KR20160127727A

KR20160127727A - 무선 통신 시스템에서 저 지연을 위한 신호를 생성하는 방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR20160127727A
Application number: KR1020167021424A
Authority: KR
Inventors: 고현수; 조희정; 최혜영; 변일무; 박경민
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2014-02-28
Filing date: 2015-02-05
Publication date: 2016-11-04
Also published as: EP3113394A4; US20170019905A1; CN106063161A; US10057906B2; CN106063161B; US20180332592A1; US10681706B2; KR102246558B1; US11375514B2; EP3113394A1; EP3113394B1; WO2015130029A1; US20200337059A1; WO2015130033A1

Abstract

본 발명은 무선 통신 시스템에서 저 지연을 위한 신호를 생성하는 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예로서, 무선 통신 시스템에서 통신 기기가 저 지연을 위한 상황 보고 신호를 생성하여 기지국으로 전송하는 방법은, 상기 통신 기기가 인지한 미리 정해진 특정 상황을 기반으로 하여 상기 상황 보고 신호를 생성하는 단계 및 상기 생성된 상황 보고 신호를 상기 기지국으로 전송하는 단계를 포함하되, 상기 상황 보고 신호는 레거시 통신 시스템의 부반송파 간격보다 미리 정해진 정수 배만큼 큰 부반송파 간격을 가지도록 생성될 수 있다.

Description

무선 통신 시스템에서 저 지연을 위한 신호를 생성하는 방법 및 그 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR GENERATING SIGNAL FOR LOW LATENCY IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무선 통신 시스템에서 저 지연(Short Latency)을 위한 신호를 생성하는 방법 및 이를 지원하는 장치에 관한 것이다.

최근 무선 통신 기술의 발전에 따라 무선 통신의 적용 대상이 사람 통신에서 사물 통신 혹은 사물 인터넷(Internet of Things)으로 확대되어 가고 있는 가운데, 가까운 장래에는 우리 주변의 모든 사물들이 무선 통신 네트워크로 연결되어 무선으로 사물들을 제어하는 시대가 도래할 것으로 예상되고 있다.

이와 같은 시대를 네트워크 사회(networked Society)라고 정의할 때, 상기 네트워크 사회를 구성하기 위해 대표적으로 필요한 무선 네트워크 설계 상의 요구 조건들은, 기기 간 통신이 사람의 관장 없이 가능하며 레이턴시(Latency) 즉, 지연이 감소될 수 있는 기기 간의 초연결성 및 초저지연/고신뢰도 전송 등의 구비라고 할 수 있다.

사물 통신 혹은 사물 인터넷은 우리 주변의 다양한 분야에서 응용될 수 있으며, 특히 산업 자동화 또는 차량 자동 주행 분야에 이용될 수 있고, 그뿐만 아니라 무선 통신 기술과 차량 간의 결합을 통해 제공되는 서비스 중 하나인 지능형 교통망 시스템(Intelligent Transport System; ITS)의 구축 등에 활용될 수 있다.

상기 무선 통신 기술과 차량 간의 결합을 통해 제공되는 서비스로는 차량 자동 주행, 신뢰도 높은 실시간 교통 정보의 제공, 차량 탑승자에게 고품질의 무선 통신 환경의 제공 등을 포함할 수 있다.

위와 같은 무선 통신 기술과 차량 간의 결합을 통해 제공되는 서비스의 구현을 위해 요구되는 조건은, 제공되는 서비스의 속성에 따라 달라지게 되는데, 무선 통신 기술을 활용한 차량 안전 서비스의 경우, 돌발 상황을 정확하게 인지하고 순간적으로 상황을 전달해야 하는 것을 고려하면, 초저지연 및 고신뢰도 전송을 실현할 수 있는 무선 통신 기술이 적용되어야 하고, 만약 차량 탑승자에게 고품질의 무선 통신 환경을 제공하는 경우라면, 어느 상황에서라도 균등한 채널 품질을 유지하는 무선 통신 기술이 적용되는 것이 바람직하다.

보다 구체적으로, 상기 무선 통신 기술을 활용한 차량 안전 서비스라 함은, 차량이 외부 요인 또는 내부 요인으로 인하여 위급한 상황에 처할 우려가 있거나 또는 차량 내 장치 등에 이상이 있다고 판단하는 경우, 차량 사용자에게 차량 내 통신 네트워크를 통해 이러한 사실을 알려 차량 사용자가 해당 문제에 대해 효율적으로 대처할 수 있게끔 도와주는 서비스라고 볼 수 있다.

차량 내 통신 네트워크는 크게 차량 내부 망과 차량 외부 망으로 나누어 볼 수 있는데, IVN (In Vehicle Network)이라고 불리는 차량 내부 망은, 차량 내 센서나 전자 장치 또는 디바이스 간의 유무선 통신 네트워크를 말하며, 앞서 언급한 바와 같이 당해 차량의 사용자에게 위급한 상황 또는 이상이 있는 부분을 알리는데 활용되고 있는 기술이다.

한편, 차량 통신 네트워크는 앞서의 차량 내부 망에 관한 기술 외에도 차량을 기준으로 볼 때 차량 밖 네트워크라 할 수 있는 차량 외부 망에 관한 기술도 포함될 수 있다.

앞서의 차량 내부 망을 활용한 차량 안전 서비스는 그 목적에 따라 차량 내부에서 오디오나 계기판 등의 특정 표시를 통해 차량 운전자에게 제공되고 있으나, 이러한 정보는 당해 차량의 운전자만이 인지할 수 있을 뿐이다.

이에 따라, 당해 차량의 후방 또는 인근에 위치한 차량 운전자로서는 위 정보 등을 인지할 수 없으므로, 상기 차량 내부 망을 활용한 차량 안전 서비스만으로는 당해 차량의 운전자가 적절한 조치를 취하더라도 후방 또는 인근 차량에 의해 사고가 발생하거나 혹은 함께 2 차적인 사고가 발생 될 우려가 존재할 수 있게 된다.

따라서, 이에 대한 개선을 위해 최근 차량 내부 망을 활용한 차량 안전 서비스 외에도 차량 외부 망을 활용한 차량 안전 서비스에 대한 연구도 꾸준히 진행되고 있다.

즉, 위와 같은 차량 외부 망을 활용한 차량 안전 서비스는 다른 주변 차량과의 관계에 있어서도 차량 통신 네트워크 기술을 활용한 차량 안전 서비스를 제공하기 위해 도입된 기술을 의미하며, 상기 차량 외부망은 크게 V2I(Vehicle to infrastructure)와 V2V(Vehicle to Vehicle)로 분류할 수 있다.

여기에서 상기 V2I 는 당해 차량과 그 주변 기지국 간의 통신 인프라 기술을 미하며, 상기 V2V 는 당해 차량과 다른 차량 간의 통신 인프라 기술을 의미한다.

상기 V2I 기술을 이용하면, 차량은 주변 기지국으로부터 교통정보 등을 수신할 수도 있으며, 이와 함께 차량의 위치 정보 또는 차량이 감지한 위험 정보 등을 상기 주변 기지국으로 전송할 수 있으며, 상기 전송 된 정보를 통해 기지국 및 다른 차량들은 상기 위험 상황을 공유할 수 있게 된다.

또한, 상기 V2V 기술을 이용하면, 차량은 주변 차량으로부터 교통정보 등을 수신하거나, 이와 함께 각 차량이 감지한 위험 정보 등을 주고받을 수도 있다.

결국, 차량 외부 망을 활용한 차량 안전 서비스인 앞서의 V2I 및 V2V 기술은, 모두 차량과 다른 객체 간의 정보 공유를 주된 목적으로 하여 활용될 수 있는 기술이나, 상기 공유를 위한 정보를 전송하기 위해서는 매 통신마다 초기 접속(Initial Access)을 수행하게 되어 상기 초기 접속에 따른 레이턴시(Latency) 즉, 초기 접속에 따른 지연이 커지게 된다는 문제점이 존재하게 된다.

따라서, 상기 초기 접속에 따른 지연을 감소시킬 방안이 필요한 실정이며, 이에 따라, 무선 통신 시스템에서 저 지연을 위한 신호를 생성할 필요성이 있다.

본 발명은 상술한 종래의 필요성을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은, 무선 통신 시스템에서 저 지연을 위한 신호를 생성하는 방법을 제안한다.

본 발명의 다른 목적은, 레거시 통신 시스템의 부반송파 간격보다 정수 배 큰 부반송파 간격을 갖는 저 지연 신호 생성 방법을 제안한다.

본 발명의 또 다른 목적은, 레거시 시스템의 파라미터를 그대로 이용할 수 있는 저 지연 신호 생성 방법을 제안한다.

본 발명의 또 다른 목적은, 생성한 저 지연 신호를 하향링크 전송 구간을 이용하여 다른 디바이스에게 전송하는 방법을 제안한다.

본 발명의 또 다른 목적은, 상술한 방법들을 지원하는 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명인 무선 통신 시스템 내 저 지연을 위한 신호를 생성하는 방법은, 상기 통신 기기가 인지한 미리 정해진 특정 상황을 기반으로 하여 상기 상황 보고 신호를 생성하는 단계 및 상기 생성된 상황 보고 신호를 상기 기지국으로 전송하는 단계를 포함하되, 상기 상황 보고 신호는 레거시(Legacy) 통신 시스템의 부반송파 간격보다 미리 정해진 정수 배만큼 큰 부반송파 간격을 가지도록 생성되는 것을 포함하여 이루어진다.

본 발명인 무선 통신 시스템 내 저 지연을 위한 신호를 생성하는 방법에 있어서, 상기 미리 정해진 정수는 16 일 수 있다.

본 발명인 무선 통신 시스템 내 저 지연을 위한 신호를 생성하는 방법에 있어서, 상기 상황 보고 신호는, 상기 레거시 통신 시스템의 심볼 한 주기 내에 하나 이상의 새로운 심볼 및 CP 를 포함시켜 생성할 수 있다.

본 발명인 무선 통신 시스템 내 저 지연을 위한 신호를 생성하는 방법에 있어서, 상기 새로운 심볼의 개수 및 상기 CP 의 길이는 상기 상황 보고 신호의 부반송파 간격과 시간영역에서의 주기를 고려하여 결정될 수 있다.

본 발명인 무선 통신 시스템 내 저 지연을 위한 신호를 생성하는 방법에 있어서, 상기 새로운 심볼의 개수는 16 개이고, 상기 CP 길이는 250ns 일 수 있다.

본 발명인 무선 통신 시스템 내 저 지연을 위한 신호를 생성하는 방법에 있어서, 상기 기지국으로 전송하는 단계는, 상기 상황 보고 신호를 상기 기지국과 기 연결된 이웃 디바이스로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명인 무선 통신 시스템 내 저 지연을 위한 신호를 생성하는 방법에 있어서, 상기 상황 보고 신호가 미리 정해진 긴급 상황을 기반으로 하여 생성된 경우, 상기 이웃 디바이스로의 전송은 하향링크 전송 구간을 이용하여 이루어질 수 있다.

