KR20150000304A

KR20150000304A - 무선 통신 시스템에서 랜덤 액세스를 위한 적응적 송신 빔 패턴 결정 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20150000304A
Application number: KR1020130072590A
Authority: KR
Inventors: 정철; 박정호; 정수룡
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2013-06-24
Filing date: 2013-06-24
Publication date: 2015-01-02
Also published as: US11178695B2; US20140376466A1; KR102118693B1

Abstract

본 발명은 랜덤 무선 통신 시스템에서 액세스를 위한 적응적 송신 빔 패턴을 결정하기 위한 것으로서, 단말의 동작 방법은, 다수의 빔(beam) 패턴(pattern)들 중 미리 정의된 조건을 만족하는 적어도 하나의 빔 패턴을 선택하는 과정과, 상기 적어도 하나의 빔 패턴에 속한 송신 빔들을 이용하여 랜덤 액세스 프리앰블(random access preamble)들을 송신하는 과정을 포함한다.

Description

무선 통신 시스템에서 랜덤 액세스를 위한 적응적 송신 빔 패턴 결정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DETERMINING TRANSMIT BEAM PATTERN FOR RANDOM ACCESS IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 무선 통신 시스템에서, 랜덤 액세스(random access)에 관한 것이다.

무선 통신 시스템에서 단말이 데이터를 송수신하기 위해서는 네트워크에 연결되어야 한다. WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access), 3GPP LTE(3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution) 등의 통신 표준은 단말이 네트워크에 연결할 수 있도록 인터페이스(interface)를 제공하는데, 이를 위한 채널은 랜덤 액세스 채널(RACH: Random Access Channel) 또는 레인징 채널(Ranging Channel)이라 지칭된다.

차세대 통신에서 통신 용량을 증대시키기 위한 방법 중의 하나로 데이터를 송수신하기 위해 초고주파 영역에서 광대역을 사용할 수 있다. 현재 LTE에서 사용하고 있는 2.5GHz나 5GHz 주파수 영역에서는 광대역의 주파수 자원을 확보하기 힘들지만, 30GHz의 밀리미터파(mmWave: Millimeter wave) 대역에서는 상대적으로 넓은 대역폭을 확보하기 용이하다. 그러나, 일반적으로, 주파수 대역이 커짐에 따라 경로 손실(Path loss)은 증가한다. 따라서, 초고주파 영역에서 동작하는 무선 통신 시스템에서는 경로 손실의 증가를 보상하기 위해 단말과 기지국에서 다수의 안테나들을 이용하여 빔포밍 이득을 높이는 것이 필요하다. 안테나 개수가 많아질수록 빔 폭(beam width)은 좁아지고 빔포밍 이득은 증가하며, 안테나 개수가 작아질수록 빔 폭은 넓어지고 빔포밍 이득은 작아진다. 이때, 빔은 방향성을 갖기 때문에, 큰 빔포밍 이득을 얻기 위해서 단말 및 기지국이 사용하는 빔들의 방향이 서로 유사해야 한다.

단말이 랜덤 액세스 채널을 통해 처음 네트워크에 연결을 시도하는 경우, 상기 단말은 기지국이 어떤 위치에 있는지 알 수 없다. 따라서, 초고주파 광대역을 사용하는 무선 통신 시스템에서 다수의 안테나들을 이용하여 빔포밍을 수행하는 경우, 상기 단말은 여러 방향의 빔들을 사용해야 한다. 상기 단말은 일정한 순서에 따라 빔들을 사용할 것이다. 만일 최적의 빔이 늦게 사용되면, 네트워크에 액세스하는 데 걸리는 시간이 매우 길어진다.

일반적으로, 랜덤 액세스 채널은 셀 경계 사용자(Edge user)의 성능을 고려하여 설계된다. 따라서, 랜덤 액세스에 사용하는 랜덤 액세스 프리앰블(Preamble)의 길이는 셀 경계 사용자가 주어진 탐지 확률(Detection probability)과 오경보 확률(False alarm probability)를 만족시키도록 충분히 길게 정해진다. 이때, 셀 중앙 사용자(Center user)는 셀 경계 사용자보다 좋은 채널 품질을 가질 수 있는데, 셀 경계 사용자와 동일한 방법으로 랜덤 액세스를 한다면, 셀 중앙 사용자가 네트워크에 액세스하는 시간이 셀 경계 사용자가 네트워크에 액세스하는 시간만큼 걸리는 문제가 있다. 따라서, 네트워크에 접속을 시도하는 경우, 사용자의 채널 상황에 적응적인 빔 선택 방안이 요구된다.

본 발명의 일 실시 예는 무선 통신 시스템에서 효과적인 랜덤 액세스를 수행하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명의 다른 실시 예는 무선 통신 시스템에서 채널 상황에 따라 적응적으로 빔을 선택하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명의 또 다른 실시 예는 무선 통신 시스템에서 다수의 빔 패턴(pattern)들 중 랜덤 액세스를 위해 사용될 빔 패턴을 선택하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명의 또 다른 실시 예는 무선 통신 시스템에서 다수의 빔 패턴들 중 랜덤 액세스를 위한 프리앰블(preamble) 전송의 성공을 예상케하는 조건을 만족하는 빔 패턴을 선택하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 단말의 동작 방법은, 다수의 빔(beam) 패턴(pattern)들 중 미리 정의된 조건을 만족하는 적어도 하나의 빔 패턴을 선택하는 과정과, 상기 적어도 하나의 빔 패턴에 속한 송신 빔들을 이용하여 랜덤 액세스 프리앰블(random access preamble)들을 송신하는 과정을 포함하며, 상기 다수의 빔 패턴들 각각은, 서로 다른 방향으로 방사되는 다수의 빔들을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 단말 장치는, 다수의 빔(beam) 패턴(pattern)들 중 미리 정의된 조건을 만족하는 적어도 하나의 빔 패턴을 선택하는 제어부와, 상기 적어도 하나의 빔 패턴에 속한 송신 빔들을 이용하여 랜덤 액세스 프리앰블(random access preamble)들을 송신하는 송신부를 포함하며, 상기 다수의 빔 패턴들 각각은, 서로 다른 방향으로 방사되는 다수의 빔들을 포함하는 것을 특징으로 한다.

무선 통신 시스템에서 단말이 여러 개의 빔을 이용하여 네트워크 접속을 시도할 때, 단말의 채널 상황에 따라 적응적으로 랜덤 액세스를 수행함으로써 평균적인 네트워크 접속 시간이 감소한다.

도 1은 무선 통신 시스템에서 TDD(Time Division Duplex) 방식의 무선 프레임 구조의 예를 도시하는 도면,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 랜덤 액세스(random access) 프리앰블(preamble)을 전송하는 구간 및 랜덤 액세스 응답을 수신하는 구간을 도시하는 도면,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 랜덤 액세스 프리앰블을 송신하기 위한 시그널링(signaling)을 도시하는 도면,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 랜덤 액세스를 위한 빔 패턴의 예를 도시하는 도면,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 랜덤 액세스를 위한 수정된 빔 패턴의 예를 도시하는 도면,
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 단말의 동작 절차를 도시하는 도면,
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 단말의 동작 절차를 도시하는 도면,
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 단말의 블록 구성을 도시하는 도면.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명에 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 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하 본 발명은 무선 통신 시스템에서 단말이 다수의 빔을 이용하여 네트워크 접속을 시도할 때, 채널 상황에 적응적으로 랜덤 액세스를 수행하는 기술에 대해 설명한다.

이하 본 발명은 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)/OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 방식의 무선 통신 시스템을 예로 들어 설명한다.

도 1은 무선 통신 시스템에서 TDD(Time Division Duplex) 방식의 무선 프레임 구조의 예를 도시하고 있다.

