 동일한 전송 기회를 복수의 단말에 대하여 할당하거나, 동일한 레인징 코드를 복수의 단말에 대하여 할당할 수 있다. 다만, 동일한 전송 기회와 동일한 레인징 코드를 동시에 복수의 단말에 대하여 할당할 수는 없다.

전용 레인징 지시자(Dedicated Ranging Indicator)가 '1'로 설정되면, 전용 레인징 영역은 UL-MAP 내에서 UIUC=12로 할당된다. 여기서, 전용 레인징 지시자는 기지국이 전송하는 UL-MAP 메시지에 포함될 수 있다. 전용 레인징 지시자의 크기가 1비트인 경우, '0'이면 단말에게 전용 레인징이 아닌 초기 레인징을 수행할 것을 지시하고, '1'이면 단말에게 전용 레인징을 수행할 것을 지시할 수 있다.

단말은 전용 레인징 영역 내에 할당된 전송 기회를 이용하여 할당된 레인징 코드를 기지국에 전송한다.

따라서, 전용 레인징 과정에서의 충돌을 피하기 위하여 기지국은 상향링크 자원영역 내에 전용 레인징 영역을 추가로 할당하고 있으므로, 상향링크 자원의 오버헤드가 발생할 수 있다. 또한, 전용 레인징 영역을 통하여 상향링크 동기가 정확하게 맞지 않을 가능성이 있는 신호가 전송되므로, 다른 상향링크 자원 영역과 간섭을 추가적으로 일으킬 수 있다. 또한, 기지국에서 예정된 프레임에 전용 레인징 영역이 할당되지 않을 경우, 단말은 경합 기반의 레인징 과정을 수행하여야 하며, 이 과정에서 충돌로 인한 시간 지연이 발생할 수 있다. 이에 따라, 효율적으로 전용 레인징 과정을 수행하는 방법이 필요하다.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 전용 레인징 과정을 수행하는 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 15를 참조하면, 단말은 기지국으로부터 DL-MAP, UL-MAP, DCD 및 UCD 메시지를 수신한다(S400). 상기 UCD 메시지는 전용 코드 및 상기 전용 코드에 대하여 독점권을 가지는 독점 시간에 대한 정보를 포함한다.

여기서, 전용 코드는 전용 레인징용 코드 집합으로부터 임의로 선택된 코드일 수 있다. 전용 레인징용 코드 집합은 PRBS 생성기를 통해 생성된 코드 중에서 할당된다. 즉, 상기 PRBS 생성기를 통해 생성된 코드 가운데 일부를 목적에 따라 초기 레인징(Initial Ranging), 핸드오버(Handover), 주기적 레인징(Periodic Ranging), 대역폭 요청(Bandwidth Request) 용 및 전용 레인징(Dedicated Ranging)용으로 나눈다. 각각의 기지국이 사용하는 코드는 S(0≤S≤255)에 의하여 정의되고, 각각의 기지국은 S번부터 ((S+N+O+M+L+D)mod256)번까지의 코드를 사용한다. N은 초기 레인징용 코드 집합의 코드 개수이고, O는 핸드오버용 코드 집합의 코드 개수이며, M은 주기적 레인징용 코드 집합의 코드 개수이고, L은 대역폭 요청용 코드 집합의 코드 개수이며, D는 전용 레인징용 코드 집합의 코드 개수이다. 여기서, (N+O+M+L)개의 코드는 각각의 목적에 따라 단말이 임의로 선택하여 전송하는 경합 기반의 레인징을 수행하기 위한 레인징 코드이고, L개의 코드는 기지국이 할당하고 관리하는 전용 레인징을 수행하기 위한 전용 코드이다.

하기 표 5는 전용 코드를 할당하기 위한 정보의 일 예이다.

CDMA Code	1(byte)	A unique code assigned to the MS, to be used for the dedicated ranging. Code is from the dedicated ranging code set.
Dedicated Time	1(byte)	The time duration, measured in units of frame duration, during which the code dedication is available.
Transmission Opportunity	1(byte)	A unique transmission opportunity assigned to the MS, to be used for the dedicated ranging code transmission.

기지국은 크게 세 가지 방법을 이용하여 독점 시간을 알려줄 수 있다. 먼저, 메시지가 전송된 프레임을 기준으로 프레임 단위로 독점 시간을 알려줄 수 있다. 여기서, 메시지는 UCD 메시지일 수 있다. 다음으로, 코드의 독점권이 파기되는 프레임 번호를 알려줄 수 있다. 다음으로, 타이머를 이용할 수 있다. 예를 들어, 기지국과 단말에 전용 레인징 타이머를 추가하고, 기지국과 단말 간의 연결 설정 시 타이머 값을 설정하며, 단말이 기지국으로부터 전용 코드에 대한 정보를 수신하면 타이머를 시작하도록 할 수 있다.

부가적으로, 기지국이 하나의 전용 코드를 복수의 단말에게 할당하는 경우, 기지국은 단말이 상기 전용 코드에 대하여 독점권을 가질 수 있는 전송 기회(Transmission Opportunity)를 함께 할당할 수 있다.