본 발명인 무선 통신 시스템 내 저 지연을 위한 신호를 생성하는 방법에 있어서, 상기 하향링크 전송 구간을 이용하는 이웃 디바이스로의 전송은, 상기 하향링크 전송 구간 내 각 서브 프레임 마다 미리 정해진 특정 심볼을 통하여 이루어질 수 있다.

본 발명인 무선 통신 시스템 내 저 지연을 위한 신호를 생성하는 방법에 있어서, 상기 상황 보고 신호가 미리 정해진 긴급 상황을 기반으로 하여 생성된 경우, 상기 전송하는 단계는 상기 레거시 통신 시스템의 서브 프레임 내 하나 이상의 심볼 구간을 전용(Exclusive use)하여 이루어질 수 있다.

본 발명인 무선 통신 시스템 내 저 지연을 위한 신호를 생성하는 방법에 있어서, 상기 상황 보고 신호는 상기 레거시 시스템의 파라미터(Parameter)를 그대로 사용할 수 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명인 무선 통신 시스템에서 저 지연(Short Latency)을 위한 상황 보고 신호를 생성하여 기지국으로 전송하는 통신 기기는, 송신부 및 수신부를 포함하는 RF 유닛(Radio Frequency Unit) 및 상기 송신부 및 수신부와 연결되어 통신 수행을 지원하는 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는 인지한 미리 정해진 특정 상황을 기반으로 하여 상기 상황 보고 신호를 생성하며, 상기 생성된 상황 보고 신호를 상기 기지국으로 전송하도록 제어하되, 상기 상황 보고 신호는 레거시(Legacy) 통신 시스템의 부반송파 간격보다 미리 정해진 정수 배만큼 큰 부반송파 간격을 가지도록 생성될 수 있다.

본 발명인 통신 기기에 있어서, 상기 미리 정해진 정수는 16 일 수 있다.

본 발명인 통신 기기에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 레거시 통신 시스템의 심볼 한 주기 내에 하나 이상의 새로운 심볼 및 CP 를 포함시켜 상기 상황 보고 신호를 생성하도록 제어할 수 있다.

본 발명인 통신 기기에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 새로운 심볼의 개수 및 상기 CP 의 길이를 상기 상황 보고 신호의 부반송파 간격과 시간영역에서의 주기를 고려하여 결정하도록 제어할 수 있다.

본 발명인 통신 기기에 있어서, 상기 새로운 심볼의 개수는 16 개이고, 상기 CP 길이는 250ns 일 수 있다.

본 발명인 통신 기기에 있어서, 상기 프로세서는, 상기 상황 보고 신호를 상기 기지국과 기 연결된 이웃 디바이스로 전송하도록 제어할 수 있다.

본 발명인 통신 기기에 있어서, 상기 상황 보고 신호가 미리 정해진 긴급 상황을 기반으로 하여 생성된 경우, 상기 프로세서는 상기 이웃 디바이스로의 전송이 하향링크 전송 구간을 이용하여 이루어지도록 제어할 수 있다.

본 발명인 통신 기기에 있어서, 상기 프로세서는 상기 하향링크 전송 구간을 이용하는 이웃 디바이스로의 전송이, 상기 하향링크 전송 구간 내 각 서브 프레임 마다 미리 정해진 특정 심볼을 통하여 이루어지도록 제어할 수 있다.

본 발명인 통신 기기에 있어서, 상기 상황 보고 신호가 미리 정해진 긴급 상황을 기반으로 하여 생성된 경우, 상기 프로세서는 상기 상황 보고 신호의 전송이 상기 레거시 통신 시스템의 서브 프레임 내 하나 이상의 심볼 구간을 전용하여 이루어지도록 제어할 수 있다.

본 발명인 통신 기기에 있어서, 상기 상황 보고 신호는 상기 레거시 시스템의 파라미터를 그대로 사용할 수 있다.

본 발명에 의하면, 무선 통신 시스템에서 저 지연을 위한 신호를 생성하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명에 의하면, 레거시 통신 시스템의 부반송파 간격보다 정수 배 큰 부반송파 간격을 갖는 저 지연 신호를 생성하는 것이 가능하며, 이를 통해 시간 영역에서의 샘플(Sample)이 더욱 많이 확보될 수 있어 에너지 검출(Energy Detection)시 성공 확률이 높아져 지연(latency)을 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 레거시 시스템의 파라미터를 그대로 이용할 수 있는 저 지연 신호를 생성하는 것이 가능하며, 이를 통해 변화 혹은 영향을 최소화 하면서 레거시 시스템과 동시에 사용할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 실시 예들에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 이하의 본 발명의 실시 예들에 대한 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 도출되고 이해될 수 있다. 즉, 본 발명을 실시함에 따른 의도하지 않은 효과들 역시 본 발명의 실시 예들로부터 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 도출될 수 있다.

이하에 첨부되는 도면들은 본 발명에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 본 발명에 대한 실시 예들을 제공한다. 다만, 본 발명의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시 예로 구성될 수 있다. 각 도면에서의 참조 번호(reference numerals)들은 구조적 구성요소(structural elements)를 의미한다.
도 1 은 본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템 내에서 차량 내에 포함되어 있는 통신 기기와 기지국 간의 통신 환경을 예시하는 도면이다.
도 2 본 발명이 적용될 수 있는 3GPP LTE(Long Term Evolution) 시스템에서 이용되는 물리 채널들 및 이들을 이용한 일반적인 신호 전송 방법을 도시하는 도면이다.
도 3(a)는 본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템을 기반으로 한 통신 기기와 기지국 간 무선 인터페이스 프로토콜(Radio Interface Protocol) 내 제어평면(Control Plane) 구조를 나타내는 도면이다.
도 3(b)는 본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템을 기반으로 한 통신 기기와 기지국 간 무선 인터페이스 프로토콜(Radio Interface Protocol) 내 사용자평면(User Plane) 구조를 나타내는 도면이다.
도 4(a)는 본 발명이 적용될 수 있는 하향링크(Downlink) 무선 프레임의 구조를 나타내는 도면이다.
도 4(b)는 본 발명이 적용될 수 있는 하향링크(Downlink) 무선 프레임의 구조를 나타내는 도면이다.
도 5 는 심볼과 부반송파로 이루어진 하나의 하향링크 슬롯의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6 은 본 발명이 적용될 수 있는 상향링크 서브프레임의 구조를 나타내는 도면이다.
도 7 은 경쟁기반 랜덤 엑세스 절차(Contention Based Random Access Procedure)를 나타내는 도면이다.
도 8 은 비 경쟁기반 랜덤 엑세스 절차(Non-Contention Based Random Access Procedure)를 나타내는 도면이다.
도 9 는 본 발명이 적용될 수 있는 3GPP LTE(Long Term Evolution) 시스템에서의 지연(Latency)에 대한 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 10 은 통신 기기와 기지국 간 무선 인터페이스 프로토콜(Radio Interface Protocol) 내 제어평면(Control Plane)에서의 지연(Latency)에 대한 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 11 은 통신 기기와 기지국 간 무선 인터페이스 프로토콜(Radio Interface Protocol) 내 사용자평면(User Plane)에서의 지연(Latency)에 대한 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 12 는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 저 지연을 위한 신호를 생성하는 방법의 흐름도를 예시하는 도면이다.
도 13 은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 저 지연을 위한 신호를 생성하는 장치의 블록 구성도를 예시하는 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다.

이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 통상의 기술자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다.

몇몇의 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함(comprising 또는 including)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 "…부" 의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 나아가, "일(a 또는 an)", "하나(one)", 및 유사 관련어는 본 발명을 기술하는 문맥에 있어서 본 명세서에 달리 지시되거나 문맥에 의해 분명하게 반박되지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.

아울러, 본 발명의 실시예들에서 사용되는 특정(特定) 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 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. 이러한 특정 용어의 사용은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다.

명세서 전체에서 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.

도 1 은 본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템 내에서 차량 내에 포함되어 있는 통신 기기와 기지국 간의 통신 환경을 예시하는 도면이다.

도 1 을 참고하면, 본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템은 기지국(Base Station; BS, 100)과 통신 기기를 포함하는 하나 이상의 차량들(Vehicles, 110, 120, 130, 140) 로 구성될 수 있다.

이하 본 명세서 내에서는, 설명의 편의를 위해 통신 기기를 포함하는 차량(110, 120, 130, 140)을 통신 기기로 정의하여 표현하기로 한다.

본 발명에서, 기지국(100)은 상기 통신 기기(110, 120, 130, 140)와 직접적으로 통신하는 네트워크의 종단 노드(terminal node)로서의 의미를 갖는다. 또한, 본 발명에서 기지국(100)에 의해 수행되는 것으로 설명되는 특정 동작은 경우에 따라 기지국의 상위 노드(upper node)에 의해 수행될 수도 있다.

즉, 기지국(100)을 포함하는 다수의 네트워크 노드들(network nodes)로 이루어지는 네트워크에서 통신 기기(110, 120, 130, 140)와의 통신을 위해 수행되는 다양한 동작들은 기지국 또는 기지국 이외의 다른 네트워크 노드들에 의해 수행될 수 있음은 자명하다.

본 발명에서 기지국(100)은 고정국(fixed station), Node B, eNode B(eNB), 액세스 포인트(AP: Access Point) 등의 용어에 의해 대체될 수 있다.

또한, 통신 기기(110, 120, 130, 140)는 단말(Terminal), MS(Mobile Station), MSS(Mobile Subscriber Station), SS(Subscriber Station), AMS(Advanced Mobile Station), WT(Wireless terminal), MTC(Machine-Type Communication) 장치, M2M(Machine-to-Machine) 장치, D2D 장치(Device-to-Device) 장치 등의 용어로 대체될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 무선 통신 시스템들인 IEEE 802 시스템, 3GPP 시스템, 3GPP LTE 및 LTE-A(LTE-Advanced)시스템 및 3GPP2 시스템 중 적어도 하나에서 구현될 수 있으며, 이들 중 적어도 하나가 개시된 표준 문서들에 의해 뒷받침될 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서, 레거시 시스템(Legacy system)이란 기존에 이미 정의되어 있는 시스템을 의미하는 것으로 정의한다. 따라서, 3GPP LTE-A 시스템의 입장에서 볼 때, 3GPP LTE 시스템이 레거시 시스템에 해당한다. 또한, 예시적으로 레거시 이동 단말(Legacy Mobile Station)이란 레거시 시스템이 지원하는 이동 단말을 의미하는 것으로 해석할 수 있으며, 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 상기 레거시 이동 단말을 단말 또는 통신 기기 등에 포함되는 개념으로 설명하기로 한다.

한편, 이하의 기술은 CDMA(code division multiple access), FDMA(frequency division multiple access), TDMA(time division multiple access), OFDMA(orthogonal frequency division multiple access), SC-FDMA(single carrier frequency division multiple access) 등과 같은 다양한 무선 접속 시스템에 이용될 수 있다.

