KR20130088026A - 무선 통신 장치, 무선 통신 시스템, 무선 통신 방법 및 기지국 - Google Patents
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Abstract
무선 통신 장치, 무선 통신 시스템, 무선 통신 방법 및 기지국을 제공한다.
기지국으로부터 무선 신호를 수신하는 수신부와, 상기 기지국에 접속하기 위한 초기 신호를 송신하는 송신부와, 난수를 생성하는 난수 생성부와, 상기 기지국으로부터 수신되는 무선 신호에 기초하는 동기 처리 후, 상기 난수 생성부에 의해 생성된 상기 난수에 따른 지연 시간에 따라서 상기 송신부에 의한 상기 초기 신호의 송신 타이밍을 제어하는 제어부를 구비하는 무선 통신 장치.
기지국으로부터 무선 신호를 수신하는 수신부와, 상기 기지국에 접속하기 위한 초기 신호를 송신하는 송신부와, 난수를 생성하는 난수 생성부와, 상기 기지국으로부터 수신되는 무선 신호에 기초하는 동기 처리 후, 상기 난수 생성부에 의해 생성된 상기 난수에 따른 지연 시간에 따라서 상기 송신부에 의한 상기 초기 신호의 송신 타이밍을 제어하는 제어부를 구비하는 무선 통신 장치.
Description
본 개시물은, 무선 통신 장치, 무선 통신 시스템, 무선 통신 방법 및 기지국에 관한 것이다.
현재, 3GPP(Third Generation Partnership Project)에 있어서 4G의 무선 통신 시스템의 규격화가 진행되고 있다. 4G에 의하면, 릴레이나 캐리어 집적(carrier aggregation) 등의 기술을 사용함으로써, 최대 통신 속도의 향상이나 셀 에지(cell edge)에서의 품질 향상을 실현할 수 있다. 또한, HeNodeB(Home eNodeB), 펨토 셀 기지국, 휴대 전화용 소형 기지국)이나 RRH(리모트 라디오 헤드) 등, eNodeB(매크로셀 기지국) 이외의 기지국의 도입에 의해 커버리지를 향상시키는 것도 검토되고 있다.
이와 같은 무선 통신 시스템에 있어서는, 사용자 단말기는, 기지국으로부터 송신되는 동기 시그널에 기초하여 기지국과 프레임을 동기하고, 그 후, 사용자 단말기 내부의 발진기를 기지국의 발진기와 높은 정밀도로 동기시킨다. 또한, 복수의 사용자 단말기로부터 송신된 무선 신호가 기지국에서 동시에 수신되도록 하기 위해서, 각 사용자 단말기는, Timing Advance라고 불리는 기지국과 사용자 단말기 간의 거리에 따른 시간 조정을 행한다. 구체적으로는, Timing Advance는, 사용자 단말기가 랜덤 액세스 윈도우를 향해서 프리앰블(preamble)을 송신하는 랜덤 액세스(random access)의 절차 중에 행해진다. 상기 프리앰블 기지국으로의 도달 시각과 상기 랜덤 액세스 윈도우와의 관계로부터 Timing Advance 값을 취득하는 것이 가능하다. 또한, 이러한 랜덤 액세스에 관해서는, 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2 등에 기재되어 있다.
그런데, 통신 네트워크의 이용은, 종래의 휴대 전화나 PC(Personal Computer)와 같은 사람이 직접 이용하는 통상의 단말기 이외에도, 계량기, 자동 판매기, 전자 광고 등 사람이 직접 통신에 이용하는 것 이외의 단말기에도 확산되고 있다. 이후에는, 이러한, 사람이 직접 이용하지 않는 통신을 MTC라고 부르고, 사람이 직접 통신에 이용하지 않는 단말기를 MTC 단말기라고 부르기로 한다. 이 MTC에 관해서는, 3GPP에 있어서 논의가 진행되고 있다. MTC의 어플리케이션으로서는, 수도계나 전력계의 정보를 수집하는 Metering, 헬스 케어(health care) 용도의 기기 정보를 수집하는 Health 등, 다양한 어플리케이션이 검토되고 있다. MTC 단말기는, 이들 어플리케이션에 특화한 단말기이다.
또한, MTC 단말기는, 예를 들어, Time Controlled, Online Small Data Transmissions 등의 특성을 가진다. 이로 인해, MTC 단말기는, 30분마다, 또는 1시간마다 등 주기적으로 기지국과 접속해, 기지국을 통해서 MTC 서버에 정보를 송신하는 것이 요구될 수 있다. 이 경우, MTC 단말기는, 기지국과 접속할 때에, 상기 사용자 단말기와 마찬가지로, 프리앰블의 송신을 포함하는 Timing Advance를 행하는 것이 상정된다.
그러나, 각 셀에 있어서의 MTC 단말기의 수용수는 매우 많아질 것이 예상된다. 이로 인해, 복수의 MTC 단말기가 특정 타이밍에서 동시에 액세스 요구로서 프리앰블을 송신하면, 기지국에 있어서 프리앰블이 충돌하고, 기지국과의 접속이 실패해버릴 경우가 증가한다.
이 점에 관해서, 피크 시의 액세스 요구에 대응 가능한 무선 설비를 확보하는 것도 생각될 수 있지만, 이러한 무선 설비를 확보하기 위해서는, 과대한 인프라 투자가 필요해진다.
따라서, 본 개시물에서는, MTC 단말기 등의 무선 통신 장치에 의한 액세스 요구의 타이밍을 분산시키는 것이 가능한, 신규이면서 개량된 무선 통신 장치, 무선 통신 시스템, 무선 통신 방법 및 기지국을 제안한다.
본 개시물에 따르면, 기지국으로부터 무선 신호를 수신하는 수신부와, 상기 기지국에 접속하기 위한 초기 신호를 송신하는 송신부와, 난수를 생성하는 난수 생성부와, 상기 기지국으로부터 수신되는 무선 신호에 기초하는 동기 처리 후, 상기 난수 생성부에 의해 생성된 상기 난수에 따른 지연 시간에 따라서 상기 송신부에 의한 상기 초기 신호의 송신 타이밍을 제어하는 제어부를 구비하는 무선 통신 장치가 제공된다.
