KR20140136630A - 빔포밍 시스템에서의 rach 신호 송수신 기법 - Google Patents

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Abstract

본 명세서는 통신 시스템에서 빔포밍을 수행하는 기지국의 RACH(Randon Access Channel) 운용 방법에 있어서, 상기 기지국의 RACH 커버리지를 임의 기준에 따라서 제1 커버리지 및 제2 커버리지로 나누는 동작; 및 상기 임의 기준의 정보를 포함하는 RACH 구성 정보를 브로드캐스트하는 동작을 포함하는 기지국의 RACH 운용 방법을 제안함으로써, 기지국이 보유한 하드웨어 자원을 유연하게 운용할 수 있으며, 작은 커버리지의 경우 빠른 주기로 RACH 운용을 하여 RACH 지연을 낮추고 넓은 커버리지의 경우 긴 주기로 RACH 운용하여 RACH 지연을 수용함으로써 자연스러운 성능감소(graceful degradation)가 달성된다.

Description

빔포밍 시스템에서의 RACH 신호 송수신 기법{SCHEME FOR TRANSMITTING/RECEIVING RACH SIGNAL IN BEAMFORMING SYSTEMS}
빔포밍(Beamforming) 시스템에서 RACH(Random Access Channel; 랜덤 액세스 채널)의 커버리지(coverage)를 효율적으로 증대시키는 RACH 운용 기법에 관한 것이다.
무선 통신 시스템은 계속적으로 증가하는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 방향으로 발전하여 왔다.
4G(fourth generation) 통신 시스템은 데이터 전송률 증가를 위해 OFDMA(Orthogonal Frequency Divisional Multiple Access), MIMO(Multiple Input Multiple Output)등의 통신기술을 바탕으로 주로 주파수 효율성(Spectral Efficiency)을 개선하는 방향으로 기술 개발을 진행하였다. 그러나, 이러한 주파수 효율성 개선만으로는 폭증하는 무선 데이터 트래픽 수요를 만족시키기 어려울 수 있다.
최근 스마트폰 및 태블릿에 대한 수요 증가와 이를 바탕으로 다량의 데이터 트래픽을 요구하는 어플리케이션의 증가는 데이터 트래픽에 대한 요구를 더욱 가속화 시키고 있다. 이러한 트래픽 증가를 극복하기 위한 한가지 방법으로서 초고주파 영역에서의 초광대역 주파수를 활용하는 것이 고려되고 있다.
초고주파 대역에서의 무선 통신의 경우, 주파수 특성상 경로손실(path loss), 쉐도우 페이딩(shadow fading) 또는 반사손실(reflection loss) 등의 전파손실(propagation loss)이 증가할 수 있다. 이로 인해 초고주파의 (유효)도달거리는 상대적으로 짧아져서 초고주파 대역의 무선 통신 서비스는 커버리지(coverage; 서비스 영역)의 큰 감소를 초래하게 된다.
다른 한편으로는, 초고주파는 파장의 길이가 매우 짧으므로 다수의 작은 안테나를 이용한 빔포밍(beamforming)을 적용하기에 용이하다. 이에 따라, 빔포밍 기술의 적용을 통해 전파의 경로손실을 완화시킴으로써 전파의 전달 거리를 증가시키고 서비스 영역을 증대시킬 여지가 있다.
빔포밍 기반 시스템에서는 데이터 채널뿐 아니라 제어 채널에도 빔포밍 기법이 적용될 수 있는데, 예를 들어, 다운링크(downlink; DL)의 동기(synchronization) 획득을 위한 SS(synchronization signal; 동기 신호) 또는 업링크(uplink; UL)의 RACH 에도 빔포밍이 적용되어 운용될 수 있다.
특히 셀의 커버리지 한계(coverage limit)는 보통 RACH 의 커버리지에 의해 정해지기 때문에, RACH의 커버리지 증대를 위한 효율적인 빔포밍 운용 기법이 요구된다.
본 명세서는 RACH 커버리지의 증대를 위한 효율적인 빔포밍 운용 기법을 제공한다.
본 명세서는 RACH 커버리지를 2 이상의 단계로 나누어서 RACH 신호 송신/수신을 수행하기 위한 기지국과 단말의 운용 기법을 제공한다.
본 명세서는 기지국이 한정된 하드웨어 자원을 데이터 채널과 RACH 채널 사이에서 유연하게 운용할 수 있는 기법을 제공한다.
본 명세서는 단말이 자신이 속하는 RACH 커버리지의 단계를 결정하고 그에 따른 RACH 신호 송수신을 하는 기법을 제공한다.
본 명세서는 RACH 자원에 대한 단말간 전송 충돌을 최소화 하여 공해를 줄이고 RACH 성능 최적화를 달성하는 운용 기법을 제공한다.
본 명세서는 통신 시스템에서 빔포밍을 수행하는 기지국의 RACH(Randon Access Channel) 운용 방법에 있어서, 상기 기지국의 RACH 커버리지를 임의 기준에 따라서 제1 커버리지 및 제2 커버리지로 나누는 동작; 및 상기 임의 기준의 정보를 포함하는 RACH 구성 정보를 브로드캐스트하는 동작을 포함하는 기지국의 RACH 운용 방법을 제안한다.
또한 본 명세서는 통신 시스템에서 단말의 RACH 신호를 송신하는 방법에 있어서, 기지국으로부터 브로드캐스트되며, 상기 기지국의 RACH 커버리지를 제1 커버리지 및 제2 커버리지로 나누는 임의 기준의 정보를 포함하고, RACH 전송기회 주기, 상기 각각의 커버리지에 할당된 업링크 RACH 자원의 정보, 상기 각각의 커버리지의 수신 빔 스윕 주기, 및 상기 각각의 커버리지에 대한 RACH 응답 주기 중 적어도 하나를 더 포함하는 RACH 구성 정보를 수신하는 동작; 메트릭을 측정하는 동작; 상기 임의 기준 정보를 상기 측정된 메트릭과 비교하여 상기 단말이 속하는 RACH 커버리지를 결정하는 동작; 및 상기 단말이 속하는 RACH 커버리지에 할당된 업링크 RACH 자원을 이용하여 상기 RACH 신호를 송신하는 동작을 포함하는 단말의 RACH 신호 송신 방법을 제안한다.
또한 본 명세서는 통신 시스템에서 빔포밍을 수행하여 RACH(Randon Access Channel) 운용하는 기지국 장치에 있어서, 상기 기지국의 RACH 커버리지를 임의 기준에 따라서 제1 커버리지 및 제2 커버리지로 나누고, 상기 임의 기준의 정보를 포함하는 RACH 구성 정보를 브로드캐스트하도록 제어하는 제어부를 포함하는 기지국 장치를 제안한다.
또한 본 명세서는 통신 시스템에서 RACH 신호를 송신하는 단말 장치에 있어서, 기지국으로부터 브로드캐스트되며, 상기 기지국의 RACH 커버리지를 제1 커버리지 및 제2 커버리지로 나누는 임의 기준의 정보를 포함하고, RACH 전송기회 주기, 상기 각각의 커버리지에 할당된 업링크 RACH 자원의 정보, 상기 각각의 커버리지의 수신 빔 스윕 주기, 및 상기 각각의 커버리지에 대한 RACH 응답 주기 중 적어도 하나를 더 포함하는 RACH 구성 정보를 수신하도록 제어하고; 상기 단말의 메트릭을 측정하고; 상기 임의 기준 정보를 상기 측정된 메트릭과 비교하여 상기 단말이 속하는 RACH 커버리지를 결정하고; 상기 단말이 속하는 RACH 커버리지에 할당된 업링크 RACH 자원을 이용하여 상기 RACH 신호를 송신하도록 제어하는 제어부; 및 상기 제어부의 제어에 따라 상기 RACH 구성 정보를 수신하고 상기 RACH 신호를 송신하는 송수신부를 포함하는 단말 장치를 제안한다.
빔포밍 시스템은 업링크 RACH 커버리지를 다 단계로 나누어 운용함으로써, 기지국이 보유한 하드웨어 자원을 유연하게 운용할 수 있으며, 작은 커버리지의 경우 빠른 주기로 RACH 운용을 하여 RACH 지연을 낮추고 넓은 커버리지의 경우 긴 주기로 RACH 운용하여 RACH 지연을 수용함으로써 자연스러운 성능감소(graceful degradation)가 달성된다.
또한, 단말은 자신이 해당하는 업링크 RACH 커버리지 단계를 파악하여 해당하는 RACH 전송기회에만 RACH 신호를 전송함으로써, RACH 신호로 인한 타 단말에 대한 성능 간섭(즉, 공해)을 최소화할 수 있다.
