KR20120137212A - 무선 통신 시스템에서 랜덤 액세스의 수행장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

무선 통신 시스템에서 단말에 의한 랜덤 액세스(Random Access)의 수행방법및 장치가 제공된다. 무선 통신 시스템에서 단말에 의한 랜덤 액세스의 수행방법은 적어도 하나의 서빙셀 상에서 랜덤 액세스 프리앰블을 기지국으로 전송하는 단계 및 상기 랜덤 액세스 프리앰블에 대한 응답으로, 상기 적어도 하나의 서빙셀 각각에 적용되는 복수의 시간 전진 정보 및 상기 복수의 시간 전진 정보가 적용되는 서빙셀에 관한 정보를 포함하는 랜덤 액세스 응답 메시지를 상기 기지국으로부터 수신하는 단계를 포함한다. 단말은 복수의 서빙셀을 통한 상향링크 동기화를 위한 타이밍 정보를 수신하여 기지국과의 상향링크 동기화를 수행할 수 있고, 상향링크 동기화를 위하여 기지국이 단말로 전송하는 랜덤 액세스 응답 메시지를 보다 효율적으로 구성할 수 있다.

Description

무선 통신 시스템에서 랜덤 액세스의 수행장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PERFORMING RANDOM ACCESS IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 무선 통신에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무선 통신 시스템에서 랜덤 액세스의 수행장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적인 무선통신 시스템에서는 상향링크와 하향링크간의 대역폭은 서로 다르게 설정되더라도 주로 하나의 반송파(carrier)만을 고려하고 있다. 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(long term evolution)에서도 단일 반송파를 기반으로 하여, 상향링크와 하향링크를 구성하는 반송파의 수가 1개이고, 상향링크의 대역폭과 하향링크의 대역폭이 일반적으로 서로 대칭적이다. 이러한 단일 반송파 시스템에서 랜덤 액세스(Random Access)는 하나의 반송파를 이용하여 랜덤 액세스를 수행하였다. 그런데, 최근 다중 반송파 시스템(multiple carrier system)이 도입됨에 따라 랜덤 액세스는 여러 개의 요소 반송파(component carrier)를 통해 구현될 수 있게 되었다.

다중 반송파 시스템은 반송파 집성(carrier aggregation)을 지원할 수 있는 무선통신 시스템을 의미한다. 반송파 집성이란 조각난 작은 대역을 효율적으로 사용하기 위한 기술로 주파수 영역에서 물리적으로 비연속적인(non-continuous) 다수 개의 밴드를 묶어 논리적으로 큰 대역의 밴드를 사용하는 것과 같은 효과를 내도록 하기 위한 것이다.

단말이 망(network)에 접속하기 위해서는 랜덤 액세스 과정을 거친다. 랜덤 액세스 과정은 경합 기반 랜덤 액세스 과정(contention based random access procedure)과 비경합 기반 랜덤 액세스 과정(non-contention based random access procedure)으로 구분될 수 있다. 경합 기반 랜덤 액세스 과정과 비경합 기반 랜덤 액세스 과정의 가장 큰 차이점은 랜덤 액세스 프리앰블(Random access preamble)이 하나의 단말에게 전용(dedicated)으로 지정되는지 여부에 대한 것이다. 비경합 기반 랜덤 액세스 과정에서는 단말이 자신에게만 지정된 전용 랜덤 액세스 프리앰블을 사용하기 때문에 다른 단말과의 경합(또는 충돌)이 발생하지 않는다. 여기서 경합이란 2개 이상의 단말이 동일한 자원을 통해 동일한 랜덤 액세스 프리앰블을 사용하여 랜덤 액세스 과정을 시도하는 것을 말한다. 경합기반 랜덤 액세스 과정에서는 단말이 임의로 선택한 랜덤 액세스 프리앰블을 사용하기 때문에 경합 가능성이 존재한다.

단말이 네트워크로 랜덤 액세스 과정을 수행하는 목적은 초기 접속(initial access), 핸드오버(handover), 무선자원 요청(Scheduling Request), 시간 정렬(timing alignment) 등이 있을 수 있다.

본 발명의 기술적 과제는 무선 통신 시스템에서 랜덤 액세스의 수행장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 기술적 과제는 복수의 부서빙셀에 적용되는 시간 전진 관련 정보를 전송하는 랜덤 액세스의 수행장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 기술적 과제는 복수의 부서빙셀의 시간 정렬값을 각각 지시하는 랜덤 액세스 응답 메시지를 전송하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 무선 통신 시스템에서 단말에 의한 랜덤 액세스(Random Access)의 수행방법은 적어도 하나의 서빙셀 상에서 랜덤 액세스 프리앰블을 기지국으로 전송하는 단계 및 상기 랜덤 액세스 프리앰블에 대한 응답으로, 상기 적어도 하나의 서빙셀 각각에 적용되는 복수의 시간 전진 정보 및 상기 복수의 시간 전진 정보가 적용되는 서빙셀에 관한 정보를 포함하는 랜덤 액세스 응답 메시지를 상기 기지국으로부터 수신하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 무선 통신 시스템에서 랜덤 액세스(random access)를 수행하는 단말은 적어도 하나의 서빙셀 상에서 랜덤 액세스 프리앰블을 기지국으로 전송하는 전송부 및 상기 랜덤 액세스 프리앰블에 대한 응답으로, 상기 적어도 하나의 서빙셀 각각에 적용되는 복수의 시간 전진 정보 및 상기 복수의 시간 전진 정보가 적용되는 서빙셀에 관한 정보를 포함하는 랜덤 액세스 응답 메시지를 상기 기지국으로부터 수신하는 수신부를 포함한다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 무선 통신 시스템에서 기지국에 의한 랜덤 액세스의 수행방법은 적어도 하나의 서빙셀 상에서 랜덤 액세스 프리앰블을 단말로부터 수신하는 단계 및 상기 랜덤 액세스 프리앰블에 대한 응답으로, 상기 적어도 하나의 서빙셀 각각에 적용되는 복수의 시간 전진 정보 및 상기 복수의 시간 전진 정보가 적용되는 서빙셀에 관한 정보를 포함하는 랜덤 액세스 응답 메시지를 상기 단말로 전송하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 무선 통신 시스템에서 랜덤 액세스(random access)를 수행하는 기지국은 적어도 하나의 서빙셀 상에서 랜덤 액세스 프리앰블을 단말로부터 수신하는 수신부, 상기 랜덤 액세스 프리앰블에 대한 응답으로, 상기 적어도 하나의 서빙셀 각각에 적용되는 복수의 시간 전진 정보 및 상기 복수의 시간 전진 정보가 적용되는 서빙셀에 관한 정보를 포함하는 랜덤 액세스 응답 메시지를 구성하는 프로세서 및 상기 랜덤 액세스 응답 메시지를 상기 단말로 전송하는 전송부를 한다.

본 발명에 따르면, 단말은 복수의 서빙셀을 통한 상향링크 동기화를 위한 타이밍 정보를 수신하여 기지국과의 상향링크 동기화를 수행할 수 있다.

본 발명에 따르면, 상향링크 동기화를 위하여 기지국이 단말로 전송하는 랜덤 액세스 응답 메시지를 보다 효율적으로 구성할 수 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 무선통신 시스템을 나타낸다.
도 2는 본 발명이 적용되는 다중 반송파를 지원하기 위한 프로토콜 구조의 일 예를 나타낸다.
도 3은 본 발명이 적용되는 다중 반송파 동작을 위한 프레임 구조의 일 예를 나타낸다.
도 4는 본 발명이 적용되는 다중 반송파 시스템에서 하향링크 요소 반송파와 상향링크 요소 반송파간의 연결설정을 나타낸다.
도 5는 본 발명이 적용되는 동기화 과정에서 시간 전진의 일 예를 나타내는 도이다.
도 6은 주 서빙셀과 부 서빙셀의 하향링크 시간 정렬 값을 이용하여 상향링크 시간 정렬 값을 적용하는 것을 나타낸 도이다.
도 7은 본 발명의 일 예에 따른 랜덤 액세스 절차를 설명하는 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 다른 예에 따른 랜덤 액세스 절차를 설명하는 흐름도이다.
도 9는 본 발명에 따른 셀 인덱스와 주파수 인덱스를 비교한 도이다.
도 10은 본 발명이 적용되는 RAPID MAC 서브헤더의 일 예를 나타낸다.
도 11은 본 발명이 적용되는 BI MAC 서브헤더의 일 예를 나타낸다.
도 12는 본 발명에 따른 랜덤 액세스 응답 메시지에 포함된 MAC 제어요소 구조의 일 예를 나타낸다.
도 13은 본 발명에 따른 랜덤 액세스 응답 메시지에 포함된 MAC 제어요소 구조의 다른 예를 나타낸다.
도 14는 본 발명에 따른 랜덤 액세스 응답 메시지에 포함된 MAC 제어요소 구조의 다른 예를 나타낸다.
도 15는 랜덤 액세스 응답을 위한 MAC PDU 구조 및 RAPID와 랜덤 액세스 응답의 매핑 구조를 나타낸다.
도 16은 본 발명에 따라서 묶음으로 존재하는 MAC 제어요소를 나타낸 것이다.
도 17은 본 발명의 일 예에 따른 랜덤 액세스 절차를 수행하는 단말의 동작 순서도를 나타낸 것이다.
도 18은 본 발명의 일 예에 따른 랜덤 액세스 절차를 수행하는 기지국의 동작 순서도이다.
도 19는 본 발명의 일 예에 따른 랜덤 액세스를 수행하는 기지국과 단말을 나타내는 블록도이다.
도 20은 본 발명에 따른 랜덤 액세스 응답 메시지에 포함된 MAC 제어요소 구조의 다른 예를 나타낸다.
도 21은 본 발명에 따른 랜덤 액세스 응답 메시지에 포함된 MAC 제어요소 구조의 다른 예를 나타낸다.

이하, 본 명세서에서는 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 명세서의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 명세서의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 명세서의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명이 적용되는 무선통신 시스템을 나타낸다.

도 1을 참조하면, 무선통신 시스템(10)은 음성, 패킷 데이터 등과 같은 다양한 통신 서비스를 제공하기 위해 널리 배치된다. 무선통신 시스템(10)는 적어도 하나의 기지국(11; Base Station, BS)을 포함한다. 각 기지국(11)은 특정한 셀(cell)(15a, 15b, 15c)에 대해 통신 서비스를 제공한다. 셀은 다시 다수의 영역(섹터라고 함)으로 나누어질 수 있다.

단말(12; mobile station, MS)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, UE(user equipment), MT(mobile terminal), UT(user terminal), SS(subscriber station), 무선기기(wireless device), PDA(personal digital assistant), 무선 모뎀(wireless modem), 휴대기기(handheld device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 기지국(11)은 eNB(evolved-NodeB), BTS(Base Transceiver System), 액세스 포인트(Access Point), 펨토(femto) 기지국, 가내 기지국(Home nodeB), 릴레이(relay) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 셀은 기지국(11)이 커버하는 일부 영역을 나타내는 포괄적인 의미로 해석되어야 하며, 메가셀, 매크로셀, 마이크로셀, 피코셀, 펨토셀 등 다양한 커버리지 영역을 모두 포괄하는 의미이다.