CDMA 는 UTRA(Universal Terrestrial Radio Access)나 CDMA2000 과 같은 무선 기술(radio technology)로 구현될 수 있으며, TDMA 는 GSM(Global System for Mobile communications)/GPRS(General Packet Radio Service)/EDGE(Enhanced Data Rates for GSM Evolution)와 같은 무선 기술로 구현될 수 있다.

또한, OFDMA 는 IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802.20, E-UTRA(Evolved UTRA) 등과 같은 무선 기술로 구현될 수 있으며, UTRA 는 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)의 일부이다. 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(long term evolution)는 E-UTRA 를 사용하는 E-UMTS(Evolved UMTS)의 일부로써, 하향링크에서 OFDMA 를 채용하고 상향링크에서 SC-FDMA 를 채용한다. LTE-A(Advanced)는 3GPP LTE 의 진화를 말한다.

무선 통신 시스템에서 통신 기기는 기지국으로부터 하향링크(Downlink)를 통해 정보를 수신할 수 있으며, 통신 기기 또한 상향링크(Uplink)를 통해 기지국으로 정보를 전송할 수 있다.

상기 통신 기기가 전송 또는 수신하는 정보로는 데이터 및 다양한 제어 정보 등이 있으며, 통신 기기가 전송 또는 수신하는 정보의 종류 내지 용도에 따라 다양한 물리 채널들이 존재한다.

도 2 본 발명이 적용될 수 있는 3GPP LTE(Long Term Evolution) 시스템에서 이용되는 물리 채널들 및 이들을 이용한 일반적인 신호 전송 방법을 도시하는 도면이다.

전원이 꺼진 상태에서 다시 전원이 켜지거나, 새로이 셀에 진입한 통신 기기는 단계 S201 에서 기지국과 동기를 맞추는 등의 초기 셀 탐색(Initial cell search) 작업을 수행한다.

이를 위해 통신 기기는 기지국으로부터 주 동기 채널(P-SCH: Primary Synchronization Channel) 및 부 동기 채널(S-SCH: Secondary Synchronization Channel)을 수신하여 기지국과 동기를 맞추고, 셀 ID 등의 정보를 획득할 수 있다. 그 후, 통신 기기는 기지국으로부터 물리방송채널(Physical Broadcast Channel)를 수신하여 셀 내 방송 정보를 획득할 수 있다. 한편, 통신 기기는 초기 셀 탐색 단계에서 하향링크 참조 신호(Downlink Reference Signal: DL RS)를 수신하여 하향링크 채널 상태를 확인할 수 있다.

초기 셀 탐색을 마친 통신 기기는 단계 S202 에서 물리 하향링크 제어채널(PDCCH: Physical Downlink Control Channel) 및 상기 물리 하향링크 제어채널 정보에 따른 물리 하향링크 공유채널(PDSCH: Physical Downlink Control Channel)을 수신하여 좀더 구체적인 시스템 정보를 획득할 수 있다.

한편, 기지국에 최초로 접속하거나 신호 전송을 위한 무선 자원이 없는 경우 통신 기기는 기지국에 단계 S203 내지 단계 S206 과 같은 랜덤 엑세스 절차(Random Access Procedure)를 수행할 수 있다.

이에 대해서는 도 7 및 도 8 에서 자세히 설명하도록 하겠으나, 통신 기기는 이를 수행하기 위해 물리 임의접속채널(PRACH: Physical Random Access Channel)를 통해 특정 시퀀스를 프리엠블로서 전송하고(S203), 물리 하향링크 제어채널 및 이에 대응하는 물리 하향링크 공유채널을 통해 상기 랜덤 엑세스에 대한 응답 메시지를 수신할 수 있다(S204).

핸드오버(Handover)의 경우를 제외한 경쟁 기반 랜덤 엑세스의 경우 그 후 추가적인 물리 랜덤 엑세스 채널의 전송(S205) 및 물리 하향링크 제어채널/물리 하향링크 공유채널 수신(S206)과 같은 충돌 해결 절차(Contention Resolution Procedure)를 수행할 수 있다.

상술한 절차를 수행한 통신 기기는, 이후 일반적인 상/하향링크 신호 전송 절차로서 물리 하향링크 제어채널/물리 하향링크 공유채널 수신(S207) 및 물리 상향링크 공유채널(PUSCH: Physical Uplink Shared Channel)/물리 상향링크 제어채널(PUCCH: Physical Uplink Control Channel) 전송(S208)을 수행할 수 있다.

이 때, 통신 기기가 상향링크를 통해 기지국에 전송하는 또는 통신 기기가 기지국으로부터 수신하는 제어 정보에는 하향링크/상향링크 ACK/NACK 신호, CQI(Channel Quality Indicator)/PMI(Precoding Matrix Index)/RI(Rank Indicator) 등을 포함한다.

3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(Long Term Evolution) 시스템의 경우, 통신 기기는 상술한 CQI/PMI/RI 등의 제어 정보를 물리 상향링크 공유채널 및/또는 물리 상향링크 제어채널을 통해 전송할 수 있다.

도 3(a) 및 도 3(b)는 본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템을 기반으로 한 통신 기기와 기지국 간 무선 인터페이스 프로토콜(Radio Interface Protocol) 내 제어 평면(Control Plane) 및 사용자 평면(User-Plane)의 구조를 나타내는 도면이다.

도 3(a) 및 도 3(b)를 참고하면, 무선 인터페이스 프로토콜은 수평적으로 물리계층(Physical Layer), 데이터링크 계층(Data Link Layer) 및 네트워크 계층(Network Layer)으로 이루어지며, 수직적으로는 데이터 정보 전송을 위한 사용자 평면과 제어 신호 전달을 위한 제어 평면으로 구분된다.

도 3 의 프로토콜 계층은 통신 시스템에서 널리 알려진 개방형 시스템간 상호 접속(Open System Interconnection; OSI) 기준모델의 하위 3 개 계층을 바탕으로 L1(제 1 계층), L2(제 2 계층), L3(제 3 계층)로 구분될 수 있다.

도 3(a)의 제어 평면은 통신 기기와 네트워크가 호를 관리하기 위해서 이용하는 제어 메시지들이 전송되는 통로를 의미하며, 도 3(b)의 사용자 평면은 애플리케이션 계층에서 생성된 데이터, 예를 들어, 음성 데이터 또는 인터넷 패킷 데이터 등이 전송되는 통로를 의미한다. 이하, 무선 프로토콜의 제어 평면과 사용자 평면의 각 계층을 설명한다.

제 1 계층인 물리계층은 물리채널(Physical Channel)을 이용하여 상위 계층에게 정보 전송 서비스(Information Transfer Service)를 제공한다. 물리계층은 상위에 있는 매체접속제어(Medium Access Control) 계층과는 전송채널(Transport Channel)을 통해 연결되어 있다. 상기 전송채널을 통해 매체접속제어 계층과 물리계층 사이에 데이터가 이동한다. 송신측과 수신측의 물리계층 사이는 물리채널을 통해 데이터가 이동한다. 상기 물리채널은 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식으로 변조되며, 시간과 주파수를 무선 자원으로 활용한다.

제 2 계층의 매체접속제어(Medium Access Control; MAC) 계층은 논리채널(Logical Channel)을 통해 상위계층인 무선링크제어(Radio Link Control; RLC) 계층에 서비스를 제공한다. 제 2 계층의 RLC 계층은 신뢰성 있는 데이터 전송을 지원한다. RLC 계층의 기능이 MAC 내부의 기능 블록으로 구현될 수도 있다. 이러한 경우에 RLC 계층은 존재하지 않을 수 있다. 제 2 계층의 PDCP(Packet Data Convergence Protocol) 계층은 IPv4(Internet Protocol Version 4)나 IPv6(Internet Protocol Version 6)와 같은 IP(Internet Protocol) 패킷(Packet) 전송 시에 대역폭이 좁은 무선 인터페이스에서 효율적으로 전송하기 위해 불필요한 제어정보를 줄여주는 헤더 압축(Header Compression) 기능을 수행한다.

제 3 계층의 최하부에 위치한 무선 자원제어(Radio Resource Control; RRC) 계층은 제어평면에서만 정의되며, 무선베어러(Radio Bearer; RB)들의 설정(Configuration), 재설정(Re-configuration) 및 해제(Release)와 관련되어 논리채널, 전송채널 및 물리채널들의 제어를 담당한다. RB 는 통신 기기와 네트워크 간의 데이터 전달을 위해 제 2 계층에 의해 제공되는 서비스를 의미한다. 이를 위해, RRC 계층은 통신 기기와 네트워크 간에 RRC 메시지를 서로 교환한다. 통신 기기의 RRC 계층과 무선 네트워크의 RRC 계층 사이에 RRC 연결(RRC Connected)이 있을 경우, 통신 기기는 RRC 연결 상태(Connected Mode)에 있게 되고, 그렇지 못할 경우 무선자원제어 휴지 또는 아이들(RRC_Idle) 상태에 있게 된다.

한편, RRC 계층의 상위에 있는 NAS(Non-Access Stratum) 계층은 세션 관리(Session Management)와 이동성 관리(Mobility Management) 등의 기능을 수행한다.

기지국을 구성하는 하나의 셀(Cell)은 1.25, 2.5, 5, 10, 20Mhz 등의 대역폭 중 하나로 설정되어 여러 통신 기기에게 하향 또는 상향 전송 서비스를 제공한다. 서로 다른 셀은 서로 다른 대역폭을 제공하도록 설정될 수 있다.

네트워크에서 통신 기기로 데이터를 전송하는 하향 전송채널은 시스템 정보를 전송하는 BCH(Broadcast Channel), 페이징 메시지를 전송하는 PCH(Paging Channel), 사용자 트래픽이나 제어메시지를 전송하는 하향 SCH(Shared Channel) 등이 있다. 하향 멀티캐스트 또는 방송 서비스의 트래픽 또는 제어메시지의 경우 하향 SCH 를 통해 전송될 수도 있고, 또는 별도의 하향 MCH(Multicast Channel)을 통해 전송될 수도 있다. 한편, 통신 기기에서 네트워크로 데이터를 전송하는 상향 전송채널로는 초기 제어메시지를 전송하는 RACH(Random Access Channel), 사용자 트래픽이나 제어메시지를 전송하는 상향 SCH(Shared Channel)가 있다.

전송채널의 상위에 있으며, 전송채널에 매핑되는 논리채널(Logical Channel)로는 BCCH(Broadcast Control Channel), PCCH(Paging Control Channel), CCCH(Common Control Channel), MCCH(Multicast Control Channel), MTCH(Multicast Traffic Channel) 등이 있다.

도 4(a)와 도 4(b)는 본 발명이 적용될 수 있는 하향링크(Downlink) 무선 프레임의 구조를 나타내는 도면이다.

셀룰라 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 무선 패킷 통신 시스템에서, 상/하향링크 데이터 패킷 전송은 서브프레임(Subframe) 단위로 이루어지며, 한 서브프레임은 다수의 OFDM 심볼을 포함하는 일정 시간 구간으로 정의된다.

