KR20160132368A - 무선 통신 시스템에서 랜덤 액세스 절차(random access procedure) 내 단말에 임시 식별자를 할당하기 위한 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명에서는 무선 통신 시스템에서 랜덤 액세스 절차(random access procedure) 내 단말에 임시 식별자를 할당하기 위한 방법 및 이를 위한 장치가 개시된다. 구체적으로, 무선 통신 시스템에서 랜덤 액세스 절차(random access procedure) 내 단말에 임시 식별자(temporary radio network temporary identifier)를 할당하기 위한 방법에 있어서, 단말이 랜덤 액세스 프리앰블(random access preamble)을 기지국에 전송하는 단계, 단말이 상향링크 자원 할당 스케줄링 없이 상향링크 데이터를 전송할 수 있는 경쟁 기반 PUSCH(physical uplink shared channel) 자원 블록을 통해 RRC(radio resource control) 요청 메시지를 기지국에 전송하는 단계 및 단말이 RRC 요청 메시지에 대한 응답으로 단말에 할당되는 T-RNTI를 통해 식별되는 RRC 연결 설정(RRC connection setup) 메시지를 수신하는 단계를 포함하고, T-RNTI는 RRC 요청 메시지가 전송된 경쟁 기반 PUSCH 자원 블록에 기반하여 할당될 수 있다.
Description
본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게 랜덤 액세스 절차(random access procedure)를 수행 중인 단말에게 임시 식별자(temporary radio network temporary identifier)를 할당하기 위한 방법 및 이를 지원하는 장치에 관한 것이다.
이동 통신 시스템은 사용자의 활동성을 보장하면서 음성 서비스를 제공하기 위해 개발되었다. 그러나 이동통신 시스템은 음성뿐 아니라 데이터 서비스까지 영역을 확장하였으며, 현재에는 폭발적인 트래픽의 증가로 인하여 자원의 부족 현상이 야기되고 사용자들이 보다 고속의 서비스에 대한 요구하므로, 보다 발전된 이동 통신 시스템이 요구되고 있다.
차세대 이동 통신 시스템의 요구 조건은 크게 폭발적인 데이터 트래픽의 수용, 사용자 당 전송률의 획기적인 증가, 대폭 증가된 연결 디바이스 개수의 수용, 매우 낮은 단대단 지연(End-to-End Latency), 고에너지 효율을 지원할 수 있어야 한다. 이를 위하여 이중 연결성(Dual Connectivity), 대규모 다중 입출력(Massive MIMO: Massive Multiple Input Multiple Output), 전이중(In-band Full Duplex), 비직교 다중접속(NOMA: Non-Orthogonal Multiple Access), 초광대역(Super wideband) 지원, 단말 네트워킹(Device Networking) 등 다양한 기술들이 연구되고 있다.
이동 통신 시스템에서는 자원 활용을 최대화하기 위하여 기지국 스케줄링 기반의 자원 할당 과정을 통해 데이터를 송수신하는 방법을 이용한다. 다만, 이는 단말의 상향링크 데이터 전송의 레이턴시(latency)를 증가시키는 원인이 된다.
본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위하여, 무선 통신 시스템에서 단말의 레이턴시(latency)를 최소화하기 위한 경쟁 기반의 무선 자원 영역을 정의하는 것을 제안한다.
또한, 본 발명의 목적은 종래의 4 단계의 랜덤 액세스 절차의 레이턴시를 최소화하기 위하여 2 단계의 랜덤 액세스 절차를 정의하는 것을 제안한다.
또한, 본 발명의 목적은 단말이 2 단계의 랜덤 액세스 절차를 수행하는 경우, 두 번째 단계에서 단말에게 전송되는 메시지를 정확히 송/수신하기 위하여 단말에 임시 식별자(temporary radio network temporary identifier)를 할당하기 위한 방법을 제안한다.
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.
본 발명의 일 양상은, 무선 통신 시스템에서 랜덤 액세스 절차(random access procedure) 내 단말에 임시 식별자(T-RNTI: temporary radio network temporary identifier)를 할당하기 위한 방법에 있어서, 단말이 랜덤 액세스 프리앰블(random access preamble)을 기지국에 전송하는 단계, 단말이 상향링크 자원 할당 스케줄링 없이 상향링크 데이터를 전송할 수 있는 경쟁 기반 PUSCH(physical uplink shared channel) 자원 블록을 통해 RRC(radio resource control) 요청 메시지를 기지국에 전송하는 단계 및 단말이 RRC 요청 메시지에 대한 응답으로 단말에 할당되는 T-RNTI를 통해 식별되는 RRC 연결 설정(RRC connection setup) 메시지를 수신하는 단계를 포함하고, T-RNTI는 RRC 요청 메시지가 전송된 경쟁 기반 PUSCH 자원 블록에 기반하여 할당될 수 있다.
본 발명의 다른 일 양상은, 무선 통신 시스템에서 랜덤 액세스 절차(random access procedure) 내 임시 식별자(T-RNTI: temporary radio network temporary identifier)를 할당 받는 단말에 있어서, 무선 신호를 송수신하기 위한 RF(Radio Frequency) 유닛 및 프로세서를 포함하고, 프로세서는 랜덤 액세스 프리앰블(random access preamble)을 기지국에 전송하고, 상향링크 자원 할당 스케줄링 없이 상향링크 데이터를 전송할 수 있는 경쟁 기반 PUSCH(physical uplink shared channel) 자원 블록을 통해 RRC(radio resource control) 요청 메시지를 기지국에 전송하며, RRC 요청 메시지에 대한 응답으로 단말에 할당되는 T-RNTI를 통해 식별되는 RRC 연결 설정(RRC connection setup) 메시지를 수신하도록 구성되고, T-RNTI는 RRC 요청 메시지가 전송된 경쟁 기반 PUSCH 자원 블록에 기반하여 할당될 수 있다.
바람직하게, RRC 요청 메시지가 전송된 경쟁 기반 PUSCH 자원 블록은 RRC 요청 메시지를 전송하기 위하여 단말에 의하여 이용 가능한 복수의 후보 경쟁 기반 PUSCH 자원 블록들 내에서 선택될 수 있다.
바람직하게, T-RNTI는 복수의 후보 경쟁 기반 PUSCH 자원 블록들과 일대일로 매핑될 수 있다.
바람직하게, T-RNTI와 복수의 후보 경쟁 기반 PUSCH 자원 블록들과의 매핑 정보는 기지국으로부터 MIB(master information block) 또는 SIB(system information block)을 통해 전송될 수 있다.
바람직하게, T-RNTI는 단말에 의하여 선택된 랜덤 값(random value) 및 RRC 요청 메시지가 전송된 경쟁 기반 PUSCH 자원 블록을 기반으로 할당될 수 있다.
바람직하게, 랜덤 값은 단말에 의하여 이용 가능한 랜덤 값의 집합인 랜덤 값 세트(random value set) 내에서 선택되고, 랜덤 값 세트에 대한 정보는 MIB(master information block) 또는 SIB(system information block)를 통해 기지국으로부터 전송될 수 있다.
바람직하게, RRC 요청 메시지는 선택된 랜덤 값을 포함할 수 있다.
바람직하게, T-RNTI는 단말에 할당되는 RA-RNTI(random access-RNTI) 및 RRC 요청 메시지가 전송된 경쟁 기반 PUSCH 자원 블록을 기반으로 할당될 수 있다.
