KR20140055660A - 통신 시스템에서 캐리어 센싱을 이용한 접속 방법 - Google Patents

Abstract

통신 시스템에서 캐리어 센싱을 이용한 접속 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 접속 방법은 라디오 슬롯(radio slot)의 제 1 부분에서 캐리어에 대한 센싱을 수행하고, 상기 제 1 부분에 대한 캐리어 센싱 결과, 상기 캐리어가 비점유 상태인 경우, 상기 라디오 슬롯의 상기 제 1 부분 이후의 제 2 부분에서 상기 캐리어를 통해 상기 캐리어에 대한 선제적 점유 신호를 전송하도록 구성된다. 따라서, 본 발명을 이용할 경우에는 특히 좁은 주파수 대역에 많은 단말들이 경쟁적으로 접속 요청을 하는 경우에도 효율적인 랜덤 액세스가 가능해진다.

Description

통신 시스템에서 캐리어 센싱을 이용한 접속 방법{Method for access using carrier sensing in communication system}

통신 시스템에서 캐리어 센싱을 이용한 접속 방법{Method for access using carrier sensing in communication system}

보통의 통신 시스템에서 수많은 단말들이 통신 채널을 혼자 독점하지 않고 다른 단말과 공유하여 사용하게 된다. 따라서 채널을 사용하고자 하는 단말은 접속을 시도하게 된다. 이것은 유선과 무선에서 모두 그러하다.

접속 방식을 살펴보면, 유선에서는 ALOHA 방식을 시작으로, slotted ALOHA 방식, CSMA(Carrier Sense Multiple Access), CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) 방식들이 있다. CSMA/CD는 IEEE802.3 표준에 쓰이고 있다. 이러한 다중 접속 방식은 유선뿐만이 아니라 무선에서도 쓰이고 있다. 본 발명에서는 주로 무선에서 쓰일 수 있는 다중 접속 방식을 제안하고자 한다. 물론 본 발명은 유선에서도 쓰일 수 있다.

무선에서는 주로 ALOHA 방식을 사용하고 있다. 유선 ALOHA와 정확히 같은 방식이 아니더라도 거의 비슷하게 무선에서도 ALOHA 방식을 사용한다. 즉, 무선 접속이 가능한 랜덤 접속 슬롯들을 할당하고 다수의 단말들은 임의로 접속을 시도한다. 이때, 여러 단말들이 같은 슬롯에 접속 요청 신호를 전송하면 충돌이 일어나고 따라서 접속 시도를 다시 해야 한다. 즉 재접속 시도를 하게 된다. 이러한 방식은 조금 변경될 수는 있지만, 많은 무선 통신 시스템에서 널리 사용되고 있다.

디지털 무선 통신은 보통 상업적으로는 무선 랜 혹은 이동통신에서 많이 사용되는데, 요즘은 이동통신의 발전과 함께 해상용 디지털 무선 통신 기술이 발전하고 있다. 무선 통신에서도 역시 무선 접속이 가능한 랜덤 접속 슬롯을 열어두고 단말이 경쟁에 의하여 접속을 하도록 한다. 이 방식은 유선의 ALOHA 방식과 기본원리가 비슷하다.

이러한 ALOHA 방식은 유선에서도 효율적이지 못하지만, 무선에서도 효율적이지 못하다. 따라서, 이동통신 같은 무선 통신 시스템에서는 단말이 초기에 기지국에 등록하는 절차 등에 이러한 ALOHA 와 비슷한 경쟁적 랜덤 접속 방식을 사용하고 기지국에 등록이 된 이후에는 다른 방식을 사용한다. 즉, 랜덤한 경쟁적 접속이 아니라 계획된 접속을 하도록 기지국이 제어를 한다. 예를 들면, 랜덤 접속에 단말이 성공하면, 단말은 검사 슬롯을 할당 받고 주기적으로 이 검사 슬롯을 복조하여 기지국의 제어를 확인한다. 만약 기지국이 접속을 명령하면 이 명령에는 언제 어느 채널로 접속하라는 지시가 있기 때문에 충돌이 일어나지 않는다. 즉, 무선 통신에서는 단말이 거의 비접속된 상황을 유지하면서 기지국의 제어를 가끔씩 받기 때문에 실제로는 기지국의 제어 하에서 충돌 없이 접속을 효율적으로 수행하는 것이다. 물론 이것은 기지국 쪽에서 단말에게 접속을 요구하는 경우에 해당한다.

위와는 달리 단말이 기지국에 접속을 요구하는 경우에는 어쩔 수 없이 다시 경쟁적 랜덤 접속 방식을 사용하게 된다. 물론, 대부분의 경우 접속할 수 있는 특정 슬롯을 할당 받았기 때문에 접속 초기보다는 경쟁이 덜 심할 수 있다. 그러나, 이것도 그 접속 슬롯을 할당 받은 단말들 사이에서는 여전히 경쟁적 랜덤 접속 방식이다. 예를 들어 이동통신 시스템에서 인구밀도가 극도로 높은 축구 경기장 같은 곳에서는 워낙 단말의 접속 요구가 많기 때문에 통화 연결이 잘 되지 않는 경우가 많다. 이를 해결하기 위해서 서비스 사업자는 임시 차량용 기지국을 이동시켜서 접속 요구 및 통화량을 수용하고 있다.