도 1은 기존 셀룰러 대역의 주파수 대역과 초고주파수 대역 환경에서 거리에 따른 경로손실의 측정 결과를 보여주는 그래프;
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 빔포밍이 적용되지 않은 시스템에서 단말과 기지국간의 RACH 송수신 동작을 간략하게 예시한 도면;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔포밍 시스템에서 단말과 기지국간의 RACH 송수신 동작을 간략하게 예시한 도면;
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국 장치의 수신 관련 구성부의 예시도;
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국 장치의 수신 관련 구성부의 예시도;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔포밍 시스템에서 단말과 기지국간의 RACH 송수신 동작을 간략하게 예시한 도면;
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국의 RACH 운용 방법을 예시하는 도면;
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국의 RACH 신호 검출 및 RACH 응답 전송 방법의 예시도;
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 단말의 RACH 신호 송신 방법의 예시도;
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말 장치의 구성을 예시하는 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 자세한 설명에 앞서, 본 명세서에서 사용되는 몇 가지 용어들에 대해 해석 가능한 의미의 예를 제시한다. 하지만, 아래 제시하는 해석 예로 한정되는 것은 아님을 주의하여야 한다.
기지국(Base Station)은 단말과 통신하는 일 주체로서, BS, NodeB(NB), eNodB(eNB), AP(Access Point) 등으로 지칭될 수도 있다. 특히 RACH 신호에 한해서, 상기 기지국은 단말과의 관계에 있어서 수신국(receiving station)의 역할을 갖는다.
단말(User Equipment)은 기지국과 통신하는 일 주체로서, UE, 이동국(Mobile Station; MS), 이동장비(Mobile Equipment; ME), 디바이스(device), 터미널(terminal) 등으로 지칭될 수도 있다. 특히 RACH 신호에 한해서, 상기 단말은 기지국과의 관계에 있어서 송신국(transmitting station)의 역할을 갖는다.
RACH는 Random Access Channel(임의 접근 채널)의 약자로서, 단말이 기지국에게 제어 채널(control channel)의 할당을 요청할 수 있는 업링크의 임의 접근 채널을 통칭한다. 예를 들어 RACH는, 단말이 네트워크에 트래픽 채널을 요청하는 데이터를 기지국으로 전송하거나, 단말이 페이징 채널(paging channel)로부터 받은 메시지에 대한 응답을 기지국으로 보낼 때 사용되는 채널이며, LTE(Long Term Evolution) 시스템에서의 PRACH(Physical Random Access Channel)나 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16m 시스템에서의 레인징 채널(ranging channel) 등이 이에 해당한다. RACH 통신시 단말은 정해진 전력으로 기지국과 초기 접속을 시도하고, 접속이 되지 않으면 다시 전력을 조금 증가시켜 다시 접속하는 임의 접근 방식을 사용한다. RACH 신호는 RACH 채널을 통해 단말과 기지국이 통신하는 신호로서, 예를 들어, LTE의 Random Access Preamble 메시지나, IEEE 802.16m의 RNG-REQ 메시지 등이 될 수 있다. RACH 운용(operation)이란 RACH 채널을 운용한다는 의미로 될 수 있으며, RACH 자원의 할당, RACH 신호의 송신 및/또는 수신 중 어느 하나의 동작을 수행한다는 의미가 될 수 있다.
이하에서, 채널을 송신 또는 수신한다는 표현은 상기 채널을 통해 신호 또는 메시지 등을 송신 또는 수신한다는 의미로 해석될 수도 있다.
도 1은 기존 셀룰러 대역의 주파수 대역과 초고주파수 대역 환경에서 거리에 따른 경로손실의 측정 결과를 보여주는 그래프이다.
3G (third generation) 통신 시스템 또는 IEEE 802.16m, LTE 와 같은 4G의 통신 시스템의 경우 셀룰러 통신을 위해 대략 450MHz 내지 3.6GHz의 주파수 대역이 사용되고 있다.
식별번호 102에 의해 표시되는 두꺼운 점선은 초고주파 대역의 일 예로서 28GHz 대역의 주파수를 NLoS(Non Line of Sight: 비가시선) 상황에서 측정한 결과이고, 식별번호 104에 의해 표시되는 가는 점선은 기존 셀룰러 대역의 일 예인 1.8GHz 대역의 주파수를 NLoS 상황에서 측정한 결과이다. 식별번호 106에 의해 표시되는 두꺼운 실선은 28GHz 대역의 주파수를 LoS(Line of Sight: 가시선) 상황에서 측정한 결과이고, 식별번호 108에 의해 표시되는 가는 실선은 1.8GHz 대역의 주파수를 LoS 상황에서 측정한 결과이다.
도 1의 결과는 RACH 대역폭(BW)이 787.5KHz이고, 요구 SNR(Required SNR)은 -5.4 dB인 환경에서 측정되었다. 경로손실(PL)은 다음의 수학식 1에 의해 표현될 수도 있다.
Figure pat00001
여기서, d 는 송신단과 수신단 사이의 거리(distance)이며 단위는 미터(meter)이다. 또한, fc 는 동작 주파수(frequency)이고 단위는 GHz 이다.
도 1를 참조하면, 기존 셀룰러 대역(예: 1.8GHz 대역)을 사용하는 시스템의 경로손실(104)은 초고주파수 대역(예: 28GHz 대역)의 경로손실(102)에 비해 크지 않기 때문에, 기존 셀룰러 대역의 주파수는 NLoS 환경에서 -140dB의 경로손실 기준을 적용할 경우 반경이 1km인 셀까지 지원할 수 있음을 알 수 있다. 일반적인 도시의 상용 셀의 반경이 대략 290m 이고, 기지국 간 거리(ISD; inter site distance)가 대략 500m 정도임을 고려하면, 기존의 셀룰러 대역의 주파수(예: 1.8GHz)를 사용하여 RACH 채널을 디자인을 하더라도 시스템 오버헤드 측면에서 수용 가능하다. 이러한 이유로 현재의 3G 또는 4G 통신 시스템은 RACH 운용에서 송수신 빔포밍을 가정하지 않고 있다.
반면, 초고주파수 대역(예: 28GHz)에서는 기존 셀룰러 대역과 비교할 때 심한 경로손실이 발생한다. 도 1의 식별번호 102는 초고주파수 대역의 심한 경로손실로 인해 셀 반경이 크게 감소되는 현상을 보여준다. 동일한 환경(즉, NLoS, -140dB의 경로손실 기준)에서 기존 셀룰러 대역이 약 1km의 셀 반경을 지원할 때, 초고주파수 대역(예: 28GHz)은 140m의 셀 반경을 지원할 수 있다. 바꿔 말하면, 초고주파수 대역에서 기존 셀룰러 대역에서와 같은 큰 셀 반경을 지원하도록 RACH 채널을 디자인한다는 것은, 매우 큰 경로손실을 감수해야 한다는 것과, 그로 인해 시스템 오버헤드 측면에서 심각한 비효율성이 발생한다는 것을 의미한다.
초고주파수 대역에서 발생하는 경로손실을 줄임으로써 시스템 오버헤드를 줄이면서 큰 셀 반경을 지원하는 방법으로써 빔포밍을 통신 시스템에 적용하는 방안을 고려할 수 있다.
빔포밍을 적용한 통신 시스템에서, 기지국은 다양한 빔 패턴을 운용할 수 있도록 각각의 운용 패턴에 대응되는 RACH 구성(configuration) 정보를 단말들에게 브로드캐스트(broadcast)하고, 상기 브로드캐스트된 RACH 구성 정보를 수신한 단말은 상기 RACH 구성 정보를 이용하여 RACH 신호의 송신을 시도하게 된다.
UL RACH 신호 송신에 있어서 단말은 주파수 자원의 좁은 BW를 사용하고 시간 자원을 넓게 사용할수록, 잡음 전력(noise power)은 줄어들고 기지국의 수신 SNR(Signal to Noise Ratio; 신호대 잡음 비율)이 좋아져서, 결국 RACH 커버리지가 넓어지는 효과가 있다. 즉, RACH 커버리지 확장을 위해서는 주파수 자원의 좁은 BW(bandwidth; 대역폭)을 사용하는 것이 유리하다.