이하에서 하향링크(downlink)는 기지국(11)에서 단말(12)로의 통신을 의미하며, 상향링크(uplink)는 단말(12)에서 기지국(11)으로의 통신을 의미한다. 하향링크에서 송신기는 기지국(11)의 일부분일 수 있고, 수신기는 단말(12)의 일부분일 수 있다. 상향링크에서 송신기는 단말(12)의 일부분일 수 있고, 수신기는 기지국(11)의 일부분일 수 있다. 무선통신 시스템에 적용되는 다중 접속 기법에는 제한이 없다. CDMA(Code Division Multiple Access), TDMA(Time Division Multiple Access), FDMA(Frequency Division Multiple Access), OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access), SC-FDMA(Single Carrier-FDMA), OFDM-FDMA, OFDM-TDMA, OFDM-CDMA와 같은 다양한 다중 접속 기법을 사용할 수 있다. 상향링크 전송 및 하향링크 전송은 서로 다른 시간을 사용하여 전송되는 TDD(Time Division Duplex) 방식이 사용될 수 있고, 또는 서로 다른 주파수를 사용하여 전송되는 FDD(Frequency Division Duplex) 방식이 사용될 수 있다.

반송파 집성(carrier aggregation; CA)은 복수의 반송파를 지원하는 것으로서, 스펙트럼 집성 또는 대역폭 집성(bandwidth aggregation)이라고도 한다. 반송파 집성에 의해 묶이는 개별적인 단위 반송파를 요소 반송파(component carrier; CC)라고 한다. 각 요소 반송파는 대역폭과 중심 주파수로 정의된다. 반송파 집성은 증가되는 수율(throughput)을 지원하고, 광대역 RF(radio frequency) 소자의 도입으로 인한 비용 증가를 방지하고, 기존 시스템과의 호환성을 보장하기 위해 도입되는 것이다. 예를 들어, 20MHz 대역폭을 갖는 반송파 단위의 그래뉼래리티(granularity)로서 5개의 요소 반송파가 할당된다면, 최대 100Mhz의 대역폭을 지원할 수 있는 것이다.

반송파 집성은 주파수 영역에서 연속적인 요소 반송파들 사이에서 이루어지는 인접(contiguous) 반송파 집성과 불연속적인 요소 반송파들 사이에 이루어지는 비인접(non-contiguous) 반송파 집성으로 나눌 수 있다. 하향링크와 상향링크 간에 집성되는 반송파들의 수는 다르게 설정될 수 있다. 하향링크 요소 반송파 수와 상향링크 요소 반송파 수가 동일한 경우를 대칭적(symmetric) 집성이라고 하고, 그 수가 다른 경우를 비대칭적(asymmetric) 집성이라고 한다.

요소 반송파들의 크기(즉 대역폭)는 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 70MHz 대역의 구성을 위해 5개의 요소 반송파들이 사용된다고 할 때, 5MHz 요소 반송파(carrier #0) + 20MHz 요소 반송파(carrier #1) + 20MHz 요소 반송파(carrier #2) + 20MHz 요소 반송파(carrier #3) + 5MHz 요소 반송파(carrier #4)과 같이 구성될 수도 있다.

이하에서, 다중 반송파(multiple carrier) 시스템이라 함은 반송파 집성을 지원하는 시스템을 말한다. 다중 반송파 시스템에서 인접 반송파 집성 및/또는 비인접 반송파 집성이 사용될 수 있으며, 또한 대칭적 집성 또는 비대칭적 집성 어느 것이나 사용될 수 있다.

도 2는 본 발명이 적용되는 다중 반송파를 지원하기 위한 프로토콜 구조의 일 예를 나타낸다.

도 2를 참조하면, 공용 MAC(Medium Access Control) 개체(210)는 복수의 반송파를 이용하는 물리(physical) 계층(220)을 관리한다. 특정 반송파로 전송되는 MAC 관리 메시지는 다른 반송파에게 적용될 수 있다. 즉, 상기 MAC 관리 메시지는 상기 특정 반송파를 포함하여 다른 반송파들을 제어할 수 있는 메시지이다. 물리계층(220)은 TDD(Time Division Duplex) 및/또는 FDD(Frequency Division Duplex)로 동작할 수 있다.

물리계층(220)에서 사용되는 몇몇 물리 제어채널들이 있다. PDCCH(physical downlink control channel)는 단말에게 PCH(paging channel)와 DL-SCH(downlink shared channel)의 자원 할당 및 DL-SCH와 관련된 HARQ(hybrid automatic repeat request) 정보를 알려준다. PDCCH는 단말에게 상향링크 전송의 자원 할당을 알려주는 상향링크 그랜트(uplink grant)를 나를 수 있다. PCFICH(physical control format indicator channel)는 단말에게 PDCCH들에 사용되는 OFDM 심벌의 수를 알려주고, 매 서브프레임마다 전송된다. PHICH(physical Hybrid ARQ Indicator Channel)는 상향링크 전송의 응답으로 HARQ ACK/NAK 신호를 나른다. PUCCH(Physical uplink control channel)은 하향링크 전송에 대한 HARQ ACK/NAK, 스케줄링 요청 및 CQI와 같은 상향링크 제어 정보를 나른다. PUSCH(Physical uplink shared channel)은 UL-SCH(uplink shared channel)을 나른다. PRACH(physical random access channel)는 랜덤 액세스 프리앰블을 나른다.

도 3은 본 발명이 적용되는 다중 반송파 동작을 위한 프레임 구조의 일 예를 나타낸다.

도 3을 참조하면, 프레임은 10개 서브프레임으로 구성된다. 서브프레임은 복수의 OFDM 심벌을 포함한다. 각 반송파는 자신의 제어채널(예를 들어 PDCCH)를 가질 수 있다. 다중 반송파들은 서로 인접할 수도 있고, 인접하지 않을 수도 있다. 단말은 자신의 역량에 따라 하나 또는 그 이상의 반송파를 지원할 수 있다.

요소 반송파는 활성화 여부에 따라 주요소 반송파(Primary Component Carrier; PCC)와 부요소 반송파(Secondary Component Carrier; SCC)로 나뉠 수 있다. 주요소 반송파는 항상 활성화되어 있는 반송파이고, 부요소 반송파는 특정 조건에 따라 활성화/비활성화되는 반송파이다. 활성화는 트래픽 데이터의 송신 또는 수신이 행해지거나 준비 상태(ready state)에 있는 것을 말한다. 비활성화는 트래픽 데이터의 송신 또는 수신이 불가능하고, 측정이나 최소 정보의 송신/수신이 가능한 것을 말한다. 단말은 하나의 주요소 반송파만을 사용하거나, 주요소 반송파와 더불어 하나 또는 그 이상의 부요소 반송파를 사용할 수 있다. 단말은 주요소 반송파 및/또는 부요소 반송파를 기지국으로부터 할당받을 수 있다.

도 4는 본 발명이 적용되는 다중 반송파 시스템에서 하향링크 요소 반송파와 상향링크 요소 반송파간의 연결설정(linkage)을 나타낸다.

도 4를 참조하면, 하향링크에서, 하향링크 요소 반송파 D1, D2, D3이 집성되어(aggregated) 있고, 상향링크에서 상향링크 요소 반송파 U1, U2, U3이 집성되어 있다. 여기서 Di는 하향링크 요소 반송파의 인덱스이고, Ui는 상향링크 요소 반송파의 인덱스이다(i=1, 2, 3). 적어도 하나의 하향링크 요소 반송파는 주요소 반송파이고, 나머지는 부요소 반송파이다. 마찬가지로, 적어도 하나의 상향링크 요소 반송파는 주요소 반송파이고, 나머지는 부요소 반송파이다. 예를 들어, D1, U1이 주요소 반송파이고, D2, U2, D3, U3은 부요소 반송파이다.

FDD 시스템에서 하향링크 요소 반송파와 상향링크 요소 반송파는 1:1로 연결설정된다. 예를 들어 D1은 U1과, D2는 U2와, D3은 U3과 각각 1:1로 연결설정된다. 단말은 논리채널 BCCH가 전송하는 시스템정보 또는 DCCH가 전송하는 단말전용 RRC메시지를 통해, 상기 하향링크 요소 반송파들과 상향링크 요소 반송파들간의 연결설정을 한다. 각 연결설정은 셀 특정하게(cell specific) 설정할 수도 있으며, 단말 특정하게(UE specific) 설정할 수도 있다.

도 4는 하향링크 요소 반송파와 상향링크 요소 반송파간의 1:1 연결설정만을 예시로 들었으나, 1:n 또는 n:1의 연결설정도 성립할 수 있음은 물론이다. 또한, 요소 반송파의 인덱스는 요소 반송파의 순서 또는 해당 요소 반송파의 주파수 대역의 위치에 일치하는 것은 아니다.

무선자원제어(Radio Resource Control:RRC) 아이들(IDLE) 모드인 단말은 요소 반송파 집성을 할 수 없고, 무선자원제어가 연결(connected)된 RRC 연결 모드에서만 요소 반송파 집성을 할 수 있다. 요소 반송파 집성에 앞서서 상기 무선자원제어연결을 위하여 단말은 여러 조건들을 기준으로 하나의 셀을 선택한다(cell selection). 단말의 셀 선택 조건은 다음과 같다.

첫째, 단말은 측정한(measure) 측정 정보를 기반으로 RRC 연결을 시도할 가장 적합한 셀(suitable cell)을 선택할 수 있다. 상기 측정 정보로 단말은 수신한 특정 셀의 CRS(cell-specific reference signal)를 기준으로 수신전력을 측정하는 RSRP(reference signal receiving power) 및 전체 수신전력 대비 특정 셀에 대한 RSRP 값의 비율로 정의하는 RSRQ(reference signal receiving quality)를 모두 고려한다. 따라서 단말은 구분 가능한 셀들 각각에 대한 RSRP 및 RSRQ 값들을 확보하여 이를 기반으로 적합한 셀을 선택한다. 예를 들어, RSRP 및 RSRQ 값 모두 0dB 이상의 값을 가지며 RSRP 값이 최대인 셀 또는 RSRQ 값이 최대인 셀 또는 RSRP 와 RSRQ 값 각각에 대하여 가중치를 설정(예를 들어 7:3)하고 상기 가중치를 고려한 평균값을 기준으로 적합한 셀을 선택할 수 있다.

둘째, 단말 내부 메모리에 저장되어 있는 시스템에서 고정적으로 설정한 서비스 사업자(Public Land Mobile Network:PLMN)에 대한 정보, 하향링크 중심 주파수 정보 또는 셀 구분 정보(예를 들어, PCI(Physical cell ID))를 이용하여 무선자원제어연결을 시도할 수 있다. 상기 저장되어 있는 정보는 다수의 서비스 사업자 및 셀들에 대한 정보들로 구성될 수 있으며 각 정보마다 우선순위 또는 우선 가중치가 설정되어 있을 수 있다.

셋째, 단말은 기지국으로부터 방송채널(Broadcast Channel:BCH)을 통해 시스템 정보를 수신하고, 수신한 상기 시스템 정보를 확인하여 무선자원제어연결을 시도할 수 있다. 예를 들어, 단말은 셀 접속을 위해 멤버쉽이 필요한 특정 셀(예를 들어 CSG(closed subscribe group), non-allowed Home eNB 등)인지 아닌지 여부에 대하여 확인한다. 따라서 단말은 각 기지국이 전송하는 시스템 정보를 수신하여 CSG 여부를 나타내는 CSG ID 정보를 확인한다. 그리고 만일 CSG임이 확인되면 접속 가능한 CSG 인지 여부를 확인한다. 상기 접속 가능성을 확인하기 위해 단말은 자신의 멤버쉽 정보와 상기 CSG 셀의 고유정보(예를 들어 시스템 정보 내에 있는 E-CGI(evolved - cell global ID) 또는 PCI 정보)를 이용할 수 있다. 상기 확인 절차를 통해 접속 불가능한 기지국으로 확인된 경우, 무선자원제어연결을 시도하지 않는다.