요즈음은 해상에서도 디지털 통신 수요가 생기고 이에 맞추어 기술이 빠르게 발달하고 있다. 그러나 현재 해상 통신에 할당된 주파수 밴드는 매우 작으며 앞으로의 전망도 현재의 주파수 밴드를 유지할 것으로 보인다. 즉, 해상 통신은 매우 작은 주파수 밴드를 굉장히 많은 배들이 나누어 써야 하는 상황이다. 이는 위에서 설명한 축구 경기장의 경우와 비슷하다. 따라서, 해상 통신에서는 단말의 접속 요구가 충돌할 가능성이 매우 크다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 통신 시스템에서 수많은 단말들이 효율적으로 접속 요청을 수행하는 경우, 특히 좁은 주파수 대역에 많은 단말들이 경쟁적으로 접속 요청을 하는 상황에서도 효율적으로 충돌을 피하며 접속 요청을 수행할 수 있도록 하는, 랜덤 액세스 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면은, 통신시스템의 랜덤 액세스 방법으로서, 복수개의 하위 슬롯(sub slot)들로 구성된 라디오 슬롯(radio slot)의 적어도 하나의 하위 슬롯들로 구성된 제 1 부분에서 캐리어에 대한 센싱을 수행하는 단계 및 상기 제 1 부분에 대한 캐리어 센싱 결과, 상기 캐리어가 비점유 상태인 경우, 상기 라디오 슬롯의 상기 제 1 부분 이후의 적어도 하나의 하위 슬롯들로 구성된 제 2 부분에서 상기 캐리어를 통해 상기 캐리어에 대한 선제적 점유 신호(preemptive occupation signal)를 전송하는 단계를 포함한 랜덤 액세스 방법을 제공한다.

여기에서, 상기 라디오 슬롯은 랜덤 액세스 슬롯(random access slot)일 수 있다.

여기에서, 상기 제 1 부분과 상기 제 2 부분 사이에 수신에서 송신으로 RF 스위칭(RF switching)을 위한 적어도 하나의 하위 슬롯들로 구성된 제 3 부분이 존재할 수 있다. 또는, 상기 제 1 부분에 포함된 하위 슬롯의 적어도 일부 구간에서 수신에서 송신으로 RF 스위칭을 수행하도록 구성될 수 있다.

여기에서, 상기 제 1 부분을 구성하는 하위 슬롯의 개수는 랜덤하게 결정될 수 있다. 이때, 상기 제 1 부분을 구성하는 하위 슬롯의 개수를 0 내지 A의 값을 가지는 자연수 랜덤 넘버를 이용하여 결정하고, 상기 랜덤 넘버의 발생 확률은 0내지 A에서 균등하게(uniformly) 분포하도록 구성될 수 있다.

여기에서, 상기 랜덤 액세스 방법은 상기 선제적 점유 신호를 전송한 경우, 상기 라디오 슬롯 이후의 라디오 슬롯 또는 상기 라디오 슬롯의 일부 하위 슬롯에서 접속 요청 데이터(access data)를 전송하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이때, 상기 랜덤 액세스 방법은 상기 접속 데이터의 전송 이후에, 상기 접속 요청 데이터에 대한 확인을 수신할 때까지 선제적 점유 신호를 송신하고, 상기 접속 요청 데이터에 대한 확인을 수신한 경우 데이터를 송수신하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면은, 통신시스템의 랜덤 액세스 방법으로서, 연속적으로 구성된 라디오 슬롯(radio slot)의 제 1 부분에서 캐리어에 대한 센싱을 수행하는 단계 및 상기 제 1 부분에 대한 캐리어 센싱 결과, 상기 캐리어가 비점유 상태인 경우, 상기 라디오 슬롯의 상기 제 1 부분 이후의 제 2 부분에서 상기 캐리어를 통해 상기 캐리어에 대한 선제적 점유 신호(preemptive occupation signal)를 전송하는 단계를 포함한 랜덤 액세스 방법을 제공한다.

여기에서, 상기 라디오 슬롯은 랜덤 액세스 슬롯(random access slot)일 수 있다.

여기에서, 상기 제 1 부분과 상기 제 2 부분 사이에 수신에서 송신으로 RF 스위칭을 위한 구간이 존재할 수 있다. 또는, 상기 제 1 부분의 적어도 일부 구간에서 수신에서 송신으로 RF 스위칭을 수행하도록 구성될 수 있다.

여기에서, 상기 제 1 부분의 구간 길이는 랜덤하게 결정될 수 있다. 이때, 상기 제 1 부분의 길이는 0 내지 A (A는 0보다 큰 실수)값을 가지는 실수 랜덤 넘버를 이용하여 결정하고, 상기 랜덤 넘버의 발생 확률은 0 내지 A에서 균등하게(uniformly) 분포할 수 있다.