상기 도 1을 참고하면, 하나의 프레임(100)은 하향링크 구간(110), TTG(Transmit transition gap)(120), 상향링크 구간(130), RTG(Receive transition gap)(140)으로 구성된다. 상기 하향링크 구간(110)은 PDCCH(Physical downlink control channel)(111), RS(Reference Signals)(112), SCH(Synchronization channel)(113), BCH(Broadcast channel)(114)를 포함한다. 상기 PDCCH(111)는 단말이 데이터를 수신하기 위해 필요한 정보를 전달한다. 예를 들어, 상기 PDCCH(111)를 통해 전달되는 정보는 데이터의 종류, 송신 방법, 데이터의 위치 등이 있다. 단말은 네트워크에 접속하기 전에 상기 SCH(113)를 이용하여 하향링크 동기를 획득한 후, 상기 BCH(114)를 통해 랜덤 액세스를 수행하는 데 필요한 정보를 수신한다. 상기 랜덤 액세스를 수행하는 데 필요한 정보는 랜덤 액세스를 위해 할당된 자원의 위치, 랜덤 액세스 구간에서 기지국이 사용하는 수신 빔 폭 θ_BS _, _Rx, 기지국이 사용하는 수신 빔 개수 N_BS _, _Rx 중 적어도 하나를 포함한다.

상기 도 1을 참고하면, 상기 상향링크 구간(130) 내에 랜덤 액세스를 위한 구간인 RACH(Random Access Channel)(131)이 할당된다. 단말은 N_MS _, _Tx개의 송신 빔들 중 하나를 이용하여 하나의 상향링크 구간(130) 내의 상기 RACH(131) 동안 기지국의 수신 빔 개수 N_BS _, _Rx 만큼의 랜덤 액세스 프리앰블(preamble)들을 송신한다. 상기 기지국은 상기 RACH(131)를 통해 수신되는 신호를 이용하여 랜덤 액세스 프리앰블의 검출을 시도한다. 예를 들어, 상기 기지국은 상관(correlation) 연산을 통해 상기 프리앰블을 검출할 수 있다.

프리앰블 검출에 성공하면, 상기 기지국은 이어지는 하향링크 구간(110)에서 랜덤 액세스 응답(RAR: Random access response)을 검출된 프리앰블을 송신한 단말에게 전송한다. 이때, 상기 랜덤 액세스 응답이 전송되는 자원(예: 시간/주파수 자원)의 위치, 변조/부호화 방식 등의 랜덤 액세스 응답 신호를 수신할 때 상기 단말에게 필요한 정보는 상기 하향링크 구간(110)의 상기 PDCCH(111)를 통해 전달될 수 있다.

상기 랜덤 액세스 응답을 수신한 상기 단말은 상향링크 데이터 자원을 이용하여 기지국에 필요한 정보를 송신한다. 예를 들어, 상기 단말은 상기 단말의 식별 정보(Identity) 등을 송신할 수 있다. 이때, 다수의 단말들이 동일한 시퀀스(sequence)를 프리앰블로서 사용한 경우, 상기 기지국은 경쟁 해소(Contention Resolution)을 수행함으로써 하나의 단말을 선택하고, 선택된 단말의 식별 정보를 포함한 정보를 하향링크 데이터 자원을 이용하여 전송한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 랜덤 액세스 프리앰블을 전송하는 구간 및 랜덤 액세스 응답을 수신하는 구간을 도시하고 있다.

상기 도 2를 참고하면, 단말은 1회의 랜덤 액세스 기회(Random access opportunity) 동안 최대 N_MS _, _Tx 번의 랜덤 액세스 시도를 수행한다. 다시 말해, 상기 단말은 1회의 랜덤 액세스 기회 동안 최대 N_MS _, _Tx 번 빔을 변경하며 랜덤 액세스 프리앰블들을 송신한다. 이때, 매 시도마다, 상기 단말은 프리앰블 전송 구간 동안 동일한 송신 빔을 이용하여 기지국의 수신 빔 개수 N_BS _, _Rx 만큼 반복적으로 랜덤 액세스 프리앰블들을 송신한다. 여기서, 상기 프리앰블 전송 구간은 상기 도 1에 도시된 RACH의 일부 또는 전체일 수 있다. 결과적으로, 1회의 랜덤 액세스 기회 동안, 상기 단말은 최대 N_MS _, _Tx×N_BS _, _Rx개의 랜덤 액세스 프리앰블들을 송신할 수 있다.

하나의 프레임 내에서의 랜덤 액세스 과정을 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 단말이 프리앰블들(211)을 송신한다. 이후, 기지국은 상기 단말로부터의 프리앰블들(211) 중 적어도 하나를 검출하고, 랜덤 액세스 응답(212)을 송신한다. 상기 랜덤 액세스 응답(212)이 수신되면, 상기 단말은 랜덤 액세스를 위한 프리앰블 전송이 성공하였음을 판단하고, 랜덤 액세스를 위한 후속 절차를 수행한다. 예를 들어, 상기 후속 절차는 단말의 식별 정보 송신, 기지국의 자원 및 식별자 할당 등을 포함할 수 있다. 반면, 상기 랜덤 액세스 응답(212)이 수신되지 아니하면, 다음의 랜덤 액세스 프리앰블 전송 구간에, 상기 단말은 다른 빔을 이용하여 프리앰블들(211)을 다시 송신한다. 상술한 동작을 매 프레임에서 최대 N_MS _, _Tx 번 반복함으로써 1회의 랜덤 액세스 기회가 종료된다.

상기 도 2에 도시된 실시 예에 따르면, 상기 단말은 프레임이 변경될 때마다 송신 빔을 변경한다. 즉, 송신 빔의 변경 주기는 프레임이다. 그러나, 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 상기 송신 빔의 변경 주기는 상기 프레임과 일치하지 아니할 수 있다. 예를 들어, 상기 송신 빔은 프레임의 중간에 변경될 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 랜덤 액세스 프리앰블을 송신하기 위한 시그널링(signaling)을 도시하고 있다.

상기 도 3을 참고하면, 301단계에서, 기지국(310)은 단말(320)로 랜덤 액세스에 필요한 시스템 정보를 송신한다. 상기 시스템 정보는 BCH를 통해 전달될 수 있다. 상기 랜덤 액세스를 수행하는 데 필요한 정보는 랜덤 액세스를 위해 할당된 자원의 위치, 랜덤 액세스 구간에서 기지국이 사용하는 수신 빔 폭 θ_BS _, _Rx, 기지국이 사용하는 수신 빔 개수 N_BS _, _Rx 중 적어도 하나를 포함한다.

이후, 303단계에서, 상기 기지국(310)은 상기 단말(320)로 하향링크 참조 신호(Reference signal)를 송신한다. 상기 참조 신호는 미리 약속된 값의 신호 시퀀스(sequence)로서, 셀 내 공통적인(common) 참조 신호이거나 또는 상기 단말(320)에 대한 전용(dedicated) 참조 신호일 수 있다.

305단계에서, 상기 참조 신호를 수신한 상기 단말(320)은 상기 참조 신호를 이용하여 경로 손실(Path loss)을 추정한다. 상기 경로 손실을 추정하는 구체적은 과정은 발명의 실시 예에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 경로 손실은 하기 <수학식 1>과 같이 추정될 수 있다.

상기 <수학식 1>에서, PL은 경로 손실, P_BS _, _Tx는 기지국이 참조 신호를 전송할 때의 기지국 전송 전력, P_MS _, _Rx는 참조 신호를 단말에서 수신했을 때의 수신 전력, G_BS,Tx는 기지국이 참조 신호를 전송할 때 사용한 빔의 물리적인 특성(예: 빔 폭)에 따라 결정되는 송신 빔 이득, G_MS _, _Rx는 단말이 참조 신호를 받을 때 사용한 빔의 물리적 특성에 따라 결정되는 수신 빔 이득이다.