바람직하게, RRC 요청 메시지는 랜덤 액세스 프리앰블이 전송된 서브프레임과 동일한 서브프레임 또는 다음 서브프레임에서 전송될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 종래의 4 단계의 랜덤 액세스 절차를 2 단계로 수행할 수 있으므로 초기 접속 절차의 전체 레이턴시(latency)를 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 2 단계 랜덤 액세스 절차에서 두 번째 단계를 위해 할당되어야 하는 단말 임시 식별자(temporary radio network temporary identifier)를 단말과 기지국 사이에 공유하도록 함으로써 단말이 두 번째에서 기지국으로부터 전송될 수 있는 RRC 연결 설정(RRC connection setup) 메시지를 올바르게 수신할 수 있다.
또한, 두 개 이상의 단말이 동일한 상향링크 무선 자원을 선택하여 RRC 연결 요청(RRC connection request) 메시지를 전송하더라도 두 단말로부터 전송되는 데이터를 기지국이 모두 잘 수신할 수 있다(예를 들어, 단말 간에 어느 정도 거리가 있는 경우). 이 경우, 특정 상향링크 자원에 대하여 하나의 T-RNTI를 설정하는 방법을 이용하면, 두 개 이상의 단말 중 하나만을 기지국이 선택하도록 함으로써 하나의 단말만이 충돌 해결(contention resolution)을 완료할 수 있다. 결국, 기지국이 두 개 이상의 단말로부터 RRC 연결 요청(RRC connection request) 메시지를 잘 수신하더라도 기지국으로부터 선택되지 않은 단말은 RACH를 재수행 해야 한다.
그러나, 본 발명의 실시예에 따르면, 단말이 임의로 선택하는 랜덤 값을 사용함으로써 두 개 이상의 단말이 동일한 무선 자원을 선택하더라도 랜덤하게 선택된 랜덤 값에 의해 두 개 이상의 단말 모두에게 서로 다른 T-RNTI를 설정할 수 있다. 따라서, 기지국이 두 개 이상의 단말로부터 전송된 메시지를 모두 잘 수신된 경우에는 두 개 이상의 단말 모두 랜덤 액세스 절차를 성공적으로 수행하도록 하는 이점이 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 특징을 설명한다.
도 1은 E-UTRAN(evolved universal terrestrial radio access network)의 네트워크 구조의 일 예를 나타낸다.
도 2는 단말과 E-UTRAN 사이의 무선 인터페이스 프로토콜(radio interface protocol) 구조를 나타낸다.
도 3은 3GPP LTE/LTE-A 시스템에 이용되는 물리 채널들 및 이들을 이용한 일반적인 신호 전송 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 3GPP LTE/LTE-A에서 무선 프레임의 구조를 나타낸다.
도 5는 하나의 하향링크 슬롯에 대한 자원 그리드(resource grid)를 예시한 도면이다.
도 6은 하향링크 서브 프레임의 구조를 나타낸다.
도 7은 상향링크 서브 프레임의 구조를 나타낸다.
도 8은 RRC 연결 확립 절차(RRC connection establishment procedure)를 예시한 도시한 도면이다.
도 9는 경쟁 기반 랜덤 액세스 절차에서 단말과 기지국의 동작 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 비 경쟁 기반 랜덤 액세스 절차에서의 단말과 기지국의 동작 과정을 구체적으로 나타낸다.
도 11은 경쟁 기반 랜덤 액세스 절차의 각 과정 별 소요되는 지연을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 단말의 상향링크 자원 할당 과정을 예시하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 경쟁 기반 무선 자원 설정의 일례를 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 경쟁 기반 무선 자원 설정의 일례를 도시한 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 경쟁 기반 무선 자원을 이용한 랜덤 액세스 절차를 예시하는 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 경쟁 기반 무선 자원을 이용한 상향링크 자원 할당 절차를 예시하는 도면이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 경쟁 기반 무선 자원을 이용한 RACH 절차 수행 중에 충돌이 발생되는 예를 나타낸 도면이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 CPRB 충돌을 방지하기 위한 방법을 예시하는 도면이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 CPRB 충돌을 방지하기 위한 방법을 예시하는 도면이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 19에 따른 방법에 따른 충돌을 해결하기 위한 방법을 예시하는 도면이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 CPRB 충돌을 방지하기 위한 방법을 예시하는 도면이다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 2 단계 랜덤 액세스 절차(2-step random access procedure)를 예시하는 도면이다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 T-RNTI를 이용한 2 단계 RACH 절차를 예시하는 도면이다.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 2 단계 RACH 절차에서 T-RNTI 할당 방법을 예시하는 도면이다.
도 25는 본 발명의 일 실시예에 따른 T-RNTI를 이용한 2 단계 RACH 절차를 예시하는 도면이다.
도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른 2 단계 RACH 절차에서 T-RNTI 할당 방법을 예시하는 도면이다.
도 27은 본 발명의 일 실시예에 따른 T-RNTI를 이용한 2 단계 RACH 절차를 예시하는 도면이다.
도 28은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 장치의 블록 구성도를 예시한다.
도 1은 E-UTRAN(evolved universal terrestrial radio access network)의 네트워크 구조의 일 예를 나타낸다.
도 2는 단말과 E-UTRAN 사이의 무선 인터페이스 프로토콜(radio interface protocol) 구조를 나타낸다.
도 3은 3GPP LTE/LTE-A 시스템에 이용되는 물리 채널들 및 이들을 이용한 일반적인 신호 전송 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 3GPP LTE/LTE-A에서 무선 프레임의 구조를 나타낸다.
도 5는 하나의 하향링크 슬롯에 대한 자원 그리드(resource grid)를 예시한 도면이다.
도 6은 하향링크 서브 프레임의 구조를 나타낸다.
도 7은 상향링크 서브 프레임의 구조를 나타낸다.
도 8은 RRC 연결 확립 절차(RRC connection establishment procedure)를 예시한 도시한 도면이다.
도 9는 경쟁 기반 랜덤 액세스 절차에서 단말과 기지국의 동작 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 비 경쟁 기반 랜덤 액세스 절차에서의 단말과 기지국의 동작 과정을 구체적으로 나타낸다.
도 11은 경쟁 기반 랜덤 액세스 절차의 각 과정 별 소요되는 지연을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 단말의 상향링크 자원 할당 과정을 예시하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 경쟁 기반 무선 자원 설정의 일례를 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 경쟁 기반 무선 자원 설정의 일례를 도시한 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 경쟁 기반 무선 자원을 이용한 랜덤 액세스 절차를 예시하는 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 경쟁 기반 무선 자원을 이용한 상향링크 자원 할당 절차를 예시하는 도면이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 경쟁 기반 무선 자원을 이용한 RACH 절차 수행 중에 충돌이 발생되는 예를 나타낸 도면이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 CPRB 충돌을 방지하기 위한 방법을 예시하는 도면이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 CPRB 충돌을 방지하기 위한 방법을 예시하는 도면이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 19에 따른 방법에 따른 충돌을 해결하기 위한 방법을 예시하는 도면이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 CPRB 충돌을 방지하기 위한 방법을 예시하는 도면이다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 2 단계 랜덤 액세스 절차(2-step random access procedure)를 예시하는 도면이다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 T-RNTI를 이용한 2 단계 RACH 절차를 예시하는 도면이다.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 2 단계 RACH 절차에서 T-RNTI 할당 방법을 예시하는 도면이다.