여기에서, 상기 랜덤 액세스 방법은 상기 선제적 점유 신호를 전송한 경우, 상기 라디오 슬롯 이후의 라디오 슬롯 또는 상기 라디오 슬롯의 일부 구간에서 접속 요청 데이터(access request data)를 전송하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이때, 상기 랜덤 액세스 방법은 상기 접속 데이터의 전송 이후에, 상기 접속 요청 데이터에 대한 확인을 수신할 때까지 선제적 점유 신호를 송신하고, 상기 접속 요청 데이터에 대한 확인을 수신한 경우 데이터를 송수신하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 랜덤 액세스 방법은 단말들이 셀룰러 망에서 기지국 또는 무선랜에서 액세스 포인트에 대한 접속 요청을 수행하기 위해서 이용될 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 따른 랜덤 액세스 방법을 이용할 경우에는, 통신 시스템에서 수많은 단말들이 효율적으로 접속 요청을 수행하는 경우, 특히 좁은 주파수 대역에 많은 단말들이 경쟁적으로 접속 요청을 하는 경우에도 효율적인 랜덤 액세스가 가능해진다.

도 1은 일반적인 랜덤 액세스 방식을 위한 데이터 슬롯(data slot) 및 랜덤 액세스 슬롯(random access slot) 구조를 설명하기 위한 슬롯 구조도이다.
도 2는 본 발명에 따른 랜덤 액세스 방식을 위한 데이터 슬롯과 랜덤 액세스 슬롯 구조를 설명하기 위한 슬롯 구조도이다.
도 3은 본 발명에 따른 선제적 점유 슬롯 구조의 두 가지 실시예들을 설명하기 위한 슬롯 구조도이다.
도 4는 본 발명에 따라 하위 슬롯들로 구성된 선제적 점유 슬롯의 구조에서 캐리어 센싱과 선제적 점유 신호의 전송 방법을 설명하기 위한 슬롯 구조도이다.
도 5는 본 발명에 따라 연속적으로 구성된 선제적 점유 슬롯의 구조에서 캐리어 센싱과 선제적 점유 신호의 전송 방법을 설명하기 위한 슬롯 구조도이다.
도 6은 본 발명에 따라 개방형 슬롯(open slot)을 구비한 슬롯 구조를 설명하기 위한 슬롯 구조도이다.
도 7은 본 발명에 따라 개방형 슬롯(open slot)을 구비한 슬롯 구조에서 랜덤 액세스 방식의 일 예를 설명하기 위한 슬롯 구조도이다.
도 8은 본 발명에 따라 개방형 슬롯(open slot)을 구비한 슬롯 구조에서 랜덤 액세스 방식의 다른 예를 설명하기 위한 슬롯 구조도이다.
도 9는 본 발명에 따른 랜덤 액세스 방법에서 선제적 점유 슬롯과 접속 데이터 슬롯의 유연한 활용의 예를 설명하기 위한 슬롯 구조도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

무선 통신 시스템에서는 좁은 대역폭에 많은 단말들이 접속을 요청하게 된다. 일반적인 랜덤 액세스 방식이 사용된다면, 단말들은 액세스 슬롯에서 자신의 접속 요청 데이터를 송신하게 된다.

도 1은 일반적인 랜덤 액세스 방식을 위한 데이터 슬롯(data slot) 및 랜덤 액세스 슬롯(random access slot) 구조를 설명하기 위한 슬롯 구조도이다.

즉, 도 1은 라디오 슬롯들의 한 주기(1 period) 구성을 예시한 것으로, 도 1을 참조하면, 랜덤 접속 슬롯(101, 103, 105)은 도 1의 (a) 또는 (b)에 보이는 것처럼 여러 데이터 슬롯들(102-1, 102-2, …, 102-9, 104-1, …, 104-4, 106-1, …, 106-4) 마다 하나씩 할당될 수도 있고, 도 1의 (c)에 보이는 것처럼 2개 이상의 랜덤 액세스 슬롯들(107, 108)이 연속적으로 할당될 수도 있다.

어떤 경우이든 하나의 랜덤 액세스 슬롯에 2개 이상의 단말들이 접속 요청 데이터를 보내면 충돌(collision)이 일어난다.

물론 충돌이 일어나면, 나중에 다시 접속 요청 데이터를 보낼 수 있다. 단말의 수가 적은 경우에는, 충돌이 일어나도 일정 시간(소위, back-off time) 후에 접속에 성공할 수 있다. 그러나, 단말의 수가 많은 경우에는 충돌이 생긴 이후, 적당한 알고리즘을 써서 일정 시간 후에 다시 접속 요청을 해도 계속 충돌이 나게 된다. 즉, 수많은 단말이 계속해서 충돌하고, 계속적으로 접속 요청을 하게 되기 때문에 단말들이 접속하는 것은 거의 불가능해 진다.

도 2는 본 발명에 따른 랜덤 액세스 방식을 위한 데이터 슬롯과 랜덤 액세스 슬롯 구조를 설명하기 위한 슬롯 구조도이다.

즉, 도 2는 도 1과 마찬가지로 라디오 슬롯들의 한 주기(1 period) 구성을 예시한 것으로, 도 2를 참조하면, 본 발명에서는 랜덤 액세스 슬롯을 2가지로 분리하여 구성한다. 하나는 선제적 점유 슬롯(preemptive occupation slot; 201-1 또는 203-1)이고, 다른 하나는 접속 데이터 슬롯(access data slot; 201-2 또는 203-2)이다.