따라서, RACH 신호 송신에 있어서는, 좁은 BW에서 RACH를 송신 하고 기타 대역폭에서는 데이터 채널(예를 들어, LTE의 PUSCH(Physical Uplink Shared CHannel))을 송신하는, RACH와 데이터 채널 간 FDM(Frequency Divisional Multiplexing)을 적용하는 것이 바람직하다. 또한, 데이터 채널과 함께 FDM 적용된 RACH 신호를 수신하는 기지국은, 수신 빔포밍 운용에 있어서 RACH를 수신하기 위한 하드웨어(예를 들어, 수신 체인)를 데이터 채널의 수신을 위한 하드웨어(예를 들어, 수신 체인)와 별도로 운용해야 RACH 신호를 보다 잘 수신하게 된다. 또한, 기지국(RACH 수신국)과 단말(RACH 송신국) 사이의 거리 또는 그 사이에서 경로손실을 유발하는 장애물 등의 변수에 따라서 실시간으로 변화하는 커버리지에 능동적으로 대처(RACH 커버리지의 유연성 제공)하기 위해서는 기지국이 다양한 빔포밍 패턴을 운용하여 RACH 신호를 수신하는 것이 용이하다.
그러나, 기지국의 한정된 하드웨어 자원을 고려하면 RACH 만을 위한 전용의 H/W를 충분히 확보하여 운용하기가 어렵고, RACH 신호 수신을 위한 다양한 빔포밍 패턴을 운용하기도 쉽지 않다. 즉, 기지국의 한정된 하드웨어 자원으로 데이터 채널과 RACH를 FDM 운용하며 RACH 커버리지의 유연성(flexibility)을 제공 하기는 어려움이 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 빔포밍이 적용되지 않은 시스템(예를 들어, 3G 또는 4G 시스템)에서 단말과 기지국간의 RACH 송수신 동작을 간략하게 예시한 도면이다.
단말로부터의 RACH 신호 수신에 앞서, 기지국은 일정 주기의 RACH 전송기회(RACH opportunity)와 RACH 응답(RACH response)의 주기 및 RACH 채널에 사용될 UL 자원을 설정하고, 상기 주기 및 UL 자원의 정보들을 포함하는 RACH 구성(configuration) 정보를 단말에게 브로드캐스트(broadcast)한다. 상기 브로드캐스트된 RACH 구성 정보를 수신한 단말은 RACH 전송이 필요할 경우, 상기 구성 정보에 포함된 RACH 전송기회 주기에 맞추어 RACH 신호의 송신을 시도하고, 상기 구성 정보에 포함된 RACH 응답 주기에 맞추어 기지국으로부터 RACH 응답의 수신을 시도하고, 그 성공 여부를 확인한다.
도 2에서, 핀(큰 머리를 갖는)의 형태로 표시된 것들(202, 204)은 RACH 전송기회를 나타내며, 화살표(아래 방향을 향하는)의 형태로 표시된 것들(208, 210)은 RACH 응답을 나타낸다. 또한, TRACH(206)는 RACH 전송기회에 대한 주기를 나타내고, TRACH_RS(212)는 RACH 응답에 대한 주기이다.
기지국은 임의의(또는 미리 설정된) UL RACH 커버리지에 대해 RACH 전송기회(또는 그 주기)를 설정할 수 있는데, 상기 RACH 커버리지에서 벗어나는 단말은 보다 많은 RACH 전송기회에서 RACH 신호를 송신하게끔 시도 횟수를 증가시킨다. 또한, 상기 증가된 횟수에 따른, RACH 신호의 재전송에는 증가된 송신 전력이 적용된다. 따라서 상기 단말은 증가된 RACH 지연(latency)을 갖게 되고, 상기 증가된 RACH 신호의 송신 시도는 타 단말에게는 공해(: pollution) 또는 잡음으로 작용하게 된다. 여기서, 상기 RACH 지연은 평균 RACH 성공 시간으로 표현될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔포밍 시스템에서 단말과 기지국간의 RACH 송수신 동작을 간략하게 예시한 도면이다.
기지국은 수신 빔포밍을 RACH 운용에 적용할 경우, 수신 빔 스윕 주기(Rx beam sweep period) 내에 빔 방향 별로 수신 빔포밍을 실시하고, 실시 결과를 모두 취합하여 RACH 신호를 검출한 뒤 RACH 응답을 단말에게 송신한다.
기지국은 TRACH, TRACH _ SW 및 TRACH _ RS 를 설정하고 수신 빔포밍에 사용할 기지국의 하드웨어 체인(이하, 수신(Rx) 체인이라 함)을 할당한다. 상기 수신 체인은 아래에서 도 4a, 도 4b를 참조하여 보다 자세히 설명될 것이다.
도 3에서, 핀(큰 머리를 갖는)의 형태로 표시된 것들(300, 302, 304, 306)은 RACH 전송기회를 나타내며, 화살표(아래 방향을 향하는)의 형태로 표시된 것들(312, 314)은 RACH 응답을 나타낸다. 또한, TRACH(308)는 하나의 RACH 전송기회(300) 이후 다음 RACH 전송기회(302)까지의 기간(즉, RACH 전송기회 주기)을 나타낸다. TRACH _ SW(310)는 기지국(특히, 수신 체인)이 모든 방향의 수신 빔(320, 322, 324, 326)에 대해 스윕(sweep)하여 수신 빔포밍을 실시하는 기간(즉, 수신 빔 스윕 주기)이며, 한 세트의 방향에 대한 수신 빔포밍의 대상이되는 RACH 전송기회들(300, 302, 304, 306)을 모두 포함하는 기간이다. 한 세트를 구성하는 빔의 방향 2 이상이므로, 상기 수신 빔 스윕 주기는 상기 RACH 전송기회 주기의 2 이상의 정수배가 된다. TRACH _ RS(316)는 하나의 RACH 응답(312) 이후 다음 RACH 응답(314)까지의 기간(즉, RACH 응답 주기)이다.
도 4a, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국 장치의 수신 관련 구성의 예시도이다.
도 4a는 2 이상의 수신 체인(Rx chain)이 안테나부(400)에 포함된 하나의 어레이 안테나(array antenna)를 공유하는 형태이고, 도 4b는 2 이상의 수신 체인 각각이 안테나부(401)에 포함된 어레이 안테나를 각각 사용하는 형태이다. 예를 들어, 특정 어레이 안테나가 특정 수신 체인에 사용되도록 할당된 경우 도 4b가 예시하는 구조로 동작 될 수 있다. 그리고, 도 4a 및 도 4b의 어느 경우에나 수신 체인 별로 빔포밍이 수행 가능하다.
수신 빔포밍을 실시하기 위한 기지국은 안테나부(400 또는 401), 빔포밍부(402 또는 403), 하나 이상의 수신 체인(410, 420), 모뎀부(404)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 기지국은 상기 안테나부(400 또는 401), 빔포밍부(402 또는 403), 수신 체인(410, 420), 모뎀부(404)의 동작을 제어하는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
상기 안테나부(400 또는 401)는 하나 또는 다수의 안테나들의 집합체(어레이 안테나)로서, 무선 신호를 수신하는 다수의 어레이(array) 엘리먼트(element)들을 포함할 수 있다.
상기 빔포밍부(402 또는 403)는 상기 안테나부(400 또는 401)을 통해 수신하는 신호에 대하여 빔포밍을 수행한다. 구체적으로, 상기 빔포밍부(402 또는 403)는 상기 하나 이상의 안테나들을 통해 수신된 신호들의 위상을 조절하고, (선택적으로) 합산함으로써 수신 빔포밍을 수행한다. 상기 빔포밍부(402 또는 403)는 하나 이상의 증폭기(Power Amplifier; PA)(430), 하나 이상의 위상 변환기(Phase Shifter)(432), 및 하나 이상의 신호 합산기(434) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 특히, 상기 증폭기(430)는 상기 수신 체인(410)에 포함될 수도 있는데, 이 경우에는 상기 빔포밍부(402 또는 403)에 포함되지 않을 수 있다. 또한, 상기 위상 변환기(432)가 상기 빔포밍부(402 또는 403)에 하나만 구비되는 경우나 도 3(b)와 같이 수신 체인별로 별도의 어레이 안테나를 사용하는 경우에는 상기 신호 합산기(434)가 상기 빔포밍부(402 또는 403)에 포함되지 않을 수도 있다.
상기 수신 체인(410)은 상기 빔포밍부(402 또는 403)로부터 무선 주파수 대역의 수신 신호를 받아, 기저대역(baseband) 디지털 신호로 변환한다. 구체적으로, 상기 수신 체인(410)은 믹서(mixer; up converter)(412), 및 ADC(Analogue Digital Converter; 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 선택적으로, 상기 수신 체인(410)은 증폭기, FFT(Fast Fourier Transformer)(416) 및 P/S 변환기(Parallel/Serial converter)(418) 중 하나 이상을 더 포함할 수도 있다. 특히, 상기 증폭기(430)가 상기 빔포밍부(402 또는 403)에 포함되는 경우에는 상기 수신 체인(410)에는 포함되지 않을 수 있다. 2 이상의 수신 체인(410, 420)이 상기 기지국 장치에 구비될 수 있으며, 이로써 상기 기지국은 상기 수신 체인(410, 420)의 개수만큼 다수의 수신 빔을 동시에 형성할 수 있다.