넷째, 단말의 내부 메모리에 저장되어 있는 유효한 요소 반송파들(예를 들어, 단말이 임플리멘테이션(implementation) 상으로 지원 가능한 주파수 대역 내에서 구성 가능한 요소 반송파)을 통해 무선자원제어연결을 시도할 수 있다.

상기 선택조건들 중 둘째 및 넷째 조건은 선택적(optional)으로 적용 가능하나 첫째 및 셋째 조건은 필수적(mandatory)으로 적용하여야 한다.

RRC 연결을 위해 선택된 셀을 통하여 무선자원제어연결을 시도하기 위해 단말은 RRC 연결 요청메시지를 전송할 상향링크 대역을 확인하여야 한다. 따라서 단말은 선택된 셀의 하향링크를 통해 전송되는 방송채널(broadcasting channel)을 통하여 시스템 정보를 수신한다. SIB2(system information block 2)는 상향링크로 사용할 대역에 대한 대역폭 정보 및 중심 주파수 정보를 포함한다. 따라서 단말은 선택된 셀의 하향링크 및 하향링크와 SIB2 내 정보를 통해 연결설정되어 있는 상향링크 대역을 통해 RRC 연결을 시도한다. 이때 단말은 랜덤 액세스 절차 중 RRC 연결 요청 메시지를 기지국으로 전달할 수 있다.

만일 RRC 연결 절차가 성공한 경우, RRC 연결 설정된 셀은 주서빙셀(primary serving cell)이라 불릴 수 있으며, 주서빙셀은 하향링크 주요소 반송파와 상향링크 주요소 반송파로 구성된다.

주서빙셀은 RRC 연결(establishment) 또는 재연결(re-establishment) 상태에서, 보안입력(security input)과 NAS(non-access stratum) 이동 정보(mobility information)을 제공하는 하나의 서빙셀을 의미한다. 단말의 성능(capabilities)에 따라, 적어도 하나의 셀이 주서빙셀과 함께 서빙셀의 집합을 형성하도록 구성될 수 있는데, 상기 적어도 하나의 셀을 부서빙셀(secondary serving cell)이라 한다.

따라서, 하나의 단말에 대해 설정된 서빙셀의 집합은 하나의 주서빙셀만으로 구성되거나, 또는 하나의 주서빙셀과 적어도 하나의 부서빙셀로 구성될 수 있다.

주서빙셀에 대응하는 하향링크 요소 반송파를 하향링크 주요소 반송파(DL PCC)라 하고, 주서빙셀에 대응하는 상향링크 요소 반송파를 상향링크 주요소 반송파(UL PCC)라 한다. 또한, 하향링크에서, 부서빙셀에 대응하는 요소 반송파를 하향링크 부요소 반송파(DL SCC)라 하고, 상향링크에서, 부서빙셀에 대응하는 요소 반송파를 상향링크 부요소 반송파(UL SCC)라 한다. 하나의 서빙셀에는 하향링크 요소 반송파만이 대응할 수도 있고, DL CC와 UL CC가 함께 대응할 수도 있다.

따라서, 반송파 시스템에서 단말과 기지국간의 통신이 DL CC 또는 UL CC를 통해 이루어지는 것은 단말과 기지국간의 통신이 서빙셀을 통해 이루어지는 것과 동등한 개념이다. 예를 들어, 본 발명에 따른 랜덤 액세스 수행방법에서, 단말이 UL CC를 이용하여 프리앰블을 전송하는 것은, 주서빙셀 또는 부서빙셀을 이용하여 프리앰블을 전송하는 것과 동등한 개념으로 볼 수 있다. 또한, 단말이 DL CC를 이용하여 하향링크 정보를 수신하는 것은, 주서빙셀 또는 부서빙셀을 이용하여 하향링크 정보를 수신하는 것과 동등한 개념으로 볼 수 있다.

한편, 주서빙셀과 부서빙셀은 다음과 같은 특징을 가진다.

첫째, 주서빙셀은 PUCCH의 전송을 위해 사용된다. 반면, 부서빙셀은 PUCCH를 전송할 수 없으나 PUCCH 내의 정보 중 일부 제어정보를 PUSCH를 통하여 전송할 수 있다.

둘째, 주서빙셀은 항상 활성화되어 있는 반면, 부서빙셀은 특정 조건에 따라 활성화/비활성화되는 반송파이다. 상기 특정 조건은 기지국(eNB)의 활성화/비활성화 MAC 제어요소 메시지를 수신하였거나 단말내의 비활성화 타이머가 만료되는 경우가 될 수 있다.

셋째, 주서빙셀이 무선링크실패(Radio Link Failure; 이하 RLF)를 경험할 때, RRC 재연결이 트리거링(triggering)되나, 부서빙셀이 RLF를 경험할 때는 RRC 재연결이 트리거링되지 않는다. 무선링크실패는 하향링크 성능이 임계치 이하로 일정시간 이상 유지되는 경우 또는 RACH(Random Access Channel)가 임계치 이상 횟수만큼 실패했을 경우에 발생한다.

넷째, 주서빙셀은 보안키(security key) 변경이나 RACH 절차와 동반하는 핸드오버 절차에 의해서 변경될 수 있다. 단, CR(contention resolution) 메시지의 경우, CR을 지시하는 하향 링크 제어 채널(PDCCH)만 주서빙셀을 통하여 전송되어야 하고 CR 정보는 주서빙셀 또는 부서빙셀을 통하여 전송될 수 있다.

다섯째, NAS 정보는 주서빙셀을 통해서 수신한다.

여섯째, 언제나 주서빙셀은 DL PCC와 UL PCC가 짝(pair)으로 구성된다.

일곱째, 각 단말마다 다른 CC를 주서빙셀로 설정할 수 있다.

여덟째, 부서빙셀의 재설정(reconfiguration), 추가(adding) 및 제거(removal)와 같은 절차는 무선 리소스 제어(RRC) 계층에 의해 수행될 수 있다. 신규 부서빙셀의 추가에 있어서, 전용(dedicated) 부서빙셀의 시스템 정보를 전송하는데 RRC 시그널링이 사용될 수 있다.

아홉째, 주서빙셀은 제어정보를 전송하는 영역 내에서 특정 단말에 한하여 제어정보를 전송하기 위해 설정된 단말-특정 검색 공간(UE-specific search space)에 할당되는 PDCCH(예를 들어, 하향링크 할당정보 또는 상향링크 그랜트 정보) 및 셀 내 모든 단말들 또는 특정조건에 부합하는 다수의 단말들에게 제어정보를 전송하기 위해 설정된 공용 검색 공간(common search space)에 할당되는 PDCCH(예를 들어, 시스템 정보(SI), 랜덤 액세스 응답(RAR), 전송전력제어(transmit power control: TPC))를 모두 제공할 수 있다. 반면, 부서빙셀은 단말-특정 검색 공간만 설정될 수 있다. 즉, 단말은 부서빙셀을 통해서 공용 검색 공간을 확인할 수 없으므로 공용 검색 공간을 통해서만 전송되는 제어정보들 및 상기 제어정보들이 지시하는 데이터 정보들을 수신할 수 없다.

주서빙셀과 부서빙셀의 특징에 관한 본 발명의 기술적 사상은 반드시 상기의 설명에 한정되는 것은 아니며, 이는 예시일 뿐이고 더 많은 예를 포함할 수 있다.

이제, 동기 획득을 위한 시간 전진(Timing Advance:TA)에 대하여 설명한다.

무선 통신 환경에서는 송신기에서 전파가 전파되어 수신기에서 전달되는 동안에 전파지연(propagation delay)을 겪게 된다. 따라서 송수신기 모두 정확히 송신기에서 전파가 전파되는 시간을 알고 있다 하더라도 수신기에 신호가 도착하는 시간은 송수신기간 거리, 주변 전파 환경 등에 의해 영향을 받게 되고 수신기가 이동하는 경우 시간에 따라 변하게 된다. 만일 수신기가 송신기가 전달하는 신호가 수신되는 시점을 정확히 알 수 없는 경우 신호 수신이 실패하거나 수신하더라도 왜곡된 신호를 수신하게 되어 통신이 불가능하게 된다.

따라서, 무선 통신 시스템에서는 하향링크/상향링크를 막론하고, 정보 신호를 수신하기 위해 기지국과 단말간 동기(synchronization)가 반드시 선결되어야 한다. 동기의 종류는 프레임 동기(frame synchronization), 정보심벌 동기(information symbol synchronization), 샘플링 주기 동기(sampling period synchronization) 등 다양하다. 샘플링 주기 동기는 물리적 신호를 구분하기 위해 가장 기본적으로 획득하여야 하는 동기이다.

하향링크 동기 획득은 기지국의 신호를 기반으로 단말에서 수행된다. 기지국은 단말에서 하향링크 동기 획득이 용이하도록 상호 약속된 특정 신호를 송신한다. 단말은 기지국에서 보내온 특정 신호가 송신된 시간을 정확히 분별할 수 있어야 한다. 하향링크의 경우 하나의 기지국이 다수의 단말들에게 동시에 동일한 동기신호를 송신하므로 단말들은 각각 독립적으로 동기를 획득할 수 있다.

상향링크의 경우 기지국은 다수의 단말들로부터 송신된 신호를 수신한다. 각 단말과 기지국간 거리가 상이한 경우 각 기지국이 수신하는 신호들은 서로 다른 송신지연 시간을 갖게 되고, 각각 획득한 하향링크 동기를 기준으로 상향링크 정보를 송신하는 경우, 각 단말의 정보가 서로 다른 시간에 해당 기지국에서 수신되게 된다. 이러한 경우, 기지국은 어느 하나의 단말을 기준으로 동기를 획득할 수가 없다. 따라서 상향링크 동기 획득은 하향링크와는 다른 절차가 필요하다.

한편, 상향링크 동기 획득은 다중 접속 방식마다 그 필요성이 다를 수 있다. 예를 들어, CDMA 시스템과 같은 경우에는 기지국이 다른 단말의 상향링크 신호들을 서로 다른 시간에 수신하더라도 각 상향링크 신호들을 분리할 수 있다. 그러나, OFDMA 또는 FDMA를 기반으로 하는 무선 통신 시스템에서는 기지국이 모든 단말의 상향링크 신호들을 동시에 수신하여 한꺼번에 복조한다. 따라서 다수의 단말의 상향링크 신호들이 정확한 시간에 수신될수록 수신 성능이 높아지며, 각 단말 신호의 수신시간의 차이가 커질수록 수신성능은 급격히 열화된다. 따라서, 상향링크 동기 획득이 필수적일 수 있다.

랜덤 액세스 절차(random access procedure)가 상향링크 동기 획득을 위해 수행되며, 랜덤 액세스 과정 중에 단말은 기지국으로부터 전송되는 시간 정렬값(timing alignment value)에 기반하여 상향링크 동기를 획득한다. 이를 시간 전진(Timing Advance:TA)라 한다. 시간 전진은 시간 정렬(Timing Alignment)이라고도 한다.

상향링크 동기가 획득되면, 단말은 시간 정렬 타이머(time alignment timer)를 시작한다. 시간 정렬 타이머가 작동 중이면 단말과 기지국은 서로 상향링크 동기가 이루어진 상태에 있다. 시간 정렬 타이머가 만료되거나 작동되지 않으면, 단말과 기지국은 서로 동기가 이루어져 있지 않은 것으로 보고, 단말은 랜덤 액세스 프리앰블의 전송 이외의 상향링크 전송은 수행하지 않는다.

도 5는 본 발명이 적용되는 동기화 과정에서 시간 전진의 일 예를 나타내는 도이다.