도 25는 본 발명의 일 실시예에 따른 T-RNTI를 이용한 2 단계 RACH 절차를 예시하는 도면이다.
도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른 2 단계 RACH 절차에서 T-RNTI 할당 방법을 예시하는 도면이다.
도 27은 본 발명의 일 실시예에 따른 T-RNTI를 이용한 2 단계 RACH 절차를 예시하는 도면이다.
도 28은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 장치의 블록 구성도를 예시한다.
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. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다.
몇몇 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.
본 명세서에서 기지국은 단말과 직접적으로 통신을 수행하는 네트워크의 종단 노드(terminal node)로서의 의미를 갖는다. 본 문서에서 기지국에 의해 수행되는 것으로 설명된 특정 동작은 경우에 따라서는 기지국의 상위 노드(upper node)에 의해 수행될 수도 있다. 즉, 기지국을 포함하는 다수의 네트워크 노드들(network nodes)로 이루어지는 네트워크에서 단말과의 통신을 위해 수행되는 다양한 동작들은 기지국 또는 기지국 이외의 다른 네트워크 노드들에 의해 수행될 수 있음은 자명하다. '기지국(BS: Base Station)'은 고정국(fixed station), Node B, eNB(evolved-NodeB), BTS(base transceiver system), 액세스 포인트(AP: Access Point) 등의 용어에 의해 대체될 수 있다. 또한, '단말(Terminal)'은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, UE(User Equipment), MS(Mobile Station), UT(user terminal), 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(Device-to-Device) 장치 등의 용어로 대체될 수 있다.
이하에서, 하향링크(DL: downlink)는 기지국에서 단말로의 통신을 의미하며, 상향링크(UL: uplink)는 단말에서 기지국으로의 통신을 의미한다. 하향링크에서 송신기는 기지국의 일부이고, 수신기는 단말의 일부일 수 있다. 상향링크에서 송신기는 단말의 일부이고, 수신기는 기지국의 일부일 수 있다.
이하의 설명에서 사용되는 특정 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 이러한 특정 용어의 사용은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다.
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), NOMA(non-orthogonal multiple access) 등과 같은 다양한 무선 접속 시스템에 이용될 수 있다. CDMA는 UTRA(universal terrestrial radio access)나 CDMA2000과 같은 무선 기술(radio technology)로 구현될 수 있다. TDMA는 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. OFDMA는 IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802-20, E-UTRA(evolved UTRA) 등과 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. UTRA는 UMTS(universal mobile telecommunications system)의 일부이다. 3GPP(3rd generation partnership project) LTE(long term evolution)은 E-UTRA를 사용하는 E-UMTS(evolved UMTS)의 일부로써, 하향링크에서 OFDMA를 채용하고 상향링크에서 SC-FDMA를 채용한다. LTE-A(advanced)는 3GPP LTE의 진화이다.
본 발명의 실시예들은 무선 접속 시스템들인 IEEE 802, 3GPP 및 3GPP2 중 적어도 하나에 개시된 표준 문서들에 의해 뒷받침될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예들 중 본 발명의 기술적 사상을 명확히 드러내기 위해 설명하지 않은 단계들 또는 부분들은 상기 문서들에 의해 뒷받침될 수 있다. 또한, 본 문서에서 개시하고 있는 모든 용어들은 상기 표준 문서에 의해 설명될 수 있다.
설명을 명확하게 하기 위해, 3GPP LTE/LTE-A를 위주로 기술하지만 본 발명의 기술적 특징이 이에 제한되는 것은 아니다.
시스템 일반
도 1은 E-UTRAN(evolved universal terrestrial radio access network)의 네트워크 구조의 일 예를 나타낸다.
E-UTRAN 시스템은 기존 UTRAN 시스템에서 진화한 시스템으로, 예를 들어, 3GPP LTE/LTE-A 시스템일 수 있다. E-UTRAN은 단말에게 제어 평면(control plane)과 사용자 평면(user plane) 프로토콜을 제공하는 기지국(eNB)들로 구성되고, 기지국들은 X2 인터페이스를 통해 연결된다. X2 사용자 평면 인터페이스(X2-U)는 기지국들 사이에 정의된다. X2-U 인터페이스는 사용자 평면 PDU(packet data unit)의 보장되지 않은 전달(non guaranteed delivery)을 제공한다. X2 제어 평면 인터페이스(X2-CP)는 두 개의 이웃 기지국 사이에 정의된다. X2-CP는 기지국 간의 컨텍스트(context) 전달, 소스 기지국과 타겟 기지국 사이의 사용자 평면 터널의 제어, 핸드오버 관련 메시지의 전달, 상향링크 부하 관리 등의 기능을 수행한다. 기지국은 무선인터페이스를 통해 단말과 연결되고 S1 인터페이스를 통해 EPC(evolved packet core)에 연결된다. S1 사용자 평면 인터페이스(S1-U)는 기지국과 서빙 게이트웨이(S-GW: serving gateway) 사이에 정의된다. S1 제어 평면 인터페이스(S1-MME)는 기지국과 이동성 관리 개체(MME: mobility management entity) 사이에 정의된다. S1 인터페이스는 EPS(evolved packet system) 베어러 서비스 관리 기능, NAS(non-access stratum) 시그널링 트랜스포트 기능, 네트워크 쉐어링, MME 부하 밸런싱 기능 등을 수행한다. S1 인터페이스는 기지국과 MME/S-GW 간에 다수-대-다수 관계(many-to-many-relation)를 지원한다.
도 2는 단말과 E-UTRAN 사이의 무선 인터페이스 프로토콜(radio interface protocol) 구조를 나타낸다. 도 2의 (a)는 제어 평면(control plane)에 대한 무선 프로토콜 구조를 나타내고, 도 2의 (b)는 사용자 평면(user plane)에 대한 무선 프로토콜 구조를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 단말과 E-UTRAN 사이의 무선 인터페이스 프로토콜의 계층들은 통신 시스템의 기술분야에 공지된 널리 알려진 개방형 시스템 간 상호접속(OSI: open system interconnection) 표준 모델의 하위 3 계층에 기초하여 제1 계층(L1), 제2 계층 (L2) 및 제3 계층 (L3)으로 분할될 수 있다. 단말과 E-UTRAN 사이의 무선 인터페이스 프로토콜은 수평적으로 물리계층(physical layer), 데이터링크 계층(data link layer) 및 네트워크 계층(network layer)으로 이루어지며, 수직적으로는 데이터 정보 전송을 위한 프로토콜 스택(protocol stack) 사용자 평면(user plane)과 제어신호(signaling) 전달을 위한 프로토콜 스택인 제어 평면(control plane)으로 구분된다.
제어평면은 단말과 네트워크가 호를 관리하기 위해서 이용하는 제어 메시지들이 전송되는 통로를 의미한다. 사용자 평면은 애플리케이션 계층에서 생성된 데이터, 예를 들어, 음성 데이터 또는 인터넷 패킷 데이터 등이 전송되는 통로를 의미한다. 이하, 무선 프로토콜의 제어평면과 사용자평면의 각 계층을 설명한다.