상기 모뎀부(404)는, 상기 수신 체인(410, 420)으로부터 제공되는 기저대역 신호를 심벌(예를 들어, OFDM(Orthogonal Frequency Division Modulation) 심벌)단위로 분할하고, 복조(demodulation) 및 복호화(decoding)를 수행하여 수신 비트열을 복원한다. 상기 모뎀부(404)는 기저대역의 신호를 복호하는 기저대역 디코더(baseband decoder)(442) 및 MIMO 디코더(MIMO decoder)(444) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 제어부(미도시)는 이하에서 설명하는 기지국의 RACH 수신/응답 동작 및 상기 빔포밍 동작을 수행하도록 상기 수신 체인 등의 구성부를 제어하는 역할을 한다. 따라서, 특별히 언급이 없는 한 후술할 기지국의 동작은 상기 제어부의 동작인 것으로 이해할 수도 있음을 유의한다.
즉, 기지국은 다수의 수신 체인을 구비함으로써 다수의 수신 빔을 형성할 수 있는데, RACH 신호의 검출을 위한 수신 체인과 데이터 채널의 검출을 위한 수신 체인을 사전에 결정하여 RACH 운용에 적용한다. RACH 운용에 사용할 수신 체인의 개수는 최대 커버리지와 RACH 채널이 요구하는 성능(예를 들어, RACH 지연, 검출 실패(missing) 성능, 오류 경고(false alarm) 성능 등)을 고려하여 기지국이 결정하는데, 도 3의 실시예에서는 1 개의 수신 체인(Rx 체인 #1)이 RACH 신호 검출에 할당되었다.
기지국은 RACH 커버리지를 그 크기에 따라서 다단계(multi-class)로 나눈다. 예를 들어, 1단계의 커버리지를 셀 반경 290m이하로, 2단계의 커버리지를 셀 반경 500m 이하로, 3단계의 커버리지를 셀 반경 500m 초과로 설정할 수도 있다. 그리고 단말은 메트릭 측정을 통해 자신이 어느 단계의 커버리지에 속하는지를 결정할 수 있다. 예를 들어, 상기 단말은 메트릭 측정의 결과 다운링크 SINR이 -3dB 이상의 값을 가질 때 자신이 상기 1단계의 커버리지에 속해있다고 결정할 수 있다. 또 다른 예로서, 상기 단말은 메트릭 측정의 결과 경로손실이 -140dB 이상의 값을 가질 때 자신이 상기 1단계의 커버리지에 속해있다고 결정할 수도 있다. 또 다른 예로서, 상기 단말은 상기 메트릭 측정의 결과 다운링크 수신 신호의 세기(RSS, Received Signal Strength) 가 -80dBm 이상의 값을 가질 때 자신이 상기 1단계의 커버리지에 속해 있다고 결정할 수도 있다. 여기서 설명한 단계별 셀 반경의 수치(290m)는 단지 설명을 위한 예시일 뿐이며, 임의의 다른 값을 가질 수 있음은 명백하다. 즉, 상기 셀 반경의 수치가 본 발명의 권리범위를 한정하기 위함이 아님을 유의해야 한다.
그리고 상기 기지국은 각 커버리지 단계(coverage class)에 사용되는 수신 체인, 및 상기 수신 체인을 상기 각 커버리지 단계에서 운용하는 시간(RACH 전송기회 주기, 수신 빔 스윕 주기)을 설정하고, 상기 운용하는 시간에서의 수신 체인별 빔포밍 운용 방법을 달리 조합할 수 있다. 상기 조합된 상기 수신 체인별 빔포밍 운용 방법에 따라 상기 빔포밍부(402 또는 403)의 상기 위상 변환기(432)에 입력되는 값인 빔포밍 웨이트(beamforming weight)가 결정되므로, 상기 빔포밍 웨이트 값의 결정은 빔포밍 운용 방법의 결정과 같은 뜻으로 이해될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔포밍 시스템에서 단말과 기지국간의 RACH 송수신 동작을 간략하게 예시한 도면이다.
도 5(a) 및 도 5(b)를 참조하여, 다 단계로 나뉘어진 커버리지에 대해 하나 이상의 수신 체인을 RACH 신호 검출에 사용하는 빔포밍 운용 방법을 자세히 예시한다.
도 5가 도시하는 실시예에서는 상기 RACH 커버리지가 두 개의 단계로 나뉘었다. 여기서는 상대적으로 크기가 작은 커버리지의 단계를 첫 번째 단계 또는 첫 번째 커버리지(제1 커버리지)라 칭하고, 상대적으로 크기가 큰 커버리지의 단계를 두 번째 단계 또는 두 번째 커버리지(제2 커버리지)라 칭하기로 한다. 첫 번째와 두 번째가 지칭하는 대상이 반대로 바뀔 수 있음은 물론이다.
도 5(a)는 기지국에서 제1 커버리지를 위해 할당된 수신 체인 #1(410)과 단말간의 RACH 운용을 예시하고 있다.
기지국은, RACH 구성 정보에 RACH 전송기회 주기(TRACH, 502), 수신 빔 스윕 주기(TRACH _ SW, 500), 및 상기 각 주기(및 그 전송기회)에 대응되는 업링크 RACH 자원의 정보 중 하나 이상을 포함시켜 브로드캐스트함으로써, 단말이 상기 RACH 구성 정보를 수신하고 RACH 전송에 이용할 수 있게 한다. 상기 브로드캐스트되는 RACH 구성 정보에는 RACH 응답 주기가 더 포함될 수도 있다. 여기서, 업링크 RACH 자원이란 무선 자원(radio resource)을 의미하며, 기지국이 업링크 RACH 채널에 할당한 주파수 자원 및/또는 시간 자원을 의미할 수 있다.
상기 기지국은 TRACH (502)를 RACH 전송기회의 주기로 설정하고, 상기 RACH 전송기회(502)마다 한 번씩 방향 별 수신 빔포밍을 수행한다. 또한, 상기 기지국은 TRACH_SW1(500)을 제1 커버리지의 수신 빔 스윕 주기로 설정하고 매 RACH 전송기회 주기마다 한번씩 상기 주기(500) 동안 수신 빔포밍을 수행함으로써 한 세트의 방향에 대한 수신 빔포밍(510,512,514,516)을 수행하고, RACH 신호를 검출한다.
도 5(b)는 기지국에서 제2 커버리지를 위해 할당된 수신 체인 #1(410) 및 수신 체인 #2(420)과 단말간의 RACH 운용을 예시하고 있다.
상기 기지국은 상기 수신 체인 #2(420)를 RACH 신호의 검출에 추가로 할당한다. 상기 수신 체인 #2(420)의 경우 RACH 수신 빔포밍을 수행하는 기간이 상기 수신 체인 #1(410)과 다르다. 구체적으로 예를 들어, 상기 수신 체인 #2(420)이 한 세트의 방향에 대한 수신 빔포밍을 수행하는 최소 기간(즉, 제2 커버리지의 수신 빔 스윕 주기)인 TRACH _ SW2(504)은, 수신 체인 #1(410)이 한 세트의 방향에 대한 수신 빔포밍을 수행하는 최소 기간(즉, 제1 커버리지의 수신 빔 스윕 주기)인 TRACH_SW1(500)의 4배로 설정되었다. 즉 TRACH _ SW2 = 4 * TRACH _ SW1 이다. 이와 같은 이유로, 상기 수신 체인 #2(420)의 RACH 응답 주기는 상기 수신 체인 #1(410)의 RACH 응답 주기의 4배가 될 것이다.
그러나, 상기 제2 커버리지의 수신 빔 스윕 주기가 반드시 상기 제1 커버리지의 수신 빔 스윕 주기의 4배가 되어야만 하는 것은 아니다. 2배가 될 수도 있고, 4배 이상의 값으로 설정될 수도 있다. 상기 제1 커버리지의 수신 빔 스윕 주기 대비 상기 제2 커버리지의 수신 빔 스윕 주기의 크기(즉, 배수)는 통신 시스템의 주변 환경에 따라 적절한 선택이 가능할 것이다.