이후, 307단계에서, 상기 단말(320)은 랜덤 액세스를 위한 송신 빔들을 결정한다. 이때, 상기 단말(320)은 상기 경로 손실을 고려한다. 상기 기지국(310)이 다수의 송신 빔들을 운용하고 상기 단말(320)이 다수의 수신 빔들을 운용하는 경우, 상기 305단계에서 추정된 경로 손실은 다수의 송수신 빔쌍들에 대한 경로 손실 값들을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 다수의 경로 손실 값들로부터 결정된 하나의 대표 값이 상기 307단계의 송신 빔 결정 시 고려된다. 이때, 상기 하나의 대표 값은 다양한 방법으로 결정될 수 있다. 예를 들어, 상기 대표 값은 상기 경로 손실 값들의 평균일 수 있다.

상기 송신 빔들을 결정한 후, 309단계에서, 상기 단말(320)은 결정된 송신 빔들을 이용하여 랜덤 액세스 프리앰블들을 송신한다. 이때, 상기 단말(320)은 하나의 송신 빔을 이용하여 상기 기지국(310)의 수신 빔 개수 만큼의 상기 랜덤 액세스 프리앰블들을 송신한다.

상술한 바와 같이 랜덤 액세스를 위한 빔들을 결정함에 있어서, 단말은 미리 정의된 다수의 빔 패턴(pattern)들 중 하나의 패턴을 선택한다. 여기서, 상기 빔 패턴은 서로 다른 방향으로 방사되는 다수의 빔들의 집합(set)이다. 즉, 상기 단말은 미리 정의된 다수의 빔 패턴들을 저장하고 있으며, 각 빔 패턴은 다수의 빔들의 조합으로 정의된다. 여기서, 상기 빔 패턴들은 다양한 기준에 의해 정의될 수 있다. 예를 들어, 상기 빔 패턴들을 구분하는 기준은 메인 로브(Main lobe)가 향하는 방향, 빔 이득, 빔 폭, 이들의 결합 등 다양하게 정의될 수 있다. 또한, 상기 빔 패턴의 다양성은 상기 단말의 빔 형성 능력에 의해 제한될 수 있다.

예를 들어, 상기 빔 패턴들은 빔 폭을 기준으로 정의될 수 있다. 구체적으로, 제1빔 패턴은 빔 폭 A₁을 가지는 빔들의 집합, 제2빔 패턴은 빔 폭 A₂를 가지는 빔들의 집합, 제3빔 패턴은 빔 폭 A₃을 가지는 빔들의 집합으로 정의될 수 있다. 이때, 빔 폭이 좁을수록, 해당 빔 패턴에 속하는 빔들의 개수는 증가할 수 있다.

다른 예로, 하나의 빔 패턴에 서로 다른 빔 폭을 가지는 빔들이 포함될 수 있다. 이 경우, 각 빔 패턴은 단순히 빔 폭만으로 구분되지 아니한다. 예를 들어, 상기 단말에 구비된 각 안테나의 하드웨어적 빔 생성 능력이 서로 상이할 수 있다. 이 경우, 모든 안테나가 동일한 종류의 빔 폭들을 생성함을 보장할 수 없다. 따라서, 서로 다른 빔 패턴들에서, 특정 방향을 향하는 빔들은 동일한 빔 폭을 가지지만, 다른 방향을 향하는 빔들은 서로 다른 빔 폭을 가질 수 있다. 구체적으로, 단말의 제1범위 내를 담당하는 안테나는 60°, 30°, 15° 등 3가지 폭들의 빔들을 형성할 수 있으나, 제2범위를 담당하는 안테나는 오직 60°폭의 빔만을 형성할 수 있는 경우, 제2범위의 빔은 60°폭의 빔으로 고정되고, 제1범위의 빔은 3가지 빔 폭들 중 하나로 선택될 수 있으므로, 하나의 빔 패턴에 서로 다른 빔 폭을 가지는 빔들이 포함될 수 있다.

단말은 랜덤 액세스를 시도할 때 서로 다른 방향들을 가지는 다수의 빔들을 송신할 수 있다. 이를 위해, 빔의 개수, 빔을 송신하는 순서 등으로 구분되는 송신 빔 패턴들이 정의될 수 있다. 이하, 본 발명은 구체적인 예시와 함께 랜덤 액세스를 위한 빔 송신 과정을 설명한다.

하나의 빔 패턴은 도 4와 같은 총 4개의 빔들(401 내지 404)을 포함할 수 있다. 상기 도 4에 도시된 각 빔의 특성은 하기 <표 1>과 같을 수 있다.

빔 번호	빔 방향	빔 이득 (dBi)	빔 폭(dgree)
1	θ₁	7	15
2	θ₂	7	15
3	θ₃	5	20
4	θ₄	5	20

단말은 첫 번째 RACH 프리앰블 전송 구간에서 빔#1(401)을 이용하여 N_BS _, _Rx개의 프리앰블들을 송신한다. 그리고, 상기 단말은 다음 하향링크 전송 구간의 정해진 영역에서 전송한 프리앰블을 기지국이 성공적으로 검출했는지 여부를 판단한다. 상기 기지국으로부터 랜덤 액세스 응답 메시지가 수신되지 아니하면, 상기 단말은 두 번째 RACH 프리앰블 전송 구간에서 빔#2(402)를 이용하여 N_BS _, _Rx개의 프리앰블들을 송신한다. 상술한 과정을 빔#3(403) 및 빔#4(404)대하여도 반복한다. 상기 빔#4(404)를 이용하여 프리앰블을 송신한 후에도 랜덤 액세스 응답 메시지가 수신되지 아니하면, 상기 단말은 첫 번째 랜덤 액세스 시도를 실패한 것으로 판단한다.

본 발명의 실시 예에 따라, 상기 빔 패턴은 채널 상황을 고려하여 일시적으로 수정될 수 있다. 예를 들어, 단말이 측정한 하향링크 신호 세기를 바탕으로 빔 패턴이 재정의될 수 있다. 구체적으로, 단말의 송신 빔#3(403)에 대응하는 하향링크 신호 세기가 매우 약하거나, 또는, 경로 손실이 크면, 상기 단말은 상기 빔#3(403)을 빔 패턴에서 제외시킬 수 있다. 이 경우, 상기 빔 패턴은 도 5와 같이, 빔#1(501), 빔#2(502), 빔#4(504)를 포함한다.

상술한 바와 같이 송신 빔포밍을 통해 상기 랜덤 액세스 프리앰블을 송신하는데 있어서, 상기 프리앰블의 송신 전력은 하기 <수학식 2>와 같이 결정될 수 있다.

상기 <수학식 2>에서, 상기 P_MS _, _Tx _{_i}는 빔 패턴 내의 i번째 빔에 대한 송신 전력, P_MS _, _Tx _{_} _max는 단말이 랜덤 액세스 프리앰블 전송에 사용할 수 있는 최대 송신 전력 값, P_target은 랜덤 액세스 프리앰블의 목표 성능을 만족시키기 위해 필요한 기지국의 목표 수신 전력 값, G_BS _, _Rx는 기지국의 수신 빔 이득, G_MS _, _Tx _{_i}는 단말의 i번째 송신 빔 이득, M_RA는 단말이 랜덤 액세스를 시도한 횟수, ΔP는 단말이 랜덤 액세스 시도 실패 후 프리앰블의 송신 전력을 증가시킬 때 사용하는 증가치, P_Format은 랜덤 액세스 프리앰블이 여러 종류가 있는 경우 프리앰블의 종류에 따른 필요한 전력 값을 조정하는 데 사용되는 변수를 의미한다.