3GPP LTE 표준에서는 OFDMA 및 SC-FDMA 전송을 지원하기 위한 프레임 구조(Frame Structure)가 설계되었다. 700MHz~6GHz 주파수 대역에서 동작하도록 설계되었는데, 주요 타겟 주파수 대역은 2GHz 를 기준으로 한다.

또한 동작 대역폭은 최대 20MHz 인데, 실제 전송 대역 폭은 18MHz 이고, 샘플링 주파수는 30.72MHz 로 설정되어 전송 대역폭과 샘플링 주파수 간 남는 구간은 널 캐리어(Null carrier)를 설정한다. 부반송파 간격은 15kHz 로 설정되고, 전송 대역 폭을 고려하면 1200 개의 부반송파를 갖게 된다.

시간단위 파라미터(Parameter)에서, 샘플링 시간은 샘플링 주파수의 역수로 결정되는데 이 값은 32.55208333ns 이다. 즉, 1ms 안에서 약 3 만개의 샘플을 취할 수 있는 시간 간격으로 설정되어 있다. OFDM 심볼 구간은 부반송파 간 간격의 역수로 결정되며, 이 값은 66.67us 로 설정된다. 가드 타임(Guard Time)은 4us 정도로 설정되며, 가드 타임을 포함한 OFDM 심볼은 70us 정도의 길이를 갖는다.

이하의 표 1 및 표 2 는 앞서의 설명을 표로 정리되어 나타낸 것이다.

한편, 3GPP LTE 표준에서 OFDMA 및 SC-FDMA 전송을 지원하기 위한 프레임 구조(Frame Structure)는 도 4(a)에 도시된 FDD(Frequency Division Duplex)에 적용 가능한 타입 1 무선 프레임(radio frame) 구조와 도 4(b)에 도시된 TDD(Time Division Duplex)에 적용 가능한 타입 2 의 무선 프레임 구조가 포함될 수 있다.

먼저 도 4(a)를 참고하면, 하향링크 무선 프레임(radio frame)은 10 개의 서브프레임(subframe)으로 구성되고, 하나의 서브프레임은 시간 영역(time domain)에서 2 개의 슬롯(slot)으로 구성된다.

상기 하나의 서브프레임이 전송되는 데 걸리는 시간을 TTI(transmission time interval)라 하며, TTI 는 데이터 전송의 기본 자원 할당 단위로 정의한다. 따라서, 3GPP LTE 시스템에서 TTI 는 1ms 으로 설정하고 이를 서브프레임(Subframe)이라고 한다. 1 서브 프레임에는 OFDM 심볼의 CP 사이즈(size)에 따라 14 개 혹은 12 개의 OFDM 심볼을 포함할 수 있다.

예시적으로 하나의 서브프레임의 길이는 1ms, 하나의 슬롯의 길이는 0.5ms 일 수 있다. 하나의 슬롯은 시간 영역에서 복수의 OFDM 심볼을 포함하고, 주파수 영역에서 다수의 자원블록(Resource Block; RB)을 포함한다.

3GPP LTE 시스템에서는 하향링크에서 OFDMA 를 사용하므로, OFDM 심볼이 하나의 심볼 구간을 나타낸다. OFDM 심볼은 또한 SC-FDMA 심볼 또는 심볼 구간으로 칭하여질 수도 있다. 자원 블록(Resource Block; RB)은 자원 할당 단위이고, 하나의 슬롯에서 복수개의 연속적인 부반송파(subcarrier)를 포함할 수 있다.

하나의 슬롯에 포함되는 OFDM 심볼의 수는 CP(Cyclic Prefix)의 구성(configuration)에 따라 달라질 수 있다. CP 에는 확장된 CP(extended Cyclic Prefix)와 일반 CP(normal Cyclic Prefix)가 있다. 예를 들어, OFDM 심볼이 일반 CP 에 의해 구성된 경우, 하나의 슬롯에 포함되는 OFDM 심볼의 수는 7 개일 수 있다. OFDM 심볼이 확장된 CP 에 의해 구성된 경우, 한 OFDM 심볼의 길이가 늘어나므로, 한 슬롯에 포함되는 OFDM 심볼의 수는 일반 CP 인 경우보다 적다. 확장된 CP 의 경우에, 예를 들어, 하나의 슬롯에 포함되는 OFDM 심볼의 수는 6 개일 수 있다. 단말이 빠른 속도로 이동하는 등의 경우와 같이 채널상태가 불안정한 경우, 심볼간 간섭을 더욱 줄이기 위해 확장된 CP 가 사용될 수 있다.

일반 CP 가 사용되는 경우 하나의 슬롯은 7 개의 OFDM 심볼을 포함하므로, 하나의 서브프레임은 14 개의 OFDM 심볼을 포함한다. 이때, 각 서브프레임의 처음 2 개 또는 3 개의 OFDM 심볼은 PDCCH(physical downlink control channel)에 할당되고, 나머지 OFDM 심볼은 PDSCH(physical downlink shared channel)에 할당될 수 있다. 또한, 확장된 CP 가 사용되는 경우 하나의 슬롯은 6 개의 OFDM 심볼을 포함하므로, 하나의 서브프레임은 12 개의 OFDM 심볼을 포함한다.

도 4(b)를 참고하면, 타입 2 무선 프레임은 2 개의 하프 프레임 (half frame)으로 구성되고, 각 하프 프레임은 5 개의 서브 프레임과 DwPTS (Downlink Pilot Time Slot), 보호구간(Guard Period; GP), UpPTS (Uplink Pilot Time Slot)로 구성되며, 이 중 1 개의 서브프레임은 2 개의 슬롯으로 구성된다.

DwPTS 는 단말에서의 초기 셀 탐색, 동기화 또는 채널 추정에 사용되고, UpPTS 는 기지국에서의 채널 추정과 단말의 상향 전송 동기를 맞추는 데 사용되며, 보호구간은 상향링크와 하향링크 사이에 하향링크 신호의 다중경로 지연으로 인해 상향링크에서 생기는 간섭을 제거하기 위한 구간이다. 한편, 무선 프레임의 타입에 관계 없이 1 개의 서브프레임은 2 개의 슬롯으로 구성된다.

하향링크 동기 신호는 2 개의 OFDM 심볼을 사용하여 전송되며, 이 신호는 5ms 마다 전송된다. 하나의 OFDM 심볼의 길이가 70us 이라고 하면, 하향동기 신호는 140us 시간 동안 전송되는데 이 신호는 5ms 의 주기를 갖는다.

하향링크 동기 신호는 중심 주파수의 72 개 부반송파를 사용하는데, 그 중 10 개의 부반송파는 널 캐리어(null carrier)로 사용된다.

다만, 앞서 설명한 무선 프레임의 구조는 어디까지나 예시에 불과하고, 무선 프레임에 포함되는 서브프레임의 수 또는 서브프레임에 포함되는 슬롯의 수, 슬롯에 포함되는 심볼의 수는 다양하게 변경될 수 있다.

도 5 는 심볼과 부반송파로 이루어진 하나의 하향링크 슬롯의 일례를 나타내는 도면이다.

도 5 를 참고하면, OFDM 심볼이 일반 CP 로 구성된 경우로서, 하향링크 슬롯은 시간 영역에서 복수의 OFDM 심볼을 포함하고, 주파수 영역에서 다수의 자원블록을 포함한다.

여기서, 하나의 하향링크 슬롯은 7 OFDM 심볼을 포함하고, 하나의 자원블록은 12 부반송파를 포함하는 것을 예시적으로 기술하나, 이에 제한되는 것은 아니다.

도 5 의 자원 그리드 상의 각 요소(element)를 자원요소(RE)라 한다. 예를 들어, 자원 요소 a(k,l)은 k 번째 부반송파와 l 번째 OFDM 심볼에 위치한 자원 요소가 된다. 일반 CP 의 경우에, 하나의 자원블록은 12×7 자원요소를 포함한다 (확장된 CP 의 경우에는 12×6 자원요소를 포함한다). 각 부반송파의 간격은 15kHz 이므로, 하나의 자원블록은 주파수영역에서 약 180kHz 을 포함한다. NDL 은 하향링크 슬롯에 포함되는 자원블록의 수이다. NDL 의 값은 기지국의 스케줄링에 의해 설정되는 하향링크 전송 대역폭(bandwidth)에 따라 결정될 수 있다.

도 6 은 본 발명이 적용될 수 있는 상향링크 서브프레임의 구조를 나타내는 도면이다.

상향링크 데이터 전송을 위한 프레임 구조의 기본은 하향링크와 같다. (대역폭, 부반송파 간격, 서브프레임 길이 등) 그 안에 포함되는 신호 혹은 채널의 위치가 하향링크와 차이가 발생한다. 상향링크 채널은 데이터 채널, 제어채널, 데이터 복호 참조 신호, 채널 상태 확보 참조 신호, 그리고 랜덤 엑세스 채널로 구성된다.

데이터 복호 참조 신호는 서브프레임에서 두 OFDM 심볼에 걸쳐 전송되며, 채널 상태 확보 참조 신호는 서브프레임의 마지막 한 심볼을 통해 전송된다.

랜덤 엑세스 채널은 데이터 채널, 제어 채널과 시간, 주파수 상에서 다중화 된다. 시간-주파수 자원은 데이터 채널 영역에서 할당되며, 주기적으로 반복된다.

도 6 을 참고하면, 상향링크 서브프레임은 주파수 영역에서 제어 영역과 데이터 영역으로 분할될 수 있으며, 상기 제어 영역에는 상향링크 제어 정보를 포함하는 물리 상향링크 제어채널(Physical Uplink Control Channel; PUCCH)이 할당된다.

또한, 상기 데이터 영역에는 사용자 데이터를 포함하는 물리 상향링크 공유채널 (Physical uplink shared channel; PUSCH)이 할당된다. 단일 반송파 특성을 유지하기 위해서, 하나의 단말은 PUCCH 와 PUSCH 를 동시에 전송하지 않는다.

하나의 단말에 대한 PUCCH 는 서브프레임에서 자원블록 쌍(RB pair)에 할당된다. 자원블록 쌍에 속하는 자원블록들은 2 슬롯에 대하여 상이한 부반송파를 차지한다. 이를 PUCCH 에 할당되는 자원블록 쌍이 슬롯 경계에서 주파수-호핑(frequency-hopped)된다고 한다.

도 7 및 도 8 은 경쟁기반 랜덤 엑세스 절차 및 비 경쟁기반 랜덤 엑세스 절차의 일예를 각각 나타내는 도면이다.

도 7 및 도 8 을 참고하면, 도 7 에서는 경쟁기반 랜덤 엑세스 절차를, 도 8 에서는 비 경쟁기반 랜덤 엑세스 절차를 나타내고 있는데, 이와 같이 랜덤 엑세스 절차는 경쟁기반 랜덤 엑세스 절차와 비 경쟁기반 랜덤 엑세스 절차로 분류할 수 있다.