이때, 선제적 점유 슬롯과 접속 데이터 슬롯은 도 2의 (a)처럼 연속되지 않고 일정 슬롯만큼 떨어져 구성할 수도 있고, 도 2의 (b)처럼 연속적인 슬롯으로 구성될 수도 있다.

먼저, 선제적 점유 슬롯은 단말이 접속 요청 데이터를 보내지 않고 단지 선제적 점유 신호(preemptive occupation signal)를 보내어 접속 권한을 먼저 차지하게 하기 위한 슬롯이다. 선제적 점유 신호는 다른 단말들이 캐리어 센싱으로 슬롯이 점유되었음을 알 수 있도록 하는 신호이다. 단순한 NULL 데이터 신호나 랜덤 데이터 신호 등을 사용할 수 있다.

다음으로, 접속 데이터 슬롯은 단말의 접속 요청 데이터(access request data)를 송신하기 위한 슬롯이다. 이 슬롯이 기존의 랜덤 접속 슬롯에 해당한다.

이렇게 두 개의 접속 슬롯으로 한번의 접속 요청을 처리하는 것은 어떤 면에서는 비효율적이다. 즉, 단말의 수가 적어서 충돌이 잘 일어나지 않는 상황에서는 접속 슬롯을 하나만 사용하는 것이 효율적일 것이다. 그러나, 충돌이 많이 일어나는 상황에서는 더 효율적일 수 있다.

선제적 점유 슬롯에서 단말이 캐리어 센싱(carrier sensing)을 수행하여 다른 단말이 선제적 점유 신호를 송신하고 있는가를 판단하여 다른 단말이 선제적 점유 신호를 송신하고 있지 않은 경우에만 선제적 점유 신호를 송신하기 때문에 대부분의 충돌을 피할 수 있다. 다시 말해, 기존의 랜덤 액세스 방식에서는 한 접속 슬롯에 여러 단말이 동시에 접속 시도를 하기 때문에 충돌이 발생한다. 반면, 본 발명에 따른 랜덤 액세스 방식에서는 여러 단말이 동시에 접속 요청 데이터를 전송하기 전에 캐리어 센싱하여 다른 단말의 데이터 신호나 선제적 점유 신호가 없는 경우에만 접속 시도를 하기 때문에 충돌이 잘 일어나지 않는다.

구체적인 설명을 위해서 선제적 점유 슬롯의 구조와 이 슬롯에서 단말이 동작하는 방법을 살펴보자.

도 3은 본 발명에 따른 선제적 점유 슬롯 구조의 두 가지 실시예들을 설명하기 위한 슬롯 구조도이다.

일 예로서, 도 3의 (a)를 참조하면, 본 발명에 따른 선제적 점유 슬롯(310)은 여러 개의 하위 슬롯(subslot)들(311 내지 318)으로 나누어져 구성될 수 있다. 도 3의 (a)와 같은 랜덤 액세스 슬롯 구조에서는, 단말이 하위 슬롯 단위로 캐리어 센싱을 하고 슬롯이 비었다고 판단하는 경우 선제적 점유 신호를 송신한다. 이 경우의 구체적인 하위 슬롯 단위 동작은 도 4를 통하여 후술된다.

다른 예로서, 도 3의 (b)를 참조하면, 본 발명에 따른 선제적 점유 슬롯은 연속적인 하나의 슬롯(320)으로 구성될 수 있다(즉, continuous preemptive occupation slot). 도 3의 (b)와 같은 랜덤 액세스 슬롯 구조에서는, 단말은 일정 시간 동안 연속적으로 캐리어 센싱을 하고 슬롯이 비었다고 판단하는 경우 선제적 점유 신호를 송신한다. 이 경우의 구체적인 슬롯 단위 동작은 도 5를 통하여 후술된다.

도 4는 본 발명에 따라 하위 슬롯들로 구성된 선제적 점유 슬롯의 구조에서 캐리어 센싱과 선제적 점유 신호의 전송 방법을 설명하기 위한 슬롯 구조도이다.

도 4를 참조하면, 랜덤 액세스 슬롯(24ms 길이)이 8개의 하위 슬롯(각 3ms 길이)들로 구성되는 경우에 단말이 캐리어 센싱과 선재적 점유 신호를 전송하는 방법을 예시하고 있다. 다만, 랜덤 액세스 슬롯을 구성하는 하위 슬롯의 개수와 길이는 다양하게 구성될 수 있을 것이다.

먼저, 도 4의 (a)의 경우는, 단말이 캐리어 센싱을 앞부분4개 하위 슬롯들(311~314) 동안 실시하고, 슬롯이 비었다고 판단하는 경우(즉, 다른 단말이 캐리어를 점유하고 있지 않다고 판단한 경우) 선제적 점유 신호를 뒷부분4개 하위 슬롯들(315~318) 동안 전송하는 구성을 예시하고 있다.

이에 반해서, 도 4의 (b)의 경우는, 단말이 캐리어 센싱을 앞부분 4개 하위 슬롯들(311~314) 동안 실시하고 슬롯이 비었다고 판단하는 경우(즉, 다른 단말이 캐리어를 점유하고 있지 않다고 판단한 경우), 2개의 하위 슬롯들(315, 316)의 시간만큼 지연한 이후에, 마지막 2개의 하위 슬롯들(317, 318) 동안 선제적 점유 신호를 전송하고 있다.