제1 계층(L1)인 물리 계층(PHY: physical layer)은 물리 채널(physical channel)을 사용함으로써 상위 계층으로의 정보 송신 서비스(information transfer service)를 제공한다. 물리 계층은 상위 레벨에 위치한 매체 접속 제어(MAC: medium access control) 계층으로 전송 채널(transport channel)을 통하여 연결되고, 전송 채널을 통하여 MAC 계층과 물리 계층 사이에서 데이터가 전송된다. 전송 채널은 무선 인터페이스를 통해 데이터가 어떻게 어떤 특징으로 전송되는가에 따라 분류된다. 그리고, 서로 다른 물리 계층 사이, 송신단의 물리 계층과 수신단의 물리 계층 간에는 물리 채널(physical channel)을 통해 데이터가 전송된다. 물리 계층은 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 방식으로 변조되며, 시간과 주파수를 무선 자원으로 활용한다.
물리 계층에서 사용되는 몇몇 물리 제어 채널들이 있다. 물리 하향링크 제어 채널(PDCCH: physical downlink control channel)는 단말에게 페이징 채널(PCH: paging channel)와 하향링크 공유 채널(DL-SCH: downlink shared channel)의 자원 할당 및 상향링크 공유 채널(UL-SCH: uplink shared channel)과 관련된 HARQ(hybrid automatic repeat request) 정보를 알려준다. 또한, PDCCH는 단말에게 상향링크 전송의 자원 할당을 알려주는 상향링크 승인(UL grant)를 나를 수 있다. 물리 제어 포맷 지시자 채널(PDFICH: physical control format indicator channel)는 단말에게 PDCCH들에 사용되는 OFDM 심볼의 수를 알려주고, 매 서브프레임마다 전송된다. 물리 HARQ 지시자 채널(PHICH: physical HARQ indicator channel)는 상향링크 전송의 응답으로 HARQ ACK(acknowledge)/NACK(non-acknowledge) 신호를 나른다. 물리 상향링크 제어 채널(PUCCH: physical uplink control channel)은 하향링크 전송에 대한 HARQ ACK/NACK, 스케줄링 요청 및 채널 품질 지시자(CQI: channel quality indicator) 등과 같은 상향링크 제어 정보를 나른다. 물리 상향링크 공유 채널(PUSCH: physical uplink shared channel)은 UL-SCH을 나른다.
제2 계층(L2)의 MAC 계층은 논리 채널(logical channel)을 통하여 상위 계층인 무선 링크 제어(RLC: radio link control) 계층에게 서비스를 제공한다. 또한, MAC 계층은 논리 채널과 전송 채널 간의 맵핑 및 논리 채널에 속하는 MAC 서비스 데이터 유닛(SDU: service data unit)의 전송 채널 상에 물리 채널로 제공되는 전송 블록(transport block)으로의 다중화/역다중화 기능을 포함한다.
제2 계층(L2)의 RLC 계층은 신뢰성 있는 데이터 전송을 지원한다. RLC 계층의 기능은 RLC SDU의 연결(concatenation), 분할(segmentation) 및 재결합(reassembly)을 포함한다. 무선 베어러(RB: radio bearer)가 요구하는 다양한 QoS(quality of service)를 보장하기 위해, RLC 계층은 투명 모드(TM: transparent mode), 비확인 모드(UM: unacknowledged mode) 및 확인 모드(AM: acknowledge mode)의 세 가지의 동작 모드를 제공한다. AM RLC는 ARQ(automatic repeat request)를 통해 오류 정정을 제공한다. 한편, MAC 계층이 RLC 기능을 수행하는 경우에 RLC 계층은 MAC 계층의 기능 블록으로 포함될 수 있다.
제2 계층(L2)의 패킷 데이터 컨버전스 프로토콜(PDCP: packet data convergence protocol) 계층은 사용자 평면에서 사용자 데이터의 전달, 헤더 압축(header compression) 및 암호화(ciphering) 기능을 수행한다. 헤더 압축 기능은 작은 대역폭을 가지는 무선 인터페이스를 통하여 IPv4(internet protocol version 4) 또는 IPv6(internet protocol version 6)와 같은 인터넷 프로토콜(IP: internet protocol) 패킷을 효율적으로 전송되게 하기 위하여 상대적으로 크기가 크고 불필요한 제어 정보를 담고 있는 IP 패킷 헤더 사이즈를 줄이는 기능을 의미한다. 제어 평면에서의 PDCP 계층의 기능은 제어 평면 데이터의 전달 및 암호화/무결정 보호(integrity protection)을 포함한다.
제3 계층(L3)의 최하위 부분에 위치한 무선 자원 제어(RRC: radio resource control) 계층은 제어 평면에만 정의된다. RRC 계층은 단말과 네트워크 간의 무선 자원을 제어하는 역할을 수행한다. 이를 위해 단말과 네트워크는 RRC 계층을 통해 RRC 메시지를 서로 교환한다. RRC 계층은 무선 베어러들의 설정(configuration), 재설정(re-configuration) 및 해제(release)와 관련하여 논리 채널, 전송 채널 및 물리 채널을 제어한다. 무선 베어러는 단말과 네트워크 사이의 데이터 전송을 위하여 제2 계층(L2)에 의하여 제공되는 논리적인 경로를 의미한다. 무선 베어러가 설정된다는 것은 특정 서비스를 제공하기 위해 무선 프로토콜 계층 및 채널의 특성을 규정하고, 각각의 구체적인 파라미터 및 동작 방법을 설정하는 것을 의미한다. 무선 베어러는 다시 시그널링 무선 베어러(SRB: signaling RB)와 데이터 무선 베어러(DRB: data RB) 두 가지로 나눠 질 수 있다. SRB는 제어 평면에서 RRC 메시지를 전송하는 통로로 사용되며, DRB는 사용자 평면에서 사용자 데이터를 전송하는 통로로 사용된다.
RRC 계층 상위에 위치하는 NAS(non-access stratum) 계층은 세션 관리(session management)와 이동성 관리(mobility management) 등의 기능을 수행한다.
eNB를 구성하는 하나의 셀은 1.25, 2.5, 5, 10, 20Mhz 등의 대역폭 중 하나로 설정되어 여러 단말에게 하향 또는 상향 전송 서비스를 제공한다. 서로 다른 셀은 서로 다른 대역폭을 제공하도록 설정될 수 있다.
네트워크에서 단말로 데이터를 전송하는 하향 전송채널(downlink transport channel)은 시스템 정보를 전송하는 방송 채널(BCH: broadcast channel), 페이징 메시지를 전송하는 PCH, 사용자 트래픽이나 제어메시지를 전송하는 DL-SCH 등이 있다. 하향 멀티캐스트 또는 방송 서비스의 트래픽 또는 제어메시지의 경우 DL-SCH를 통해 전송될 수도 있고, 또는 별도의 하향 멀티캐스트 채널(MCH: multicast channel)을 통해 전송될 수도 있다. 한편, 단말에서 네트워크로 데이터를 전송하는 상향 전송채널(uplink transport channel)로는 초기 제어메시지를 전송하는 랜덤 액세스 채널(RACH: random access channel), 사용자 트래픽이나 제어메시지를 전송하는 UL-SCH(uplink shared channel)가 있다.
논리 채널(logical channel)은 전송 채널의 상위에 있으며, 전송 채널에 맵핑된다. 논리 채널은 제어 영역 정보의 전달을 위한 제어 채널과 사용자 영역 정보의 전달을 위한 트래픽 채널로 구분될 수 있다. 논리채널로는 방송 제어 채널(BCCH: broadcast control channel), 페이징 제어 채널(PCCH: paging control channel), 공통 제어 채널(CCCH: common control channel), 전용 제어 채널(DCCH: dedicated control channel), 멀티캐스트 제어 채널(MCCH: multicast control channel), 전용 트래픽 채널(DTCH: dedicated traffic channel), 멀티캐스트 트래픽 채널(MTCH: multicast traffic channel) 등이 있다.