여기서, 상기 P_target-G_BS _, _Rx는 기지국으로부터 셀 내의 단말들에게 제공된다. 이를 위해, 상기 기지국은 상기 P_target 및 G_BS _, _Rx 각각의 값을 송신하거나, 또는, P_target-G_BS,Rx 값 하나를 송신할 수 있다. 상기 ΔP 및 상기 P_Format은 기지국으로부터 제공되거나, 또는, 미리 정의될 수 있다.

기지국이 랜덤 액세스 프리앰블의 검출을 성공하기 위해서, 단말은 목표 수신 전력을 만족시킬 수 있도록 프리앰블의 송신 전력 등을 결정해야한다. 이때, 경로 손실이 큰 경우, 단말이 최대 송신 전력을 사용하더라도, 단말의 송신 빔 이득이 작으면 기지국의 목표 수신 전력 값이 만족되지 아니할 수 있다. 따라서, 다수의 빔 패턴들이 정의된 상태에서, 단말은 상기 목표 수신 전력을 만족하지 못하는 빔을 포함하는 빔 패턴을 랜덤 액세스 프리앰블 송신 시 제외시킬 수 있다. 다시 말해, 상기 단말은 상기 목표 수신 전력을 만족하는 빔들만으로 구성된 적어도 하나의 빔 패턴을 랜덤 액세스 프리앰블 송신을 위한 빔 패턴으로서 선택할 수 있다.

예를 들어, 상기 단말은 K개의 빔 패턴들 중 포함된 모든 빔들이 하기 <수학식 3>의 조건을 만족시키는 적어도 하나의 빔 패턴을 선택할 수 있다.

상기 <수학식 3>에서, P_MS _, _Tx _{_} _max는 단말이 랜덤 액세스 프리앰블 전송에 사용할 수 있는 최대 송신 전력 값, P_target은 랜덤 액세스 프리앰블의 목표 성능을 만족시키기 위해 필요한 기지국의 목표 수신 전력 값, G_BS _, _Rx는 기지국의 수신 빔 이득, G_MS _, _Tx _{_i}는 단말의 i번째 송신 빔 이득, M_RA는 단말이 랜덤 액세스를 시도한 횟수, ΔP는 단말이 랜덤 액세스 시도 실패 후 프리앰블의 송신 전력을 증가시킬 때 사용하는 증가치, P_Format은 랜덤 액세스 프리앰블이 여러 종류가 있는 경우 프리앰블의 종류에 따른 필요한 전력 값을 조정하는 데 사용되는 변수를 의미한다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 단말은 최대 송신 전력 값 및 기지국의 목표 수신 전력을 달성하기 위해 요구되는 송신 전력 값을 비교함으로써, 랜덤 액세스 프리앰블 송신을 위한 빔 패턴을 선택할 수 있다. 이때, 경우에 따라, 다수의 빔 패턴들이 선택될 수 있다. 이 경우, 상기 단말은 선택된 다수의 빔 패턴들 중 어느 하나의 빔 패턴을 다시 선택해야 한다. 상기 다수의 빔 패턴들이 미리 정의된 조건을 만족하는 경우, 어느 하나의 빔 패턴을 다시 선택하는 기준은 다양하게 정의될 수 있다. 예를 들어, 상기 어느 하나의 빔 패턴은, 과거 랜덤 액세스를 위한 프리앰블 전송 성공에 대한 이력, 포함되는 빔 개수 중 적어도 하나에 기초하여 선택될 수 있다. 여기서, 상기 과거 랜덤 액세스를 위한 프리앰블 전송 성공에 대한 이력은, 성공 확률, 성공까지의 프리앰블 전송 횟수 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이하 설명의 편의를 위해, 본 발명은 미리 정의된 조건을 만족하는 빔 패턴들을 ψ₁, ψ₂, …, ψ_R이고, 각 빔 패턴에 속하는 빔 개수를 V_i(i=1,2,…,R)라 표현한다.

상기 랜덤 액세스를 위한 프리앰블 전송 성공 확률에 기초한 선택은 다음과 같이 수행될 수 있다. R개의 빔 패턴들에 대한 확률들을 p₁, p₂, …, p_R이라 하면, p₁ 내지 p_R의 합은 1이다. 이때, 상기 단말은 r번째 빔 패턴 ψ_r을 p_r의 확률로 선택한다. 선택된 빔 패턴ψ_r을 이용하여 랜덤 액세스를 위한 프리앰블 전송을 성공하면, 전송한 프리앰블 개수를 고려하여 가중치 α를 선택된 빔 패턴 ψ_r에 부여한다. 예를 들어, 빔 패턴 ψ₁을 이용하여 랜덤 액세스를 위한 프리앰블 전송을 성공하였다면, 상기 단말은 하기 <수학식 4>와 같이 상기 빔 패턴 ψ₁의 확률을 갱신한다.

상기 <수학식 4>에서, p_r는 빔 패턴 r에 대한 확률, α는 랜덤 액세스를 위한 프리앰블 전송 성공에 따른 확률 가중치, R은 조건을 만족하는 빔 패턴들의 개수를 의미한다.

상기 <수학식 4>을 참고하면, 상기 단말은 갱신된 p_r이 0보다 작으면 p_r을 0으로 설정하고, 모든 빔 패턴들에 대한 확률의 합이 1이 되도록 α를 재조정한다. 또한, 상기 단말은 갱신된 p_r이 1보다 크면, 상기 p_r을 1로 설정하고m 나머지 빔 패턴들에 대한 확률은 0으로 설정한다. 이에 따라, 다음 랜덤 액세스 시도 시점이 도래하면, 상기 단말은 갱신된 빔 패턴 성공 확률들에 기초하여 하나의 빔 패턴을 선택한다.

상기 빔 개수에 기초한 선택은 다음과 같이 수행될 수 있다. 빔 패턴에 포함된 빔의 개수가 많을수록, 랜덤 액세스 시도를 위해 송신할 프리앰블 개수가 많다. 따라서, 시그널링 오버헤드 및 지연 측면에서, 빔의 개수가 적은 것이 유리하다. 그러므로, 상기 단말은 조건을 만족하는 다수의 빔 패턴들 중 가장 적은 개수의 빔들을 포함하는 빔 패턴을 선택할 수 있다.

상기 성공까지의 프리앰블 전송 횟수에 기초한 선택은 다음과 같이 수행될 수 있다. 단말은 각 빔 패턴에 대해 랜덤 액세스 프리앰블의 검출 확률을 추정할 수 있으며, 상기 검출 확률에 기초하여 랜덤 액세스에 성공할 때까지의 프리앰블 전송 횟수의 평균을 추정할 수 있다. 상기 빔 패턴에 따른 추정 값은 채널 환경, 단말의 이동 속도 등에 따라 다를 수 있다. 이에 따라, 상기 단말은 가장 적은 평균 프리앰블 전송 횟수를 가진 빔 패턴을 선택할 수 있다.

상기 단말은 다수의 랜덤 액세스 시도들을 통해 각 빔 패턴에 대한 성공 확률, 평균 프리앰블 전송 횟수 등의 자료를 축적할 수 있고, 이를 통해 상술한 기준에 의한 선택의 성능을 개선할 수 있다.

상술한 바와 같이, 상기 단말은 미리 정의된 조건을 이용하여 랜덤 액세스 시도에 사용할 빔 패턴을 선택한다. 만일, 다수의 빔 패턴들이 조건을 만족하면, 상기 단말은 상술한 바에 따라 상기 다수의 빔 패턴들 중 하나를 다시 선택한다. i번째 빔 패턴이 선택되면, N_MS _, _Tx는 V_i로 설정된다.