상기 수신부에 의해 수신되는 무선 신호는 난수 생성용 데이터를 포함하고, 상기 난수 생성부는, 상기 난수 생성용 데이터를 사용해서 상기 난수를 생성해도 좋다.
상기 수신부에 의해 수신되는 무선 신호에, 1 또는 2 이상의 상기 난수 생성용 데이터를 포함하고, 상기 난수 생성용 데이터의 각각에는 식별 정보가 대응되어 있고, 상기 난수 생성부는, 상기 무선 통신 장치가 해당하는 식별 정보에 대응되고 있는 난수 생성용 데이터를 사용해서 상기 난수를 생성해도 좋다.
상기 수신부에 의해 수신되는 무선 신호는 브로드캐스트 신호이어도 좋다.
상기 난수 생성용 데이터는, 상기 난수 생성부에 의해 생성되는 상기 난수의 상한값을 나타내도 좋다.
상기 난수 생성용 데이터는, 상기 난수 생성부에 의해 생성되는 상기 난수의 하한값을 나타내도 좋다.
상기 난수 생성용 데이터는, 상기 난수 생성부에 의해 생성되는 상기 난수의 하한값 및 상한값을 나타내도 좋다.
상기 난수 생성용 데이터는, 상기 난수 생성부에 의해 생성되는 상기 난수의 중앙값 및 분산을 나타내도 좋다.
상기 난수 생성용 데이터는, 상기 난수 생성부가 상기 난수를 생성하기 위한 난수 모델을 나타내도 좋다.
상기 난수 생성용 데이터는, 사용자에 의해 지정된 값이어도 좋다.
상기 무선 통신 장치는, 상기 기지국으로부터의 지시에 따르는 주기적인 타이밍에 동기 처리를 행해도 된다.
또한, 본 개시물에 따르면, 기지국과, 상기 기지국으로부터 무선 신호를 수신하는 수신부, 상기 기지국에 접속하기 위한 초기 신호를 송신하는 송신부, 난수를 생성하는 난수 생성부 및 상기 기지국으로부터 수신되는 무선 신호에 기초하는 동기 처리 후, 상기 난수 생성부에 의해 생성된 상기 난수에 따른 지연 시간에 따라서 상기 송신부에 의한 상기 초기 신호의 송신 타이밍을 제어하는 제어부를 갖는 무선 통신 장치를 구비하는 무선 통신 시스템이 제공된다.
또한, 본 개시물에 따르면, 기지국으로부터 무선 신호를 수신하는 것과, 난수를 생성하는 것과, 상기 기지국으로부터 수신되는 무선 신호에 기초하는 동기 처리 후, 상기 난수 생성부에 의해 생성된 상기 난수에 따른 지연 시간에 따라, 상기 기지국에 접속하기 위한 초기 신호를 송신하는 것을 포함하는 무선 통신 방법이 제공된다.
또한, 본 개시물에 따르면, 기지국이며, 무선 통신 장치에 무선 신호를 송신하는 송신부와, 상기 무선 통신 장치로부터, 상기 무선 통신 장치에 있어서 생성된 난수에 따른 지연 시간에 따라서 송신되는 상기 무선 통신 장치가 상기 기지국에 접속하기 위한 초기 신호를 수신하는 수신부를 구비하는 기지국이 제공된다.
이상 설명한 바와 같이 본 개시물에 따르면, MTC 단말기 등의 무선 통신 장치에 의한 액세스 요구의 타이밍을 분산시킬 수 있다.
도 1은 무선 통신 시스템(1)의 구성예를 도시한 설명도이다.
도 2는 4G의 프레임 포맷을 도시한 설명도이다.
도 3은 랜덤 액세스의 비교예를 도시한 시퀀스도이다.
도 4는 시간과 셀 트래픽량의 관계를 도시한 설명도이다.
도 5는 제 1 실시 형태에 의한 MTC 단말기(20)의 구성을 도시한 기능 블록도이다.
도 6은 MTC 단말기(20) 및 eNodeB(10)의 동작을 도시한 시퀀스도이다.
도 7은 MTC 단말기(20)의 동작을 도시한 흐름도이다.
도 8은 제 2 실시 형태에 의한 BCH의 구성예를 도시한 설명도이다.
도 2는 4G의 프레임 포맷을 도시한 설명도이다.
도 3은 랜덤 액세스의 비교예를 도시한 시퀀스도이다.
도 4는 시간과 셀 트래픽량의 관계를 도시한 설명도이다.
도 5는 제 1 실시 형태에 의한 MTC 단말기(20)의 구성을 도시한 기능 블록도이다.
도 6은 MTC 단말기(20) 및 eNodeB(10)의 동작을 도시한 시퀀스도이다.
도 7은 MTC 단말기(20)의 동작을 도시한 흐름도이다.
도 8은 제 2 실시 형태에 의한 BCH의 구성예를 도시한 설명도이다.
이하에 첨부 도면을 참조하면서, 본 개시물의 실시 형태에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 번호를 부여함으로써 중복 설명을 생략한다.
또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 복수의 구성 요소를, 동일 부호 뒤에 다른 알파벳을 붙여서 구별하는 경우도 있다. 예를 들어, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 복수의 구성을, 필요에 따라서 MTC 단말기 20A, 20B 및 20C와 같이 구별한다. 단, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 복수의 구성 요소의 각각을 특별히 구별할 필요가 없을 경우, 동일 부호만을 단다. 예를 들어, MTC 단말기 20A, 20B 및 20C를 특별히 구별할 필요가 없을 경우에는, 단순히 MTC 단말기(20)라고 칭한다.
또한, 이하에 도시하는 항목 순서에 따라서 본 개시물을 설명한다.
1. 무선 통신 시스템의 개략
1-1. 무선 통신 시스템의 구성
1-2. 프레임 동기
1-3. Timing Advance
1-4. MTC 단말기
2. 제 1 실시 형태
2-1. MTC 단말기의 구성
2-2. MTC 단말기의 동작
3. 제 2 실시 형태
4. 정리
<1. 무선 통신 시스템의 개략>
현재, 3GPP에 있어서 4G의 무선 통신 시스템의 규격화가 진행되고 있다. 본 개시물의 실시 형태는, 일례로서 이 4G 무선 통신 시스템에 적용할 수 있으므로, 우선, 4G 무선 통신 시스템의 개략을 설명한다.