도 5를 참조하면, 기지국과 단말간의 통신을 위하여 하향링크 무선 프레임(downlink radio frame,510)을 송신하는 시점에 상향링크 무선 프레임(uplink radio frame,520)을 송신해야 한다. 단말과 기지국 간의 전파 지연으로 인하여 발생하는 시간차를 고려하여, 하향링크 무선 프레임(510)을 송신하는 시점보다 이른 시간에 단말이 상향링크 무선 프레임(520)을 송신하여 기지국과 단말간의 동기를 맞추도록 시간 전진을 적용할 수 있다.

단말이 상향링크 시간을 조정하는 시간(TA)은 다음 수학식 1을 통해 구할 수 있다.

여기서, N_TA는 시간 정렬값으로서, 기지국의 시간 전진 명령에 의해 가변적으로 제어되고, N_{TA offset}은 프레임 구조에 의해 고정되는 값이다. T_s는 샘플링 주기이다. 여기서, 시간 정렬값(N_TA)이 양(+)이면 상향링크 시간을 앞서도록(advancing) 조정함을 지시하고, 음(-)이면 상향링크 시간을 뒤지도록(delaying) 조정함을 지시한다.

상향링크 동기화를 위하여 단말은 기지국이 제공하는 TA 값을 수신하여 이를 기반으로 시간 전진을 적용할 수 있고, 단말은 기지국과 무선 통신을 위한 동기를 획득할 수 있다.

이제, 다중 시간 전진(multiple timing advance)의 적용에 대하여 설명한다.

다중 반송파 시스템에서는 하나의 단말이 복수의 요소 반송파 또는 복수의 서빙셀들을 통해 기지국과 통신을 수행한다. 단말에 설정되는 복수의 서빙셀의 신호들이 각각 서로 다른 시간지연을 가지면, 단말이 각 서빙셀에 대하여 다른 TA를 적용하는 것이 요구된다.

도 6은 주 서빙셀과 부 서빙셀의 하향링크 시간 정렬 값을 이용하여 상향링크 시간 정렬 값을 적용하는 것을 나타낸 도이다. DL CC1, 및 UL CC1은 주서빙셀이며, DL CC2 및 UL CC2는 부서빙셀이다.

도 6을 참조하면, 기지국이 T_Send 시점에 DL CC1, DL CC2를 통하여 프레임을 송신하면(610), 단말은 DL CC1, DL CC2를 통하여 프레임을 수신한다(620). 단말은 기지국이 송신한 T_Send 시점 이후 전파지연시간만큼 늦게 프레임을 수신한다. DL CC1에서는 T1 만큼 전파지연이 발생하여 T1 만큼 늦게 프레임을 수신하며, DL CC2에서는 T2 만큼의 전파지연이 발생하여 T2 만큼 늦게 프레임을 수신한다.

하향링크 전송의 전파지연시간과 상향링크 전송의 전파지연시간이 동일하다고 가정하면, 단말은 UL CC1, UL CC2에 각각 T1 및 T2 만큼 TA를 적용하여 기지국으로 프레임을 송신할 수 있다(630). 그 결과 상향링크 동기를 위해 설정한 T_Receive 시점에 UL CC1 및 UL CC2를 통해 기지국은 단말이 전송한 프레임을 수신할 수 있다(640).

앞서 설명한 것은 기지국이 UL CC1 및 UL CC2를 단일 수신장치를 통하여 수신하는 경우를 가정한 것이다. 따라서, 기지국이 각 UL CC를 독립적으로 수신할 수 있는 장치를 구성하고 있는 경우, 기지국에 의해 설정되는 상기 T_Receive 시점이 모든 UL CC에 대하여 동일할 필요는 없다. 즉, 각 UL CC마다 T_Receive 시점을 설정할 수 있다. 다만 각 UL CC를 사용하는 단말들이 전송한 상향링크 프레임의 도착 시점은 상기 각 UL CC마다 설정된 각 T_Receive 시점으로 동일하여야 한다.

한편, 다중 TA를 적용하기 위하여 단말이 각 서빙셀에 대해 랜덤 액세스를 수행할 수 있도록 기지국은 단말로 복수의 TA 관련 정보를 전송하는데, 이때 기지국이 전송하는 복수의 TA 관련 정보가 어느 단말 및 어느 서빙셀에서 적용되는지 구분하는 정보도 전송하는 것이 요구된다. 이를 위하여 새로운 메시지를 사용한다면 한정된 자원에 오버헤드가 발생하고 랜덤 액세스의 복잡도가 증가할 수 있다.

기존의 랜덤 액세스 응답(Random Access Response) 메시지의 MAC 제어요소(Control Element:CE)를 이용한 시그널링을 통해 이러한 오버헤드와 복잡도를 줄이는 다중 반송파 시스템에서의 랜덤 액세스 수행방법을 설명한다.

이하에서 본 발명에 따른 랜덤 액세스 수행 방법에 대하여 설명한다.

도 7은 본 발명의 일 예에 따른 랜덤 액세스 절차를 설명하는 흐름도이다. 이는 경합 기반의 랜덤 액세스 절차이다. 단말은 기지국과 데이터를 송수신하기 위하여 상향링크 동기를 필요로 한다. 단말은 상향링크 동기를 위해 기지국으로부터 동기에 필요한 정보를 수신하는 과정을 진행할 수 있다. 랜덤 액세스 과정은 단말이 네트워크에 핸드오버 등을 통해 새로이 결합하는 경우에도 적용할 수 있고 네트워크에 결합한 후, 동기화 또는 RRC의 상태가 RRC 아이들 상태에서 RRC 연결 상태를 변경하는 등의 다양한 상황에서 진행될 수 있다.

도 7을 참조하면, 단말은 랜덤 액세스 프리앰블 시퀀스(Sequence) 집합에서 임의로 하나의 프리앰블 시퀀스를 선택하고, 선택된 프리앰블 시퀀스에 따른 랜덤 액세스 프리앰블을 기지국으로 전송한다(S710).

여기서, 단말은 프리앰블 선택 또는 RACH(Random Access Channel) 송신을 위해 임시 선택한 주파수 자원과 송신 시점을 고려하여 RA-RNTI(Random Access-Radio Network Temporary Identifier)를 인지할 수 있다.

단말이 전송한 프리앰블에 대한 랜덤 액세스 응답 메시지는 PDSCH를 통해 단말에게 전달된다. 해당 PDSCH의 자원을 할당하고 위치를 지정하는 역할을 하는 PDCCH는 상기 RA-RNTI를 기반으로 스크램블링(Scrambling)되어 상기 RA-RNTI가 아닌 다른 RNTI 값을 가진 PDCCH와는 구별될 수 있다.

RA-RNTI를 구하는 식은 다음 수학식2와 같다.

여기서, t_id 는 specified PRACH 의 첫번째 서브프레임의 인덱스이다(0≤ t_id <10). 그리고, f_id는 서브프레임 내에서 주파수 도메인의 오름차순의 specified PRACH 의 인덱스이다. (0≤f_id< 6).

예를 들면, f_id와 t_id가 각 셀에서 서로 다를 때, 여러 개의 t_id값과 f_id값들 중에서 가장 작은 값들을 기준으로 RA-RNTI 값이 정해질 수 있다. 따라서, t_id값과 f_id값은 하나의 단말에 대해서는 하나의 값으로 정해질 수 있을 것이다.

또 다른 예로, 셀 별로 해당 f_id와 t_id에 따라 각각의 RA-RNTI 값을 가질 수도 있다.

기지국은 수신된 단말의 랜덤 액세스 프리앰블에 대한 응답으로서 랜덤 액세스 응답(Random Access Response) 메시지를 단말로 전송한다(S720). 이때 사용되는 채널은 PDSCH(Physical Downlink Shared Channel)이다. 랜덤 액세스 응답 메시지는 MAC PDU(Protocol Data Unit)의 형식으로 전송될 수 있다.

랜덤 액세스 응답 메시지는 랜덤 액세스를 수행하는 단말들을 식별하기 위한 랜덤 액세스 프리앰블 식별자(random access preamble identifier, RAPID), 기지국의 식별자, 임시(temporary) C-RNTI와 같은 단말의 임시 식별자, 단말의 랜덤 액세스 프리앰블을 수신한 타임 슬롯에 관한 정보, 상향링크 무선자원 할당정보 또는 단말의 상향링크 동기화를 위한 TA 정보를 포함한다. 랜덤 액세스 프리앰블 식별자는 수신한 랜덤 액세스 프리앰블을 식별하기 위함이다.

한편, 본 발명에 따르면 다중 TA를 적용하기 위하여 단말이 각 서빙셀에 대해 랜덤 액세스를 수행할 수 있도록 기지국은 단말로 복수의 TA 정보를 전송한다. 주서빙셀 뿐만 아니라 부서빙셀에 대한 TA 정보도 전송한다. 이러한 주서빙셀 및 부서빙셀들에 대한 복수의 TA 정보들은 랜덤 액세스 응답 메시지에 포함하여 전송할 수 있다. 이때, 상기 복수의 TA 정보들 각각이 어느 단말 또는 어느 서빙셀에 적용되는지 구분하는 것이 필요하다.

기지국은 프리앰블 시퀀스 등을 통하여 단말을 구분할 수 있다. 또한, 단말은 기지국으로부터 서빙셀 구분 정보를 수신하여 복수의 TA 정보가 적용되는 서빙셀을 구분할 수 있다. 이하에서, TA 정보가 적용되는 단말 및 서빙셀을 구분하는 방법의 여러 실시예를 설명한다.

일 예로, 기지국은 단말용 프리앰블 시퀀스를 통해서 단말을 구분하고, 단말은 셀 인덱스(Cell Index)를 이용하여 서빙셀을 구분할 수 있다(제1 실시예). 단말을 구분하는 프리앰블 시퀀스를 단말용 프리앰블 시퀀스(preamble sequence per UE)라 한다. 단말용 프리앰블 시퀀스가 미리 정해지면, 하나의 단말에 대해서는 모든 서빙셀(주서빙셀 및 부서빙셀)에 대하여 하나의 프리앰블 시퀀스만 적용되며, 이러한 단말용 프리앰블 시퀀스는 다른 단말이 사용할 수 없다.

기지국은 단말이 전송한 프리앰블 시퀀스만 읽기 때문에 서빙셀을 구분할 수 있는 지시자가 별도로 요구되는데, 기지국은 셀 인덱스를 이용하여 서빙셀을 구분할 수 있다. 셀 인덱스는 주서빙셀 또는 부서빙셀에 대한 인덱스이며, 해당 TA 정보가 어느 서빙셀에 관한 것인지 구분할 수 있는 정보다. 셀 인덱스는 랜덤 액세스 응답 메시지에 포함되어 단말로 전송될 수 있다.

다른 예로, 기지국은 랜덤 액세스 응답 메시지에 주파수 인덱스(Frequency Index)를 새롭게 정의한 후 단말로 전송하여 이를 기초로 TA 정보가 적용되는 서빙셀(또는 단말)을 구분할 수 있다(제2 실시예). 여기서, 주파수 인덱스란 하나의 기지국에서 쓰이는 상향링크 반송파의 주파수 인덱스를 의미한다. 예를 들어, 물리 셀 식별자(Physical Cell ID)가 주파수 인덱스로 사용될 수 있다. 주파수 인덱스는 단말 별로 다르게 설정될 수 있는 셀 인덱스와는 다르게, 해당 기지국에 대해서 모든 단말이 동일하게 설정되는 것이 특징이다.