랜덤 액세스 시도가 실패하면, 상기 단말은 송신 전력을 미리 정의된 증가치만큼 증가시킨다. 그리고, 증가된 송신 전력에 기초하여, 상기 단말은 각 빔 패턴이 미리 정의된 조건을 만족하는지 판단한다. 예를 들어, 상기 <수학식 2>와 같이 송신 전력이 결정되는 경우, M_RA가 1 증가하며, 상기 조건은 상기 <수학식 3>과 같이 정의될 수 있다.

상술한 바와 같이, 랜덤 액세스 시도가 실패하면, 송신 전력이 미리 정의된 증가치만큼 증가된다. 이때, 송신 전력을 증가시키는 랜덤 액세스의 실패의 판단 기준은 구체적인 실시 예에 따라 다를 수 있다. 예를 들어, 단말은 동일한 송신 빔으로 N_BS _, _Rx개의 프리앰블들을 송신한 후 랜덤 액세스 실패를 판단하고, 상기 송신 전력을 증가시킬 수 있다. 또는, 단말은 선택된 빔 패턴에 속한 빔들 각각에 대하여 N_BS _, _Rx개의 프리앰블들, 다시 말해, N_MS _, _Tx×N_BS _, _Rx개의 프리앰블들을 송신한 후 랜덤 액세스 실패를 판단하고, 상기 송신 전력을 증가시킬 수 있다.

따라서, 상기 랜덤 액세스 실패의 판단 시점을 고려하면, 상기 <수학식 2>는 하기 <수학식 5>로 대체될 수 있다.

상기 <수학식 5>에서, P_MS _, _Tx _{_i}는 빔 패턴 내의 i번째 빔에 대한 송신 전력, P_{MS,Tx_max}는 단말이 랜덤 액세스 프리앰블 전송에 사용할 수 있는 최대 송신 전력 값, P_target은 랜덤 액세스 프리앰블의 목표 성능을 만족시키기 위해 필요한 기지국의 목표 수신 전력 값, G_BS _, _Rx는 기지국의 수신 빔 이득, G_MS _, _Tx _{_i}는 단말의 i번째 송신 빔 이득, M_trans _{_} _count는 프리앰블 전송 횟수, M_ramping은 송신 전력을 증가시키는 주기로서 프리앰블 전송 횟수를 단위로 하며,

는 내림 연산자로서

는 x를 초과하지 아니하는 최대 정수, ΔP는 단말이 랜덤 액세스 시도 실패 후 프리앰블의 송신 전력을 증가시킬 때 사용하는 증가치, P_Format은 랜덤 액세스 프리앰블이 여러 종류가 있는 경우 프리앰블의 종류에 따른 필요한 전력 값을 조정하는 데 사용되는 변수를 의미한다.

상기 <수학식 5>에 따르면, M_trans _{_} _count이 1 내지 M_ramping-1인 경우,

값이 0이 되므로, 랜덤 액세스 프리앰블의 송신 전력이 추가로 증가되지 아니한다. M_trans _{_} _count이 M_ramping 내지 2×M_ramping-1인 경우,

값이 1이 되므로, 프리앰블의 송신 전력이 ΔP만큼 증가된다.

상기 M_ramping 값은 기지국에서 결정되거나, 미리 정의될 수 있다. 이 경우, 상기 기지국은 상기 M_ramping 값을 셀 내의 단말들에게 전송할 수 있다. 또는, 상기 M_ramping 값은 상기 기지국 및 상기 단말 간 미리 약속될 수 있다. 상기 <수학시 5>에 따라 송신 전력이 결정되는 경우, 상기 <수학식 3>은 하기 <수학식 6>으로 대체될 수 있다.

상기 <수학식 6>에서, P_MS _, _Tx _{_} _max는 단말이 랜덤 액세스 프리앰블 전송에 사용할 수 있는 최대 송신 전력 값, P_target은 랜덤 액세스 프리앰블의 목표 성능을 만족시키기 위해 필요한 기지국의 목표 수신 전력 값, G_BS _, _Rx는 기지국의 수신 빔 이득, G_{MS,Tx_i}는 단말의 i번째 송신 빔 이득, M_trans _{_} _count는 프리앰블 전송 횟수, M_ramping은 송신 전력을 증가시키는 주기로서 프리앰블 전송 횟수를 단위로 하며,

는 내림 연산자로서

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 단말의 동작 절차를 도시하고 있다.

상기 도 6을 참고하면, 상기 단말은 601단계에서 랜덤 액세스를 수행하기 위해 필요한 정보를 수신한다. 상기 랜덤 액세스를 수행하기 위해 필요한 정보는 랜덤 액세스를 위한 자원의 위치, 랜덤 액세스 구간에서 기지국이 사용하는 수신 빔 폭, 기지국이 사용한 수신 빔 개수 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 랜덤 액세스를 수행하기 위해 필요한 정보는 기지국으로부터 방송 채널을 통해 주기적으로 송신될 수 있다.

이후, 상기 단말은 603단계로 진행하여 랜덤 액세스 시도 횟수(=M_RA)를 1로 설정한다. 이어, 상기 단말은 605단계로 진행하여 랜덤 액세스에 사용할 송신 빔 패턴 집합을 결정한다. 여기서, 상기 빔 패턴 집합은 미리 정해진 조건을 만족하는 적어도 하나의 빔 패턴을 포함한다. 이를 위해, 상기 단말은 미리 정의된 다수의 빔 패턴들 각각에 대하여, 미리 정의된 조건을 만족하는지 여부를 판단한다. 예를 들어, 상기 조건은 빔포밍 이득, 경로 손실, 프리앰블 종류에 따른 전력 조정 값 중 적어도 하나를 고려할 때 기지국에서의 목표 수신 전력 값을 충족할 수 있는지 여부를 포함한다. 다시 말해, 상기 조건은 기지국의 목표 수신 전력을 달성하기 위해 요구되는 송신 전력 값이 상기 단말의 최대 송신 전력 값보다 작을 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 조건은 상기 <수학식 3> 또는 상기 <수학식 6>과 같을 수 있다. 만일, 상기 조건을 만족시키는 빔 패턴이 없을 경우, 상기 단말은 모든 빔 패턴을 사용할 송신 빔 패턴 집합으로 정하고 다음 과정을 수행한다.

상기 랜덤 액세스에 사용할 송신 빔 패턴 집합을 결정한 후, 상기 단말은 607단계로 진행하여 상기 송신 빔 패턴 집합 중 하나의 빔 패턴을 선택한다. 상기 605단계에서 결정된 빔 패턴 집합이 하나의 빔 패턴만을 포함하는 경우, 상기 단말은 상기 빔 패턴 집합에 포함된 상기 하나의 빔 패턴을 선택한다. 반면, 상기 605단계에서 결정된 빔 패턴 집합이 다수의 빔 패턴들을 포함하는 경우, 상기 단말은 미리 정의된 규칙에 따라 어느 하나의 빔 패턴을 선택한다.

이후, 상기 단말은 609단계로 진행하여 사용할 빔 인덱스 i를 1로 설정한다. 이어, 상기 단말은 611단계로 진행하여 i번째 빔을 이용하여 랜덤 액세스 프리앰블을 송신한다. 여기서, 상기 i번째 빔을 이용한 랜덤 액세스 프리앰블은 기지국의 수신 빔 개수 만큼 송신된다.

상기 i번째 빔을 이용하여 랜덤 액세스 프리앰블을 송신한 후, 상기 단말은 613단계로 진행하여 랜덤 액세스 응답이 수신되는지 판단한다. 다시 말해, 상기 단말은 상기 랜덤 액세스 프리앰블을 송신한 후, 다음 하향링크 구간에서 랜덤 액세스 응답이 수신되는지 판단한다.