[1-1. 무선 통신 시스템의 구성]
도 1은, 무선 통신 시스템(1)의 구성예를 도시한 설명도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 무선 통신 시스템(1)은, eNodeB(10)와, MME(Mobility Management Entity, 12), S-GW(Serving Gateway, 14) 및 PDN(Packet Data Network)-GW(16)을 포함하는 코어 네트워크와, MTC 단말기(20)와, MTC 서버(30)를 구비한다.
도 1에 도시한 eNodeB(10)는 기지국의 일례이며, MTC 단말기(20)는 무선 통신 장치의 일례다. 변형예로서, 무선 통신 장치는 사용자 단말기(UE:User Equipment)여도 좋다. 또한, 기지국은, 예를 들어, eNodeB(10)와 무선 통신 장치 간의 통신을 중계하는 릴레이 노드, 가정용 소형 기지국인 Home eNodeB이어도 좋다.
eNodeB(10)는, MTC 단말기(20)에 무선 신호를 송신하는 송신부의 기능 및 MTC 단말기(20)로부터 무선 신호를 수신하는 수신부의 기능을 갖는 무선 기지국이다. 도 1에 있어서는 1대의 eNodeB(10)만을 도시하고 있지만, 실제로는 다수의 eNodeB가 코어 네트워크에 접속된다. 또한, 도 1에 있어서는 기재를 생략하고 있지만, eNodeB(10)는 예를 들어 사용자 단말기와도 통신한다.
MME(12)는, 데이터 통신용의 세션의 설정, 개방이나 핸드오버 제어를 행하는 장치다. 이 MME(12)는, eNodeB(10)와 X2라고 불리는 인터페이스를 통해서 접속된다. S-GW(14)는, 사용자 데이터의 루팅, 전송 등을 행하는 장치이다. PDN-GW(16)는, IP 서비스 네트워크와의 접속점으로서 기능하고, IP 서비스 네트워크와의 사이에서 사용자 데이터를 전송한다.
MTC 단말기(20)는, 3GPP에 있어서 검토되고 있는 MTC용 어플리케이션에 특화한 단말기이며, eNodeB(10)와 어플리케이션에 따른 무선 통신을 행한다. 또한, MTC 단말기(20)는, 코어 네트워크를 통해서 MTC 서버(30)와 쌍방향 통신을 행한다. 사용자는, MTC 서버(30)에 액세스함으로써 소정의 어플리케이션을 실행한다. 사용자는, 기본적으로는 MTC 단말기(20)에 직접 액세스할 일은 없다. 이러한 MTC 단말기(20)에 대해서는 「1-4. MTC 단말기」에 있어서 상세하게 설명한다.
[1-2. 프레임 동기]
상기 eNodeB(10) 및 MTC 단말기(20)는, 상세하게는 결정되어 있지 않지만, eNodeB(10)와 사용자 단말기 간의 통신에 준하는 형태로 무선 통신을 행하는 것이 예상된다. 따라서, 이하에서는, eNodeB(10)와 사용자 단말기 간에 공유되는 무선 프레임 및 프레임 동기에 대해서 설명한다. 이하에서 설명하는 내용은, eNodeB(10)와 MTC 단말기(20) 사이의 통신에 원용 가능하다.
도 2는, 4G의 프레임 포맷을 도시한 설명도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 10㎳의 무선 프레임은, 10개의 1㎳의 서브 프레임 #0 내지 #9로 구성되어 있다. 또한, 1㎳의 각 서브 프레임은, 2개의 0.5㎳ 슬롯으로 구성되어 있다. 또한, 각 0.5㎳ 슬롯은, 7Ofdm 심볼로 구성되어 있다.
또한, 도 2에 있어서 사선을 붙인 Ofdm 심볼에서, 사용자 단말기가 프레임 동기를 위해서 사용하는 동기 시그널이 송신된다. 보다 상세하게는, 서브 프레임 #0의 제 5Ofdm 심볼에서는 세컨더리 동기 시그널(SSS), 서브 프레임 #0의 제 6Ofdm 심볼에서는 프라이머리 동기 시그널(PSS), 서브 프레임 #5의 제 5Ofdm 심볼에서는 세컨더리 동기 시그널, 서브 프레임 #5의 제 6Ofdm 심볼에서는 프라이머리 동기 시그널이 송신된다.
사용자 단말기는, 프라이머리 동기 시그널을 사용해서 5㎳ 주기를 취득함과 동시에, 3개로 나뉘어져 있는 셀 번호 그룹으로부터 현재지에 대응하는 셀 번호 그룹을 검출한다. 그 후, 사용자 단말기는, 세컨더리 동기 시그널을 사용해서 무선 프레임 주기(10㎳ 주기)를 취득한다.
또한, 동기 시그널의 부호 계열에는 ZadoffChu계열이 사용된다. 셀 번호 그룹 내의 셀 번호에 168종류의 부호화 계열이 사용되고, 무선 프레임 주기를 얻기 위해서 2종류의 부호화 계열이 사용되므로, 부호화 계열은 336종류 준비된다. 사용자 단말기는, 서브 프레임 #0로 송신되는 세컨더리 동기 시그널과 서브 프레임 #5로 송신되는 세컨더리 동기 시그널의 조합에 기초하여, 수신 서브 프레임이 서브 프레임 #0 또는 서브 프레임 #5 중 어느 것인지를 판단할 수 있다.
[1-3. Timing Advance]
4G의 사용자 단말기는, 복수의 사용자 단말기로부터 송신된 무선 신호가 eNodeB(10)로 동시에 수신되도록 하기 위해서, Timing Advance라고 불리는 eNodeB(10)와 사용자 단말기 간의 거리에 따른 시간 조정을 행한다. 구체적으로는, Timing Advance는, 사용자 단말기가 랜덤 액세스 윈도우를 향해서 프리앰블을 송신하는 랜덤 액세스의 절차 중에 행해진다. 상기 프리앰블의 eNodeB(10)로의 도달 시각과 상기 랜덤 액세스 윈도우와의 관계로부터 Timing Advance 값을 취득하는 것이 가능하다. 또한, 랜덤 액세스 윈도우는, 무선 프레임 중의 소정 위치에 배치되어 있으므로, 주기적으로 도래한다.