이와 같은 실시 예를 통해 상향링크 동기화를 위한 타이밍 정보가 랜덤 액세스 응답 메시지를 통해 수신되므로 단말은 기지국과의 상향링크 동기화를 수행할 수 있다.

이어서, 상향링크 동기화를 수행한 단말은 TA 정보를 기반으로 결정된 스케줄링 시점에 상향링크 데이터를 PUSCH를 통해 기지국으로 전송한다(S730). 상향링크 데이터는 RRC 연결 요청(RRC Connection Request), 트래킹 영역 업데이트(Tracking Area update), 스케줄링 요청(Scheduling request) 또는 단말이 상향링크로 전송할 데이터에 대한 버퍼상태보고(Buffer status reporting)를 포함할 수 있다. 상향링크 데이터는 랜덤 액세스 식별자를 포함할 수 있고, 랜덤 액세스 식별자는 임시 C-RNTI, C-RNTI(단말이 포함하고 있는 상태), 또는 단말 식별자 정보(UE contention resolution identify) 등을 포함할 수 있다.

단계 S710 내지 S730 과정에서, 여러 단말들의 랜덤 액세스 프리앰블 전송이 충돌할 수 있으므로, 기지국은 랜덤 액세스가 성공적으로 종료됨을 알려주는 경합 해결(Contention Resolution:CR) 메시지를 단말로 전송한다(S740). 경합 해결 메시지는 랜덤 액세스 식별자, 단말 식별자 정보 또는 C-RNTI를 포함할 수 있다. 경합 기반 랜덤 액세스 과정에서 경합은 가능한 랜덤 액세스 프리앰블의 수가 유한하기 때문에 발생한다. 셀 내 모든 단말들에게 고유의 랜덤 액세스 프리앰블을 부여할 수 없으므로, 단말은 랜덤 액세스 프리앰블 집합 중에서 임의로 하나의 랜덤 액세스 프리앰블을 선택해서 전송한다. 이에 따라 동일한 PRACH 자원을 통해 둘 이상의 단말들이 동일한 랜덤 액세스 프리앰블을 선택하여 전송할 수 있다.

이때, 상향링크 데이터의 전송은 모두 실패하거나, 단말들의 위치 또는 전송 파워에 따라 기지국이 특정 단말의 상향링크 데이터만을 성공적으로 수신한다. 상향링크 데이터를 기지국에서 성공적으로 수신한 경우, 기지국은 상향링크 데이터에 포함된 랜덤 액세스 식별자를 이용하여 경합 해결 메시지를 전송한다. 자신의 랜덤 액세스 식별자를 수신한 단말은 경합 해결이 성공적임을 알 수 있다. 경합 기반의 랜덤 액세스 과정에서 단말이 경합의 실패 또는 성공 여부를 알 수 있도록 하는 것을 경합 해결이라 한다.

경합 해결 메시지를 수신하면 단말은 경합 해결 메시지가 자신의 것인지 확인한다. 확인 결과 자신의 것이 맞으면 단말은 기지국으로 ACK를 보내고, 다른 단말의 것이면 응답 데이터를 보내지 않는다. 물론 하향링크 할당을 놓치거나 메시지를 디코딩하지 못하는 경우에도 응답 데이터를 보내지 않는다.

도 8은 본 발명의 다른 예에 따른 랜덤 액세스 절차를 설명하는 흐름도이다. 이는 비경합 기반의 랜덤 액세스 절차이다.

도 8을 참조하면, 기지국은 가용한 전체 랜덤 액세스 프리앰블들 중에서 비경합 기반 랜덤 액세스 절차를 위해 미리 예약한 전용 랜덤 액세스 프리앰블들 중 하나를 선택하고, 상기 선택된 랜덤 액세스 프리앰블의 인덱스 및 사용 가능한 시간/주파수 자원 정보를 포함하는 랜덤 액세스 프리앰블 할당 정보(RA Preamble assignment)를 단말로 전송한다(S810). 단말은 비경합 기반의 랜덤 액세스 과정을 위해서는 충돌 가능성이 없는 전용 랜덤 액세스 프리앰블을 기지국으로부터 할당받는 것이 필요하다.

일 예로서, 랜덤 액세스 과정이 핸드오버 과정 중에 수행되는 경우, 단말은 전용 랜덤 액세스 프리앰블을 핸드오버 명령 메시지로부터 얻을 수 있다. 다른 예로서, 랜덤 액세스 과정이 기지국의 요청에 의해 수행되는 경우 단말은 전용 랜덤 액세스 프리앰블을 PDCCH, 즉, 물리계층 시그널링을 통해 얻을 수 있다. 이 경우 물리계층 시그널링은 하향링크 제어정보(downlink control information: DCI) 포맷 1A로서, 표 1과 같은 필드들을 포함할 수 있다.

- 캐리어 지시자 필드(Carrier indicator field: CIF) - 0 or 3 bits. - 포맷 0/1A 식별을 위한 플래그 - 1 bit (0인 경우 포맷 0을, 1인 경우 포맷 1A를 지시함). 포맷 1A CRC가 C-RNTI에 의해 스크램블되고, 남은 필드들이 아래와 같이 설정되는 경우, 포맷 1A는 PDCCH 명령(order)에 의해 개시되는 랜덤 액세스 절차를 위해 사용됨. - 국지적/분산적(Localized/Distributed) VRB 할당 플래그 - 1 bit. 0으로 설정됨. - 자원블록할당 - bits. 모든 비트들이 1로 설정됨. - 프리앰블 인덱스(Preamble Index) - 6 bits. - PRACH 마스크 인덱스(Mask Index) - 4 bits. - 하나의 PDSCH 부호어의 간이 스케줄링 할당을 위한 포맷 1A의 모든 남은 비트들이 0으로 설정됨.

표 1을 참조하면, 프리앰블 인덱스(Preamble Index)는 비경합 기반 랜덤 액세스 절차를 위해 미리 예약한 전용 랜덤 액세스 프리앰블들 중 선택된 하나의 프리앰블을 지시하는 인덱스이고, PRACH 마스크 인덱스(PRACH Mask Index)는 사용 가능한 시간/주파수 자원 정보이다. 사용 가능한 시간/주파수 자원 정보는 다시 표 2와 같이 주파수 분할 듀플렉스(frequency division duplex: FDD) 시스템과 시간 분할 듀플렉스(time division duplex: TDD) 시스템에 따라, 지시하는 자원이 달라진다.

단말은 수신한 정보를 기반으로 선택한 전용 랜덤 액세스 프리앰블을 기지국으로 전송한다(S820). 기지국은 수신된 랜덤 액세스 프리앰블 및 시간/주파수 자원을 기반으로 어느 단말이 랜덤 액세스 프리앰블을 전송했는지 확인할 수 있다.

기지국은 랜덤 액세스 응답 메시지를 단말로 전송한다(S830). 비경합 기반의 랜덤 액세스 응답 메시지는 앞서 설명한 경합 기반의 랜덤 액세스 응답 메시지와 같이 셀 인덱스 또는 주파수 인덱스를 포함하여 TA 정보가 적용되는 단말 또는 서빙셀을 구분할 수 있다. 즉, 앞서 설명한 제1 실시예 및 제2 실시예를 동일하게 적용할 수 있다.

한편, 경합 기반의 랜덤 액세스와 달리 비경합 기반의 랜덤 액세스의 경우 임시(temporary) C-RNTI와 같은 단말의 임시 식별자가 아닌 C-RNTI를 포함한다. 기지국은 이 C-RNTI를 통해서 TA 정보가 적용되는 단말을 구분할 수 있다(제3 실시예). 임시 C-RNTI과 달리 C-RNTI는 특정 단말을 지시하므로 단말을 구분하는 정보로 사용될 수 있기 때문이다. 이 경우 앞서 설명한 경합 기반의 랜덤 액세스의 제1 실시예의 단말용 프리앰블 시퀀스(Preamble Sequence per UE)와 달리 프리앰블 시퀀스가 제한되지 않는다.

랜덤 액세스 응답 메시지는 단말의 C-RNTI(Cell-Radio Network Temporary Identifier)로 스크램블된(scrambled) PDCCH가 지시하는 물리하향링크 공용 채널(physical downlink control channel: PDSCH)를 통해 단말로 전송된다.

경합 기반 랜덤 액세스 과정와 달리, 비경합 기반 랜덤 액세스 과정에서는 랜덤 액세스 응답 메시지를 수신함으로써 랜덤 액세스 과정이 정상적으로 수행되었다고 판단하고, 랜덤 액세스 과정을 종료한다. 동일한 RA-RNTI를 갖는 단말은 하나 뿐이므로 CR 절차가 필요 없다.

만일 단말이 수신한 프리앰블 할당 정보내의 프리앰블 인덱스가 '000000'인 경우, 단말은 경쟁 기반 랜덤 액세스 프리앰블들 중 하나를 랜덤하게 선택하고 PRACH 마스크 인덱스 값도 '0'으로 설정한 후 경쟁기반 절차로 진행한다. 또한, 프리앰블 할당 정보는 RRC와 같은 상위계층의 메시지(예를 들어 핸드오버 명령 내 이동제어정보(MCI: mobility control information))를 통해 단말로 전송될 수 있다.

도 9는 본 발명에 따른 셀 인덱스와 주파수 인덱스를 비교한 도이다. 셀 인덱스는 앞서 설명한 제1 실시예 또는 제3 실시예에서 사용되고, 주파수 인덱스는 앞서 설명한 제2 실시예에서 사용된다.

도 9를 참조하면, 단말 별로 다르게 설정될 수 있는 셀 인덱스(920 및 930)와는 다르게, 해당 기지국에 대해서 모든 단말이 동일한 주파수 인덱스(910)를 인지한다.

이제, 본 발명에 따른 랜덤 액세스 응답 메시지의 구체적인 구조에 대하여 설명한다.

랜덤 액세스 응답 메시지는 MAC 헤더(header) 와 MAC 제어요소 및 패딩(padding)으로 구분될 수 있다. MAC 헤더는 복수의 MAC 서브헤더로 구성된다.

도 10은 본 발명이 적용되는 RAPID(Random Access Preamble ID) MAC 서브헤더의 일 예를 나타낸다.

도 10을 참조하면, E(extentsion) 필드(1010)는 MAC 헤더내에 다른 필드가 존재하는지 여부를 지시하는 플래그(flag)이다. T(type) 필드(1020)는 MAC 서브헤더가 RAPID 또는 BI(Backoff Indicator)를 포함하는지 여부를 지시하는 플래그이다. RAPID 필드(1030)는 전송된 랜덤 액세스 프리앰블을 구별하는 데 사용된다.

도 11은 본 발명이 적용되는 BI(Backoff Indicator) MAC 서브헤더의 일 예를 나타낸다.

도 11을 참조하면, E(extentsion) 필드(1110)는 MAC 헤더내에 다른 필드가 존재하는지 여부를 지시하는 플래그(flag)이다. T(type) 필드(1120)는 MAC 서브헤더가 RAPID 또는 BI를 포함하는지 여부를 지시하는 플래그이다. R(reserved) 필드(1130)는 예약된 비트를 나타낸다. BI 필드(1140)는 셀에서 오버로드 상태에 따라 다음 랜덤 액세스를 언제 시도할지를 식별하는 데 사용된다.

상기 BI 필드는 따라오는 MAC 제어요소들에 동일하게 적용된다. 즉, 본 발명에서 제시되는 다중 셀들에 대해 동일하게 적용된다. 하지만 본 발명에서 제시되는 다중 셀들에 대한 MAC CE 내부에 BI 필드가 포함된 경우, 해당 BI 필드에 의해 다중 셀들의 백오프를 지시하게 된다. 즉, MAC CE 내부에서 RAPID에 의해서 TA 명령 (timing advance command)을 얻지 못한 모든 셀들에 대해서 동일한 백오프를 지시하게 된다. MAC CE 내부에 BI 필드가 포함되는 경우는 MAC 제어요소의 실시 예에서 다시 다루기로 한다.