경쟁기반 랜덤 엑세스 절차는 통신 기기(100)가 기지국(200)과의 접속을 위해 전송하는 랜덤 엑세스 채널 프리엠블(Random Access Channel Preamble)을 무작위(Random)하게 선택한다.

따라서, 복수의 통신 기기가 같은 시점에 동일한 랜덤 엑세스 프리엠블을 선택하여 기지국으로 전송하는 것이 가능하며, 그로 인해 향후 경쟁 해소 과정(Contention Resolution)이 필요하게 된다.

반면, 도 8 에 도시된 바와 같이 비 경쟁 기반 랜덤 엑세스 절차에서는 기지국(200)이 해당 통신 기기(100)에게 유일하게 할당한 랜덤 엑세스 프리엠블을 사용하여 랜덤 엑세스 절차를 수행하게 되며, 그로 인해 통신 기기(100)는 다른 통신 기기와의 충돌 없이 랜덤 엑세스 절차를 수행할 수 있다.

즉, 경쟁 기반 랜덤 엑세스 절차와 비 경쟁 기반 랜덤 엑세스 절차의 가장 큰 차이점은, 랜덤 엑세스 프리엠블(Random access preamble)이 하나의 통신 기기에게 전용(dedicated)으로 지정되는지 여부에 대한 것이라고 볼 수 있다.

비 경쟁기반 랜덤 엑세스 절차에서는, 통신 기기가 자신에게만 지정된 전용 랜덤 엑세스 프리엠블을 사용하기 때문에, 다른 통신 기기와의 경합(또는 충돌)이 발생하지 않는 반면, 경쟁기반 랜덤 엑세스에서는 하나 이상의 랜덤 엑세스 프리엠블 중 통신 기기가 임의로 선택한 랜덤 엑세스 프리엠블을 사용하기 때문에 경합 가능성이 존재할 수 있다.

여기서 경합이란, 2 개 이상의 통신 기기가 동일한 자원을 통해 동일한 랜덤 엑세스 프리엠블을 사용하여 랜덤 엑세스 절차를 시도하는 것을 의미한다.

다시 도 7 로 돌아와서, 경쟁기반 임의 접속 과정에서 통신 기기와 기지국의 동작 과정을 보다 상세히 설명하기로 한다.

(1) 제 1 메시지 전송 (S701)

먼저, 통신 기기는 시스템 정보 또는 핸드오버 명령(Handover Command)을 통해 지시된 랜덤 엑세스 프리앰블의 집합에서 임의로(randomly) 하나의 랜덤 엑세스 프리앰블을 선택하고, 상기 랜덤 엑세스 프리앰블을 전송할 수 있는 PRACH(Physical Random Access CHannel) 자원을 선택하여 전송할 수 있다. (S701)

(2) 제 2 메시지 수신 (S702)

통신 기기는 상기 단계 S701 에서와 같이 랜덤 엑세스 프리앰블을 전송 후에, 기지국이 시스템 정보 또는 핸드오버 명령을 통해 지시된 랜덤 엑세스 응답 수신 윈도우 내에서 자신의 랜덤 엑세스 응답의 수신을 시도한다. (S702)

보다 구체적으로, 랜덤 엑세스 응답 정보는 MAC PDU 의 형식으로 전송될 수 있으며, 상기 MAC PDU 는 PDSCH(Physical Downlink Shared CHannel)을 통해 전달될 수 있다. 또한 상기 PDSCH 로 전달되는 정보를 통신 기기가 적절하게 수신하기 위해 통신 기기는 PDCCH(Physical Downlink Control CHannel)를 모니터링하는 것이 바람직하다.

즉, PDCCH 에는 상기 PDSCH 를 수신해야 하는 통신 기기의 정보와, 상기 PDSCH 의 무선자원의 주파수 그리고 시간 정보, 그리고 상기 PDSCH 의 전송 형식 등이 포함되어 있는 것이 바람직하다.

일단 통신 기기가 자신에게 전송되는 PDCCH 의 수신에 성공하면, 상기 PDCCH 의 정보들에 따라 PDSCH 로 전송되는 랜덤 엑세스 응답을 적절히 수신할 수 있다. 그리고 상기 랜덤 엑세스 응답에는 랜덤 액세스 프리앰블 식별자(ID; 예를 들어, RAPID (Random Access Preamble IDentifier)), 상향링크 무선자원을 알려주는 상향링크 승인 (UL Grant), 임시 셀 식별자 (Temporary C-RNTI) 그리고 시간 동기 보정 값 (Timing Advance Command: TAC)들이 포함될 수 있다.

상술한 바와 같이 랜덤 엑세스 응답에서 랜덤 액세스(또는 임의접속) 프리앰블 식별자가 필요한 이유는, 하나의 랜덤 엑세스 응답에는 하나 이상의 통신 기기들을 위한 랜덤 엑세스 응답 정보가 포함될 수 있기 때문에, 상기 상향링크 승인(UL Grant), 임시 셀 식별자 그리고 시간 동기 보정 값이 어느 통신 기기에게 유효한지를 알려주기 위는 것이 필요하기 때문이다.

본 단계에서 통신 기기는 단계 S702 에서 자신이 선택한 랜덤 엑세스 프리앰블과 일치하는 랜덤 엑세스 프리앰블 식별자는 것을 선택하는 것을 가정한다. 이를 통해 통신 기기는 상향링크 승인 (UL Grant), 임시 셀 식별자(Temporary C-RNTI) 및 시간 동기 보정 값 (Timing Advance Command: TAC) 등을 수신할 수 있다.

(3) 제 3 메시지 전송 (S703)

통신 기기가 자신에게 유효한 랜덤 엑세스 응답을 수신한 경우에는, 상기 랜덤 엑세스 응답에 포함된 정보들을 각각 처리한다. 즉, 통신 기기는 TAC 를 적용시키고, 임시 셀 식별자를 저장한다. 또한 유효한 랜덤 엑세스 응답 수신에 대응하여 전송할 데이터를 메시지 3 버퍼에 저장할 수 있다.

한편, 통신 기기는 수신된 UL 승인을 이용하여, 데이터(즉, 제 3 메시지)를 기지국으로 전송한다. (S703)

한편, 제 3 메시지는 통신 기기의 식별자가 포함되어야 한다. 경쟁 기반 랜덤 액세스 과정에서는 기지국에서 어떠한 통신 기기들이 상기 랜덤 엑세스 절차를 수행하는지 판단할 수 없는데, 차후에 충돌해결을 하기 위해서는 통신 기기를 식별해야 하기 때문이다.

통신 기기의 식별자를 포함시키는 방법으로는 두 가지 방법이 논의되었다. 첫 번째 방법은 통신 기기가 상기 랜덤 엑세스 절차 이전에 이미 해당 셀에서 할당 받은 유효한 셀 식별자를 가지고 있었다면, 통신 기기는 상기 UL 승인에 대응하는 상향링크 전송 신호를 통해 자신의 셀 식별자를 전송한다. 반면에, 만약 랜덤 엑세스 과정 이전에 유효한 셀 식별자를 할당 받지 못하였다면, 통신 기기는 자신의 고유 식별자(예를 들면, S-TMSI 또는 임의 ID(Random Identifier)를 포함하여 전송한다.

일반적으로 상기의 고유 식별자는 셀 식별자보다 길다. 통신 기기는 상기 UL 승인에 대응하는 데이터를 전송하였다면, 충돌 해결을 위한 타이머(contention resolution timer; 이하 "CR 타이머")를 개시한다.

(4) 제 4 메시지 수신 (S704)

통신 기기가 랜덤 엑세스 응답에 포함된 UL 승인을 통해 자신의 식별자를 포함한 데이터를 전송 한 이후, 충돌 해결을 위해 기지국의 지시를 기다린다. 즉, 특정 메시지를 수신하기 위해 PDCCH 의 수신을 시도한다. (S704)

상기 PDCCH 를 수신하는 방법에 있어서도 두 가지 방법이 논의되었다. 앞에서 언급한 바와 같이 상기 UL 승인에 대응하여 전송된 제 3 메시지가 자신의 식별자가 셀 식별자를 이용하여 전송된 경우, 자신의 셀 식별자를 이용하여 PDCCH 의 수신을 시도하고, 상기 식별자가 고유 식별자인 경우에는, 랜덤 엑세스 응답에 포함된 임시 셀 식별자를 이용하여 PDCCH 의 수신을 시도할 수 있다.

그 후, 전자의 경우, 만약 상기 충돌 해결 타이머가 만료되기 전에 자신의 셀 식별자를 통해 PDCCH 를 수신한 경우에, 통신 기기는 정상적으로 랜덤 엑세스 절차가 수행되었다고 판단하고, 랜덤 엑세스 절차를 종료한다.

후자의 경우에는 상기 충돌 해결 타이머가 만료되기 전에 임시 셀 식별자를 통해 PDCCH 를 수신하였다면, 상기 PDCCH 가 지시하는 PDSCH 이 전달하는 데이터를 확인한다. 만약 상기 데이터의 내용에 자신의 고유 식별자가 포함되어 있다면, 통신 기기는 정상적으로 랜덤 엑세스 절차가 수행되었다고 판단하고, 랜덤 엑세스 절차를 종료한다.

한편, 상술한 바와 같은 제 3 메시지 전송 및 제 4 메시지 수신을 통한 충돌 해결 절차가 성공적이지 못한 경우, 통신 기기는 또 다른 랜덤 엑세스 프리엠블을 선택하여 랜덤 엑세스 절차를 다시 시작할 수 있다. 이에 따라 통신 기기는 기지국으로부터 제 2 메시지를 수신하고, 충돌해결절차를 위해 제 3 메시지를 구성하여 기지국에 전송할 수 있다.

한편, 도 8 을 참고하면, 비 경쟁기반 랜덤 엑세스 절차에서는 앞서 도 7 에서의 경쟁기반 랜덤 엑세스 절차와는 달리 기지국(200)이 통신 기기(100)에게 당해 통신 기기만이 유일하게 사용할 수 있는 랜덤 엑세스 프리엠블을 할당한다. (S801)

통신 기기(100)는 기지국(200)이 S801 단계에서 할당한 랜덤 엑세스 프리엠블을 사용하여 앞서 도 7 에서 설명한 바와 동일한 방법으로 결정되는 초기 전송 전력 또는 재 전송 전력을 이용해 랜덤 엑세스 프리엠블을 기지국(200)으로 전송하는 랜덤 엑세스 절차를 수행하게 된다. (S802)

이로 인해 통신 기기는 도 7 에서 설명한 경쟁기반 랜덤 엑세스 절차와는 달리 다른 통신 기기와의 충돌 없이 랜덤 엑세스 절차를 수행할 수 있다.

한편, 통신 기기(100)가 S802 단계에서 전송한 랜덤 엑세스 프리엠블에 대한 응답으로 랜덤 엑세스 응답 메시지를 기지국(200)으로부터 수신하는 경우, 통신 기기와 기지국과의 연결이 성립된다. (S803)

도 9 는 본 발명이 적용될 수 있는 3GPP LTE(Long Term Evolution) 시스템에서의 지연(Latency)에 대한 개념을 설명하기 위한 도면이다.