상세에 대해서는 결정되어 있지 않지만, 일반적인 MTC 단말기도 사용자 단말기와 같은 Timing Advance를 행하고, Timing Advance 값을 취득하는 것으로 생각된다. 이하, 본 개시물의 실시 형태와의 비교예로서, eNodeB(10)와 일반적인 MTC 단말기에 의해 행해지는 것이 상정되는 랜덤 액세스의 흐름을 설명한다.
도 3은, 랜덤 액세스의 비교예를 도시한 시퀀스도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, MTC 단말기는, eNodeB(10)로부터 프라이머리 동기 시그널 및 세컨더리 동기 시그널을 수신하면(S42), 「1-2. 프레임 동기」에서 설명한 바와 같이, 다운 링크의 프레임 동기를 행한다(S44).
그 후, MTC 단말기는, 무선 프레임 중의 랜덤 액세스 윈도우를 향해서 프리앰블(eNodeB(10)에 접속하기 위한 초기 신호)을 송신한다(S46). 여기서, MTC 단말기는, 프리앰블의 송신 횟수를 나타내는 PREAMBLE_TRANSMISSION_CONUNTER에 1을 세트하고, 백오프에 관한 파라미터인 백오프 파라미터 값(backoff parameter value)에 0을 세트하고, 적절한 파워로 프리앰블을 송신한다. 백오프 파라미터의 일례를 하기의 표에 나타낸다. MTC 단말기는, 프리앰블의 송신에 실패했을 경우에는, 이들 파라미터를 참조해, 소정의 백오프 시간의 경과 후에 프리앰블을 재송신한다.
eNodeB(10)는, 상기 프리앰블의 eNodeB(10)로의 도달 시각과 상기 랜덤 액세스 윈도우와의 관계로부터 Timing Advance 값을 산출한다(S48). 그리고, eNodeB(10)는, MTC 단말기에 대하여 랜덤 액세스 리스폰스를 송신한다(S50). 이 랜덤 액세스 리스폰스는, 예를 들어, 업 링크 송신 허가 데이터 및 Timing Advance 값을 포함한다.
MTC 단말기는, 랜덤 액세스 리스폰스를 수신하면, Timing Advance 값에 기초하여 송신 타이밍을 조정한 다음에(S52), L2/L3 메시지를 송신한다(S54). 이에 대해, eNodeB(10)가 MTC 단말기에 경합 해결(contention resolution) 메시지를 송신함으로써(S56), MTC 단말기와 eNodeB(10)가 접속된다.
상기와 같이, 프리앰블의 송신을 MTC 단말기 측이 임의로 행하는 랜덤 액세스는, 컨텐션 베이스형으로 분류된다. 이 컨텐션 베이스형에서는, 복수의 MTC 단말기에 의해 송신되는 프리앰블이 충돌할 경우도 있다. 한편, 프리앰블의 송신 타이밍을 eNodeB(10)에 의해 사전에 지시되는 컨텐션 프리형이라고 불리는 랜덤 액세스도 존재한다. 본 개시물의 실시 형태는, 이들의 랜덤 액세스 중, 컨텐션 베이스형의 랜덤 액세스에 관해서 제안되는 것이다.
[1-4. MTC 단말기]
MTC 단말기(20)는, 상술한 바와 같이, 3GPP에 있어서 검토되고 있는 MTC용 어플리케이션에 특화한 단말기이다. 이하에, MTC용 어플리케이션의 일례를 나타낸다.
1. Security
2. Tracking & Tracing
3. Payment
4. Health
5. Remote Maintenance/Control
6. Metering
7. Consumer Devices
일례로서, MTC 단말기(20)는 상기 「4. Health」에 해당하는 심전도 측정기여도 좋다. 이 경우, 사용자가 MTC 서버(30)에 심전도 측정 결과 보고를 요구하는 코맨드를 입력하면, MTC 서버(30)가 MTC 단말기(20)에 심전도 측정 결과 보고를 요구하고, MTC 단말기(20)로부터 심전도 측정 결과가 MTC 서버(30)에 보고된다.
다른 예로서, MTC 단말기(20)는 상기 「3. Payment」에 해당하는 자동 판매기이여도 좋다. 이 경우, 사용자가 MTC 서버(30)에 판매 상황 보고를 요구하는 코맨드를 입력하면, MTC 서버(30)가 MTC 단말기(20)에 판매 상황 보고를 요구하고, MTC 단말기(20)로부터 판매 상황이 MTC 서버(30)에 보고된다.
이와 같은 MTC 단말기(20)의 특징을 이하에 나타낸다. 또한, MTC 단말기(20)는 이하의 모든 특징을 가질 필요는 없다.
1. Low Mobility
2. Time Controlled
3. Time Tolerant
4. Packet Switched Only
5. Online Small Data Transmissions
6. Offline Small Data Transmission
7. Mobile Originated Only
8. Infrequent Mobile Terminated
9. MTC Monitoring
10. Offline Indication
11. Jamming Indication
12. Priority Alarm Message
13. Extra Low Power Consumption
14. Secure Connection
15. Location Specific Trigger
16. Group based MTC Features
이상을 정리하면, MTC 단말기(20)는, 이동이 적고, 저빈도로 eNodeB(10)에 접속해서 소량의 데이터 통신을 행하고, 다시 아이들 모드로 복귀한다. 또한, 데이터 통신에는 어느 정도의 지연이 허용된다.
(본 개시물의 실시 형태에 이른 경위)
또한, 상기 「2. Time Controlled」에 따라서, MTC 단말기(20)는 주기적인 정보의 송신이 요구되는 경우도 생각된다. 그러나, 각 MTC 단말기(20)가 30분마다 또는 1시간마다 등, 주기적으로 eNodeB(10)와의 접속을 시도해 보면, 이하에 도 4를 참조해서 설명하는 문제가 발생한다.