상기 배수가 작을수록 상기 제2 커버리지의 단말들에 대한 RACH 지연은 작아질 것이나, 상대적으로 단말의 RACH 신호 송신이 잦아지므로 발생되는 공해(또는 잡음)는 커지고, 기지국의 수신 체인이 데이터 채널의 수신에 사용될 기회는 줄어들게 된다. 반면에 상기 배수가 커질수록 상기 제2 커버리지의 단말들에 대한 RACH 지연은 커질 것이나, 상대적으로 단말의 RACH 신호 송신이 억제되므로 발생되는 공해(또는 잡음)는 작아지고, 기지국의 수신 체인이 데이터 채널의 수신에 사용될 기회는 늘어나게 된다. 이와 같이 상기 배수를 적절히 변경함으로써 기지국 수신 체인을 데이터 채널과 RACH 채널 사이에서 유연하게(flexible) 운용할 수 있다.
상기 수신 체인#1(410)은 한 세트의 방향에 대한 수신 빔포밍(510, 512, 514, 516)을 제1 커버리지의 수신 빔 스윕 주기에 포함된 4 번의 RACH 전송기회(520, 522, 524, 526)마다 수행한다. 한편, 상기 수신 체인#1(410)이 모든 방향에 대한 한 세트의 수신 빔포밍을 수행할 때, 상기 수신 체인 #2(420)은 단 한 번만의 수신 빔포밍을 수행한다.
상기 수신 체인#2(420)은 한 세트의 방향에 대한 수신 빔포밍(510, 530, 532, 534)을, 상기 수신 체인#1(410)과는 달리, 제2 커버리지 수신 빔 스윕 주기 동안에 매 제1 커버리지의 수신 빔 스윕 주기마다 한번씩의 RACH 전송기회(520, 540, 542, 544)에서 수행한다. 따라서, 상기 수신 체인#2(420)가 4 가지 방향에 대한 수신 빔포밍(510, 530, 532, 534)을 모두 수행하려면 수신 체인#1(410)이 4 세트의 수신 빔포밍을 수행하는 시간(즉, 상기 제2 커버리지의 수신 빔 스윕 주기)이 소요된다.
바꿔 말하면, 제2 커버리지에 속한 단말은 매 RACH 전송기회마다 RACH 신호를 전송하지 않아도 되고, 상기 제1 커버리지의 수신 빔 스윕 주기마다 한번씩만 RACH 신호를 전송하면 된다. 따라서 단말의 RACH 신호 송신 횟수가 획기적으로 줄어들며, 단말의 반복적 RACH 신호 송신으로 인한 공해 및 잡음을 줄일 수 있게 된다.
한편, 상기 수신 체인 #2(420)은 4번의 RACH 전송기회(520, 540, 542, 544)를 제외한 기간 즉, RACH 수신을 하지 않는 기간 동안에는 데이터 채널의 수신(550, 552, 554)을 할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따라 단계적 RACH 커버리지를 운용하면 한정된 하드웨어 자원(체인)을 효율적으로 사용할 수도 있다.
이상에서는, 제2 커버리지 단계의 RACH 수신을 위해 할당된 두 개의 수신 체인 #1, #2(410, 420)에 대한 빔포밍 운용 방법을 각기 다르게 적용하는 것으로 설명하였다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제2 커버리지 단계의 RACH 수신을 위해 할당된 두 개의 수신 체인 #1, 및 #2(410, 및 420)의 운용 방법을 동일하게 적용하는 것도 가능하다. 그러면 제2 커버리지 단계의 RACH 수신을 위해 할당된 상기 수신 체인#1(410)의 빔포밍 운용 방법을 상기 제2 커버리지 단계의 RACH 수신을 위해 할당된 수신 체인#2(420)의 빔포밍 운용 방법과 동일하게 적용할 수 있다. 다시 말하면, 상기 수신 체인#1도 수신 빔포밍을 모든 RACH 전송기회마다 수행하지 않고, 상기 제1 커버리지의 수신 빔 스윕 주기(TRACH _ SW1)마다 한 번만의 수신 빔포밍을 수행함으로써, 상기 제2 커버리지의 수신 빔 스윕 주기(TRACH _ SW2) 동안에 한 세트의 방향에 대한 수신 빔포밍을 수행하게 된다.
도 5에서 제1 커버리지에 대한 RACH 전송기회의 타임 인덱스(time index)를 i 라 하고, 제2 커버리지에 대한 RACH 전송기회의 타임 인덱스를 j 로 하면, j = 4*i + i 의 관계를 갖는다. 즉, i = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, ... 일 때 j = 0, 5, 10, 15, ... 의 값을 갖는다.
도 5(a)와 도 5(b)의 예시를 종합하면, 제1 커버리지는 수신 체인 #1(410)에서 수행하는 빔포밍 동작만으로 결정되고, 제2 커버리지는 수신 체인 #1(410) 뿐만 아니라 수신 체인 #2(420)가 수행하는 빔포밍 동작에 의해 결정된다.
제1 커버리지는 한 세트의 방향에 대한 수신 빔포밍이 완성되는 주기 TRACH_SW1이 짧고 이에 대응되는 RACH 응답 주기가 짧기 때문에 RACH 지연이 작아서 유리하다. 이 경우 상기 기지국은 하나의 수신 체인으로만 수신하는 이유로 커버리지가 (상대적으로) 작을 수 있지만, 대부분 셀의 중심(center) 부분에 위치하게 될 상기 제1 커버리지의 단말은 RACH 신호 송신의 확률이 높기 때문에, 빠른 주기로 RACH 운용을 하여 RACH 지연을 낮출 수 있다.
반면 제2 커버리지는 수신 체인#1과 수신 체인#2를 동시에 사용하여 RACH 신호를 수신함으로써 제1 커버리지보다 큰 서비스 영역을 담당할 수 있다. 상기 제2 커버리지에서는 한 세트의 방향에 대한 수신 빔포밍을 구성하는 주기인 TRACH _ SW2가 길어지고 이에 대응하여 RACH 응답 주기가 길어지기 때문에 RACH 지연이 커질 수 있지만, 대부분 셀의 경계(edge) 부분에 위치하게 될 상기 제2 커버리지의 단말들은 기본적으로 반복 RACH 송신으로 인한 RACH 지연이 크다. 따라서 2 이상의 수신 체인을 함께 사용하는 본 발명의 실시예는 RACH 지연을 희생하지만 상기 제2 커버리지의 단말에게 증가된 RACH 신호 송신 성공 확률을 제공하는 이점이 있다.
선택적으로, 상기 제2 커버리지의 RACH 신호에 대한 RACH 응답은 상기 제1 커버리지의 RACH 신호에 대한 RACH 응답과 함께 전송될 수도 있고, 혹은 별도로(즉, 각각) 전송될 수도 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예는, 기지국에서 가까이 있는 단말을 빠른 주기로 RACH 운용하여 RACH 지연을 낮추고, 상기 기지국에서 멀리 있는 단말을 긴 주기로 RACH 운용하여 RACH 지연을 용인하는 그레이스풀 디그라데이션(graceful degradation; 자연스러운 성능감소)를 달성한다. 또한, 상기 기지국에서 멀리 있는 단말의 RACH 지연 감소 포기에 대한 대가(reward)로써, 증가된 RACH 신호 송신 성공확률과, RACH 신호 송신 억제에 기인하는, 공해(또는 잡음) 방지의 효과를 얻을 수 있다.
상기 실시예에서는 기지국의 커버리지를 두 개로 나누고, 2개의 수신 체인을 이용하여 빔포밍을 운용하는 경우가 예시되었으나, 3개 이상의 커버리지들로 나누는 운용이나, 3개 이상의 수신 체인들을 이용하여 빔포밍을 운용하는 경우에서도 적용될 수 있음은 물론이다. 커버리지가 3개인 경우를 구체적으로 예를 들면, 상기 제1 커버리지에 대한 RACH 전송기회의 타임 인덱스 i 와 상기 제2 커버리지에 대한 RACH 전송기회의 타임 인덱스 j 는 j = 4*i + i 의 관계를 갖고(빔 방향의 개수가 4인 경우), i = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, ... 일 때 j = 0, 5, 10, 15, ... 의 값을 가질 있는데, 제3 커버리지에 대한 운용이 적용 가능하며, 부가적인 수신 체인 #3을 더 구비하여 운용할 수도 있다. 이때, 상기 제3 커버리지에 대한 RACH 전송기회의 타임 인덱스를 k 라 하면, 일 예로서, k= 4*4*i + i의 관계를 가질 수 있고, k = 0, 17, 34, 51, ... 와 같은 값을 가질 수 있을 것이다. 다른 대안에서는, 어느 하나의 커버리지에 대해 둘 이상의 수신 체인을 사용하도록 빔포밍을 운용할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국의 RACH 운용 방법을 예시하는 도면이다.
상기 기지국은 운용 환경에 따라 UL RACH 커버리지가 달라지므로 설치 시 커버리지를 몇 단계로 나누어 운용할 것인지 결정한다. 또한, 상기 기지국은 임의의 단말이 자신이 속하는 커버리지 단계를 결정하는데 사용할 ‘기준’을 결정할 수 있다(600).