앞서 설명한 바와 같이, 객체 간의 정보 공유를 기반으로 실시간 정보공유 및 제어를 원하는 서비스를 무선 통신 시스템을 통해 지원하기 위해서는 매 통신마다 초기 접속(Initial Access)을 수행하여야 하므로, 상기 초기 접속에 따른 지연(Latency)이 커지게 된다는 문제점이 존재하고 있어 저 지연을 위한 기술이 요구 되고 있다.

위와 같은 저 지연을 위한 기술을 요구하는 주요 서비스에는 온라인 게임, M2M 게임(Machine to Machine Game), 센서 기반 알람(Sensor Based Alarm) 및 무선 제어(Remote Control) 등이 있으며, 이들 중 저 지연에 대한 요구도(Requirement)가 특히 높은 센서 기반 알람 기술 및 무선 제어 기술이 맵핑(mapping) 된 지능형 교통망(Inteligent Transport System; ITS) 서비스의 경우도 마찬가지로 저 지연을 위한 기술이 요구되고 있다.

상기 지능형 교통망(ITS)과 관련된 현행 표준에서는, 정보 공유를 위한 매 통신 마다 초기 접속(Initial Access)을 수행하고 있으며, 상기 초기 접속의 수행에 따라 발생하게 되는 지연(Latency)이 주된 지연이라고 볼 수 있다.

한편, 상기 지능형 교통망 등을 포함하는 서비스에 LTE 기술을 적용하는 경우, 상기 초기 접속의 수행에 따른 지연(Latency)은 약 100ms(밀리세컨드) 정도이며, 보다 구체적으로 FDD 의 경우 사용자 영역(User Plane)과 제어 영역(Control Plane)의 딜레이(Delay)를 포함하면 약 66 내지 106ms 정도의 지연(Latency)이 발생하게 된다.

보다 구체적으로, 도 9 를 참고하면 상기 지능형 교통망 등을 포함하는 저 지연을 위한 기술을 요구하는 주요 서비스에 LTE 기술을 적용하는 경우, 상기 초기 접속의 수행에 따른 지연(Latency)이 도시되어 있으며, 도 9 에 나타난 바와 같이 초기 접속의 수행에 따른 지연(Latency)은 여러 부분에서 나타날 수 있다.

초기 접속의 수행에 따른 지연(Latency)은 도 9 에 나타난 바와 같이, 단말을 포함하는 통신 기기의 경우 RACH 스케쥴링을 위한 딜레이(delay), 기지국의 스케쥴링 그랜트(grant)할당에 대한 프로세싱 딜레이(delay), 무선자원제어(RRC) 연결 설정(connection setup)에 대한 프로세싱 딜레이(delay)가 있으며, 기지국(eNB)의 경우 단말이 전송한 RACH 프리엠블을 처리하는 프로세싱 딜레이(delay), 무선자원제어(RRC) 연결 요청에 대해 처리하는 프로세싱 딜레이(delay) 및 MME 와의 연결 설정에 따른 프로세싱 딜레이(delay)가 있다. 또한, MME 의 경우 기지국으로부터 수신한 연결 요청에 대한 프로세싱 딜레이(delay)가 있으며, 언급한 딜레이들 모두를 포함하여 초기 접속의 수행에 따른 지연(Latency)이 이루어질 수 있다.

상기 초기 접속의 수행에 따른 지연(Latency)은 각각 사용자 평면(User Plane)과 제어 평면(Control Plane)의 지연(Latency)으로 구분될 수 있다.

먼저, 사용자 평면의 지연(Latency)은 도 10 에 나타난 바와 같이, 데이터 등을 전송하는 주체인 소스(Source) 측과 데이터 등을 수신하는 주체인 목적지(Destination) 측 간 연결이 성립된 상태에서, 데이터가 전송됨에 있어 발생될 수 있는 지연을 의미하며, 헤더 압축(header compression), 암호(ciphering) 및 RLC/MAC 프로세싱(processing)을 포함하는 단말 프로세싱 딜레이와, 자원 할당 및 물리 계층 전송 딜레이(전송측 및 수신측의 L1 프로세싱 및 TTI(Transmission Time Interval) 서브프레임 조정(Alignment)), HARQ 재전송 딜레이, 기지국 프로세싱 딜레이, 기지국과 S-GW(Serving-Gateway) 간 S1 인터페이스 상의 딜레이 및 S-GW 의 프로세싱 딜레이를 포함할 수 있다.

다음으로, 제어 평면의 지연(Latency)은 도 11 에 나타난 바와 같이, 통신 기기의 상태가 아이들(Idle)상태에서 활성(Active)상태로 전환하는데 발생될 수 있는 지연(연결 설정 지연(Connection Setup Latency)을 의미하며, 기지국 및 통신 기기의 L1, L2 및 L3 절차(Procedure), 전송 딜레이(delay) 및 신뢰성 있는 전송을 위한 재전송(Retransmission for reliable transfer)을 포함할 수 있다.

다만, 시스템 상에서 실제 딜레이(delay)는 시스템 부하(load) 및 무선 전파 상태(Radio Propagation Conditions)에 의존하여 결정될 수 있다.

한편, 앞서 언급한 바와 같이 상기 지능형 교통망 등을 포함하는 서비스에 LTE 기술을 적용하는 경우, 상기 초기 접속의 수행에 따른 지연(Latency)은 약 100ms(밀리세컨드) 정도이며, FDD 의 경우 사용자 영역(User Plane)의 딜레이(delay)(2ms 내지 15ms) 제어 영역(Control Plane)의 딜레이(Delay)(1ms 내지 15ms)를 포함하면 약 66 내지 106ms 정도의 지연(Latency)이 발생하게 된다.

그런데 이 경우, 상술한 V2I 및 V2V 기술을 적용하는 경우 상기 지연은 약 20ms 로 감소되며, 아래 표 3 을 참고하여 세부적으로 설명하기로 한다.

표 3 에 나타난 바와 같이 V2I 및 V2V 기술을 적용하는 경우 상기 지연은 자원 스케쥴링이 수행되면 20.1ms(약 20ms)로 감소될 수 있으며, 사용 자원이 지정되어 있는 경우에는 상향링크 스케쥴링 요청 및 그랜트에 따른 지연이 제외될 수 있으므로 13.6ms 로 감소될 수 있다.

즉, 현재 대중화되고 있는 4G(4^th Generation) 네트워크의 경우, 임박한 충돌이나 교통 체증 등의 상황을 실시간으로 인지하는 지능형 교통망 등을 포함하는 서비스에서 상기 상황을 인지하는 속도는 20ms 정도의 수준이다. 즉, 자동차가 눈앞의 충돌을 실시간으로 피하는 안전주행을 하기 위한 통신 속도는 4G 까지의 기술로는 부족할 수 있다는 판단을 할 수 있게 된다.

따라서, 본 발명이 적용될 수 있는 5G 네트워크에서는 실시간으로 인지하는 속도를 1/1000 배 수준(약 0.1ms)으로 낮추는 것을 목표로 하며, 이는 통신 기기가 특정 상황을 인지하고 기지국(네트워크 등)으로 전달하여 기지국이 인지하는 데까지 걸리는 시간을 포함하는 것을 의미한다.

이러한 필요성에 따라 제안하는 본 발명인 무선 통신 시스템에서 저 지연을 위한 신호를 생성하는 방법에 대한 일례를 이하 도 12 에서 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 12 는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 저 지연을 위한 신호를 생성하는 방법의 흐름도를 예시하는 도면이다.

통상적으로 통신 기기가 미리 정해진 특정 상황을 인지하고 보고하여 기지국(네트워크 등)이 인지하는 절차는 다음과 같이 이루어질 수 있다.

1)제 1 통신 기기가 어떤 상황을 알려주는 신호를 전송하고, 2)이것을 검출(detection)한 제 2 통신 기기가 해당 상황에 대하여 인지한 후, 3)기지국으로 상황 보고 신호를 전송하여, 4)최종적으로 기지국이 상황을 인지하게 된다.

이러한 절차에 대하여 LTE 기술을 도입하는 것을 가정하면, 제 1 통신 기기가 하향 동기 신호를 전송하고 있고, 이것을 검출 한 다른 제 2 통신 기기가 해당 상황에 대해서 인지 한 후, 기지국으로 보고하기 위하여 PRACH 혹은 SRS 를 전송하되, 기지국은 PRACH 혹은 SRS 를 수신하여 상황을 인지하게 된다.

위와 같은 절차상에서 발생할 수 있는 지연(Latency)을 계산해 보면, 신호 전송에서만 최소 140us(마이크로 세컨드) 정도의 시간이 요구된다. (하향링크 동기 신호 1 심볼 (70us), 상향링크 참조 신호 1 심볼 (70us)) 그리고, 통신 기기가 수행하는 프로세싱 딜레이(검출 및 전송 준비)와 기지국이 이를 수신해서 판단하는데 걸리는 프로세싱 시간을 고려한다면, 지연(Latency)은 더 늘어 나게 될 수 있으며, 만약, 충돌(Collision)이 발생하는 상황을 가정한다면 검출 에러(Detection Error)에 의한 실패 알람(False Alarm)의 증가 등의 문제는 지연(Latency)을 늘리는 요소 이외에도 시스템 전반적인 신뢰도를 낮추는 문제가 된다.

이에 따라, 앞서 도 11 에서 언급한 0.1ms 이내의 지연(Latency)을 만족시키기 위해서는 새로운 전송 방법 및 신호 설계가 요구되므로, 본 발명에서는 무선 통신 시스템에서 저 지연을 위한 신호를 생성하는 방법을 제안하기로 한다.

도 12 를 참고하면, 무선 통신 시스템 내 통신 기기는 다른 통신 기기로부터의 하향링크 신호를 수신하여 이를 기반으로 미리 정해진 특정 상황을 인지할 수 있다. (S1201)

여기에서 특정 상황이라 함은 미리 정의할 수 있는 일련의 상황을 의미하는 것으로서, 위급한 사고 상황과 같은 긴급 상황을 포함하는 의미라고 볼 수 있다.

한편, 미리 정해진 특정 상황을 인지한 통신 기기는 상기 인지한 상황을 기반으로 상황 보고 신호를 생성할 수 있다. (S1202)

이 때, 상기 상황 보고 신호를 생성함에 있어서는 앞서 언급한 바와 같이 0.1ms 이내의 지연(Latency)을 만족시키기 위한 본 발명의 특징이 그대로 적용될 수 있다.

보다 구체적으로, 본 발명인 무선 통신 시스템에서 저 지연을 위한 신호를 생성하는 방법에서, 심볼 듀레이션(Symbol Duration)은 다음의 2 가지 조건을 만족하는 것을 가정한다.

첫째, 5us 이내의 OFDM 심볼을 생성한다.

둘째, 레거시(Legacy) 시스템과 호환성(또는 이중성(duality))을 갖도록 생성한다.