단말은 독점 시간 이내에 레인징 영역을 통하여 전용 코드를 기지국에 전송한다(S410). 상기 레인징 요청 메시지를 수신한 기지국은 어떠한 단말이 무슨 목적으로 전용 레인징을 시도하였는지 여부를 인식할 수 있다. 또한, 기지국은 수신한 전용 코드를 독점 시간 이후에 다른 단말에 할당할 수도 있다.

이에 따라, 전용 레인징을 시도하는 단말이 경합 기반의 레인징을 시도하는 단말들과 레인징 영역을 공유함에 불구하고, 독점 시간 동안 전용 코드를 전송하므로 다른 단말과 충돌이 발생하는 문제가 없다. 또한, 전용 레인징 영역을 추가로 할당할 필요가 없으므로, 상향링크 자원영역을 절약할 수 있다.

본 발명은 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 하드웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하기 위해 디자인된 ASIC(application specific integrated circuit), DSP(digital signal processing), PLD(programmable logic device), FPGA(field programmable gate array), 프로세서, 제어기, 마이크로 프로세서, 다른 전자 유닛 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 소프트웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하는 모듈로 구현될 수 있다. 소프트웨어는 메모리 유닛에 저장될 수 있고, 프로세서에 의해 실행된다. 메모리 유닛이나 프로세서는 당업자에게 잘 알려진 다양한 수단을 채용할 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형 또는, 변경하여 실시할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.

도 1은 다중 셀 환경에서의 무선 통신시스템을 도시한 예시도이다.

도 2는 프레임 구조의 일예를 나타낸다.

도 3은 네트워크 초기화 과정의 일 예를 나타내는 흐름도이다.

도 4는 PRBS 생성기의 일 예를 나타낸다.

도 5 및 도 6은 초기 레인징과 핸드오버를 위한 레인징 과정에 사용되는 OFDM 심볼 구조를 나타낸다.

도 7 및 도 8은 주기적 레인징과 대역폭 요청을 위한 레인징 코드에 사용되는 OFDM 심볼 구조를 나타낸다.

도 9는 레인징 슬롯의 구조를 나타낸다.

도 10은 인접 셀의 구조를 나타낸다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 인접 셀에 대한 간섭을 줄이기 위한 프레임 내 상향링크 자원영역의 구조를 나타낸다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라 셀 별로 할당되는 레인징 코드를 나타내는 도면이다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 핸드오버를 위한 레인징 과정을 나타내는 흐름도이다.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 레인징 과정을 수행하는 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 전용 레인징 과정을 수행하는 방법을 나타내는 흐름도이다.

Claims (7)

1. 상향링크 동기화를 위하여 레인징 과정을 수행하는 방법에 있어서,

   레인징 영역과 레인징 코드 집합에 대한 정보를 수신하는 단계; 및

   상기 레인징 영역을 통하여 상기 레인징 코드 집합 가운데 임의로 선택한 하나의 레인징 코드를 전송하는 단계를 포함하되,

   상기 레인징 영역은 상향링크 자원영역 내에 할당되고, 인접 셀의 레인징 영역과 시간 및 주파수 영역에서 동일한 레인징 과정 수행 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 레인징 영역 내에 셀의 경계 부근에 위치한 단말을 위한 레인징 영역이 분리되어 할당되고, 상기 셀의 경계 부근에 위치한 단말을 위한 레인징 영역은 인접 셀의 경계 부근에 위치한 단말을 위한 레인징 영역과 시간 및 주파수 영역에서 동일한 것을 특징으로 하는 레인징 과정 수행 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 레인징 코드 집합은 인접 셀을 위한 레인징 코드 집합과 겹쳐지지 않는 것을 특징으로 하는 레인징 과정 수행 방법.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 셀의 경계 부근에 위치한 단말은 핸드오버를 시도하는 단말인 것을 특징으로 하는 레인징 과정 수행 방법.
5. 핸드오버를 위하여 레인징 과정을 수행하는 방법에 있어서,

   핸드오버를 위한 레인징 영역과 레인징 코드 집합에 대한 정보를 수신하는 단계; 및

   상기 핸드오버를 위한 레인징 영역을 통하여 상기 레인징 코드 집합 가운데 임의로 선택한 하나의 레인징 코드를 전송하는 단계를 포함하되,

   상기 핸드오버를 위한 레인징 영역은 상향링크 자원영역 내에 할당된 전체 레인징 영역의 일부 영역으로 분리되어 할당되고, 인접 셀의 핸드오버를 위한 레인징 영역과 시간 및 주파수 영역에서 동일한 레인징 과정 수행 방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 레인징 코드 집합은 인접 셀을 위한 레인징 코드 집합과 겹쳐지지 않는 것을 특징으로 하는 레인징 과정 수행 방법.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 레인징 코드 전송에 대한 레인징 응답 메시지를 수신하는 단계; 및

   상기 레인징 응답 메시지의 상태(Status)가 '계속(Continue)'이면 상기 핸드오버를 위한 레인징 영역을 통하여 레인징 코드를 재전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레인징 과정 수행 방법.

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