도 4의 (a)와 같은 구성은 가장 바람직하고 이상적인 경우이나, 이렇게 하기 위해서는 단말이 같은 주파수로 송신하면서 수신할 수 있는 기능이 있어야 하고, 이를 위해서 RF 송신기와 수신기가 복잡해진다.

따라서, 도 4의 (b)에 보여지는 것처럼, 4개의 하위 슬롯들(311~314) 동안 캐리어 센싱을 하고 2 하위 슬롯들(315, 316) 동안 쉬면서, 단말 RF 구성을 Rx 에서 Tx로 스위칭(RX to TX transition)한 후에 나머지 2 하위 슬롯들(317, 318) 동안 선제적 점유 신호를 송신한다. 이렇게 하면, 단말 RF가 같은 주파수에서 동시에 송수신할 필요가 없어진다.

반면, 도 4의 (c)와 같은 구성도 가능하다. 만약, 단말의 RF부의 구성에 따라서 Rx에서 Tx로 스위칭하는 시간이 한 슬롯 시간에 비해서 매우 짧다면, 단말은 하나 이상의 하위 슬롯 구간을 Rx-Tx 스위칭을 위하여 소모할 필요가 없을 것이다.

따라서, 캐리어 센싱을 수행하는 마지막 하위 슬롯(314)에서는 캐리어 센싱(314-1)을 좀 더 일찍 끝내어 약간의 여유 시간(314-2)을 확보한다. 이렇게 확보한 여유 시간은 Rx에서 Tx로 스위칭하거나 캐리어 센싱 결과를 판단하거나 Tx 신호를 준비하는 데에 사용할 수 있다.

선제적 점유 슬롯이 N개의 하위 슬롯으로 구성이 되었다고 하자. N은 1보다 큰 정수이다. 그리고, 캐리어 센싱은 첫 번째 하위 슬롯부터 A 번째 하위 슬롯까지 이루어진다. 여기서 A는 0보다 같거나 크고 N보다 작은 정수이다. 여기서, A가 0이라는 것은 단말이 캐리어 센싱 없이 무조건 선제적 점유 신호를 보내는 것을 의미한다. A를 결정하는 방법은 여러 가지가 있을 수 있지만, 가장 효율적인 방법은 0부터 N-1까지의 정수들을 같은 선택 확률로 랜덤하게 선택하는 것이다. 이렇게 하면, 여러 단말들의 선제적 점유 신호의 송신 시간 분포를 한 슬롯 전체에 고르게 분포시킬 수 있다(uniform distribution).

도 5는 본 발명에 따라 연속적으로 구성된 선제적 점유 슬롯의 구조에서 캐리어 센싱과 선제적 점유 신호의 전송 방법을 설명하기 위한 슬롯 구조도이다.

도 5를 참조하면, 연속적인 슬롯 구성에서 단말이 캐리어 센싱(Carrier Sensing)과 선제적 점유 신호를 전송하는 방법을 보여주고 있다.

우선, 도 5의 (a)에서는 단말이 랜덤 액세스 슬롯 구간(예컨대, 24ms)내에서 캐리어 센싱을 일정 시간(510) 동안 실시하고, 슬롯이 비었다고 판단하는 경우 선제적 점유 신호를 남은 슬롯 시간(511) 동안 전송하고 있다.

이에 반해서, 도 5의 (b)에서는 단말이 캐리어 센싱을 일정 시간 동안(520) 실시하고 슬롯이 비었다고 판단하는 경우 일정 지연 시간(521) 후에 남은 슬롯 시간(522) 동안 선제적 점유 신호를 전송하고 있다.

도 5의 (a)는 가장 바람직하고 이상적인 경우이다. 그러나, 앞서 서술한 바와 같이 이를 위해 단말이 같은 주파수로 송신하면서 수신할 수 있는 기능이 있어야 하는 단점이 있다. 따라서, 도 5의 (b)를 통해서 예시한 것과 같이, 일정 시간 동안 캐리어 센싱을 하고 다시 일정 지연 시간 동안 단말 RF 구성을 Rx에서 Tx로 스위칭한 후에 나머지 슬롯 시간 동안 선제적 점유 신호를 송신한다. 이렇게 하면, 단말 RF가 같은 주파수에서 동시에 송수신할 필요가 없어진다.

선제적 점유 슬롯이 연속적인 T 시간으로 구성이 되었다고 하자. 그리고, 캐리어 센싱은 슬롯 시작부터 A 시간까지 이루어진다. 여기서 A는 0보다 같거나 크고 T보다 작은 실수이다. 만약, A가 0이라는 것은 단말이 캐리어 센싱 없이 무조건 선제적 점유 신호를 보내는 것을 의미한다. A를 결정하는 방법은 여러 가지가 있을 수 있지만, 가장 효율적인 방법은 0보다 크거나 같고 T 보다 작은 실수들을 같은 선택 확률로 랜덤하게 선택하는 것이다. 이렇게 하면, 여러 단말들의 선제적 점유 신호의 송신 시간 분포를 한 슬롯 전체에 고르게 분포시킬 수 있다(uniform distribution).