도 4는, 시간과 셀 트래픽량의 관계를 도시한 설명도이다. 각 셀에 있어서의 MTC 단말기(20)의 수용수는 매우 많아질 것이 예상된다. 이로 인해, 각 MTC 단말기(20)가 동일한 타이밍에 eNodeB(10)와의 접속(랜덤 액세스) 및 정보의 송신을 시도해 보면, 도 4에 나타낸 바와 같이, 셀 트래픽량이 특정 타이밍에 있어서 국소적으로 증대되어 버리는 것이 염려된다. 또한, 지역 일대의 정전으로부터의 복구 시에 있어서도, 각각 MTC 단말기(20)에 의해 동시에 랜덤 액세스가 행해지면, 셀 트래픽량이 국소적으로 증대되어 버린다.
이 점에 관해서, 피크 시의 액세스 요구에 대응 가능한 무선 설비를 확보하는 것도 생각되지만, 이러한 무선 설비를 확보하기 위해서는, 과대한 인프라 투자가 필요해진다.
따라서, 상기 사정을 1 착안점으로 해서 본 개시물의 실시 형태를 창작하기에 이르렀다. 본 개시물의 실시 형태에 따르면, MTC 단말기(20)에 의한 랜덤 액세스의 타이밍을 분산시키는 것이 가능하다. 그 결과, eNodeB(10)에 있어서의 랜덤 액세스의 충돌을 억제하고, 시스템 전체에 있어서의 처리량의 증가를 도모할 수 있다. 이하, 이러한 본 개시물의 실시 형태에 의한 MTC 단말기(20)에 대해서 상세하게 설명한다.
<2. 제 1 실시 형태>
[2-1. MTC 단말기의 구성]
우선, 도 5를 참조해, 제 1 실시 형태에 의한 MTC 단말기(20)의 구성을 설명한다.
도 5는, 제 1 실시 형태에 의한 MTC 단말기(20)의 구성을 도시한 기능 블록도이다. 도 5에 도시한 바와 같이, MTC 단말기(20)는, 안테나(216)와, 안테나 공용기(218)와, 수신 회로(220)와, 송신 회로(222)와, 신호 처리부(230)와, 상위 레이어(240)를 구비한다.
안테나(216)는, eNodeB(10)로부터 무선 신호를 수신하고, 무선 신호를 전기적인 수신 신호로 변환한다. 수신 시에는, 안테나(216)와 수신 회로(220)가 안테나 공용기(218)를 통해서 접속되므로, 안테나(216)에 의해 얻어지는 수신 신호는 수신 회로(220)에 공급된다.
또한, 송신 시에는, 안테나(216)와 송신 회로(222)가 안테나 공용기(218)를 통해서 접속되므로, 안테나(216)에 송신 회로(222)로부터 송신 신호가 공급된다. 안테나(216)는, 이 송신 신호를 무선 신호로서 eNodeB(10)로 송신한다.
또한, 도 5에 있어서는, 설명의 편의상, 1개의 안테나만을 도시하고 있지만, MTC 단말기(20)는 복수의 안테나를 구비해도 좋다. MTC 단말기(20)는, 복수의 안테나를 구비할 경우, MIMO(Multiple Input Multiple Output) 통신이나 다이버시티 통신 등을 행할 수 있다.
수신 회로(220)는, 안테나(216)로부터 공급되는 수신 신호의 복조 처리 및 복호 처리 등을 행하고, 처리 후의 수신 데이터를 신호 처리부(230)에 공급한다. 이와 같이, 수신 회로(220)는, 안테나(216)와 협동해서 수신부로서 기능한다.
또한, 수신 회로(220)는, 수신 신호에 기초하여 동기 처리를 행한다. 보다 상세하게는, eNodeB(10), MTC 서버(30) 또는 MTC 사용자에 의해 주기 또는 타이밍이 지정되어 있을 경우, 수신 회로(220)는, 지정되어 있는 주기 또는 타이밍에 따라서 동기 처리를 행한다.
송신 회로(222)는, 신호 처리부(230)로부터 공급되는 송신 데이터의 변조 처리 등을 행하고, 처리 후의 송신 신호를 안테나(216)에 공급한다. 이와 같이, 송신 회로(222)는, 안테나(216)와 협동해서 송신부로서 기능한다.
신호 처리부(230)는, 도 5에 도시한 바와 같이, 수신 데이터 처리부(232), 인터페이스(233), 난수 생성부(234), 송신 타이밍 제어부(236) 및 송신 데이터 처리부(238)를 갖는다.
수신 데이터 처리부(232)는, 수신 회로(220)로부터 공급되는 수신 데이터를 해석하고, 상위 레이어 용의 수신 데이터는 인터페이스(233)에 공급한다. 한편, 수신 데이터 처리부(232)는, 난수 생성부(234)에 있어서의 난수 생성을 위해서 사용되는 난수 생성용 데이터를 난수 생성부(234)에 공급한다. 또한, 난수 생성용 데이터는, eNodeB(10)로부터 송신된 브로드캐스트 신호(BCH)에 포함되어도 좋다.
인터페이스(233)는, 상위 레이어(240)와의 인터페이스다. 수신 데이터는 인터페이스(233)에서 상위 레이어(240)로 출력되고, 송신 데이터는 상위 레이어(240)에서 인터페이스(233)로 입력된다.
상위 레이어(240)는, MTC 단말기(20)에 따른 어플리케이션을 실행하기 위한 기능 블록이다. 상술한 바와 같이, 어플리케이션으로서는, 「Metering」이나 「Health」 등을 들 수 있다. 또한, 어플리케이션이 「Metering」일 경우, 송신 데이터로서는, 수도나 전기의 사용량을 나타내는 데이터가 상정된다. 또한, 어플리케이션이「Health」일 경우, 송신 데이터로서는, 환자의 현재 신체 상태를 나타내는 데이터가 상정된다.
난수 생성부(234)는, 수신 데이터 처리부(232)로부터 공급되는 난수 생성용 데이터를 사용해서 난수를 생성한다. 이하, 난수 생성용 데이터의 구체예 및 난수 생성 방법의 구체예를 설명한다. 또한, 난수 생성용 데이터는, MTC 서버(30)에 의해 설정된 데이터이어도 좋고, MTC 사용자에 의해 설정된 데이터이어도 좋다.