상기 기지국은 상기 커버리지 단계에 따라 RACH 신호의 검출을 위해 사용되는 수신 체인을 결정하고, 상기 각 커버리지 단계별로 RACH 운용에 사용될 UL RACH 자원의 할당을 결정한다(610). 이때, 상기 기지국은 상기 각각의 커버리지에 대해 RACH 신호 수신 빔포밍을 수행하기 위한 수신 빔 스윕 주기와 RACH 응답 주기를 결정할 수 있다.
상기 커버리지 단계를 결정하는 ‘기준’의 정보를 상기 RACH 구성 정보(RACH 전송기회 주기, 수신 빔 스윕 주기, 커버리지 단계별 할당된 UL RACH 자원 등)와 함께 브로드캐스트 채널로 전송할 수 있다(620). 또는 상기 ‘기준’의 정보는 상기 RACH 구성 정보에 포함되어 브로드캐스트 채널로 전송될 수도 있다.
상기 RACH 구성 정보와 함께 브로드캐스트 채널을 통해 전송되는 상기 ‘기준’의 정보는 상기 커버리지를 2이상의 단계로 나누기 위한 임계값 정보를 포함하며, 결정의 기준이 되는 속성 정보를 더 포함할 수도 있다.
상기 속성 정보의 일 예로서 다운링크 채널 품질이 사용될 수 있다. 가령 상기 기지국은 업링크 RACH 커버리지를 두 단계로 나누고, 장기 평균(long-term average) SINR(Signal to Interference Noise Ratio; 신호대간섭잡음비율) 값 -3dB를 임계값(threshold)으로 설정할 수 있다. 이 경우 단말은 다운링크 장기 평균 SINR을 측정하여 -3dB보다 작을 경우 제2 커버리지 단계에 대응되는 RACH 구성 정보를 사용하여 RACH 신호 송수신 동작을 수행하고, 상기 측정된 다운링크 장기 평균 SINR이 -3dB와 같거나 그보다 클 경우 제1 커버리지에 대응되는 RACH 구성 정보를 사용하여 RACH 송수신 동작을 수행한다. 또 다른 예로, 상기 기지국은 수신 신호 세기(Received Signal Strength; RSS) 값을 기준으로 상기 커버리지를 나눌 수도 있다. 예를 들어, RSS 가 -80dBm 이상의 값을 가질 때 상기 제1 커버리지에 대응되는 것으로 결정할 수도 있다.
상기 속성 정보의 다른 예로는 경로손실 값이 사용될 수도 있다. 따라서, 기지국과 단말간에 커버리지 단계를 결정할 ‘기준’에 대한 사전 약속이 되어 있지 않은 경우에는 기지국이 상기 ‘기준’으로서 속성 정보 및 임계값 정보를 함께 브로드캐스트 하지만, 상기 ‘기준’에 대한 사전 약속이 되어 있는 경우에는 상기 속성 정보를 제외한 상기 임계값 정보만을 상기 RACH 구성 정보와 함께 브로드캐스트 채널로 전송할 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국의 RACH 신호 검출 및 RACH 응답 전송 방법의 예시도이다.
상기 기지국은 RACH 신호 검출에 앞서, RACH 커버리지 단계를 나누고(600), 이에 대응되는 RACH 구성 정보를 결정하며(610), 상기 결정된 RACH 구성 정보를 브로드캐스트 할 수 있다(620). 그리고, 상기 기지국은 이와 같이 결정된 각 RACH 커버리지 단계에 따른 RACH 신호 검출 방법을 다음과 같이 운용할 수 있다.
도 5(a)을 참조하면, 제1 RACH 커버리지 단계(좁은 커버리지)에서의 RACH 신호 수신을 위해 상기 기지국은 하나의 수신 체인(410)으로 RACH 신호의 검출을 시도한다. 상기 기지국은 상기 수신 체인#1(410)을 이용하여 매 RACH 전송기회마다 한 번씩의 수신 빔포밍을 제1 커버리지의 수신 빔 스윕 주기(TRACH _ SW1) 동안 수행함으로써, 한 세트의 방향에 대한 수신 빔포밍을 수행한다. 상기 기지국은 상기 제1 커버리지의 수신 빔 스윕 주기(TRACH _ SW1) 동안에 수신한 신호를 모아 RACH 신호의 검출을 시도할 수 있다. 상기 기지국은 매 제1 커버리지의 수신 빔 스윕 주기(TRACH _ SW1)마다 RACH 신호의 검출을 시도한다(700).
상기 기지국은 상기 검출의 성공에 대응되는 응답을 RACH 응답 주기에 전송한다(710). 상기 기지국은 계속하여 RACH 신호를 검출하기 위해 다시 700 단계로 이동할 수도 있다.
도 5(b)를 참조하면, 제2 RACH 커버리지 단계(큰 커버리지)에서의 RACH 신호 수신을 위해 상기 기지국은 상기 수신 체인#1(410)에 더하여 수신 체인#2(420)를 이용하여 RACH 신호의 검출을 시도한다. 상기 기지국은 상기 수신 체인#2(420)를 이용하여 매 제1 커버리지의 수신 빔 스윕 주기(TRACH _ SW1) 마다 한 번만의 수신 빔포밍을 제2 커버리지의 수신 빔 스윕 주기(TRACH _ SW2) 동안 수행함으로써, 한 세트의 방향에 대한 수신 빔포밍을 수행한다. 구체적으로, 상기 수신 체인#2(420)은 0번째, 5번째, 10번째, 15번째, RACH 전송기회에서 수신 빔포밍을 수행하여 수신 신호를 모으고 RACH 검출을 시도한다. 상기 기지국은 상기 제2 커버리지의 수신 빔 스윕 주기(TRACH _ SW2) 동안에 수신한 신호를 모아 RACH 신호의 검출을 시도할 수 있다. 상기 기지국은 매 제2 커버리지의 수신 빔 스윕 주기(TRACH _ SW2)마다 RACH 신호의 검출을 시도한다(700).
상기 기지국은 상기 검출의 성공에 대응되는 응답을 RACH 응답 주기에 전송한다(710). 상기 기지국은 계속하여 RACH 신호를 검출하기 위해 다시 700 단계로 이동할 수도 있다.
이때, 상기 기지국은 상기 수신 체인#1(410)을 상기 제2 RACH 커버리지 단계에서의 수신 체인#2(420)의 운용 방법과 동일하게 운용할 수도 있고, 상기 제1 RACH 커버리지 단계에서의 수신 체인#1(410)의 운용 방법과 동일하게 운용할 수도 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 단말의 RACH 신호 송신 방법의 예시도 이다.
단말은 기지국으로부터 SS(동기 신호)를 수신하고 이를 이용하여 시간 동기를 맞춘 뒤, 브로드캐스트 채널을 통해 상기 기지국으로부터 RACH 구성 정보를 수신한다(800).
상기 단말은 메트릭(metric) 측정(: 단말의 무선 환경 측정)을 수행하여 자신(단말)의 RACH 커버리지 단계를 결정하는데, 상기 결정의 기준이 되는 속성 정보는 예로써, 다운링크 SINR, RSS 또는 경로손실 등이 될 수 있고, 상기 속성 정보는 상기 RACH 구성 정보에 포함되어 브로드캐스트 되거나, 상기 단말과 기지국간에 미리 약속되어 정해질 수도 있다. 상기 단말은 다운링크 SINR, RSS 또는 경로 손실을 측정하고, 상기 RACH 구성 정보에 포함되어 있는 커버리지 결정의 기준인 임계값과 비교하여 자신의 RACH 커버리지의 단계를 결정한다(802).
상기 단말은 상기 결정된 커버리지 단계에 해당하는 RACH 구성 정보(예를 들어, RACH 전송기회, 할당된 RACH 자원 정보, RACH 응답 주기 및 시점, 시퀀스 종류, 기지국 수신 빔포밍을 위한 반복 전송 횟수 등)를 이용하여 RACH 신호의 송신을 수행한다(804).
상기 단말은 상기 기지국으로부터 RACH 응답을 수신을 시도한다(806).
상기 단말이 상기 RACH 응답의 수신에 실패할 경우, 상기 804 단계로 이동하여 다시 RACH 신호의 송신을 시도하거나, 상기 802 단계로 이동하여 메트릭 측정을 다시 실시하고 RACH 커버리지 단계를 재설정한 후에 다시 RACH 신호 송신을 시도하거나, 상기 800 단계로 이동하여 상기 기지국이 브로드캐스트하는 브로드캐스트 채널(예를 들어, BCH)을 수신 및 업데이트하여 새롭게 RACH 신호 송신 동작에 반영한 후 다시 RACH 신호 송신을 시도할 수도 있다.