단말과 MME의 제어 평면에 위치한 NAS 계층에서 단말의 이동성을 관리하기 위하여 EMM(EPS mobility management) 등록 상태(EMM-REGISTERED) 및 EMM 등록 해제 상태(EMM-DEREGISTERED)가 정의될 수 있다. EMM 등록 상태 및 EMM 등록 해제 상태는 단말과 MME에게 적용될 수 있다. 단말의 전원을 최초로 켠 경우와 같이 초기 단말은 EMM 등록 해제 상태에 있으며, 이 단말이 네트워크에 접속하기 위해서 초기 접속(initial attach) 절차를 통해 해당 네트워크에 등록하는 과정을 수행한다. 접속 절차가 성공적으로 수행되면 단말 및 MME는 EMM 등록 상태로 천이(transition)된다.
또한, 단말과 네트워크 간 시그널링 연결(signaling connection)을 관리하기 위하여 ECM(EPS connection management) 연결 상태(ECM-CONNECTED) 및 ECM 아이들 상태(ECM-IDLE)가 정의될 수 있다. ECM 연결 상태 및 ECM 아이들 상태 또한 단말과 MME에게 적용될 수 있다. ECM 연결은 단말과 기지국 간에 설정되는 RRC 연결과 기지국과 MME 간에 설정되는 S1 시그널링 연결로 구성된다. RRC 상태는 단말의 RRC 계층과 기지국의 RRC 계층이 논리적으로 연결(connection)되어 있는지 여부를 나타낸다. 즉, 단말의 RRC 계층과 기지국의 RRC 계층이 연결되어 있는 경우, 단말은 RRC 연결 상태(RRC_CONNECTED)에 있게 된다. 단말의 RRC 계층과 기지국의 RRC 계층이 연결되어 있지 않은 경우, 단말은 RRC 아이들 상태(RRC_IDLE)에 있게 된다.
네트워크는 ECM 연결 상태에 있는 단말의 존재를 셀 단위에서 파악할 수 있고, 단말을 효과적으로 제어할 수 있다. 반면, 네트워크는 ECM 아이들 상태에 있는 단말의 존재를 파악할 수 없으며, 코어 네트워크(CN: core network)가 셀보다 더 큰 지역 단위인 트래킹 영역(tracking area) 단위로 관리한다. 단말이 ECM 아이들 상태에 있을 때에는 단말은 트래킹 영역에서 유일하게 할당된 ID를 이용하여 NAS에 의해 설정된 불연속 수신(DRX: Discontinuous Reception)을 수행한다. 즉, 단말은 단말-특정 페이징 DRX 사이클 마다 특정 페이징 기회에 페이징 신호를 모니터링함으로써 시스템 정보 및 페이징 정보의 브로드캐스트를 수신할 수 있다. 또한, 단말이 ECM 아이들 상태에 있을 때에는 네트워크는 단말의 컨텍스트(context) 정보를 가지고 있지 않다. 따라서 ECM 아이들 상태의 단말은 네트워크의 명령을 받을 필요 없이 셀 선택(cell selection) 또는 셀 재선택(cell reselection)과 같은 단말 기반의 이동성 관련 절차를 수행할 수 있다. ECM 아이들 상태에서 단말의 위치가 네트워크가 알고 있는 위치와 달라지는 경우, 단말은 트래킹 영역 업데이트(TAU: tracking area update) 절차를 통해 네트워크에 해당 단말의 위치를 알릴 수 있다. 반면, 단말이 ECM 연결 상태에 있을 때에는 단말의 이동성은 네트워크의 명령에 의해서 관리된다. ECM 연결 상태에서 네트워크는 단말이 속한 셀을 안다. 따라서, 네트워크는 단말로 또는 단말로부터 데이터를 전송 및/또는 수신하고, 단말의 핸드오버와 같은 이동성을 제어하고, 주변 셀에 대한 셀 측정을 수행할 수 있다.
위와 같이, 단말이 음성이나 데이터와 같은 통상의 이동통신 서비스를 받기 위해서는 ECM 연결 상태로 천이하여야 한다. 단말의 전원을 최초로 켠 경우와 같이 초기 단말은 EMM 상태와 마찬가지로 ECM 아이들 상태에 있으며, 단말이 초기 접속(initial attach) 절차를 통해 해당 네트워크에 성공적으로 등록하게 되면 단말 및 MME는 ECM 연결 상태로 천이(transition)된다. 또한, 단말이 네트워크에 등록되어 있으나 트래픽이 비활성화되어 무선 자원이 할당되어 있지 않은 경우 단말은 ECM 아이들 상태에 있으며, 해당 단말에 상향링크 혹은 하향링크 새로운 트래픽이 발생되면 서비스 요청(service request) 절차를 통해 단말 및 MME는 ECM 연결 상태로 천이(transition)된다.
도 3은 3GPP LTE/LTE-A 시스템에 이용되는 물리 채널들 및 이들을 이용한 일반적인 신호 전송 방법을 설명하기 위한 도면이다.
전원이 꺼진 상태에서 다시 전원이 켜지거나, 새로이 셀에 진입한 단말은 S301 단계에서 기지국과 동기를 맞추는 등의 초기 셀 탐색(initial cell search) 작업을 수행한다. 이를 위해 단말은 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(identifier) 등의 정보를 획득한다.
그 후, 단말은 기지국으로부터 물리 방송 채널(PBCH: physical broadcast channel) 신호를 수신하여 셀 내 방송 정보를 획득할 수 있다. 한편, 단말은 초기 셀 탐색 단계에서 하향링크 참조 신호(DL RS: downlink reference signal)를 수신하여 하향링크 채널 상태를 확인할 수 있다.
초기 셀 탐색을 마친 단말은 S302 단계에서 PDCCH 및 PDCCH 정보에 따른 PDSCH 을 수신하여 조금 더 구체적인 시스템 정보를 획득할 수 있다.
이후, 단말은 기지국에 접속을 완료하기 위해 이후 단계 S303 내지 단계 S306과 같은 랜덤 액세스 절차(random access procedure)을 수행할 수 있다. 이를 위해 단말은 물리 랜덤 액세스 채널(PRACH: physical random access channel)을 통해 프리앰블(preamble)을 전송하고(S303), PDCCH 및 이에 대응하는 PDSCH을 통해 프리앰블에 대한 응답 메시지를 수신할 수 있다(S304). 경쟁 기반 랜덤 액세스의 경우, 단말은 추가적인 PRACH 신호의 전송(S305) 및 PDCCH 신호 및 이에 대응하는 PDSCH 신호의 수신(S306)과 같은 충돌 해결 절차(contention resolution procedure)를 수행할 수 있다.
상술한 바와 같은 절차를 수행한 단말은 이후 일반적인 상/하향링크 신호 전송 절차로서 PDCCH 신호 및/또는 PDSCH 신호의 수신(S307) 및 물리 상향링크 공유 채널(PUSCH) 신호 및/또는 물리 상향링크 제어 채널(PUCCH) 신호의 전송(S308)을 수행할 수 있다.
단말이 기지국으로 전송하는 제어정보를 통칭하여 상향링크 제어정보(UCI: uplink control information)라고 지칭한다. UCI는 HARQ-ACK/NACK, 스케줄링 요청(SR: scheduling request), 채널 품질 지시자(CQI), 프리코딩 행렬 지시자(PMI: precoding matrix indicator), 랭크 지시자(RI: rank indication) 정보 등을 포함한다.