IEEE 802.11 에서의 물리 계층 설계를 참고하면, 20MHz 의 전송 대역폭과 300kHz 의 부반송파를 갖도록 설계 되었으며, OFDM 심볼은 4us 의 심볼 길이를 갖고, 총 64 개의 시간영역의 샘플(time sample)로 구성된다.

만약, 시간영역의 샘플(Time sample)을 더 많이 확보 할 수 있다면, 에너지 검출(Energy detection)에서의 성공 확률을 높일 수 있는데, 샘플링 시간을 더욱 짧게 설정하는 경우, 시간 영역의 샘플을 더 많이 확보할 수 있게 된다.

이에 따라, 본 발명인 무선 통신 시스템에서 저 지연을 위한 신호를 생성하는 방법에서, 심볼 듀레이션(Symbol Duration) 2 가지 조건 중 첫 번째 조건인 5us 이내의 OFDM 심볼을 생성하는 것을 만족하기 위해서는, 부반송파 간격이 300kHz 이상이 되도록 하고, 64 개 이상의 시간영역 샘플(time sample)을 갖도록 샘플링 시간(Sampling Time)을 설정할 필요가 있다.

이와 더불어, 상기 심볼 듀레이션(Symbol Duration)의 2 가지 조건 중 두 번째 조건과 같이, 레거시 시스템과 호환성을 가지게 되면, 레거시 시스템의 여러 가지 파라미터(Parameter)들을 그대로 승계할 수 있게 된다.

앞서 언급한 바와 같이, 3GPP LTE 시스템의 프레임은 15kHz 혹은 30kHz 의 부반송파 간격을 갖도록 설계되었으며, 샘플링 주파수(Sampling Frequency)는 30.72MHz 로 샘플링 시간(Sampling Time)은 샘플링 주파수의 역수로서 32.55208333ns 이 된다.

본 발명인 무선 통신 시스템에서 저 지연을 위한 신호를 생성하는 방법에서는, 5us 이내의 OFDM 심볼 듀레이션(symbol duration)을 갖도록 상기 부반송파의 간격을 기존 15kHz 혹은 30kHz 보다 큰 240kHz 로 설정한다.

이러한 경우, 상기 신호는 시간 영역에서 4.16us 의 한 주기를 갖게 된다. 기존 15kHz 부반송파 간격에서는 시간영역에서 한 주기는 66.67us 가 되었는데, 본 발명에서와 같이 240kHz 부반송파 간격을 고려하는 경우 약 1/16 배 짧은 간격이 한 주기가 되며, 기존 OFDM 심볼 주기 안에 새로운 OFDM 심볼 16 개를 넣을 수 있는 시간이 된다.

또한, 새로운 OFDM 심볼의 CP(Cyclic Prefix)를 약 250ns 정도로 설계하면 기존 OFDM 심볼의 한 주기안에 새로운 OFDM 심볼 16 개를 넣을 수 있게 된다.

즉, 레거시 통신 시스템의 심볼 한 주기 내에 하나 이상의 새로운 심볼 및 CP (Cyclic Prefix)를 포함시켜 S1201 단계의 상황 보고 신호를 생성할 수 있으며, 상기 새로운 심볼의 개수 및 상기 CP 의 길이는 상기 상황 보고 신호의 부반송파 간격과 시간영역에서의 주기를 고려하여 결정될 수 있다.

예를 들어, 상기 새로운 심볼의 개수는 16 개이고, 상기 CP 길이는 250ns (Nano Second)로 결정할 수 있으며, 이는 상기 상황 보고 신호의 부반송파 간격 240kHz 와 시간영역에서의 주기 4.16us 를 고려하여 결정되는 것이다.

아울러, 3GPP LTE 시스템을 레거시 시스템(Legacy system)으로 하되, 이와 호환성을 갖도록 설계를 한다면, LTE 시스템과 동일한 주파수 대역에서 LTE 가 정의하고 있는 채널 및 전송 방법을 상당부분 승계할 수 있는 장점이 있다. 무엇보다, 샘플링 레이트(sampling rate)를 맞추게 되면 하드웨어의 계산복잡도를 낮출 수 있는 이득을 얻을 수도 있다.

따라서, 본 발명에 따라 위와 같이 설계하는 경우, 기존 시스템을 활용할 때 기존 시스템에 영향을 최소화 하면서 기존 시스템과 동시에 동작(operation)시킬 수 있는 장점을 얻을 수 있다. 예를 들어, 기존 서브 프레임(Subframe)중 일부 OFDM 심볼을 새로운 OFDM 심볼로 전향하여 운용(exclusive use)하기에 용의하다.

한편, 본 발명인 무선 통신 시스템에서 저 지연을 위한 신호를 생성하는 방법에서, 레거시 시스템의 시간 구간을 새로운 시스템의 동작을 위해 할당할 수 있다.

보다 구체적으로, 앞서 설명한 바와 같이 레거시 시스템의 다양한 설정 파라미터(Parameter)를 승계하여 설계하고, 기존 OFDM 심볼의 한 주기에 새로운 OFDM 심볼들이 배치되도록 설계한다면, 레거시 시스템의 특정 OFDM 심볼을 새로운 OFDM 심볼들의 자원 할당 주기로 쉽게 설정할 수 있다.

레거시 시스템의 서브프레임은 CP 사이즈(CP size)에 따라 14 개 혹은 12 개의 OFDM 심볼로 구성되는데, 하향링크 서브프레임의 경우 1~4 번 OFDM 심볼은 PDCCH 가 전송되는 구간이고, 2-14 번은 PDSCH 가 전송되는 구간이다. 또한, CRS 는 1,2,5,8,9,12 번 OFDM 심볼을 통해 전송되고, DMRS(Demodulation Reference Signal)는 6,7,13,14 번 OFDM 심볼을 통해 전송된다. PSS 및 SSS(Primary Synchronization Signal, Secondary Synchronization Signal)는 5ms 주기로 전송되는데, 6,7 번 OFDM 심볼을 통해 전송되며, PBCH(Physical Broadcast Channel)는 10ms 주기로 전송되는데 8,9,10,11 번 OFDM 심볼을 통해 전송된다.

레거시 시스템에 가장 영향(impact)이 작은 범위에서 OFDM 심볼을 전용하여 사용한다면, 중요한 정보(A/N, Grant, Synchronization, system information 등)이 전송되는 구간을 제외한 구간을 선택할 수 있다. 예를 들어, 12 번 OFDM 심볼은 전용하여 사용될 수 있다.

그러나, 본 발명의 일실시예에 따르면 교통 사고 상황과 같이 미리 정해진 특정 상황에서 알림을 전달해야 하는 경우, 서브프레임 내 어떤 OFDM 심볼 구간이라도 새로운 OFDM 심볼들을 전송하기 위한 시간 구간으로 전용하여 사용할 수 있다.

즉, 상기 상황 보고 신호가 미리 정해진 긴급 상황을 기반으로 하여 생성된 경우, 상황 보고 신호의 전송은 레거시 통신 시스템의 서브 프레임 내 어떤 OFDM 심볼 구간이라도 하나 이상의 심볼 구간을 전용(Exclusive use)하여 이루어질 수 있다.

다시 도 12 를 참고하면, 통신 기기는 앞서 설명한 방법에 따라 생성된 상황 보고 신호를 기지국으로 전송할 수 있다. (S1203) 또한, 도 12 에는 도시되어 있지 않으나 상기 통신 기기는 상기 상황 보고 신호를 상기 기지국과 기 연결된 이웃 디바이스(다른 통신 기기 등)로도 전송할 수 있다.

통신 기기와 기지국(Device - Infra)의 통신을 위한 주파수 대역은 일반적으로 상향링크 캐리어(UL carrier) 혹은 상향링크 서브프레임(UL subframe)으로 설정하며, 통신 기기 간(Device-Device) 신호 전송을 위한 주파수 대역도 상향링크 캐리어(UL carrier) 혹은 상향링크 서브프레임(UL subframe)으로 설정한다.

그러나, 본 발명에서는, 신호의 상황에 따라 하향링크 캐리어(DL carrier)와 상향링크 캐리어(UL carrier) 또는 하향링크 서브프레임(DL subframe)과 상향링크 서브프레임(UL subframe) 모두를 이용하여 전송할 수 있다.

즉, 상황 보고 신호가 미리 정해진 긴급 상황을 기반으로 하여 생성된 경우, 상기 이웃 디바이스(다른 통신 기기 등)로의 전송은 상향링크 전송 구간 뿐만아니라 하향링크 전송 구간을 이용하여서도 이루어질 수 있다.

예를 들어, 사고 차량이 발견되고 사고 차량을 알려주는 상황 또는 긴급을 요하는 상황에서는 통신 기기 간 등의 통신을 위해서도 하향링크 캐리어 또는 하향링크 서브프레임을 사용할 수 있도록 설정한 경우, 이에 따라 하향링크 캐리어 또는 하향링크 서브프레임으로 전송할 수 있게 된다.

보다 구체적으로, 통신 기기는 모두 기지국과 연결이 설정되어 있다는 가정을 하면, 통신 기기는 기지국으로부터 전송되는 하향링크 신호를 수신하여 시스템 정보 및 데이터 전송을 위한 그랜트(Grant) 정보들을 획득하므로, 이를 위하여 통신 기기는 지속적으로 하향링크 신호를 수신하는 과정을 수행하고 있게 된다.

반면, 통신 기기 간 통신을 위해 상향링크 캐리어 혹은 상향링크 서브프레임 구간을 할당하는 경우, 통신 기기는 상향링크 구간에서의 청취(listening)를 특정한 상황에서만 수행하게 된다.

따라서 만약, 긴급을 요하는 신호를 통신 기기들에게 알리고자 한다면, 본 발명의 실시예와 같이 통신 기기들이 주로 수신을 수행하는 하향링크 전송 구간을 활용하는 편이 신호 알림의 성공 확률이 높일 수 있게 된다.

다만, 무작정 하향링크 전송 구간을 전용한다면 레거시 시스템에 영향을 줄 수 있게 되기 때문에, 본 발명에서는 하향링크 전송 구간을 전용하는 경우 전송을 수행하고 멈추는 시간을 설정할 수 있다.

즉, 상기 하향링크 전송 구간을 이용하는 이웃 디바이스(다른 통신 기기 등)로의 전송은, 상기 하향링크 전송 구간 내 각 서브 프레임 마다 미리 정해진 특정 심볼을 통하여 이루어질 수 있다.

예를 들어, 하나의 서브프레임 내에서 적은 수의 OFDM 심볼 만을 전용하여 사용하고 그 후에는 전송을 멈춘 이후, 다음 서브프레임에서 다시 해당 적은 수의 OFDM 심볼 만을 전용하여 전송을 수행할 수 있다.