상기 806 단계에서 상기 단말이 상기 RACH 응답의 수신에 성공한 경우에는, 필요에 따라서, 업링크 전송을 수행할 수도 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말 장치의 구성을 예시하는 도면이다.
단말 장치(900)는 RACH 신호의 송신 및 RACH 응답의 수신을 수행하는 송수신부(910)와, 상기 송수신부(920)를 통해 상기 RACH 신호의 송신 및 상기 RACH 응답의 수신을 제어하는 제어부(910)를 포함한다. 상기 제어부(910)는 상기 송수신부(900)에 대한 제어 외에도, 상기 도 8에서 설명한 단말의 RACH 송신 동작을 전반적을 제어한다. 따라서, 본 명세서에서 단말이 어떠한 동작을 수행한다는 것은 상기 단말의 제어부(910)가 동작을 수행한다는 것으로 이해할 수도 있다.
상기 송수신부(900)와 상기 제어부(910)는 각각 RF 모듈과 프로세서와 같이 별도의 모듈로 구현될 수도 있으나, 하나의 모듈로 구현될 수도 있음을 유의하여야 한다.
상기 제어부(910)은 프로세서(미도시)와 메모리(미도시)를 포함할 수 있는데, 상기 메모리는 상기 프로세서가 읽고 해석할 수 있는 명령(instruction)들의 형태로 상기 단말의 RACH 신호 송수신 동작을 저장할 수 있다.
상기 도 4a, 도 4b 및 도 9가 예시하는 기지국 장치 및 단말 장치의 구성도는 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 의도가 없음을 유의하여야 한다. 즉, 상기 도 4a, 도 4b 및 도 9에 포함된 모든 구성부를 발명의 실시를 위한 필수구성요소로서 도시한 것이 아니며, 일부 구성요소 만을 포함하여도 구현될 수 있다.
상기 도 6 내지 도8 이 예시하는 동작 흐름도는 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 목적이 아님을 유의해야 한다. 즉, 상기 도 6 내지 도 8이 설명하는 동작들은 기지국 또는 단말의 RACH 송수신 방법의 구성을 예시하는 것일 뿐이며, 반드시 모든 과정이 포함되어야 구현 가능함을 한정하지 않는다.
앞서 설명한 동작들은 해당 프로그램 코드를 저장한 메모리 장치를 기지국 장치 또는 단말 장치 내의 임의의 구성부에 구비함으로써 실현될 수 있다. 즉, 기지국 장치 및 단말 장치의 제어부는 메모리 장치 내에 저장된 프로그램 코드를 프로세서 혹은 CPU(Central Processing Unit)에 의해 읽어내어 실행함으로써 앞서 설명한 동작들을 실행할 수 있다.
본 발명에서 설명되는 상기 기지국 및 단말의 다양한 구성부들과, 모듈(module)등은 하드웨어(hardware) 회로, 일 예로 상보성 금속 산화막 반도체(complementary metal oxide semiconductor) 기반 논리 회로와, 펌웨어(firmware)와, 소프트웨어(software) 및/혹은 하드웨어와 펌웨어 및/혹은 머신 판독 가능 매체에 삽입된 소프트웨어의 조합과 같은 하드웨어 회로를 사용하여 동작될 수도 있다. 일 예로, 다양한 전기 구조 및 방법들은 트랜지스터(transistor)들과, 논리 게이트(logic gate)들과, 주문형 반도체와 같은 전기 회로들을 사용하여 실시될 수 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (26)

  1. 통신 시스템에서 빔포밍을 수행하는 기지국의 RACH(Randon Access Channel) 운용 방법에 있어서,
    상기 기지국의 RACH 커버리지를 임의 기준에 따라서 제1 커버리지 및 제2 커버리지로 나누는 동작; 및
    상기 임의 기준의 정보를 포함하는 RACH 구성 정보를 브로드캐스트하는 동작을 포함하는 기지국의 RACH 운용 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 나누는 동작 이후에,
    상기 나누어진 각각의 커버리지에 사용할 하나 이상의 수신 체인을 결정하고, 상기 각각의 커버리지의 수신 빔 스윕 주기를 결정하고, 상기 각각의 커버리지에 업링크 RACH 자원을 할당하는 동작을 더 수행함을 특징으로 하는 기지국의 RACH 운용 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 RACH 구성 정보는,
    RACH 전송기회 주기, 상기 각각의 커버리지에 할당된 상기 업링크 RACH 자원의 정보, 상기 각각의 커버리지의 수신 빔 스윕 주기, 및 상기 각각의 커버리지에 대한 RACH 응답 주기 중 적어도 하나를 더 포함함을 특징으로 하는 기지국의 RACH 운용 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 수신 체인을 결정하는 동작은,
    상기 제1 커버리지에는 제1 수신 체인을 사용하도록 결정하고 상기 제2 커버리지에는 상기 제1 수신 체인 및 제2 수신 체인을 사용하도록 결정하는 동작임을 특징으로 하는 기지국의 RACH 운용 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 커버리지에는 상기 제1 수신 체인, 상기 제2 수신 체인 및 하나 이상의 제3 수신 체인을 사용하도록 결정하는 동작임을 특징으로 하는 기지국의 RACH 운용 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 나누는 동작은, 상기 RACH 커버리지를 상기 임의 기준에 따라서 상기 제1 커버리지, 상기 제2 커버리지 및 제3 커버리지로 나누는 동작이며,
    상기 수신 체인을 결정하는 동작은, 상기 제1 커버리지에는 제1 수신 체인을 사용하도록 결정하고 상기 제2 커버리지에는 상기 제1 수신 체인 및 제2 수신 체인을 사용하도록 결정하고 상기 제3 커버리지에는 상기 제1 수신 체인, 상기 제2 수신 체인 및 제3 수신 체인을 사용하도록 결정하는 동작임을 특징으로 하는 기지국의 RACH 운용 방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제1 커버리지에 대해 상기 제1 수신 체인이, 매 상기 RACH 전송기회 주기마다 한 번씩의 수신 빔포밍을 상기 제1 커버리지의 수신 빔 스윕 주기 동안 수행함으로써 한 세트의 방향에 대한 수신 빔포밍을 수행하는 동작을 더 수행함을 특징으로 하는 기지국의 RACH 운용 방법.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 제2 커버리지에 대해 상기 제1 수신 체인이, 매 상기 RACH 전송기회 주기마다 한 번씩의 수신 빔포밍을 상기 제1 커버리지의 수신 빔 스윕 주기 동안 수행함으로써 한 세트의 방향에 대한 수신 빔포밍을 수행하는 동작을 더 수행하고,
    상기 제2 커버리지에 대해 상기 제2 수신 체인이, 매 상기 제1 커버리지의 수신 빔 스윕 주기마다 한 번씩의 수신 빔포밍을 상기 제2 커버리지의 수신 빔 스윕 주기 동안 수행함으로써 한 세트의 방향에 대한 수신 빔포밍을 수행하는 동작을 더 수행하되,
    상기 제2 커버리지의 수신 빔 스윕 주기는 상기 제1 커버리지의 수신 빔 스윕 주기의 2 이상의 정수 배임을 특징으로 하는 기지국의 RACH 운용 방법.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 제2 커버리지에 대해 상기 제1 수신 체인 및 상기 제2 수신 체인이, 매 상기 제1 커버리지의 수신 빔 스윕 주기마다 한 번씩의 수신 빔포밍을 상기 제2 커버리지의 수신 빔 스윕 주기 동안 수행함으로써 한 세트의 방향에 대한 수신 빔포밍을 수행하는 동작을 더 수행하되,
    상기 제2 커버리지의 수신 빔 스윕 주기는 상기 제1 커버리지의 수신 빔 스윕 주기의 2 이상의 정수 배임을 특징으로 하는 기지국의 RACH 운용 방법.
  10. 제7항 내지 제9항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 한 세트의 방향에 대한 수신 빔포밍을 통해 상기 제1 커버리지의 RACH 신호 또는 상기 제2 커버리지 RACH 신호의 검출을 시도하고, 상기 시도가 성공인 경우 상기 RACH 응답 주기에 맞춰 상기 RACH 신호에 대한 RACH 응답을 전송하는 동작을 더 수행하되,
    상기 제2 커버리지의 RACH 신호에 대한 상기 RACH 응답은 상기 제1 커버리지의 RACH 신호에 대한 상기 RACH 응답과 별도로 전송되거나 또는 함께 전송됨을 특징으로 하는 기지국의 RACH 운용 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 임의 기준은 단말의 다운링크 SINR(Signlal to Interference Noise Ratio), RSS(Received Signal Strength) 및 상기 단말의 경로 손실 중 어느 하나이며,
    상기 임의 기준의 정보는 임계값 정보를 포함함을 특징으로 하는 기지국의 RACH 운용 방법.