(예 1)
난수 생성용 데이터는, 난수 생성부(234)에 의해 생성되는 난수의 상한값을 나타내는 데이터이어도 좋다. 이 경우, 난수 생성부(234)는, 난수 생성용 데이터를 상회하지 않는 범위에서 난수를 생성한다.
(예 2)
난수 생성용 데이터는, 난수 생성부(234)에 의해 생성되는 난수의 하한값을 나타내는 데이터이어도 좋다. 이 경우, 난수 생성부(234)는, 난수 생성용 데이터를 하회하지 않는 범위에서 난수를 생성한다.
(예 3)
난수 생성용 데이터는, 난수 생성부(234)에 의해 생성되는 난수의 하한값 및 상한값을 나타내는 데이터이어도 좋다. 이 경우, 난수 생성부(234)는, 난수 생성용 데이터가 나타내는 하한값 및 상한값의 범위 내에서 난수를 생성한다.
(예 4)
난수 생성용 데이터는, 난수 생성부(234)에 의해 생성되는 난수의 중앙값 및 분산을 나타내는 데이터이어도 좋다. 이 경우, 난수 생성부(234)는, 난수 생성용 데이터가 나타내는 중앙값 및 분산에 따라서 난수를 생성한다.
(예 5)
난수 생성용 데이터는, 난수 생성부(234)가 난수를 생성하기 위한 난수 모델을 나타내는 데이터이어도 좋다. 이 경우, 난수 생성부(234)는, 난수 생성용 데이터가 나타내는 난수 모델에 따라서 난수를 생성한다. 또한, 난수 모델로서는, 정규 분포의 난수 모델이나, 균등 분포의 난수 모델 등, 다양한 난수 모델이 생각된다.
(예 6)
난수 생성용 데이터는, 난수 생성부(234)가 난수를 생성하기 위한 초기 난수를 나타내는 데이터이어도 좋다. 이 경우, 난수 생성부(234)는, 난수 생성용 데이터가 나타내는 초기 난수를 사용해서 난수를 생성한다.
송신 타이밍 제어부(236, 제어부)는, 난수 생성부(234)에 의해 생성된 난수에 따른 지연 시간에 따라, 프리앰블의 송신 타이밍을 제어한다. 예를 들어, 지연 시간은, 난수 생성부(234)에 의해 생성된 난수가 클수록 긴 시간으로 설정되어도 좋다. 송신 타이밍 제어부(236)는, 수신 회로(220)에 의한 동기 처리 후, 이 지연 시간에 따라서 프리앰블의 송신 타이밍을 제어한다. 보다 구체적으로는, 송신 타이밍 제어부(236)는, 수신 회로(220)에 의한 동기 처리 후, 지연 시간이 경과된 시점의 근방의 랜덤 액세스 윈도우에 있어서 프리앰블이 송신되도록 제어해도 좋다.
송신 데이터 처리부(238)는, 랜덤 액세스 시, 송신 타이밍 제어부(236)에 의해 제어되는 타이밍에 프리앰블을 송신 회로(222)에 공급한다. 그 결과, 안테나(216)로부터 송신 타이밍 제어부(236)에 의해 제어되는 타이밍에 프리앰블이 송신된다. 또한, 송신 데이터 처리부(238)는, 데이터 송신 시, 인터페이스(233)로부터 공급되는 데이터를 포함하는 송신 데이터를 생성해, 송신 회로(222)에 공급한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 개시물의 실시 형태에 의한 MTC 단말기(20)에 있어서는, 주기적으로 수신 회로(220)가 랜덤 액세스를 위한 동기 처리를 행한 후, 난수 생성부(234)에 의해 생성된 난수에 따른 지연 시간에 따라서 프리앰블이 송신된다. 따라서, 복수의 MTC 단말기(20)가 동일한 타이밍에 랜덤 액세스를 개시하도록 설정되어 있을 경우에도, 복수의 MTC 단말기(20)에 의한 프리앰블의 송신 타이밍을 분산시킬 수 있다. 그 결과, eNodeB(10)에 있어서의 랜덤 액세스의 충돌을 억제하고, 시스템 전체에 있어서의 처리량의 증가를 도모하는 것이 가능하다.
[2-2. MTC 단말기의 동작]
이상, 도 5를 참조해서 본 개시물의 실시 형태에 의한 MTC 단말기(20)의 구성을 설명했다. 계속해서, 도 6 및 도 7를 참조해, MTC 단말기(20)의 동작을 설명한다.
도 6은, MTC 단말기(20) 및 eNodeB(10)의 동작을 도시한 시퀀스도이다. 도 6에 도시한 바와 같이, MTC 단말기(20)는, eNodeB(10)로부터 프라이머리 동기 시그널 및 세컨더리 동기 시그널을 수신하면(S304), 「1-2. 프레임 동기」에서 설명한 바와 같이, 다운 링크의 프레임 동기를 행한다(S308).
또한, MTC 단말기(20)는, S304에 있어서 BCH(통지 채널)도 수신하고, 이에 의해, 다양한 데이터가 얻어진다. 다양한 데이터로서는, 잠정 ID인 RA-RNTIs(Random access radio network temporary identifiers), MTC 단말기(20)가 eNodeB(10)로부터의 리스폰스를 모니터하는 시간에 관한 TTI window 값, 프리앰블의 송신의 파워 컨트롤에 관계되는 데이터 및 난수 생성용 데이터 등을 들 수 있다.
MTC 단말기(20)의 난수 생성부(234)가 상기 난수 생성용 데이터를 사용해서 난수를 생성하면, 송신 타이밍 제어부(236)가, 생성된 난수에 따른 지연 시간에 걸쳐, MTC 단말기(20)로부터의 프리앰블의 송신을 대기시킨다(S312). 그리고, 송신 타이밍 제어부(236)는, 지연 시간의 경과 후의 랜덤 액세스 윈도우에 있어서, MTC 단말기(20)로부터 프리앰블이 송신되도록 송신 데이터 처리부(238)를 제어한다(S316).
eNodeB(10)는, 상기 프리앰블의 eNodeB(10)로의 도달 시각과 상기 랜덤 액세스 윈도우와의 관계로부터 Timing Advance 값을 산출한다(S320).