충돌을 피하기 위해서는, 선제적 점유 슬롯의 두 구성 방법 모두에서, 캐리어 센싱의 종료시간이 선제적 점유 슬롯 시간에 고르게 분포되는 것이 중요하다. 두 단말이 같거나 비슷한 시간 동안 캐리어 센싱을 하면 결국 두 단말은 모두 서로 슬롯이 점유되지 않았다고 판단하여 선제적 점유 신호를 보낼 것이다. 따라서 충돌이 일어난다.

본 발명의 슬롯 구성과 접속 방법을 이용하면 상당히 효과적으로 충돌을 피할 수 있다. 어떤 시간에 접속을 원하는 단말이 단 2개만 있어도 기존의 방식은 100% 충돌을 일으키지만, 본 발명에서는 많은 단말이 동시에 접속을 원해도 충돌을 피할 수 있다. 왜냐하면 이상적인 경우 단말들이 같은 하위 슬롯에서 캐리어 센싱을 멈추는 경우에만 충돌이 일어나기 때문이다.

예를 들어 선제적 점유 슬롯이 도 4의 (a)처럼 8개의 하위 슬롯으로 나누어져 있을 때, 두 단말이 동시에 접속을 하려고 한다면 이상적인 경우 충돌 확률은 12.5% (= 1-7/8) 이 된다. 만약 단말이 셋이 동시 접속을 하려고 한다면, 충돌 확률은 23.4% (= 1-((7/8)x(7/8))) 이 된다. 심지어 동시 접속을 하려는 단말 수가 하위 슬롯 개수 8개보다 많은 10개 단말이라고 하더라도 충돌 확률은 73.7%로 100%보다 작다.

이상적인 경우, 선제적 점유 슬롯이 N 개의 하위 슬롯으로 나누어져 있고, 이 슬롯에 동시에 접속을 시도하는 단말의 수가 M 개이고, M개의 단말은 0부터 N-1까지의 정수들을 같은 확률로 랜덤하게 선택하여 선택한 하위 슬롯까지 캐리어 센싱을 할 때, 충돌 확률 Pc은 다음의 수학식 1과 같다.

수학식 1에서 알 수 있듯이, N이 커질수록 충돌 확률은 매우 작아진다. 또한, M이 아무리 크더라도 충돌확률은 항상 1보다 작기 때문에 시스템이 다운되는 일이 없다.

단말이 접속을 하게 되면, 그 다음의 절차는 일반적인 절차와 같다. 예를 들어, 단말의 접속 요청 신호를 기지국이 올바르게 수신한 경우 기지국은 해당 단말에게 정해진 채널과 슬롯을 통하여 ACK 및 컨트롤 데이터를 보낼 것이고, 해당 단말은 ACK와 컨트롤 데이터를 받은 후, 수신된 컨트롤 명령에 따라서 데이터를 기지국과 주고 받을 것이다. 기지국이 단말의 접속 신호를 제대로 수신하지 못한 경우에는 ACK를 보낼 수 없고 단말은 다시 접속 시도를 하게 된다. 혹은 기지국이 ACK를 보냈는데, 단말이 제대로 수신하지 못했을 경우에도 단말은 다시 접속 시도를 하게 된다.

지금까지, 도 3 내지 도 5를 통하여, 통신 시스템이 랜덤 액세스 슬롯과 데이터 슬롯을 구분하여 1 주기의 라디오 슬롯들을 구성하는 경우를 상정하여 본 발명을 설명하였다.

그러나, 통신 시스템의 경우 접속을 위한 접속 슬롯을 별도로 할당하지 않는 구성도 가능하다. 즉, 하나의 슬롯을 랜덤 액세스 슬롯이나 데이터 슬롯으로 용도를 한정하지 않는 구성이 가능하다. 이러한 슬롯을 개방형 슬롯(open slot)이라 명칭할 수 있을 것이다.

도 6은 본 발명에 따라 개방형 슬롯(open slot)을 구비한 슬롯 구조를 설명하기 위한 슬롯 구조도이다.

도 6은 1 주기의 라디오 슬롯들의 구성을 예시한 것으로, 도 6의 (a)를 참조하면, 단말은 어떤 슬롯에서도 항상 접속을 시도할 수 있고, 어떤 슬롯에서도 데이터를 송수신할 수 있다. 또 하나의 예로서, 도 6의 (b)를 참조하면, 단말은 슬롯 타입 A, B, C 를 선택하여 선택한 타입의 슬롯에서 항상 접속을 시도할 수 있다.

먼저, 도 6의 (a)에 예시된 슬롯 구조에서 동작 방법을 살펴본다. 이 구조는 모든 슬롯이 데이터 슬롯 또는 랜덤 액세스 슬롯으로 사용될 수 있다.

도 7은 본 발명에 따라 개방형 슬롯(open slot)을 구비한 슬롯 구조에서 랜덤 액세스 방식의 일 예를 설명하기 위한 슬롯 구조도이다.