한편, 본 발명에 따른 제1 실시예 내지 제3 실시예의 셀 인덱스 및 주파수 인덱스는 랜덤 액세스 응답 메시지의 MAC 제어요소(Control Element:CE)에 포함되어 단말로 전송될 수 있다.

도 12는 본 발명에 따른 랜덤 액세스 응답 메시지에 포함된 MAC 제어요소(CE) 구조의 일 예를 나타낸다.

도 12를 참조하면, MAC 제어요소는 각 랜덤 액세스 프리앰블에 대한 응답에 관한 정보를 포함한다. TA 명령(timing advance command) 필드(또는 TA 필드)는 타이밍 동기화를 위해 사용되는 상향링크 전송 타이밍에 필요한 조정을 지시하며, 일 예로 6비트 또는 12 비트 일 수 있다. 상향링크 그랜트(UL Grant) 필드는 상향링크에 사용되는 자원을 지시하며, 일 예로 20 비트 일 수 있다. 임시 C-RNTI는 랜덤 액세스 동안 단말에 의해 사용되는 임시 식별자를 지시하며, 16 비트 일 수 있다.

MAC 제어요소는 자신이 포함하는 TA 정보가 주서빙셀에 관한 것인지 또는 부서빙셀에 관한 것인지를 지시하는 서빙셀 타입 지시자(M 필드)를 더 포함할 수 있다. 서빙셀 타입 지시자인 M 필드가 0값을 가지면 MAC 제어요소는 주서빙셀에 관한 TA 정보를 포함함을 지시한다. M 필드가 1 값을 가지면 MAC 제어요소는 여러 개의 부서빙셀에 관한 TA 정보를 포함함을 지시한다.

서빙셀 타입 지시자인 M 필드가 0값을 가져서 MAC 제어요소가 주서빙셀에 관한 TA 정보를 포함하는 경우, 주서빙셀은 하나만 존재하므로 MAC 제어요소는 다른 서빙셀 관련 인덱스를 포함할 필요가 없다.

만약, 서빙셀 타입 지시자인 M 필드가 MAC 제어요소에 포함되지 않는 경우, RRC 설정(configuration) 메시지를 이용하여 상위 단계에서 단말에게 다중 TA가 적용됨을 지시하고, 주서빙셀과 부서빙셀에 관한 정보를 구분할 수 있다. 즉, 서빙셀 타입 지시자는 MAC 제어요소뿐만 아니라 RRC 설정 메시지에 포함될 수도 있다.

도 13은 본 발명에 따른 랜덤 액세스 응답 메시지에 포함된 MAC 제어요소 구조의 다른 예를 나타낸다. M 필드가 1값을 가져 여러 개의 부서빙셀에 관한 TA 정보를 포함함을 지시하는 경우이다. 부서빙셀에 관한 TA 정보를 포함하는 MAC 제어요소는 앞서 설명한 셀 인덱스나 주파수 인덱스를 통해서 복수의 부서빙셀 중 어느 부서빙셀에 관한 TA 정보인지 지시할 수 있다.

도 13을 참조하면, MAC 제어요소는 셀 인덱스 또는 주파수 인덱스를 포함한다. 셀 인덱스는 주서빙셀을 제외한 부서빙셀을 지시할 수 있다. 주서빙셀은 하나만 존재하므로 서빙 셀 타임 지시자인 M 필드에 의하여 지시할 수 있기 때문이다.

셀 인덱스는, 일 예로, 7비트일 수 있는데, 이경우 각각의 비트는 주서빙셀을 제외한 부서빙셀 1부터 부서빙셀 7 중 하나를 지시할 수 있다. 주파수 인덱스도 단말이 상향링크 전송을 위하여 이용하는 TA 정보에 관한 부서빙셀을 지시할 수 있다. 주파수 인덱스는 일 예로 물리적 셀 ID(Physical Cell ID)일 수 있으며 길이는 9 비트일 수 있다.

MAC 제어요소의 TA 명령(TA Command) 필드(또는 TA 필드)는 셀 인덱스 또는 주파수 인덱스가 지시하는 부서빙셀에 관한 TA 정보를 포함하는데, TA 명령 필드는 타이밍 동기화를 위해 사용되는 상향링크 전송 타이밍에 필요한 조정을 지시하며, 일 예로 각 TA 명령 필드는 6 비트 일 수 있으며, 복수의 TA 명령 필드를 포함할 수 있다. 복수의 TA 명령 필드의 경우, 인덱스가 가장 큰 값부터 내림차순으로 배치될 수 있으며, 인덱스가 가장 작은 값부터 오름차순으로 배치될 수도 있다. TA 명령 필드의 개수는 셀 인덱스(또는 주파수 인덱스) 중 1로 설정(setting)된 값의 개수와 같을 것이다.

또한, MAC 제어요소는 C-RNTI(또는 임시 C-RNTI) 필드를 포함할 수 있으며, 그 크기는 16비트 일 수 있다. 그 외의 부분은 패딩(padding)일 수 있다.

비경합 기반의 랜덤 액세스 절차의 경우, 부서빙셀에 관한 MAC 제어요소에 상향링크 그랜트 필드가 반드시 필요한 것은 아니므로 상행링크 그랜프 필드를 포함하지 않을 수 있다. C-RNTI(또는 임시 C-RNTI)도 반드시 필요한 것은 아니므로 생략할 수 있다.

도 14는 본 발명에 따른 랜덤 액세스 응답 메시지에 포함된 MAC 제어요소 구조의 다른 예를 나타낸다. 부서빙셀에 관한 TA 정보를 포함하는 여러 개의 MAC 제어요소를 묶어서 하나의 MAC 제어요소로 다루는 구조이다.

도 14를 참조하면, 복수의 MAC 제어요소를 묶어서 하나의 MAC 제어요소로 볼 수 있다. 복수의 MAC 제어요소를 묶어서 보는 경우, 첫번째 MAC 제어요소(첫번째 6 옥텟에 해당)는 TA 정보 뿐만 아니라 셀 인덱스(또는 주파수 인덱스) 필드, C-RNTI 필드 등 다른 필드들도 포함하지만, 첫번째가 아닌 MAC 제어요소는 다른 필드들이 생략된 채 TA 명령 필드만을 포함할 수 있다. 보다 공간 효율적으로 TA 정보를 전달할 수 있는 효과가 있다.

이때, 해당 MAC 제어요소가 MAC 제어요소 묶음의 일부인지 지시할 수 있어야 하고, 만약 그렇다면 MAC 제어요소 묶음 중 어느 위치에 해당하는 지를 지시할 수 있어야 한다. 이를 위해 MAC 제어요소는 묶음 지시자(S 필드)를 포함할 수 있다. 묶음 지시자인 S 필드가 없으면 기지국은 각각의 MAC 제어요소를 별개의 MAC 제어요소로 해석하게 되어 오류가 발생할 수 있다.

묶음 지시자 S 필드가 1값을 가지면 MAC 제어요소 묶음 중 첫번째 MAC 제어요소임을 지시하고, 0값을 가지면, MAC 제어요소 묶음 중 첫번째 MAC 제어요소가 아닌 MAC 제어요소임을 지시한다. 묶음 지시자 S 필드가 존재하지 않으면 해당 MAC 제어요소가 MAC 제어요소 묶음 중 일부가 아니라고 판단할 수 있다.

만약, MAC 제어요소가 주서빙셀에 관한 TA 정보를 포함한다면(서빙셀 타입 지시자 M 필드가 0값을 가지는 경우), MAC 제어요소 묶음 중 첫번째 MAC 제어요소는 반드시 주서빙셀에 관한 TA 정보를 포함하므로, 부서빙셀에 관한 TA 정보를 포함하는 MAC 제어요소의 S 필드는 모두 0값을 가질 것이다. 즉 M 필드가 0값을 가지는 MAC 제어요소의 S 필드가 1값을 가질 수 없고, 반드시 0값을 가진다. 결국, 해당 MAC 제어요소의 S 필드를 해석할 필요 없다.

반면, 묶음 지시자 S 필드는 부서빙셀에 관한 TA 정보를 포함하는 MAC 제어요소에 관하여 의미가 있다. MAC 제어요소의 M 필드가 1 값을 가지는 경우이다.

M 필드가 1값을 가지는 경우, S 필드가 1값을 가지면 해당 MAC 제어요소는 MAC 제어요소 묶음 중 첫번째 MAC 제어요소임을 지시한다. 상기 설명에 따라 이 경우 MAC 제어요소 묶음 중에 주서빙셀을 포함되지 않는다. 따라서, 해당 MAC 제어요소는 셀 인덱스(또는 주파수 인덱스), C-RNTI(또는 임시 C-RNTI) 값 등을 포함할 수 있다.

하지만, S 필드가 0값을 가지면 해당 MAC 제어요소는 MAC 제어요소 묶음 중 첫번째가 아닌 MAC 제어요소인데, 첫번째 MAC 제어요소에서 셀 인덱스를 비롯한 TA 관련 구분 정보를 포함하고 있으므로 첫번째가 아닌 MAC 제어요소는 TA 명령 필드만을 포함할 수 있다. 따라서, 셀 인덱스(또는 주파수 인덱스)를 생략할 수 있다. 또한 비경합 기반의 랜덤 액세스의 경우 상향링크 그랜트 및 C-RNTI(또는 임시 C-RNTI)도 생략할 수 있다. 이와 같이 MAC 제어요소 묶음으로 해석하는 경우 단일 MAC 제어요소로 해석하는 경우보다 더 많은 TA 명령 필드를 포함할 수 있는 이점이 있다.

한편, 역방향 호환성(Backward Compatibility)을 위하여 MAC 제어요소 묶음을 구성하는 각각의 MAC 제어요소는 6 옥텟(octet) 단위로 존재한다. MAC 제어요소의 TA 명령 필드 이외의 부분은 패딩 처리될 수 있다.

TA 명령 필드는 타이밍 동기화를 위해 사용되는 상향링크 전송 타이밍에 필요한 조정을 지시하며, 일 예로 각 TA 명령 필드는 6 비트 일 수 있으며, 복수의 TA 명령 필드를 포함할 수 있다. 복수의 TA 명령 필드의 경우, 인덱스가 가장 큰 값부터 내림차순으로 배치될 수 있으며, 인덱스가 가장 작은 값부터 오름차순으로 배치될 수도 있다. TA 명령 필드의 개수는 인덱스 중 1로 설정(setting)된 값의 개수와 같을 것이다.

한편, TA(또는 TA의 그룹이) 최대 개수가 제한되는 경우 상기 S 필드가 추가되지 않을 수도 있다. 즉, TA의 최대 개수가 2로 한정되는 경우, 가능한 모든 TA 명령이 추가되어도 하나의 MAC 제어요소의 크기인 6 옥텟을 넘지 않을 수 있다. 이 때에는 상기 S 필드를 통한 확장 MAC 제어요소 묶음 구조가 필요가 없고, S 필드를 필요로 하지 않는다.

도 20은 본 발명에 따른 랜덤 액세스 응답 메시지에 포함된 MAC 제어요소 구조의 다른 예를 나타낸다.

도 20을 참조하면, M 필드가 1값을 가져 여러 개의 부서빙셀에 관한 TA 정보를 포함함을 지시하는 경우이다. 부서빙셀에 관한 TA 정보를 포함하는 MAC 제어요소는 앞서 설명한 셀 인덱스나 주파수 인덱스를 통해서 복수의 부서빙셀 중 어느 부서빙셀에 관한 TA 정보인지 지시할 수 있다.