LTE/LTE-A 시스템에서 UCI는 일반적으로 PUCCH를 통해 주기적으로 전송되지만, 제어정보와 트래픽 데이터가 동시에 전송되어야 할 경우 PUSCH를 통해 전송될 수 있다. 또한, 네트워크의 요청/지시에 의해 PUSCH를 통해 UCI를 비주기적으로 전송할 수 있다.
도 4는 3GPP LTE/LTE-A에서 무선 프레임의 구조를 나타낸다.
셀룰라 OFDM 무선 패킷 통신 시스템에서, 상향링크/하향링크 데이터 패킷 전송은 서브프레임(subframe) 단위로 이루어지며, 한 서브프레임은 다수의 OFDM 심볼을 포함하는 일정 시간 구간으로 정의된다. 3GPP LTE/LTE-A 표준에서는 FDD(Frequency Division Duplex)에 적용 가능한 타입 1 무선 프레임(radio frame) 구조와 TDD(Time Division Duplex)에 적용 가능한 타입 2의 무선 프레임 구조를 지원한다. FDD 방식에 의하면 상향링크 전송과 하향링크 전송이 서로 다른 주파수 대역을 차지하면서 이루어진다. TDD 방식에 의하면 상향링크 전송과 하향링크 전송이 같은 주파수 대역을 차지하면서 서로 다른 시간에 이루어진다. TDD 방식의 채널 응답은 실질적으로 상호적(reciprocal)이다. 이는 주어진 주파수 영역에서 하향링크 채널 응답과 상향링크 채널 응답이 거의 동일하다는 것을 의미한다. 따라서, TDD에 기반한 무선통신 시스템에서 하향링크 채널 응답은 상향링크 채널 응답으로부터 얻어질 수 있는 장점이 있다. TDD 방식은 전체 주파수 대역을 상향링크 전송과 하향링크 전송이 시분할되므로 기지국에 의한 하향링크 전송과 단말에 의한 상향링크 전송이 동시에 수행될 수 없다. 상향링크 전송과 하향링크 전송이 서브프레임 단위로 구분되는 TDD 시스템에서, 상향링크 전송과 하향링크 전송은 서로 다른 서브프레임에서 수행된다.
도 4(a)는 타입 1 무선 프레임의 구조를 예시한다. 하향링크 무선 프레임(radio frame)은 10개의 서브프레임(subframe)으로 구성되고, 하나의 서브프레임은 시간 영역(time domain)에서 2개의 슬롯(slot)으로 구성된다. 하나의 서브프레임이 전송되는 데 걸리는 시간을 TTI(transmission time interval)라 한다. 예를 들어 하나의 서브프레임의 길이는 1ms이고, 하나의 슬롯의 길이는 0.5ms 일 수 있다. 하나의 슬롯은 시간 영역에서 복수의 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 심볼을 포함하고, 주파수 영역에서 다수의 자원 블록(RB: Resource Block)을 포함한다. 3GPP LTE/LTE-A는 하향링크에서 OFDMA를 사용하므로 OFDM 심볼은 하나의 심볼 구간(symbol period)을 표현하기 위한 것이다. OFDM 심볼은 하나의 SC-FDMA 심볼 또는 심볼 구간이라고 할 수 있다. 자원 할당 단위로서의 자원 블록은, 하나의 슬롯에서 복수의 연속적인 부 반송파(subcarrier)를 포함한다.
하나의 슬롯에 포함되는 OFDM 심볼의 수는 순환 전치(CP: Cyclic Prefix)의 구성(configuration)에 따라 달라질 수 있다. CP에는 확장 순환 전치(extended CP)와 일반 순환 전치(normal CP)가 있다. 예를 들어, OFDM 심볼이 일반 순환 전치에 의해 구성된 경우, 하나의 슬롯에 포함되는 OFDM 심볼의 수는 7개일 수 있다. OFDM 심볼이 확장 순환 전치에 의해 구성된 경우, 한 OFDM 심볼의 길이가 늘어나므로, 한 슬롯에 포함되는 OFDM 심볼의 수는 일반 순환 전치인 경우보다 적다. 확장 순환 전치의 경우에, 예를 들어, 하나의 슬롯에 포함되는 OFDM 심볼의 수는 6개일 수 있다. 단말이 빠른 속도로 이동하는 등의 경우와 같이 채널상태가 불안정한 경우, 심볼간 간섭을 더욱 줄이기 위해 확장 순환 전치가 사용될 수 있다.
일반 순환 전치가 사용되는 경우 하나의 슬롯은 7개의 OFDM 심볼을 포함하므로, 하나의 서브프레임은 14개의 OFDM 심볼을 포함한다. 이때, 각 서브프레임의 처음 최대 3 개의 OFDM 심볼은 PDCCH(physical downlink control channel)에 할당되고, 나머지 OFDM 심볼은 PDSCH(physical downlink shared channel)에 할당될 수 있다.
도 4의 (b)는 타입 2 프레임 구조(frame structure type 2)를 나타낸다. 타입 2 무선 프레임은 2개의 하프 프레임(half frame)으로 구성되며, 각 하프 프레임은 5개의 서브프레임으로 구성되고, 1개의 서브프레임은 2개의 슬롯으로 구성된다. 5개의 서브프레임 중 특히, 스페셜 서브프레임(special subframe)은 DwPTS(Downlink Pilot Time Slot), 보호구간(GP: Guard Period), UpPTS(Uplink Pilot Time Slot)로 구성된다. DwPTS는 단말에서의 초기 셀 탐색, 동기화 또는 채널 추정에 사용된다. UpPTS는 기지국에서의 채널 추정과 단말의 상향링크 전송 동기를 맞추는 데 사용된다. 보호구간은 상향링크와 하향링크 사이에 하향링크 신호의 다중경로 지연으로 인해 상향링크에서 생기는 간섭을 제거하기 위한 구간이다.
상술한 무선 프레임의 구조는 하나의 예시에 불과하며, 무선 프레임에 포함되는 서브 프레임의 수 또는 서브 프레임에 포함되는 슬롯의 수, 슬롯에 포함되는 심볼의 수는 다양하게 변경될 수 있다.
도 5는 하나의 하향링크 슬롯에 대한 자원 그리드(resource grid)를 예시한 도면이다.
도 5을 참조하면, 하나의 하향링크 슬롯은 시간 영역에서 복수의 OFDM 심볼을 포함한다. 여기서, 하나의 하향링크 슬롯은 7개의 OFDM 심볼을 포함하고, 하나의 자원 블록은 주파수 영역에서 12개의 부 반송파를 포함하는 것을 예시적으로 기술하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
자원 그리드 상에서 각 요소(element)를 자원 요소(RE: resource element)하고, 하나의 자원 블록은 12 × 7 개의 자원 요소를 포함한다. 자원 그리드 상의 자원 요소는 슬롯 내 인덱스 쌍(pair)(k, l)에 의해 식별될 수 있다. 여기서, k(k=0, …, N_RB×12-1)는 주파수 영역 내 부 반송파 인덱스이고, l(l=0,...,6)은 시간 영역 내 OFDM 심벌 인덱스이다. 하향링크 슬롯에 포함되는 자원 블록들의 수(NRB)는 하향링크 전송 대역폭(bandwidth)에 종속한다. 상향링크 슬롯의 구조는 하향링크 슬롯의 구조와 동일할 수 있다.