  12. 통신 시스템에서 단말의 RACH 신호를 송신하는 방법에 있어서,
    기지국으로부터 브로드캐스트되며, 상기 기지국의 RACH 커버리지를 제1 커버리지 및 제2 커버리지로 나누는 임의 기준의 정보를 포함하고, RACH 전송기회 주기, 상기 각각의 커버리지에 할당된 업링크 RACH 자원의 정보, 상기 각각의 커버리지의 수신 빔 스윕 주기, 및 상기 각각의 커버리지에 대한 RACH 응답 주기 중 적어도 하나를 더 포함하는 RACH 구성 정보를 수신하는 동작;
    메트릭을 측정하는 동작;
    상기 임의 기준 정보를 상기 측정된 메트릭과 비교하여 상기 단말이 속하는 RACH 커버리지를 결정하는 동작; 및
    상기 단말이 속하는 RACH 커버리지에 할당된 업링크 RACH 자원을 이용하여 상기 RACH 신호를 송신하는 동작을 포함하는 단말의 RACH 신호 송신 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 송신하는 동작은,
    상기 결정된 RACH 커버리지가 상기 제2 커버리지인 경우, 상기 제2 커버리지에 할당된 업링크 RACH 자원을 이용하여, 매 상기 제1 커버리지의 수신 빔 스윕 주기마다 한 번씩만 상기 RACH 신호를 송신하는 동작이며,
    상기 제1 커버리지의 수신 빔 스윕 주기는 상기 RACH 전송기회 주기의 2 이상의 정수배임을 특징으로 하는 단말의 RACH 신호 송신 방법.
  14. 통신 시스템에서 빔포밍을 수행하여 RACH(Randon Access Channel) 운용하는 기지국 장치에 있어서,
    상기 기지국의 RACH 커버리지를 임의 기준에 따라서 제1 커버리지 및 제2 커버리지로 나누고, 상기 임의 기준의 정보를 포함하는 RACH 구성 정보를 브로드캐스트하도록 제어하는 제어부를 포함하는 기지국 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    수신 빔포밍을 수행하는 하나 이상의 수신 체인을 더 포함하되,
    상기 제어부는, 상기 나누어진 각각의 커버리지에 사용할 상기 하나 이상의 수신 체인을 결정하고, 상기 각각의 커버리지의 수신 빔 스윕 주기를 결정하고, 상기 각각의 커버리지에 업링크 RACH 자원을 할당하는 동작을 더 수행함을 특징으로 하는 기지국 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 RACH 구성 정보는,
    RACH 전송기회 주기, 상기 각각의 커버리지에 할당된 상기 업링크 RACH 자원의 정보, 상기 각각의 커버리지의 수신 빔 스윕 주기, 및 상기 각각의 커버리지에 대한 RACH 응답 주기 중 적어도 하나를 더 포함함을 특징으로 하는 기지국 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제1 커버리지에는 제1 수신 체인을 사용하도록 결정하고 상기 제2 커버리지에는 상기 제1 수신 체인 및 제2 수신 체인을 사용하도록 결정함을 특징으로 하는 기지국 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제2 커버리지에는 상기 제1 수신 체인, 상기 제2 수신 체인 및 하나 이상의 제3 수신 체인을 사용하도록 결정함을 특징으로 하는 기지국 장치.
  19. 제15항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 RACH 커버리지를 상기 임의 기준에 따라서 상기 제1 커버리지, 상기 제2 커버리지 및 제3 커버리지로 나누며, 상기 제1 커버리지에는 제1 수신 체인을 사용하도록 결정하고 상기 제2 커버리지에는 상기 제1 수신 체인 및 제2 수신 체인을 사용하도록 결정하고 상기 제3 커버리지에는 상기 제1 수신 체인, 상기 제2 수신 체인 및 제3 수신 체인을 사용하도록 결정함을 특징으로 하는 기지국 장치.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 제1 수신 체인은 상기 제1 커버리지에 대해, 매 상기 RACH 전송기회 주기마다 한 번씩의 수신 빔포밍을 상기 제1 커버리지의 수신 빔 스윕 주기 동안 수행함으로써 한 세트의 방향에 대한 수신 빔포밍을 수행함을 특징으로 하는 기지국 장치.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 제1 수신 체인은 상기 제2 커버리지에 대해, 매 상기 RACH 전송기회 주기마다 한 번씩의 수신 빔포밍을 상기 제1 커버리지의 수신 빔 스윕 주기 동안 수행함으로써 한 세트의 방향에 대한 수신 빔포밍을 수행하고,
    상기 제2 수신 체인은 상기 제2 커버리지에 대해, 매 상기 제1 커버리지의 수신 빔 스윕 주기마다 한 번씩의 수신 빔포밍을 상기 제2 커버리지의 수신 빔 스윕 주기 동안 수행함으로써 한 세트의 방향에 대한 수신 빔포밍을 수행하되,
    상기 제2 커버리지의 수신 빔 스윕 주기는 상기 제1 커버리지의 수신 빔 스윕 주기의 2 이상의 정수 배임을 특징으로 하는 기지국 장치.
  22. 제17항에 있어서,
    상기 제1 수신 체인 및 상기 제2 수신 체인은 상기 제2 커버리지에 대해, 매 상기 제1 커버리지의 수신 빔 스윕 주기마다 한 번씩의 수신 빔포밍을 상기 제2 커버리지의 수신 빔 스윕 주기 동안 수행함으로써 한 세트의 방향에 대한 수신 빔포밍을 수행하되,
    상기 제2 커버리지의 수신 빔 스윕 주기는 상기 제1 커버리지의 수신 빔 스윕 주기의 2 이상의 정수 배임을 특징으로 하는 기지국 장치.
  23. 제20항 내지 제22항의 어느 한 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 한 세트의 방향에 대한 수신 빔포밍을 통해 상기 제1 커버리지의 RACH 신호 또는 상기 제2 커버리지 RACH 신호의 검출을 시도하고, 상기 시도가 성공인 경우 상기 RACH 응답 주기에 맞춰 상기 RACH 신호에 대한 RACH 응답을 전송하도록 제어하되, 상기 제2 커버리지의 RACH 신호에 대한 상기 RACH 응답을 상기 제1 커버리지의 RACH 신호에 대한 상기 RACH 응답과 별도로 전송하거나 또는 함께 전송하도록 제어함을 특징으로 하는 기지국 장치.
  24. 제14항에 있어서,
    상기 임의 기준은 단말의 다운링크 SINR(Signlal to Interference Noise Ratio), RSS(Received Signal Strength) 및 상기 단말의 경로 손실 중 어느 하나이며,
    상기 임의 기준의 정보는 임계값 정보를 포함함을 특징으로 하는 기지국 장치.
  25. 통신 시스템에서 RACH 신호를 송신하는 단말 장치에 있어서,
    기지국으로부터 브로드캐스트되며, 상기 기지국의 RACH 커버리지를 제1 커버리지 및 제2 커버리지로 나누는 임의 기준의 정보를 포함하고, RACH 전송기회 주기, 상기 각각의 커버리지에 할당된 업링크 RACH 자원의 정보, 상기 각각의 커버리지의 수신 빔 스윕 주기, 및 상기 각각의 커버리지에 대한 RACH 응답 주기 중 적어도 하나를 더 포함하는 RACH 구성 정보를 수신하도록 제어하고; 상기 단말의 메트릭을 측정하고; 상기 임의 기준 정보를 상기 측정된 메트릭과 비교하여 상기 단말이 속하는 RACH 커버리지를 결정하고; 상기 단말이 속하는 RACH 커버리지에 할당된 업링크 RACH 자원을 이용하여 상기 RACH 신호를 송신하도록 제어하는 제어부; 및
    상기 제어부의 제어에 따라 상기 RACH 구성 정보를 수신하고 상기 RACH 신호를 송신하는 송수신부를 포함하는 단말 장치.
  26. 제25항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 결정된 RACH 커버리지가 상기 제2 커버리지인 경우, 상기 제2 커버리지에 할당된 업링크 RACH 자원을 이용하여, 매 상기 제1 커버리지의 수신 빔 스윕 주기마다 한 번씩만 상기 RACH 신호를 송신하도록 제어하고,
    상기 제1 커버리지의 수신 빔 스윕 주기는 상기 RACH 전송기회 주기의 2 이상의 정수배임을 특징으로 하는 단말 장치.
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