아울러, 본 발명인 무선 통신 시스템에서 저 지연을 위한 신호를 생성하는 방법에서는, 신호 검출만으로 다양한 상황을 바로 인지를 할 수 있도록, 몇 가지 등급의 신호가 미리 정해져 있음을 가정하기로 하며, 이 때 상기 신호의 몇 가지 등급은 전송 전력, 심볼 기간(Symbol Duration) 및 전송 주기 등에 따라 결정될 수 있다.

도 13 은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 저 지연을 위한 신호를 생성하는 장치의 블록 구성도를 예시하는 도면이다.

도 13 에서는 통신기기(100)와 기지국(200) 간의 1:1 통신 환경을 도시하였으나, 다수의 통신 기기 간 혹은 다수의 통신기기와 기지국 간에도 통신 환경이 구축될 수 있다.

도 13 에서 통신기기(100)는 송신부(111) 및 수신부(112)를 포함하는 무선 주파수(RF) 유닛(110), 프로세서(120) 및 메모리(130)를 포함할 수 있다.

통신기기(100)의 신호 처리, 계층 처리 등 통신의 전반적인 과정은 프로세서(120) 및 메모리(130)에 의해 제어된다. 또한, 상기 RF 유닛(110), 프로세서(120) 및 메모리(130) 간에는 연결 관계가 형성될 수 있다.

통신기기(100)에 포함된 RF 유닛(110)은 송신부(111) 및 수신부(112)를 포함할 수 있다. 송신부(111) 및 수신부(112)는 기지국(200) 또는 다른 디바이스들과 신호를 송신 및 수신하도록 구성될 수 있다.

프로세서(120)는 RF 유닛 내 송신부(111) 및 수신부(112)와 기능적으로 연결되어 송신부(111) 및 수신부(112)가 기지국(200) 및 다른 디바이스에 신호를 송수신하는 과정을 제어하도록 구성될 수 있다. 또한, 프로세서(120)는 전송할 신호에 대한 각종 처리를 수행한 후 송신부(111)로 전송하며, 수신부(112)가 수신한 신호에 대한 처리를 수행할 수 있다.

필요한 경우 프로세서(120)는 교환된 메시지에 포함된 정보를 메모리(130)에 저장할 수도 있다. 이와 같은 구조를 가지고 통신기기(100)는 이상에서 설명한 본 발명의 다양한 실시 형태의 방법을 수행할 수 있다.

기지국(BS, 200)의 송신부(211) 및 수신부(212)를 포함하는 RF 유닛(210)은 통신기기(100)와 신호를 송신 및 수신하도록 구성된다. 또한, 기지국(200)의 프로세서(220)는 송신부(211) 및 수신부(212)와 기능적으로 연결되어 송신부(211) 및 수신부(212)가 상기 통신기기(100)를 포함하는 다른 디바이스들과 신호를 송수신하는 과정을 제어하도록 구성될 수 있다.

또한, 프로세서(220)는 전송할 신호에 대한 각종 처리를 수행한 후 송신부(211)로 전송하며 수신부(212)가 수신한 신호에 대한 처리를 수행할 수 있다.

필요한 경우 프로세서(220)는 교환된 메시지에 포함된 정보를 메모리(230)에 저장할 수도 있다. 이와 같은 구조를 가지고 기지국(200)은 앞서 설명한 다양한 실시 형태의 방법이 수행될 수 있다.

통신 기기(100) 및 기지국(200)의 프로세서(120, 220)는 통신 기기(100) 및 기지국(200)의 동작들을 지시(예를 들어, 제어, 조정, 관리 등)한다. 각각의 프로세서들(120, 220)은 프로그램 코드들 및 데이터를 저장하는 것이 가능한 메모리(130, 230)들과도 연결될 수 있다. 메모리(130, 230)는 프로세서(120, 220)에 연결되어 오퍼레이팅 시스템, 어플리케이션, 및 일반 파일(general files)들을 저장할 수 있다.

본 발명의 프로세서(120, 220)는 컨트롤러(controller), 마이크로 컨트롤러(microcontroller), 마이크로 프로세서(microprocessor), 마이크로 컴퓨터(microcomputer) 등으로도 호칭될 수 있다. 한편, 프로세서(120, 220)는 하드웨어(hardware) 또는 펌웨어(firmware), 소프트웨어, 또는 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다.

펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 일 실시예는 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차, 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리(130, 230)에 저장되어 프로세서(120, 220)에 의해 구동될 수 있다. 메모리는 상기 통신 기기(100) 및 기지국(200) 내부 또는 외부에 위치할 수 있으며, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서(120, 220)와 데이터를 주고 받을 수 있다.

하드웨어를 이용하여 본 발명의 실시 예를 구현하는 경우에는, 본 발명을 수행하도록 구성된 ASICs(application specific integrated circuits) 또는 DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays) 등이 프로세서(120, 220)에 구비될 수 있다.

한편, 상술한 방법은, 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터 판독 가능 매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한, 상술한 방법에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터 판독 가능 매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다. 본 발명의 다양한 방법들을 수행하기 위한 실행 가능한 컴퓨터 코드를 포함하는 저장 디바이스를 설명하기 위해 사용될 수 있는 프로그램 저장 디바이스들은, 반송파(carrier waves)나 신호들과 같이 일시적인 대상들은 포함하는 것으로 이해되지는 않아야 한다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, DVD 등)와 같은 저장 매체를 포함한다.

본원 발명의 실시예들과 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아닌 설명적 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 발명의 상세한 설명이 아닌 특허청구 범위에 나타나며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명인 무선 통신 시스템에서 저 지연을 위한 신호를 생성하는 방법은 신호를 생성하는 방법이 이용될 수 있는 다양한 무선 통신 시스템에 적용하는 것이 가능하다.

Claims

무선 통신 시스템에서 통신 기기가 저 지연(Short Latency)을 위한 상황 보고 신호를 생성하여 기지국으로 전송하는 방법에 있어서,
상기 통신 기기가 인지한 미리 정해진 특정 상황을 기반으로 하여 상기 상황 보고 신호를 생성하는 단계; 및
상기 생성된 상황 보고 신호를 상기 기지국으로 전송하는 단계를 포함하되, 상기 상황 보고 신호는 레거시(Legacy) 통신 시스템의 부반송파 간격보다 미리 정해진 정수 배만큼 큰 부반송파 간격을 가지도록 생성되는, 상황 보고 신호 전송 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 미리 정해진 정수는 16인 것을 특징으로 하는, 상황 보고 신호 전송 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 상황 보고 신호는,
상기 레거시 통신 시스템의 심볼 한 주기 내에 하나 이상의 새로운 심볼 및 CP (Cyclic Prefix)를 포함시켜 생성하는, 상황 보고 신호 전송 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 새로운 심볼의 개수 및 상기 CP의 길이는 상기 상황 보고 신호의 부반송파 간격과 시간영역에서의 주기를 고려하여 결정되는, 상황 보고 신호 전송 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 새로운 심볼의 개수는 16 개이고, 상기 CP 길이는 250ns (Nano Second) 인 것을 특징으로 하는, 상황 보고 신호 전송 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 기지국으로 전송하는 단계는,
상기 상황 보고 신호를 상기 기지국과 기 연결된 이웃 디바이스로 전송하는 단계를 더 포함하는, 상황 보고 신호 전송 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 상황 보고 신호가 미리 정해진 긴급 상황을 기반으로 하여 생성된 경우, 상기 이웃 디바이스로의 전송은 하향링크 전송 구간을 이용하여 이루어지는, 상황 보고 신호 전송 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 하향링크 전송 구간을 이용하는 이웃 디바이스로의 전송은, 상기 하향링크 전송 구간 내 각 서브 프레임 마다 미리 정해진 특정 심볼을 통하여 이루어지는, 상황 보고 신호 전송 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 상황 보고 신호가 미리 정해진 긴급 상황을 기반으로 하여 생성된 경우, 상기 전송하는 단계는 상기 레거시 통신 시스템의 서브 프레임 내 하나 이상의 심볼 구간을 전용(Exclusive use)하여 이루어지는, 상황 보고 신호 전송 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 상황 보고 신호는 상기 레거시 시스템의 파라미터(Parameter)를 그대로 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는, 상황 보고 신호 전송 방법.
무선 통신 시스템에서 저 지연(Short Latency)을 위한 상황 보고 신호를 생성하여 기지국으로 전송하는 통신 기기에 있어서,
송신부 및 수신부를 포함하는 RF 유닛(Radio Frequency Unit); 및
상기 송신부 및 수신부와 연결되어 통신 수행을 지원하는 프로세서를 포함하되,
상기 프로세서는 인지한 미리 정해진 특정 상황을 기반으로 하여 상기 상황 보고 신호를 생성하며, 상기 생성된 상황 보고 신호를 상기 기지국으로 전송하도록 제어하되,
상기 상황 보고 신호는 레거시(Legacy) 통신 시스템의 부반송파 간격보다 미리 정해진 정수 배만큼 큰 부반송파 간격을 가지도록 생성되는, 통신 기기.
제 11 항에 있어서,
상기 미리 정해진 정수는 16인 것을 특징으로 하는, 통신 기기.
제 11 항에 있어서, 상기 프로세서는,
상기 레거시 통신 시스템의 심볼 한 주기 내에 하나 이상의 새로운 심볼 및 CP (Cyclic Prefix)를 포함시켜 상기 상황 보고 신호를 생성하도록 제어하는, 통신 기기.
제 13 항에 있어서, 상기 프로세서는,
상기 새로운 심볼의 개수 및 상기 CP의 길이를 상기 상황 보고 신호의 부반송파 간격과 시간영역에서의 주기를 고려하여 결정하도록 제어하는, 통신 기기.
제 14 항에 있어서,
상기 새로운 심볼의 개수는 16 개이고, 상기 CP 길이는 250ns (Nano Second) 인 것을 특징으로 하는, 통신 기기.
제 11 항에 있어서, 상기 프로세서는,
상기 상황 보고 신호를 상기 기지국과 기 연결된 이웃 디바이스로 전송하도록 제어하는, 통신 기기.
제 16 항에 있어서,
상기 상황 보고 신호가 미리 정해진 긴급 상황을 기반으로 하여 생성된 경우,
상기 프로세서는 상기 이웃 디바이스로의 전송이 하향링크 전송 구간을 이용하여 이루어지도록 제어하는, 통신 기기.
제 17 항에 있어서,
상기 프로세서는 상기 하향링크 전송 구간을 이용하는 이웃 디바이스로의 전송이, 상기 하향링크 전송 구간 내 각 서브 프레임 마다 미리 정해진 특정 심볼을 통하여 이루어지도록 제어하는, 통신 기기.
제 11 항에 있어서,
상기 상황 보고 신호가 미리 정해진 긴급 상황을 기반으로 하여 생성된 경우,
상기 프로세서는 상기 상황 보고 신호의 전송이 상기 레거시 통신 시스템의 서브 프레임 내 하나 이상의 심볼 구간을 전용(Exclusive use)하여 이루어지도록 제어하는, 통신 기기.
제 11 항에 있어서,
상기 상황 보고 신호는 상기 레거시 시스템의 파라미터(Parameter)를 그대로 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는, 통신 기기.