도 6은 하향링크 서브 프레임의 구조를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 서브 프레임내의 첫번째 슬롯에서 앞의 최대 3개의 OFDM 심볼들이 제어 채널들이 할당되는 제어 영역(control region)이고, 나머지 OFDM 심볼들은 PDSCH이 할당되는 데이터 영역(data region)이다. 3GPP LTE/LTE-A에서 사용되는 하향링크 제어 채널의 일례로 PCFICH, PDCCH, PHICH 등이 있다.
PCFICH는 서브 프레임의 첫번째 OFDM 심볼에서 전송되고, 서브 프레임 내에 제어 채널들의 전송을 위하여 사용되는 OFDM 심볼들의 수(즉, 제어 영역의 크기)에 관한 정보를 나른다. PHICH는 상향 링크에 대한 응답 채널이고, HARQ에 대한 ACK/NACK 신호를 나른다. PDCCH를 통해 전송되는 제어 정보를 하향링크 제어정보(DCI: downlink control information)라고 한다. 하향링크 제어정보는 상향링크 자원 할당 정보, 하향링크 자원 할당 정보 또는 임의의 단말 그룹에 대한 상향링크 전송(Tx) 파워 제어 명령을 포함한다.
기지국은 단말에게 보내려는 DCI에 따라 PDCCH 포맷을 결정하고, 제어 정보에 CRC(cyclic redundancy check)를 붙인다. CRC에는 PDCCH의 소유자(owner)나 용도에 따라 고유한 식별자(RNTI: radio network temporary identifier)가 마스킹(masking)된다. 특정 단말을 위한 PDCCH라면 단말의 고유 식별자(예를 들어 C-RNTI(cell-RNTI))가 CRC에 마스킹될 수 있다. 또는, 페이징 메시지를 위한 PDCCH라면 페이징 지시 식별자(예를 들어 P-RNTI(paging-RNTI))가 CRC에 마스킹될 수 있다. 시스템 정보 블록(SIB: system information block)을 위한 PDCCH라면 시스템 정보 식별자(SI-RNTI(system information-RNTI))가 CRC에 마스킹될 수 있다. 또한, 단말의 랜덤 액세스 프리앰블의 전송에 대한 응답인 랜덤 액세스 응답을 지시하기 위해 RA-RNTI(random access-RNTI)가 CRC에 마스킹될 수 있다.
도 7은 상향링크 서브 프레임의 구조를 나타낸다.
도 7을 참조하면, 상향링크 서브 프레임은 주파수 영역에서 제어 영역과 데이터 영역으로 나눌 수 있다. 제어 영역에는 상향링크 제어 정보를 나르는 PUCCH이 할당된다. 데이터 영역은 사용자 데이터를 나르는 PUSCH이 할당된다. 상위 계층에서 지시되는 경우, 단말은 PUSCH와 PUCCH의 동시 전송을 지원할 수 있다. 하나의 단말에 대한 PUCCH에는 서브 프레임 내에 자원 블록 쌍(pair)이 할당된다. PUCCH에 할당되는 자원 블록 쌍에 속하는 자원 블록들은 슬롯 경계(slot boundary)를 기준으로 2개의 슬롯들의 각각에서 서로 다른 부 반송파를 차지한다. 이를 PUCCH에 할당된 자원 블록 쌍은 슬롯 경계에서 주파수 도약(frequency hopping)된다고 한다.
이하, RRC 연결 확립 절차(RRC connection establishment procedure)에 대하여 살펴본다.
도 8은 RRC 연결 확립 절차(RRC connection establishment procedure)를 예시한 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 단말의 전원이 꺼진 상태에서 전원이 켜지거나, 단말이 네트워크 탐색을 이미 수행하여 접속하기에 적합한 네트워크를 찾은 경우 단말은 네트워크에 접속하기 위하여 NAS 프로토콜을 이용하여 MME에 접속 요청(attach request)을 전송하여야 한다. 여기서, 단말과 MME가 NAS 메시지를 주고 받기 위해서는 단말과 MME 간에 NAS 메시지가 전달될 수 있는 시그널링 연결, 즉 ECM 연결(ECM connection)이 생성되어 있어야 한다. 즉, 단말과 MME는 ECM 아이들 상태(ECM-IDLE)에서 ECM 연결 상태로 천이(transition)되어야 하며, 이는 단말 관점에서는 RRC 연결 상태로 천이됨을 의미한다. 이를 위해 단말의 NAS 계층은 RRC 계층으로 NAS 접속 요청을 전달한다(S801). NAS 프로토콜에서의 접속 요청(attach request)은 단말이 접속 절차(attach procedure)를 수행하기 위하여 단말에 의해 MME로 전송되는 메시지를 의미한다.
단말의 NAS 계층이 RRC 연결을 요청하면, 단말의 RRC 계층은 접속 차단 체크(access barring check) 과정을 수행한다(S803). 여기서, 접속 차단 체크 과정은 접속 클래스 차단(ACB: access class barring) 및/또는 확장된 접속 차단(EAB: extended access barring) 과정을 의미한다.
서비스 사용자는 ACB 매커니즘을 사용하여 무선 액세스 네트워크에 우선적으로 접속할 수 있는 권리를 얻을 수 있다. ACB 매커니즘은 할당된 접속 클래스를 기반으로 단말에 접속 우선권을 제공할 수 있다. 서비스 사용자가 특별한 접속 클래스 중 어느 하나에 속하는 경우, 해당 단말은 다른 단말들과 비교하여 혼잡한 상황에서 네트워크에 우선적으로 접속할 수 있다. 단말이 허용된 클래스에 대응되는 어느 하나의 접속 클래스의 멤버이고 접속 클래스가 서빙 네트워크에서 적용 가능한 경우, 접속 시도가 허용될 수 있다. 그렇지 않은 경우 접속 시도가 허용되지 않는다. 또한, 공통적인 접속이 허용된다고 하더라도, 서빙 네트워크는 단말이 위치 등록(location registration)을 수행하도록 제한된다고 지시할 수 있다. 단말이 페이징에 대하여 응답하는 경우, 단말은 일반적으로 정의된 과정을 따를 수 있다.
ACB를 수행하기 위하여 단말의 RRC 계층은 셀이 방송하는 시스템 정보(system information)를 통해 ACB 정보를 획득할 수 있다. ACB 정보는 서로 다른 RRC 연결 원인(establishment cause)에 대해서 서로 다른 차단 시간(barring time)과 차단 인자(barring factor)를 포함할 수 있다. ACB 정보는 SIB(system information block) 2에서 전송될 수 있다. 단말의 NAS 계층이 RRC 연결을 요청하면, 단말의 RRC 계층은 RRC 연결 원인에 대응되는 차단 시간과 차단 인자를 이용하여 ACB를 수행한다. ACB를 수행할 때, 단말의 RRC 계층은 임의의 값을 생성하여 이를 차단 인자와 비교하고, 생성된 임의의 값이 차단 인자보다 큰지 작은지 여부에 따라 차단을 수행할지 여부를 결정할 수 있다. 차단을 수행하게 되면, 단말은 차단 시간 동안 RRC 연결 요청 메시지를 전송할 수 없다.