만일, 상기 랜덤 액세스 응답이 수신되면, 상기 단말은 615단계로 진행하여 랜덤 액세스를 위한 프리앰블 전송의 성공을 판단한다. 이후, 상기 도 6에 도시되지 아니하였으나, 상기 단말은 네트워크 접속을 위한 후속 절차를 수행한다. 예를 들어, 상기 후속 절차는 단말의 식별 정보 송신, 기지국의 자원 및 식별자 할당 등을 포함할 수 있다.

반면, 랜덤 액세스 응답이 수신되지 아니하면, 상기 단말은 617단계로 진행하여 상기 빔 인덱스 i가 선택된 빔 패턴 내 빔 개수 N_MS _, _Tx 미만인지 판단한다. 다시 말해, 상기 단말은 선택된 빔 패턴 내 사용되지 아니한 빔이 남아있는지 판단한다.

만일, 상기 빔 인덱스 i가 상기 선택된 빔 패턴 내 빔 개수 N_MS _, _Tx 미만이면, 상기 단말은 619단계로 진행하여 상기 빔 인덱스 i를 1 증가시킨 후, 상기 611단계로 되돌아간다. 즉, 상기 단말은 상기 선택된 빔 패턴 내 다음 빔을 이용하여 상기 611단계 내지 상기 617단계를 반복한다.

반면, 상기 빔 인덱스 i가 상기 선택된 빔 패턴 내 빔 개수 N_MS _, _Tx 이상이면, 상기 단말은 621단계로 진행하여 랜덤 액세스 시도 횟수 M_RA가 최대 시도 횟수 M_RA _{_} _max 미만인지 판단한다.

만일, 상기 랜덤 액세스 시도 횟수 M_RA가 최대 시도 횟수 M_RA _{_} _max 미만이면, 상기 단말은 623단계로 진행하여 상기 랜덤 액세스 시도 횟수 M_RA를 1 증가시킨 후, 상기 605단계로 진행한다. 즉, 상기 단말은 상기 605단계에서 빔 패턴 집합을 다시 결정한 후, 상기 607단계 내지 상기 621단계를 반복한다.

반면, 상기 랜덤 액세스 시도 횟수 M_RA가 최대 시도 횟수 M_RA _{_} _max 이상이면, 상기 단말은 625단계로 진행하여 랜덤 액세스를 위한 프리앰블 전송의 실패를 판단한다. 이는 랜덤 액세스의 최종적인 실패와 동일한 의미이다.

도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 단말의 동작 절차를 도시하고 있다.

상기 도 7을 참고하면, 상기 단말은 701단계에서 조건을 만족하는 적어도 하나의 빔 패턴을 선택한다. 상기 빔 패턴은 서로 다른 방향으로 방사되는 다수의 빔들의 집합을 의미하며, 상기 단말은 다수의 빔 패턴들을 저장하고 있다. 상기 조건은 빔포밍 이득, 경로 손실, 프리앰블 종류에 따른 전력 조정 값 중 적어도 하나를 고려할 때 기지국에서의 목표 수신 전력 값을 충족할 수 있는지 여부로서, 빔 패턴들에 포함된 각 빔에 대하여 판단된다. 판단 결과, 상기 단말은 포함된 모든 빔들이 상기 조건을 만족하는 적어도 하나의 빔 패턴을 선택한다. 예를 들어, 상기 조건은 상기 <수학식 3> 또는 상기 <수학식 6>과 같이 정의될 수 있다. 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 일부 빔들이 상기 조건을 만족하지 못하더라도 해당 빔 패턴이 선택될 수 있으며, 조건을 만족하지 못하는 빔들의 개수 또는 비율은 구체적인 실시 예에 따라 다르게 정의될 수 있다.

상기 적어도 하나의 빔 패턴을 선택한 후, 상기 단말은 703단계로 진행하여 선택된 적어도 하나의 빔 패턴 중 하나의 빔 패턴에 속한 송신 빔들을 이용하여 랜덤 액세스 프리앰블들을 송신한다. 즉, 상기 701단계에서 다수의 빔 패턴들이 선택된 경우, 다시 말해, 다수의 빔 패턴들이 상기 조건을 만족하는 경우, 상기 단말은 어느 하나의 빔 패턴을 다시 선택해야 한다. 예를 들어, 상기 단말은 과거 랜덤 액세스를 위한 프리앰블 전송 성공에 대한 이력, 포함되는 빔 개수 중 적어도 하나에 기초하여 하나의 빔 패턴을 선택할 수 있다. 반면, 상기 701단계에서 하나의 빔 패턴만이 선택된 경우, 상기 어느 하나의 빔 패턴을 다시 선택하는 과정은 생략된다. 상기 하나의 빔 패턴에 따라, 상기 단말은 상향링크 구간 내 랜덤 액세스를 위해 할당된 자원에서 하나의 빔을 이용하여 기지국의 수신 빔 개수만큼 반복적으로 랜덤 액세스 프리앰블들을 송신한다.

상기 도 7에 도시되지 아니하였으나, 상기 랜덤 액세스 프리앰블들을 송신한 후, 하향링크 구간에서 랜덤 액세스 응답이 수신되면, 상기 단말은 랜덤 액세스를 위한 프리앰블 전송의 성공을 판단하고, 네트워크 접속을 위한 후속 절차를 수행한다. 예를 들어, 상기 후속 절차는 레인징, 능력 협상, 등록 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

반면, 상기 랜덤 액세스 응답이 수신되지 아니하면, 상기 단말은 랜덤 액세스의 실패를 판단하고, 랜덤 액세스 프리앰블의 송신 전력을 증가시킨 후, 다시 상기 랜덤 액세스 프리앰블들을 송신한다. 이때, 상기 실패 판단의 주기는 빔 패턴 단위 또는 빔 단위 또는 프리앰블 단위로 정의될 수 있다. 예를 들어, 상기 실패 판단의 주기가 빔 패턴 단위인 경우, 상기 단말은 하나의 빔 패턴에 속한 모든 빔들로 랜덤 액세스 프리앰블들을 송신한 후, 성공 여부를 판단한다. 다른 예로, 상기 실패 판단의 주기가 빔 단위인 경우, 상기 단말은 하나의 빔으로 랜덤 액세스 프리앰블들을 송신한 후, 성공 여부를 판단한다. 또 다른 예로, 상기 실패 판단의 주기가 프리앰블 단위인 경우, 상기 단말은 매 프리앰블 송신 시 마다 성공 여부를 판단한다.

또한, 상기 도 7에 도시되지 아니하였으나, 상기 701단계에서 상기 조건의 만족 여부를 판단하기 위해, 상기 단말은 기지국으로부터 수신되는 참조 신호를 이용하여 경로 손실을 측정할 수 있다. 그리고, 상기 경로 손실을 결정한 후, 상기 단말은 경로 손실에 기초하여 일부 빔들을 제외함으로써 수정된 빔 패턴을 생성할 수 있다. 예를 들어, 상기 단말은 경로 손실이 임계치보다 큰 빔을 제외할 수 있다.

도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 단말의 블록 구성을 도시하고 있다.

상기 도 8을 참고하면, 상기 단말은 RF(Radio Frequency)처리부(810), 기저대역(baseband)처리부(820), 저장부(830), 제어부(840)를 포함한다.

상기 RF처리부(810)는 신호의 대역 변환, 증폭 등 무선 채널을 통해 신호를 송수신하기 위한 기능을 수행한다. 즉, 상기 RF처리부(810)는 상기 기저대역처리부(820)으로부터 제공되는 기저대역 신호를 RF 대역 신호로 상향변환한 후 안테나를 통해 송신하고, 상기 안테나를 통해 수신되는 RF 대역 신호를 기저대역 신호로 하향변환한다. 예를 들어, 상기 RF처리부(810)는 송신 필터, 수신 필터(812), 증폭기, 믹서(mixer), 오실레이터(oscillator), DAC(Digital to Analog Convertor), ADC(Analog to Digital Convertor) 등을 포함할 수 있다. 상기 단말은 다수의 안테나들을 구비하며, 따라서, 상기 RF처리부(810)는 다수의 RF 체인들을 포함할 수 있다.