그리고, eNodeB(10)는, MTC 단말기(20)에 대하여 랜덤 액세스 리스폰스를 송신한다(S324). 이 랜덤 액세스 리스폰스는, 예를 들어, 업 링크 송신 허가 데이터, 상기 표에 나타낸 백오프 파라미터 값을 지시하는 BI(Backoff Indicator) 및 Timing Advance 값을 포함한다.
MTC 단말기(20)는, 랜덤 액세스 리스폰스를 수신하면, Timing Advance 값에 기초하여 송신 타이밍을 조정한 다음에(S328), L2/L3 메시지를 송신한다(S332). 이에 대해, eNodeB(10)가 MTC 단말기에 경합 해결 메시지를 송신 함으로써(S336), MTC 단말기(20)와 eNodeB(10)가 접속된다.
도 7은, MTC 단말기(20)의 동작을 도시한 흐름도이다. MTC 단말기(20)는, MTC 서버(30) 또는 MTC 사용자 등에 의해 소정 주기가 지정되어 있을 경우, 도 7에 도시한 바와 같이, 지정되어 있는 소정 주기에 따른 타이밍이 도래했는지 여부를 판단한다(S410). 그리고, MTC 단말기(20)는, 소정 주기에 따른 타이밍이 도래했을 경우, eNodeB(10)로부터 무선 신호를 수신해(S420), 수신 회로(220)가 동기 처리를 행한다(S430).
그리고, 난수 생성부(234)는, eNodeB(10)로부터의 수신 신호에 포함되는 난수 생성용 데이터를 사용해서 난수를 생성한다(S440). 또한, 송신 타이밍 제어부(236)가, 난수 생성부(234)에 의해 생성된 난수에 따라서 지연 시간을 결정한다 (S450). 그리고, 송신 타이밍 제어부(236)는, 지연 시간 경과 후의 랜덤 액세스 윈도우에 있어서, MTC 단말기(20)로부터 프리앰블이 송신되도록 송신 데이터 처리부(238)를 제어한다(S460).
<3. 제 2 실시 형태>
이상, 본 개시물의 제 1 실시 형태를 설명했다. 제 1 실시 형태에 있어서는, 난수 생성부(234)가, 수신 신호에 포함되는 난수 생성용 데이터를 사용해서 난수를 생성하는 취지를 설명했다. 그러나, MTC 단말기(20)에 실장되는 어플리케이션은 다방면에 걸치므로, 허용되는 지연 시간이나 요망되는 지연 시간은 MTC 단말기(20)에 따라 다른 경우가 상정된다. 예를 들어, 수도나 전기의 사용량을 나타내는 데이터를 송신하는 어플리케이션이 실장된 MTC 단말기(20)와, 환자의 현재 신체 상태를 나타내는 데이터를 송신하는 어플리케이션이 실장된 MTC 단말기(20)에서는, 허용되는 지연 시간이 상이하다고 생각된다. 이하에 설명하는 본 개시물의 제 2 실시 형태는, 이 점에 감안해서 제안되는 것이다.
제 2 실시 형태에 의한 eNodeB(10)는, 예를 들어, BCH에 있어서, 1 또는 2 이상의 난수 생성용 데이터를 그룹 ID(식별 정보)와 대응시켜서 송신한다. 이하, 도 8을 참조해, 당해 BCH의 구성예를 설명한다.
도 8은, 제 2 실시 형태에 의한 BCH의 구성예를 도시한 설명도이다. 도 8에 도시한 바와 같이, BCH에는, 그룹 ID 및 난수 생성용 데이터가 포함된다. 또한, 그룹 ID와 난수 생성용 데이터는 1대 1로 대응되어 있다. 예를 들어, 그룹 ID:X에는, 난수 생성용 데이터:X가 대응되어 있고, 그룹 ID:Y에는, 난수 생성용 데이터:Y가 대응되어 있다.
또한, 그룹 ID는, MTC 단말기(20)의 그룹을 나타내는 식별 정보이다. 이 MTC 단말기(20)의 그룹은, 예를 들어, MTC 단말기(20)에 실장되는 어플리케이션마다 형성되어도 좋다. 또는, MTC 단말기(20)는, eNodeB(10), MTC 서버(30) 또는 MTC 사용자에 의해 그룹화되고, eNodeB(10), MTC 서버(30) 또는 MTC 사용자로부터 그룹 ID가 사전에 통지되어 있어도 된다.
이와 같은 BCH를 MTC 단말기(20)가 수신하면, 수신 데이터 처리부(232)는, BCH에 포함되는 난수 생성용 데이터 중에서, MTC 단말기(20)이 해당하는 그룹 ID에 대응지어져 있는 난수 생성용 데이터를 추출한다. 그리고, 난수 생성부(234)는, 수신 데이터 처리부(232)에 의해 추출된 난수 생성용 데이터를 사용해서 난수를 생성한다. 이러한 구성에 의해, MTC 단말기(20)에 의한 프리앰블 송신에 관한 지연 특성을, MTC 단말기(20)가 속하는 그룹에 따라서 제어하는 것이 가능해진다.
<4. 정리>
이상 설명한 바와 같이, 본 개시물의 실시 형태에 의한 MTC 단말기(20)에 있어서는, 주기적으로 수신 회로(220)가 랜덤 액세스를 위한 동기 처리를 행한 후, 난수 생성부(234)에 의해 생성된 난수에 따른 지연 시간에 따라서 프리앰블이 송신된다. 따라서, 복수의 MTC 단말기(20)가 동일한 타이밍에 랜덤 액세스를 개시하도록 설정되어 있을 경우에도, 복수의 MTC 단말기(20)에 의한 프리앰블의 송신 타이밍을 분산시킬 수 있다. 그 결과, eNodeB(10)에 있어서의 랜덤 액세스의 충돌을 억제하고, 시스템 전체에 있어서의 처리량의 증가를 도모하는 것이 가능하다. 또한, 본 개시물의 제 2 실시 형태에 따르면, MTC 단말기(20)에 의한 프리앰블 송신에 관한 지연특성을, MTC 단말기(20)가 속하는 그룹에 따라서 제어할 수 있다.