상기 도 13의 실시 예와는 다르게 셀 별로 BI 필드가 다르게 적용되는 MAC 제어 요소의 구조를 나타낸다. 해당 BI 필드는 각 TA 정보가 지시하는 셀들에 대한 백오프 값을 각각 지시하게 된다. 해당 셀에 대해서 TA 명령 필드가 적용되는지 아니면 BI 필드가 적용되는지를 구분하는 필드로서 MFT (Multiple TA Field Type) 필드가 쓰이게 된다. MFT가 0이면 해당 셀에 대하여 TA 명령 필드가 따라오게 되고, MFT가 1이면 해당 셀에 대하여 BI 필드가 따라오게 된다.

BI 필드를 받은 셀에 대하여 단말은 해당 필드의 지시에 따라 백오프를 수행하게 된다.

일 예로, 도 20은 단말이 셀 1에 대하여 TA 값을 획득하고, 셀 2에 대하여 TA 값을 수신하지 못한 경우로, 기지국은 셀 2에 대하여 BI가 필요함을 나타내기 위하여 MFT의 값을 1로 설정하여 MAC를 구성한 경우이다. 여기서 BI가 필요한 이유는, 기지국이 해당 셀에서 동일한 서프프레임(동일주파수 대역)에서 특정 UE를 포함한 다수의 UE들로부터 전송된 프레임블의 프레임을 충돌을 방지하기 위하여, 해당 단말에 상기 프레임블의 충돌을 방지하기 위하여 BI를 설정하여 전송한다.

여기서, 상기 BI에 대한 설정은 셀 별로 상이하게 설정 가능하다.

또한,셀 별로, BI 또는 TA 설정에 대응하여 MFT가 상이한 값이 설정될 수 있다.

도 21은 본 발명에 따른 랜덤 액세스 응답 메시지에 포함된 MAC 제어요소 구조의 다른 예를 나타낸다. 부서빙셀에 관한 TA 정보를 포함하는 여러 개의 MAC 제어요소를 묶어서 하나의 MAC 제어요소로 다루는 구조이다. 도 21은 도 20의 형태가 여러 MAC 제어 요소의 묶음에 의해서 지시되는 구조를 나타낸다.

도 15는 랜덤 액세스 응답을 위한 MAC PDU 구조 및 RAPID와 랜덤 액세스 응답의 매핑(mapping) 구조를 나타낸다. 만약 단말당 프리앰블 시퀀스를 하나만 쓰는 경우(sequence per UE)는 여러 개의 서브헤더(Subheader)가 동일한 RAPID 값을 가지게 될 것이다. 또 다른 예로 동일한 MAC 제어 요소 묶음 구조를 갖는 MAC RAR에 해당되는 서브헤더들도 동일한 RAPID 값을 가지게 될 것이다.

도 15를 참조하면 MAC PDU(1500)는 MAC 헤더(header, 1510)와 MAC 페이로드(1520)를 포함한다. MAC 페이로드(1520)는 적어도 하나의 MAC RAR(random access response,랜덤 액세스 응답)를 포함한다. MAC 헤더는 적어도 하나의 MAC 서브헤더를 포함하며, MAC 서브헤더는 RAPID MAC 서브헤더와 BI(backward indicator) MAC 서브헤더로 나뉜다. 각 RAPID MAC 서브헤더는 하나의 MAC RAR에 대응된다. 선택적으로, 패딩(padding, 1540)을 포함할 수도 있다.

MAC 헤더(1510)는 적어도 하나의 서브헤더(sub-header, 1510-0, 1510-1,1510-2,…,1510-n)를 포함하며, 각 서브헤더(1510-0, 1510-1, 1510-2,…, 1510-n)는 하나의 MAC RAR 또는 패딩(1540)에 대응(corresponding)한다. 서브헤더(1510-0, 1510-1, 1510-2,…, 1510-n)의 순서는 MAC PDU(1500)내에서 대응하는 MAC RAR 또는 패딩(1540)들의 순서와 동일하게 배치된다.

각 서브헤더(1510-0, 1510-1, 1510-2,…, 1510-n)는 E,T,R,R,BI의 5개 필드를 포함하거나 E,T,RAPID의 3개 필드를 포함할 수 있다. 5개의 필드를 포함하는 서브헤더는 MAC 헤더(1510)에 대응하는 서브헤더이며, 3개의 필드를 포함하는 서브헤더는 MAC RAR에 대응하는 서브헤더이다.

도 16은 본 발명에 따라서 묶음으로 존재하는 MAC 제어요소를 나타낸 것이다.

도 16을 참조하면, M 필드가 0 값을 가지면 주서빙셀 TA 정보를 포함하는 MAC 제어요소를 지시한다. M 필드가 1값을 가지는 경우(부서빙셀 TA 정보를 포함하는 MAC 제어요소의 경우), S 필드가 1값을 가지면 MAC 제어요소 묶음 중 첫번째 부서빙셀 MAC 제어요소이고, S 필드가 0값을 가지면 첫번째가 아닌 부서빙셀 MAC 제어요소를 지시한다.

따라서, RAR MAC 제어요소가 묶음으로 존재하는 경우, 일 예로, 주서빙셀 MAC 제어요소(M=0) 부터 다른 주서빙셀 MAC 제어요소(M=0) 이전까지를 한 묶음으로 해석할 수 있다(1610).

다른 예로, 주서빙셀 MAC 제어요소(M=0) 부터, 첫번째 부서빙셀 MAC 제어요소(M=1,S=1) 이전까지를 한 묶음으로 해석할 수 있다(1620).

다른 예로, 첫번째 부서빙셀 MAC 제어요소(M=1, S=1) 부터 다른 주서빙셀 MAC 제어요소(M=0) 이전까지를 한 묶음으로 해석할 수 있다(1630).

다른 예로, 첫번째 부서빙셀 MAC 제어요소(M=1, S=1) 부터 다른 첫번째 부서빙셀 MAC 제어요소(M=1, S=1) 이전 까지를 한 묶음으로 해석할 수 있다(1640).

MAC 제어요소 묶음 중 첫번째가 아닌 MAC 제어요소는 TA 명령 필드 만으로 구성될 수 있으며, M 필드는 1값을 가지고 S 필드는 0 값을 가진다.

이상, 도 4 내지 도 16에서 설명한 다중 TA에 있어서, 프리앰블 시퀀스 할당과 관련하여, 다중 TA 용 경합 기반의 프리앰블 시퀀스가 다중 TA가 지원 안되는 버전의 비경합 기반의 프리앰블 시퀀스 내로 매핑될 수 있다. 다중 TA가 지원 안되는 버전에서는 비경합 기반의 프리앰블 시퀀스의 영역으로 시그널링 되지만 다중 TA가 지원되는 단말이나 기지국에게는 해당 비경합 기반의 프리앰블 시퀀스 영역 내에서 다중 TA 경합 기반의 프리앰블 시퀀스 영역이 따로 나누어질 수 있다. 해당 시그널링은 RRC 시그널링을 통해 기지국으로부터 단말에게 전달될 수 있다.

도 17은 본 발명의 일 예에 따른 랜덤 액세스 절차를 수행하는 단말의 동작 순서도를 나타낸 것이다.

도 17을 참조하면, 단말은 기지국으로 랜덤 액세스 프리앰블을 전송한다(S1710). 단말은 랜덤 액세스 프리앰블 시퀀스 집합에서 임의로 하나의 프리앰블 시퀀스를 선택하고, 선택된 프리앰블 시퀀스에 따른 랜덤 액세스 프리앰블을 기지국으로 먼저 전송할 수 있다.

단, 비경합 기반의 랜덤 액세스의 경우, 단계 S1710 이전에 기지국이 가용한 전체 랜덤 액세스 프리앰블들 중에서 비경합 기반 랜덤 액세스 절차를 위해 미리 예약한 전용 랜덤 액세스 프리앰블들 중 하나를 선택하고, 상기 선택된 랜덤 액세스 프리앰블의 인덱스 및 사용 가능한 시간/주파수 자원 정보를 포함하는 랜덤 액세스 프리앰블 할당 정보를 단말이 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다. 단말이 비경합 기반의 랜덤 액세스 과정을 위해서는 충돌 가능성이 없는 전용 랜덤 액세스 프리앰블을 기지국으로부터 할당받는 것이 필요하기 때문이다.

단말은 랜덤 액세스 프리앰블에 대한 응답으로 랜덤 액세스 응답 메시지를 기지국으로부터 수신한다(S1720). 이때, PDSCH 채널이 사용될 수 있으며, 상기 랜덤 액세스 응답 메시지는 MAC PDU 형식으로 전송될 수 있다.

상기 랜덤 액세스 응답 메시지는 랜덤 액세스를 수행하는 단말들을 식별하기 위한 랜덤 액세스 프리앰블 식별자(random access preamble identifier, RAPID), 기지국의 식별자, 임시(temporary) C-RNTI와 같은 단말의 임시 식별자, 단말의 랜덤 액세스 프리앰블을 수신한 타임 슬롯에 관한 정보, 상향링크 무선자원 할당정보 또는 단말의 상향링크 동기화를 위한 TA 정보를 포함할 수 있다.

특히, 다중 TA를 위하여 단말이 각 서빙셀에 대해 랜덤 액세스를 수행할 때, 기지국은 단말로 복수의 TA 정보를 전송하고, 이러한 주서빙셀 및 부서빙셀들에 대한 복수의 TA 정보들은 랜덤 액세스 응답 메시지에 포함하여 전송할 수 있다.

또한 랜덤 액세스 응답 메시지는 상기 복수의 TA 정보들이 적용되는 단말 및 서빙셀을 구분하기 위하여 셀 인덱스 또는 주파수 인덱스를 포함할 수 있다. 상기 도 12 내지 도 14에서 살펴본 바와 같이, 셀 인덱스 또는 주파수 인덱스는 랜덤 액세스 응답의 MAC 제어요소에 포함되어 전송될 수 있다.

이후 단말은 TA 정보 및 셀 인덱스 또는 주파수 인덱스를 이용하여 기지국과의 상향링크 동기화를 수행할 수 있다. 비경합 기반의 랜덤 엑세스 경우는 단말은 랜덤 액세스 응답 메시지 내에 포함된 C-RNTI 값을 통하여 해당 단말에게 속한 MAC 제어 요소를 구분하는데 사용할 수 있다.

상기 TA 명령 내에 포함된 TA 값의 적용은 주서빙셀의 상향링크 전송을 기준으로 수행되어질 수도 있고, 주서빙셀과 상관없이 각각의 부서빙셀 상향링크 전송을 기준으로 수행되어질 수도 있다.

도 18은 본 발명의 일 예에 따른 랜덤 액세스 절차를 수행하는 기지국의 동작 순서도이다.

도 18을 참조하면, 기지국은 단말로부터 랜덤 액세스 프리앰블을 수신한다(S1810). 단, 비경합 기반의 랜덤 액세스의 경우, 단계 S1810 이전에 기지국은 가용한 전체 랜덤 액세스 프리앰블들 중에서 비경합 기반 랜덤 액세스 절차를 위해 미리 예약한 전용 랜덤 액세스 프리앰블들 중 하나를 선택하고, 상기 선택된 랜덤 액세스 프리앰블의 인덱스 및 사용 가능한 시간/주파수 자원 정보를 포함하는 랜덤 액세스 프리앰블 할당 정보를 단말로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다. 단말의 비경합 기반의 랜덤 액세스 과정을 위해서는 충돌 가능성이 없는 전용 랜덤 액세스 프리앰블을 할당하는 것이 필요하기 때문이다.