또한, 상기 RF처리부(810)는 송신 빔포밍 및 수신 빔포밍을 위한 빔포밍부(812)를 포함한다. 상기 빔포밍부(812)는 각 RF 체인들로 송신되는 신호들의 크기 및 위상을 조절함으로써, 상기 신호들의 결합에 대해 방향성을 부여할 수 있다. 또한, 상기 빔포밍부(812)는, 각 RF 체인들로 송신되는 신호들의 크기 및 위상을 조절함으로써, 상기 신호들의 이득을 조절할 수 있다.

상기 기저대역처리부(820)은 시스템의 물리 계층 규격에 따라 기저대역 신호 및 비트열 간 변환 기능을 수행한다. 예를 들어, 데이터 송신 시, 상기 기저대역처리부(820)은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성한다. 또한, 데이터 수신 시, 상기 기저대역처리부(820)은 상기 RF처리부(810)로부터 제공되는 기저대역 신호를 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다. 예를 들어, OFDM 방식에 따르는 경우, 데이터 송신 시, 상기 기저대역처리부(820)는 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성하고, 상기 복소 심벌들을 부반송파들에 매핑한 후, IFFT 연산 및 CP 삽입을 통해 OFDM 심벌들을 구성한다. 또한, 데이터 수신 시, 상기 기저대역처리부(820)은 상기 RF처리부(810)로부터 제공되는 기저대역 신호를 OFDM 심벌 단위로 분할하고, FFT 연산을 통해 부반송파들에 매핑된 신호들을 복원한 후, 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다.상기 기저대역처리부(820) 및 상기 RF처리부(810)는 상술한 바와 같이 신호를 송신 및 수신한다. 이에 따라, 상기 기저대역처리부(820) 및 상기 RF처리부(810)는 송신부, 수신부, 또는, 송수신부로 지칭될 수 있다.

상기 저장부(830)는 상기 단말 동작을 위한 기본 프로그램, 응용 프로그램, 설정 정보 등의 데이터를 저장한다. 특히, 상기 저장부(830)는 기지국으로부터 제공되는 랜덤 액세스 관련 정보를 저장한다. 상기 랜덤 액세스 관련 정보는 랜덤 액세스를 위한 자원의 위치, 랜덤 액세스 구간에서 기지국이 사용하는 수신 빔 폭, 기지국이 사용한 수신 빔 개수 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 랜덤 액세스를 수행하기 위해 필요한 정보는 기지국으로부터 방송 채널을 통해 주기적으로 송신될 수 있다. 또한, 상기 저장부(830)는 다수의 빔 패턴들에 대한 정보를 저장한다. 상기 빔 패턴은 서로 다른 방향으로 방사되는 다수의 빔들의 집합을 의미한다. 하나의 빔 패턴은 서로 다른 빔 폭의 빔들을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 저장부(830)는 상기 제어부(840)의 요청에 따라 저장된 데이터를 제공한다.

상기 제어부(840)는 상기 단말의 전반적인 동작들을 제어한다. 예를 들어, 상기 제어부(840)는 상기 기저대역처리부(820) 및 상기 RF처리부(810)을 통해 신호를 송수신한다. 본 발명의 실시 예에 따라, 상기 제어부(840)는 랜덤 액세스를 수행하기 위해 이용할 빔 패턴을 선택하고, 선택된 빔 패턴에 따라 랜덤 액세스를 시도하는 빔선택부(842)를 포함한다. 예를 들어, 상기 제어부(840)는 상기 단말이 상기 도 6 또는 상기 도 7에 도시된 절차를 수행하도록 제어한다. 본 발명의 실시 예에 따른 상기 제어부(840)의 동작은 다음과 같다.

상기 제어부(840)는 조건을 만족하는 적어도 하나의 빔 패턴을 선택한다. 상기 조건은 빔포밍 이득, 경로 손실, 프리앰블 종류에 따른 전력 조정 값 중 적어도 하나를 고려할 때 기지국에서의 목표 수신 전력 값을 충족할 수 있는지 여부로서, 빔 패턴들에 포함된 각 빔에 대하여 판단된다. 판단 결과, 상기 제어부(840)는 포함된 모든 빔들이 상기 조건을 만족하는 적어도 하나의 빔 패턴을 선택한다. 예를 들어, 상기 조건은 상기 <수학식 3> 또는 상기 <수학식 6>과 같이 정의될 수 있다. 단, 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 일부 빔들이 상기 조건을 만족하지 못하더라도 해당 빔 패턴이 선택될 수 있으며, 조건을 만족하지 못하는 빔들의 개수 또는 비율은 구체적인 실시 예에 따라 다르게 정의될 수 있다.

그리고, 상기 제어부(840)는 선택된 적어도 하나의 빔 패턴 중 하나의 빔 패턴에 속한 송신 빔들을 이용하여, 상기 기저대역처리부(820) 및 상기 RF처리부(810)를 통해, 랜덤 액세스 프리앰블들을 송신한다. 이때, 다수의 빔 패턴들이 상기 조건을 만족하는 경우, 상기 제어부(840)는 어느 하나의 빔 패턴을 다시 선택해야 한다. 예를 들어, 상기 제어부(840)는 과거 랜덤 액세스를 위한 프리앰블 전송 성공에 대한 이력, 포함되는 빔 개수 중 적어도 하나에 기초하여 하나의 빔 패턴을 선택할 수 있다.

그리고, 상기 랜덤 액세스 프리앰블들을 송신한 후, 하향링크 구간에서 랜덤 액세스 응답이 수신되면, 상기 제어부(840)는 랜덤 액세스를 위한 프리앰블 전송의 성공을 판단하고, 네트워크 접속을 위한 후속 절차를 수행한다. 반면, 상기 랜덤 액세스 응답이 수신되지 아니하면, 상기 제어부(840)는 랜덤 액세스의 실패를 판단하고, 랜덤 액세스 프리앰블의 송신 전력을 증가시킨 후, 다시 상기 랜덤 액세스 프리앰블들을 송신한다. 이때, 상기 실패 판단의 주기는 빔 패턴 단위 또는 빔 단위 또는 프리앰블 단위로 정의될 수 있다.

또한, 상기 조건의 만족 여부를 판단하기 위해, 상기 제어부(840)는 기지국으로부터 수신되는 참조 신호를 이용하여 경로 손실을 측정할 수 있다. 이때, 상기 제어부(840)는 상기 경로 손실에 기초하여 일부 빔들을 제외함으로써 수정된 빔 패턴을 생성할 수 있다.

본 발명의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합의 형태로 구현될(implemented) 수 있다.

소프트웨어로 구현하는 경우, 하나 이상의 프로그램(소프트웨어 모듈)을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체가 제공될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장되는 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치(device) 내의 하나 이상의 프로세서에 의해 실행 가능하도록 구성된다(configured for execution). 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치로 하여금 본 발명의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들을 실행하게 하는 명령어(instructions)를 포함한다.

이러한 프로그램(소프트웨어 모듈, 소프트웨어)은 랜덤 액세스 메모리 (random access memory), 플래시(flash) 메모리를 포함하는 불휘발성(non-volatile) 메모리, 롬(ROM: Read Only Memory), 전기적 삭제가능 프로그램가능 롬(EEPROM: Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), 자기 디스크 저장 장치(magnetic disc storage device), 컴팩트 디스크 롬(CD-ROM: Compact Disc-ROM), 디지털 다목적 디스크(DVDs: Digital Versatile Discs) 또는 다른 형태의 광학 저장 장치, 마그네틱 카세트(magnetic cassette)에 저장될 수 있다. 또는, 이들의 일부 또는 전부의 조합으로 구성된 메모리에 저장될 수 있다. 또한, 각각의 구성 메모리는 다수 개 포함될 수도 있다.