도 7을 참조하면, 우선 접속 시도를 하고자 하는 단말은 라디오 슬롯(710)의 캐리어 센싱 구간(711)에서 캐리어 센싱을 하게 된다. 만약 어떤 다른 단말이 슬롯을 사용 중이라면 센싱을 수행한 단말은 캐리어 센싱 결과 슬롯이 점유되었다고 판단하여 선제적 점유 신호를 송신하지 않는다. 그러다가 언젠가는 캐리어 센싱의 결과 슬롯이 비었다고 판단하면 선제적 점유 신호 구간(711)에서 선제적 점유 신호를 송신하고 다음 슬롯(720)에서 접속 요청 데이터(access request data; 721)를 송신한다. 그리고 필요한 확인(ACK: acknowledgement)이 올 때까지 기다린다.

여기서, 같은 채널로는 ACK 가 올 수 없으므로 다른 채널로 ACK 가 전달되어야 한다. 이때, 단말은 ACK가 오는 슬롯까지 계속적으로 채널을 점유하기 위한 선제적 점유신호를 송신하여 채널을 점유한다. 예를 들어, 도 7과 같이 접속 요청 데이터를 송신한 후에 바로 다음 슬롯(730)에서 ACK(732)를 받는다고 가정하면 이 ACK를 받는 슬롯에서도 계속적으로 선제적 점유 신호(731)를 송신한다. 이후 ACK 가 검출되지 않으면, 다시 캐리어 센싱을 하여 접속을 시도하는 절차로 돌아간다.

ACK 가 검출되는 경우에는 데이터를 전송하는 절차로 넘어가게 된다. 예컨대, 단말은 라디오 슬롯들(740~760)에서 데이터(741, 751)를 전송하다가 더 이상 전송할 데이터가 없으면 데이터 송신을 중단한다(761). 그러면, 슬롯은 비게 되고 다른 단말이 접속을 시도할 수 있다.

다음으로, 도 6의 (b)에 예시된 슬롯 구조에서 동작 방법을 살펴본다. 이 구조는 단말과 관련된 타입의 슬롯들만 데이터 혹은 접속 슬롯으로 사용될 수 있다.

도 8은 본 발명에 따라 개방형 슬롯(open slot)을 구비한 슬롯 구조에서 랜덤 액세스 방식의 다른 예를 설명하기 위한 슬롯 구조도이다.

도 8을 참조하면, 우선 접속 시도를 하고자 하는 단말은 지정된 타입의 라디오 슬롯(예를 들어 여기서는 A타입의 라디오 슬롯; 810)의 캐리어 센싱 구간(811)에서 캐리어 센싱을 하게 된다. 만약 어떤 다른 단말이 슬롯을 사용 중이라면 센싱을 수행한 단말은 캐리어 센싱 결과 슬롯이 점유되었다고 판단하여 다음의 A타입의 슬롯에서 다시 캐리어 센싱을 수행한다. 만약 슬롯이 비어있어서 캐리어 센싱의 결과 슬롯이 점유되지 않았다고 판단하면, 선제적 점유 신호 송신 구간(812)에서 선제적 점유 신호를 송신하고 그 다음 A 타입의 슬롯(840)에서 접속 요청 데이터(ARD: Access Request Data; 841)를 송신한다. 그리고 필요한 ACK 가 올 때까지 기다린다.

여기서, 다른 채널 혹은 같은 채널로도 ACK 가 올 수가 있다는 점이 그림 6(a)의 구조와 다른 점이다. 예를 들어 도 8에 보이는 것처럼, 같은 채널의 C 타입 슬롯(860)에서 ACK를 받을 수 있다. 물론 이 경우에 C 타입 슬롯(860)은 데이터 전송보다는 컨트롤 용도로 주로 쓰이게 될 것이다. 예를 들어 도 8과 같이, 접속 요청 데이터를 송신한 후에 바로 다음의 타입 C 슬롯에서 ACK를 받는다고 가정하자. 그러면 C 슬롯에서ACK 가 검출되지 않으면, 다시 캐리어 센싱을 하여 접속을 시도하는 절차로 돌아가고. ACK 가 검출되면 데이터를 전송하는 절차로 넘어가게 된다. 단말은 데이터를 해당 타입 A의 슬롯(870)에서 전송하다가 더 이상 전송할 데이터가 없으면 데이터 송신을 중단한다. 그러면, A 타입의 슬롯은 비게 되고 다른 단말이 A 타입으로도 접속을 시도할 수 있다. 이런 과정이 도 8에 나타나 있다.

마지막으로 본 발명의 활용을 극대화하기 위해서 선제적 점유 슬롯과 접속 데이터 슬롯의 유연한 활용에 대해서 설명하겠다.

도 9는 본 발명에 따른 랜덤 액세스 방법에서 선제적 점유 슬롯과 접속 데이터 슬롯의 유연한 활용의 예를 설명하기 위한 슬롯 구조도이다.

시스템에 따라서 접속 요청 데이터의 길이는 길거나 짧을 수 있다. 만약 접속 요청 데이터의 길이가 길다면, 선제적 점유 슬롯의 뒷 시간 일부를 접속 요청 데이터의 일부를 보내는 것에 활용하고, 남은 접속 요청 데이터는 접속 데이터 슬롯에 할당할 수 있다. 도 9의 (a)는 이를 설명하기 위한 것으로, 선제적 점유 슬롯(910)의 일부 구간(911)이 접속 데이터 슬롯(920)과 함께 접속 요청 데이터(921)를 전송하기 위해서 이용되는 예를 보여주고 있다.