또한, 첨부 도면을 참조하면서 본 개시물의 적합한 실시 형태에 대해서 상세하게 설명했는데, 본 개시물의 기술적 범위는 이러한 예에 한정되지 않는다. 본 개시물이 속하는 기술 분야에 있어서의 통상의 지식을 갖는 자이면, 특허 청구 범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에 있어서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 명백하고, 이들에 대해서도, 당연히 본 개시물의 기술적 범위에 속하는 것이라고 이해된다.
예를 들어, 본 명세서의 MTC 단말기(20)의 처리에 있어서의 각 스텝은, 반드시 시퀀스도 또는 흐름도로서 기재된 순서에 따라 시계열로 처리할 필요는 없다. 예를 들어, MTC 단말기(2)의 처리에 있어서의 각 스텝은, 흐름도로서 기재한 순서와 다른 순서로 처리되어도 좋고, 병렬적으로 처리되어도 좋다.
또한, MTC 단말기(2)에 내장되는 CPU, ROM 및 RAM 등의 하드웨어를, 상술한 MTC 단말기(2)의 각 구성과 동등한 기능을 발휘시키기 위한 컴퓨터 프로그램도 작성가능하다. 또한, 상기 컴퓨터 프로그램을 기억시킨 기억 매체도 제공된다.
10 eNodeB
12 MME
14 S-GW
16 PDN-GW
20 MTC 단말기
30 MTC 서버
216 안테나
220 수신 회로
222 송신 회로
230 신호 처리부
232 수신 데이터 처리부
233 인터페이스
234 난수 생성부
236 송신 타이밍 제어부
238 송신 데이터 처리부
240 상위 레이어
12 MME
14 S-GW
16 PDN-GW
20 MTC 단말기
30 MTC 서버
216 안테나
220 수신 회로
222 송신 회로
230 신호 처리부
232 수신 데이터 처리부
233 인터페이스
234 난수 생성부
236 송신 타이밍 제어부
238 송신 데이터 처리부
240 상위 레이어
Claims (14)
- 무선 통신 장치로서,
기지국으로부터 무선 신호를 수신하는 수신부와;
상기 기지국에 접속하기 위한 초기 신호를 송신하는 송신부와;
난수를 생성하는 난수 생성부와;
상기 기지국으로부터 수신되는 무선 신호에 기초하는 동기 처리 후, 상기 난수 생성부에 의해 생성된 상기 난수에 따른 지연 시간에 따라서 상기 송신부에 의한 상기 초기 신호의 송신 타이밍을 제어하는 제어부
를 구비하는, 무선 통신 장치. - 제1항에 있어서,
상기 수신부에 의해 수신되는 무선 신호는 난수 생성용 데이터를 포함하고,
상기 난수 생성부는, 상기 난수 생성용 데이터를 사용해서 상기 난수를 생성하는, 무선 통신 장치. - 제2항에 있어서,
상기 수신부에 의해 수신되는 무선 신호에, 1 또는 2 이상의 상기 난수 생성용 데이터를 포함하고, 상기 난수 생성용 데이터의 각각에는 식별 정보가 대응되어있고,
상기 난수 생성부는, 상기 무선 통신 장치가 해당하는 식별 정보에 대응되어 있는 난수 생성용 데이터를 사용해서 상기 난수를 생성하는, 무선 통신 장치. - 제3항에 있어서,
상기 수신부에 의해 수신되는 무선 신호는 브로드캐스트 신호인 무선 통신 장치. - 제4항에 있어서,
상기 난수 생성용 데이터는, 상기 난수 생성부에 의해 생성되는 상기 난수의 상한값을 나타내는 무선 통신 장치. - 제4항에 있어서,
상기 난수 생성용 데이터는, 상기 난수 생성부에 의해 생성되는 상기 난수의 하한값을 나타내는 무선 통신 장치. - 제4항에 있어서,
상기 난수 생성용 데이터는, 상기 난수 생성부에 의해 생성되는 상기 난수의 하한값 및 상한값을 나타내는 무선 통신 장치. - 제4항에 있어서,
상기 난수 생성용 데이터는, 상기 난수 생성부에 의해 생성되는 상기 난수의 중앙값 및 분산을 나타내는 무선 통신 장치. - 제4항에 있어서,
상기 난수 생성용 데이터는, 상기 난수 생성부가 상기 난수를 생성하기 위한 난수 모델을 나타내는 무선 통신 장치. - 제4항에 있어서,
상기 난수 생성용 데이터는, 사용자에 의해 지정된 값인 무선 통신 장치. - 제1항에 있어서,
상기 무선 통신 장치는, 상기 기지국으로부터의 지시에 따르는 주기적인 타이밍에 상기 동기 처리를 행하는 무선 통신 장치. - 무선 통신 시스템으로서,
기지국과;
상기 기지국으로부터 무선 신호를 수신하는 수신부,
상기 기지국에 접속하기 위한 초기 신호를 송신하는 송신부,
난수를 생성하는 난수 생성부 및
상기 기지국으로부터 수신되는 무선 신호에 기초하는 동기 처리 후, 상기 난수 생성부에 의해 생성된 상기 난수에 따른 지연 시간에 따라서 상기 송신부에 의한 상기 초기 신호의 송신 타이밍을 제어하는 제어부
를 갖는 무선 통신 장치
를 구비하는, 무선 통신 시스템. - 무선 통신 방법으로서,
기지국으로부터 무선 신호를 수신하는 단계와;
난수를 생성하는 단계와;
상기 기지국으로부터 수신되는 무선 신호에 기초하는 동기 처리 후, 상기 난수 생성부에 의해 생성된 상기 난수에 따른 지연 시간에 따라서, 상기 기지국에 접속하기 위한 초기 신호를 송신하는 단계
를 포함하는, 무선 통신 방법. - 기지국으로서,
무선 통신 장치에 무선 신호를 송신하는 송신부와;
상기 무선 통신 장치로부터, 상기 무선 통신 장치에 있어서 생성된 난수에 따른 지연 시간에 따라서 송신되는 상기 무선 통신 장치가 상기 기지국에 접속하기 위한 초기 신호를 수신하는 수신부
를 구비하는, 기지국.
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