또한, 상기 프로그램은 인터넷(Internet), 인트라넷(Intranet), LAN(Local Area Network), WLAN(Wide LAN), 또는 SAN(Storage Area Network)과 같은 통신 네트워크, 또는 이들의 조합으로 구성된 통신 네트워크를 통하여 접근(access)할 수 있는 부착 가능한(attachable) 저장 장치(storage device)에 저장될 수 있다. 이러한 저장 장치는 외부 포트를 통하여 본 발명의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수 있다. 또한, 통신 네트워크상의 별도의 저장장치가 본 발명의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수도 있다.

상술한 본 발명의 구체적인 실시 예들에서, 발명에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다. 그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 본 발명이 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 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 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims

무선 통신 시스템에서 단말의 동작 방법에 있어서,
다수의 빔(beam) 패턴(pattern)들 중 미리 정의된 조건을 만족하는 적어도 하나의 빔 패턴을 선택하는 과정과,
상기 적어도 하나의 빔 패턴에 속한 송신 빔들을 이용하여 랜덤 액세스 프리앰블(random access preamble)들을 송신하는 과정을 포함하며,
상기 다수의 빔 패턴들 각각은, 서로 다른 방향으로 방사되는 다수의 빔들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 다수의 빔 패턴들 각각은, 서로 다른 빔 폭(beam width)을 가지는 다수의 빔들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 미리 정의된 조건은, 빔포밍 이득, 경로 손실, 프리앰블 종류에 따른 전력 조정 값 중 적어도 하나를 고려할 때 기지국에서의 목표 수신 전력 값을 충족할 수 있는지 여부를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 빔 패턴에 속한 송신 빔들을 이용하여 랜덤 액세스 프리앰블들을 송신하는 과정은,
상기 조건을 만족하는 다수의 빔 패턴들 중 하나를 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제4항에 있어서,
상기 조건을 만족하는 다수의 빔 패턴들 중 하나를 선택하는 과정은,
과거 랜덤 액세스를 위한 프리앰블 전송 성공에 대한 이력에 기초하여 결정되는 랜덤 액세스를 위한 프리앰블 전송 성공 확률이 가장 높은 하나의 빔 패턴을 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제5항에 있어서,
랜덤 액세스를 위한 프리앰블 전송 성공 시, 다수의 빔 패턴들 각각의 성공 확률을 갱신하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제4항에 있어서,
상기 조건을 만족하는 다수의 빔 패턴들 중 하나를 선택하는 과정은,
가장 적은 수의 빔들을 포함하는 빔 패턴을 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제4항에 있어서,
상기 조건을 만족하는 다수의 빔 패턴들 중 하나를 선택하는 과정은,
랜덤 액세스에 성공할 때까지의 프리앰블 전송 횟수의 평균이 가장 작은 빔 패턴을 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
기지국으로부터 수신되는 참조 신호를 이용하여 빔 별 경로 손실(path loss)을 측정하는 과정과,
상기 경로 손실, 기지국에서의 목표 수신 전력 값, 빔포밍 이득, 프리앰블 종류에 따른 전력 조정 값 중 적어도 하나를 이용하여 상기 목표 수신 전력 값을 충족할 수 있는 송신 전력 값을 결정하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제9항에 있어서,
상기 기지국에서의 목표 수신 전력 값 및 상기 기지국의 수신 빔포밍 이득 값을 상기 기지국으로부터 수신하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제9항에 있어서,
상기 경로 손실에 기초하여 미리 정의된 빔 패턴에서 적어도 하나의 빔을 제외함으로써 수정된 빔 패턴을 생성하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 랜덤 액세스 프리앰블들을 송신한 후, 랜덤 액세스 응답을 수신하는 과정과,
네트워크 진입을 위한 절차를 수행하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 랜덤 액세스 프리앰블들을 송신한 후, 랜덤 액세스를 위한 프리앰블 전송의 성공 여부를 판단하는 과정과,
상기 랜덤 액세스가 실패하면, 상기 랜덤 액세스 프리앰블의 송신 전력을 증가시키는 과정과,
상기 랜덤 액세스 프리앰블들을 송신하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
무선 통신 시스템에서 단말 장치에 있어서,
다수의 빔(beam) 패턴(pattern)들 중 미리 정의된 조건을 만족하는 적어도 하나의 빔 패턴을 선택하는 제어부와,
상기 적어도 하나의 빔 패턴에 속한 송신 빔들을 이용하여 랜덤 액세스 프리앰블(random access preamble)들을 송신하는 송신부를 포함하며,
상기 다수의 빔 패턴들 각각은, 서로 다른 방향으로 방사되는 다수의 빔들을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제14항에 있어서,
상기 다수의 빔 패턴들 각각은, 서로 다른 빔 폭(beam width)을 가지는 다수의 빔들을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제14항에 있어서,
상기 미리 정의된 조건은, 빔포밍 이득, 경로 손실, 프리앰블 종류에 따른 전력 조정 값 중 적어도 하나를 고려할 때 기지국에서의 목표 수신 전력 값을 충족할 수 있는지 여부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제14항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 조건을 만족하는 다수의 빔 패턴들 중 하나를 선택하는 것을 특징으로 하는 장치.
제17항에 있어서,
상기 제어부는, 과거 랜덤 액세스를 위한 프리앰블 전송 성공에 대한 이력에 기초하여 결정되는 랜덤 액세스를 위한 프리앰블 전송 성공 확률이 가장 높은 하나의 빔 패턴을 선택하는 것을 특징으로 하는 장치.
제18항에 있어서,
상기 제어부는, 랜덤 액세스를 위한 프리앰블 전송 성공 시, 다수의 빔 패턴들 각각의 성공 확률을 갱신하는 것을 특징으로 하는 장치.
제17항에 있어서,
상기 제어부는, 가장 적은 수의 빔들을 포함하는 빔 패턴을 선택하는 것을 특징으로 하는 장치.
제17항에 있어서,
상기 제어부는, 랜덤 액세스에 성공할 때까지의 프리앰블 전송 횟수의 평균이 가장 작은 빔 패턴을 선택하는 것을 특징으로 하는 장치.
제14항에 있어서,
상기 제어부는, 기지국으로부터 수신되는 참조 신호를 이용하여 빔 별 경로 손실(path loss)을 측정한 후, 상기 경로 손실, 기지국에서의 목표 수신 전력 값, 빔포밍 이득, 프리앰블 종류에 따른 전력 조정 값 중 적어도 하나를 이용하여 상기 목표 수신 전력 값을 충족할 수 있는 송신 전력 값을 결정하는 것을 특징으로 하는 장치.
제22항에 있어서,
상기 기지국에서의 목표 수신 전력 값 및 상기 기지국의 수신 빔포밍 이득 값을 상기 기지국으로부터 수신하는 수신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제22 있어서,
상기 제어부는, 상기 경로 손실에 기초하여 미리 정의된 빔 패턴에서 적어도 하나의 빔을 제외함으로써 수정된 빔 패턴을 생성하는 것을 특징으로 하는 장치.
제14항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 랜덤 액세스 프리앰블들을 송신한 후, 랜덤 액세스 응답이 수신되면, 네트워크 진입을 위한 절차를 수행하는 것을 특징으로 하는 장치.
제14항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 랜덤 액세스 프리앰블들을 송신한 후, 랜덤 액세스를 위한 프리앰블 전송의 성공 여부를 판단하고, 상기 랜덤 액세스가 실패하면, 상기 랜덤 액세스 프리앰블의 송신 전력을 증가시키고, 상기 송신부를 통해 상기 랜덤 액세스 프리앰블들을 송신하는 것을 특징으로 하는 장치.