반면에, 만약 접속 요청 데이터의 길이가 짧다면, 접속 데이터 슬롯(920)의 앞부분 일부(922)를 선제적 점유를 하는 일에 사용하고, 남은 시간(923) 동안 접속 요청 데이터(924)를 보낼 수 있다. 이것은 도 9의 (b)에 나타나 있다.

이렇게 하면, 시스템의 상황에 맞게 좀 더 유연하게 본 발명을 적용할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

201-1, 203-1: 선제적 점유 슬롯
201-2, 203-2: 접속 데이터 슬롯
202-1 ~ 202-8, 204-1~2004-8: 데이터 슬롯

Claims (16)

1. 통신시스템의 랜덤 액세스 방법으로서,
   복수개의 하위 슬롯(sub slot)들로 구성된 라디오 슬롯(radio slot)의 적어도 하나의 하위 슬롯들로 구성된 제 1 부분에서 캐리어에 대한 센싱을 수행하는 단계; 및
   상기 제 1 부분에 대한 캐리어 센싱 결과, 상기 캐리어가 비점유 상태인 경우, 상기 라디오 슬롯의 상기 제 1 부분 이후의 적어도 하나의 하위 슬롯들로 구성된 제 2 부분에서 상기 캐리어를 통해 상기 캐리어에 대한 선제적 점유 신호(preemptive occupation signal)를 전송하는 단계를 포함한 랜덤 액세스 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 라디오 슬롯은 랜덤 액세스 슬롯(random access slot)인 랜덤 액세스 방법.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제 1 부분과 상기 제 2 부분 사이에 수신에서 송신으로 RF 스위칭(RF switching)을 위한 적어도 하나의 하위 슬롯들로 구성된 제 3 부분이 존재하는 랜덤 액세스 방법.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 제 1 부분에 포함된 하위 슬롯의 적어도 일부 구간에서 수신에서 송신으로 RF 스위칭을 수행하는 랜덤 액세스 방법.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 제 1 부분을 구성하는 하위 슬롯의 개수는 랜덤하게 결정되는 랜덤 액세스 방법.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 제 1 부분을 구성하는 하위 슬롯의 개수를 0 내지 A의 값을 가지는 자연수 랜덤 넘버를 이용하여 결정하고, 상기 랜덤 넘버의 발생 확률은 0 내지 A에서 균등하게(uniformly) 분포하는 랜덤 액세스 방법.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 선제적 점유 신호를 전송한 경우, 상기 라디오 슬롯 이후의 라디오 슬롯 또는 상기 라디오 슬롯의 일부 하위 슬롯에서 접속 요청 데이터(access data)를 전송하는 단계를 추가로 포함한 랜덤 액세스 방법.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 접속 데이터의 전송 이후에, 상기 접속 요청 데이터에 대한 확인을 수신할 때까지 선제적 점유 신호를 송신하고, 상기 접속 요청 데이터에 대한 확인을 수신한 경우 데이터를 송수신하는 단계를 추가로 포함한 랜덤 액세스 방법.
9. 통신시스템의 랜덤 액세스 방법으로서,
   연속적으로 구성된 라디오 슬롯(radio slot)의 제 1 부분에서 캐리어에 대한 센싱을 수행하는 단계; 및
   상기 제 1 부분에 대한 캐리어 센싱 결과, 상기 캐리어가 비점유 상태인 경우, 상기 라디오 슬롯의 상기 제 1 부분 이후의 제 2 부분에서 상기 캐리어를 통해 상기 캐리어에 대한 선제적 점유 신호(preemptive occupation signal)를 전송하는 단계를 포함한 랜덤 액세스 방법.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 라디오 슬롯은 랜덤 액세스 슬롯(random access slot)인 랜덤 액세스 방법.
11. 청구항 9에 있어서,
    상기 제 1 부분과 상기 제 2 부분 사이에 수신에서 송신으로 RF 스위칭을 위한 구간이 존재하는 랜덤 액세스 방법.
12. 청구항 9에 있어서,
    상기 제 1 부분의 적어도 일부 구간에서 수신에서 송신으로 RF 스위칭을 수행하는 랜덤 액세스 방법.
13. 청구항 9에 있어서,
    상기 제 1 부분의 구간 길이는 랜덤하게 결정하는 랜덤 액세스 방법.
14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제 1 부분의 구간 길이는 0 내지 A (A는 0보다 큰 실수)값을 가지는 실수 랜덤 넘버를 이용하여 결정하고, 상기 랜덤 넘버의 발생 확률은 0 내지 A에서 균등하게(uniformly) 분포하는 랜덤 액세스 방법.
15. 청구항 9에 있어서,
    상기 선제적 점유 신호를 전송한 경우, 상기 라디오 슬롯 이후의 라디오 슬롯 또는 상기 라디오 슬롯의 일부 구간에서 접속 요청 데이터(access request data)를 전송하는 단계를 추가로 포함한 랜덤 액세스 방법.
16. 청구항 15에 있어서,
    상기 접속 데이터의 전송 이후에, 상기 접속 요청 데이터에 대한 확인을 수신할 때까지 선제적 점유 신호를 송신하고, 상기 접속 요청 데이터에 대한 확인을 수신한 경우 데이터를 송수신하는 단계를 추가로 포함한 랜덤 액세스 방법.

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