이어서 기지국은 단말로 전송할 랜덤 액세스 응답 메시지의 MAC 제어 요소를 구성한다(S1820). 랜덤 액세스 응답 메시지는 랜덤 액세스를 수행하는 단말들을 식별하기 위한 랜덤 액세스 프리앰블 식별자(random access preamble identifier, RAPID), 기지국의 식별자, 임시(temporary) C-RNTI와 같은 단말의 임시 식별자, 단말의 랜덤 액세스 프리앰블을 수신한 타임 슬롯에 관한 정보, 상향링크 무선자원 할당정보 또는 단말의 상향링크 동기화를 위한 TA 정보를 포함할 수 있다.

다중 TA를 적용하기 위하여 단말이 각 서빙셀에 대해 랜덤 액세스를 수행할 수 있도록 랜덤 액세스 응답 메시지의 MAC 제어 요소는 주서빙셀 및 부서빙셀들에 대한 복수의 TA 정보를 포함할 수 있다.

또한 랜덤 액세스 응답 메시지는 상기 복수의 TA 정보들이 적용되는 단말 및 서빙셀을 구분하기 위하여, 셀 인덱스 또는 주파수 인덱스를 포함하도록 구성할 수 있다. 상기 도 12 내지 도 14에서 살펴본 바와 같이, 셀 인덱스 또는 주파수 인덱스는 랜덤 액세스 응답의 MAC 제어요소에 포함되도록 구성할 수 있다.

단말은 셀 인덱스 또는 주파수 인덱스를 랜덤 액세스 응답 메시지를 기지국으로부터 수신한다(S1830). 이때, PDSCH 채널이 사용될 수 있으며, 상기 랜덤 액세스 응답 메시지는 MAC PDU 형식으로 전송될 수 있다.

이후 단말은 TA 정보 및 셀 인덱스 또는 주파수 인덱스를 통해 기지국과의 상향링크 동기화를 수행할 수 있다.

도 19는 본 발명의 일 예에 따른 랜덤 액세스를 수행하는 기지국과 단말을 나타내는 블록도이다.

도 19를 참조하면, 단말(1900)은 단말 수신부(1905), 단말 프로세서(1910) 및 단말 전송부(1920)를 포함한다.

단말 수신부(1905)는 기지국(1950)으로부터 프리앰블 할당 정보, 랜덤 액세스 응답 메시지, RRC 연결 설정 메시지, RRC 연결 재구성 메시지 또는 경합 해결 메시지를 수신할 수 있다. 랜덤 액세스 응답 메시지는 도 12 내지 도 14와 같은 MAC 제어요소를 포함할 수 있으며, 이때 MAC 제어요소는 셀 인덱스 또는 주파수 인덱스를 포함할 수 있다.

프로세서(1910)는 비경합 기반 또는 경합 기반의 랜덤 액세스 절차를 처리한다. 서빙셀에 대한 상향링크 시간 동기를 확보하기 위해 랜덤 액세스 프리앰블을 생성한다. 생성되는 랜덤 액세스 프리앰블은 기지국(1950)에 의해 할당된 전용 랜덤 액세스 프리앰블일 수 있다.

기지국으로부터 수신한 랜덤 액세스 응답 메시지내의 수신한 복수의 TA 정보에 대하여 셀 인덱스 또는 주파수인덱스를 이용하여 각각의 서빙셀에 관한 상향링크 시간을 조정한다.

단말 전송부(1920)는 랜덤 액세스 프리앰블을 기지국(1950)으로 전송한다.

기지국(1950)은 기지국 전송부(1955), 기지국 수신부(1960) 및 기지국 프로세서(1970)를 포함한다.

기지국 전송부(1955)는 프리앰블 할당 정보, 랜덤 액세스 응답 메시지, 또는 경합 해결 메시지를 단말(1900)로 전송한다.

기지국 수신부(1960)는 랜덤 액세스 프리앰블을 단말(1900)로부터 수신한다.

기지국 프로세서는(1970)는 가용한 전체 랜덤 액세스 프리앰블들 중에서 비경합 기반 랜덤 액세스 절차를 위해 미리 예약한 전용 랜덤 액세스 프리앰블들 중 하나를 선택하고, 상기 선택된 랜덤 액세스 프리앰블의 인덱스 및 사용 가능한 시간/주파수 자원 정보를 포함하는 프리앰블 할당 정보를 생성한다. 또한, 랜덤 액세스 응답 메시지 또는 경합 해결 메시지를 생성한다.

또한, 단말로 전송한 TA 정보들을 구성하고, 셀 인덱스 또는 주파수 인덱스를 포함하는 랜덤 액세스 응답 메시지를 생성한다. 일 예로, 셀 인덱스 또는 주파수 인덱스는 랜덤 액세스 응답 메시지의 MAC 제어요소에 포함되도록 구성될 수 있다. MAC 제어요소의 일 예는 도 12 내지 도 14에서 설명하였다.

TA 명령은 현재 상향링크 시간에 대한 상대적인 상향링크 시간의 변화를 지시하며, 샘플링 시간(T_s)의 정수배, 예를 들어 16T_s일 수 있다. TA 명령은 특정한 인덱스의 시간 정렬값으로 표현될 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (16)

1. 무선 통신 시스템에서 단말에 의한 랜덤 액세스(Random Access)의 수행방법에 있어서,
   적어도 하나의 서빙셀 상에서 랜덤 액세스 프리앰블을 기지국으로 전송하는 단계; 및
   상기 랜덤 액세스 프리앰블에 대한 응답으로, 상기 적어도 하나의 서빙셀 각각에 적용되는 복수의 시간 전진 정보 및 상기 복수의 시간 전진 정보가 적용되는 서빙셀에 관한 정보를 포함하는 랜덤 액세스 응답 메시지를 상기 기지국으로부터 수신하는 단계를 포함하는 랜덤 액세스 수행방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 랜덤 액세스 응답 메시지는,
   상기 복수의 시간 전진 정보가 적용되는 서빙셀에 관한 정보를 지시하는 셀 인덱스 필드 또는 주파수 인덱스 필드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 랜덤 액세스 수행방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 랜덤 액세스 응답 메시지는,
   상기 복수의 시간 전진 정보가 주서빙셀에 관한 것인지 부서빙셀에 관한 것인지를 지시하는 서빙셀 타입 지시자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 랜덤 액세스 수행방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 랜덤 액세스 응답 메시지는 복수의 MAC(Media Access Control) 제어요소(Control Element)를 포함하고,
   상기 복수의 MAC 제어요소 중 적어도 하나의 MAC 제어요소는 상기 적어도 하나의 MAC 제어요소가 MAC 제어요소 묶음 중 첫번째 MAC 제어요소인지 여부를 지시하는 묶음 지시자를 포함하는 것을 특징으로 하는 랜덤 액세스 수행방법.
5. 무선 통신 시스템에서 랜덤 액세스(random access)를 수행하는 단말에 있어서,
   적어도 하나의 서빙셀 상에서 랜덤 액세스 프리앰블을 기지국으로 전송하는 전송부; 및
   상기 랜덤 액세스 프리앰블에 대한 응답으로, 상기 적어도 하나의 서빙셀 각각에 적용되는 복수의 시간 전진 정보 및 상기 복수의 시간 전진 정보가 적용되는 서빙셀에 관한 정보를 포함하는 랜덤 액세스 응답 메시지를 상기 기지국으로부터 수신하는 수신부를 포함하는 단말.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 랜덤 액세스 응답 메시지는,
   상기 복수의 시간 전진 정보가 적용되는 서빙셀에 관한 정보를 지시하는 셀 인덱스 필드 또는 주파수 인덱스 필드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단말.
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 랜덤 액세스 응답 메시지는,
   상기 복수의 시간 전진 정보가 주서빙셀에 관한 것인지 부서빙셀에 관한 것인지를 지시하는 서빙셀 타입 지시자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단말.
8. 제 5 항에 있어서,
   상기 랜덤 액세스 응답 메시지는 복수의 MAC 제어요소를 포함하고,
   상기 복수의 MAC 제어요소 중 적어도 하나의 MAC 제어요소는 상기 적어도 하나의 MAC 제어요소가 MAC 제어요소 묶음 중 첫번째 MAC 제어요소인지 여부를 지시하는 묶음 지시자를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말.
9. 무선 통신 시스템에서 기지국에 의한 랜덤 액세스의 수행방법에 있어서,
   적어도 하나의 서빙셀 상에서 랜덤 액세스 프리앰블을 단말로부터 수신하는 단계; 및
   상기 랜덤 액세스 프리앰블에 대한 응답으로, 상기 적어도 하나의 서빙셀 각각에 적용되는 복수의 시간 전진 정보 및 상기 복수의 시간 전진 정보가 적용되는 서빙셀에 관한 정보를 포함하는 랜덤 액세스 응답 메시지를 상기 단말로 전송하는 단계를 포함하는 랜덤 액세스 수행방법.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 랜덤 액세스 응답 메시지는,
    상기 복수의 시간 전진 정보가 적용되는 서빙셀에 관한 정보를 지시하는 셀 인덱스 필드 또는 주파수 인덱스 필드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 랜덤 액세스 수행방법.
11. 제 9 항에 있어서,
    상기 랜덤 액세스 응답 메시지는,
    상기 복수의 시간 전진 정보가 주서빙셀에 관한 것인지 부서빙셀에 관한 것인지를 지시하는 서빙셀 타입 지시자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 랜덤 액세스 수행방법.
12. 제 9 항에 있어서,
    상기 랜덤 액세스 응답 메시지는 복수의 MAC 제어요소를 포함하고,
    상기 복수의 MAC 제어요소 중 적어도 하나의 MAC 제어요소는 상기 적어도 하나의 MAC 제어요소가 MAC 제어요소 묶음 중 첫번째 MAC 제어요소인지 여부를 지시하는 묶음 지시자를 포함하는 것을 특징으로 하는 랜덤 액세스 수행방법.
13. 무선 통신 시스템에서 랜덤 액세스(random access)를 수행하는 기지국에 있어서,
    적어도 하나의 서빙셀 상에서 랜덤 액세스 프리앰블을 단말로부터 수신하는 수신부;
    상기 랜덤 액세스 프리앰블에 대한 응답으로, 상기 적어도 하나의 서빙셀 각각에 적용되는 복수의 시간 전진 정보 및 상기 복수의 시간 전진 정보가 적용되는 서빙셀에 관한 정보를 포함하는 랜덤 액세스 응답 메시지를 구성하는 프로세서; 및
    상기 랜덤 액세스 응답 메시지를 상기 단말로 전송하는 전송부를 포함하는 기지국.
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 랜덤 액세스 응답 메시지는,
    상기 복수의 시간 전진 정보가 적용되는 서빙셀에 관한 정보를 지시하는 셀 인덱스 필드 또는 주파수 인덱스 필드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 기지국.
15. 제 13 항에 있어서,
    상기 랜덤 액세스 응답 메시지는,
    상기 복수의 시간 전진 정보가 주서빙셀에 관한 것인지 부서빙셀에 관한 것인지를 지시하는 서빙셀 타입 지시자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국.
16. 제 13 항에 있어서,
    상기 랜덤 액세스 응답 메시지는 복수의 MAC 제어요소를 포함하고,
    상기 복수의 MAC 제어요소 중 적어도 하나의 MAC 제어요소는 상기 적어도 하나의 MAC 제어요소가 MAC 제어요소 묶음 중 첫번째 MAC 제어요소인지 여부를 지시하는 묶음 지시자를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국.

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