EAB는 오퍼레이터가 액세스 네트워크 및/또는 핵심 네트워크의 오버로드(overload)를 방지하기 위하여 EAB를 수행하기로 설정된 단말들의 발신(mobile originating) 접속 시도를 제어하기 위한 매커니즘이다. 혼잡 상황에서 오퍼레이터는 EAB를 수행하도록 설정된 단말들로부터 접속을 제한할 수 있다. EAB를 수행하도록 설정된 단말은 다른 단말들보다 시간 지연에 덜 민감한 단말들일 수 있다. 예를 들어, 사람의 개입 없이 기계와 기계 사이에 통신이 이루어 지는 MTC(machine type communication)에 사용되는 단말인 MTC 장치에 대하여 EAB가 수행될 수 있다. 구체적으로, 오퍼레이터가 EAB를 적용하기에 적당하다고 판단되면, 네트워크는 특정 영역 내의 단말들에 대하여 EAB 정보를 방송한다. EAB를 수행하도록 설정된 단말은 단말이 EAB 정보를 방송하는 셀 내에 있는 경우 단말의 NAS 계층의 요청에 따라 단말의 RRC 계층을 통해 EAB를 수행할 수 있다. 단말의 RRC 계층은 ACB 수행 이전에 EAB를 먼저 수행하며, EAB를 통과한 경우에 ACB를 수행한다.
S803 단계에서 접속 차단 체크 과정을 수행한 결과 접속이 차단되지 않은 경우(즉, ACB 및/또는 EAB를 통과한 경우), 단말의 RRC 계층은 RRC 연결 요청(RRC connection request) 메시지를 단말의 하위 계층(즉, PDCP/RLC/MAC/L1 계층)으로 전달하고(S805), RRC 연결 요청 메시지 및 RRC 연결 설정(RRC connection setup) 메시지는 랜덤 액세스 절차(random access procedure 또는 RACH 절차)를 통해 송수신된다(S807).
랜덤 액세스 절차는 크게 (1) 단말이 기지국에 임의접속 프리엠블을 전송하는 단계(이하, "제1 메시지(Msg1)" 전송 단계), (2) 전송된 임의접속 프리엠블에 대응하여 기지국으로부터 임의접속 응답을 수신하는 단계(이하, "제2 메시지(Msg2)" 수신 단계), (3) 임의접속 응답 메시지에서 수신된 정보를 이용하여 상향링크 메시지를 전송하는 단계(이하, "제3 메시지(Msg3)" 전송 단계) 및 (4) 상기 상향링크 메시지에 대응하는 메시지를 기지국으로부터 수신하는 단계(이하, "제4 메시지(Msg4)" 수신 단계)을 포함할 수 있다. RRC 연결 요청 메시지를 위한 상향링크 자원 할당(UL grant)는 랜덤 액세스 응답 메시지 내에서 전송되며, RRC 연결 요청 메시지는 랜덤 액세스 절차의 제3 메시지(message 3)에 포함되어 전송된다. RRC 연결 설정 메시지는 랜덤 액세스 절차의 제4 메시지(message 4)에 해당될 수 있다.
RRC 연결 요청 메시지는 단말 식별자(UE Identity)(예를 들어, S-TMSI(SAE temporary mobile subscriber identity) 또는 랜덤 ID)와 확립 원인(establishment cause)를 포함한다. 확립 원인은 NAS 절차(예를 들어, 접속(attach), 접속 해제(detach), 트래킹 영역 업데이트(tracking area update), 서비스 요청(service request), 확장 서비스 요청(extended service request))에 따라 결정된다. 현 시점에서는 DCCH과 SRB 1 모두 설정되지 않은 상태이므로, RRC 연결 요청 메시지는 SRB 0을 사용하여 CCCH/UL-SCH/PUSCH을 통해 기지국에 전달된다.
RRC 연결 설정 메시지는 SRB 1의 설정을 위한 구성 정보를 포함하며, 기지국은 단말에게 RRC 연결 설정 메시지를 전송함으로써 단말이 전용적으로(dedicated) 사용할 SRB(예를 들어, SRB 1) 구성(configuration) 자원을 할당한다. 랜덤 액세스 절차를 성공적으로 완료하여 C-RNTI를 할당 받은 단말은 C-RNTI를 이용하여 PDCCH를 모니터링하고, 이 PDCCH는 RRC 연결 설정 메시지를 전송하는 PDSCH 자원 블록을 지시한다. RRC 연결 설정 메시지는 SRB 0를 이용하여 CCCH/DL-SCH/PDSCH를 통해 단말에 전달된다.
기지국과 MME 간 제어 신호는 S1-MME 인터페이스에서 S1AP 메시지를 통해 전달된다. S1AP 메시지는 사용자 별로 S1 시그널링 연결을 통하여 전달되고, S1 시그널링 연결은 기지국과 MME가 단말을 식별하기 위하여 할당한 식별자 쌍(즉, eNB UE S1AP ID 및 MME UE S1AP ID)에 의해 정의된다. S1 시그널링 연결이 설정되지 않은 상태에서 기지국에 최초 NAS 메시지인 접속 요청 메시지가 수신된 경우, 기지국은 S1 시그널링 연결 설정을 위하여 식별자(즉, eNB UE S1AP ID)를 할당하고, NAS 접속 요청 메시지를 MME로 전달한다(S809).
MME는 S1-MME를 통하여 기지국으로부터 접속 요청 메시지를 수신하면 해당 단말에 대하여 식별자(즉, MME S1AP UE ID)를 할당함으로써 기지국과 MME 간에 S1 시그널링 연결이 설정된다(즉, eNB UE S1AP ID, MME UE S1AP ID).
단말의 하위 계층(즉, PDCP/RLC/MAC/L1 계층)은 RRC 연결 설정 메시지를 단말의 RRC 계층으로 전달하고(S811), 단말의 RRC 계층은 RRC 연결 설정 메시지를 통해 할당 받은 SRB 구성을 사용하여 SRB 1을 설정한다(S813). 단말은 RRC 연결 설정 메시지를 수신함으로써, RRC 연결 상태로 천이하게 된다.
이어, 단말의 RRC 계층은 RRC 연결 확립 절차를 완료하기 위하여 RRC 연결 설정 완료(RRC Connection Setup Complete) 메시지를 단말의 하위 계층(즉, PDCP/RLC/MAC/L1 계층)으로 전달하고(S815), 하위 계층을 통해 기지국에 전송함으로써 RRC 연결 완료를 알린다(S817). 단말은 RRC 연결 설정 완료 메시지에 NAS 접속 요청 메시지를 포함시켜 기지국에 전송하고, 기지국은 RRC 연결 설정 완료 메시지에서 NAS 접속 요청 메시지를 추출하고, 이를 S1AP 메시지를 이용하여 MME에 전달할 수 있다. RRC 연결 설정 완료 메시지는 설정된 SRB 1과 DCCH을 통해 전달된다.
한편, 상술한 바와 같이 단말이 네트워크에 등록되어 있으나 트래픽이 비활성화되어 무선 자원이 할당되어 있지 않은 경우 단말은 ECM 아이들 상태에 있으며, 단말에서 네트워크로 전송할 새로운 상향링크 트래픽이 발생되면 단말은 NAS 프로토콜을 이용하여 MME에 서비스 요청(service request)을 전송하여야 한다. 이 경우에도 단말과 MME 간에 ECM 연결(ECM connection)(단말 관점에서는 RRC 연결)이 생성되어 있어야 하며, 이는 EMM 등록 상태로 천이(transition)되어야 함을 의미한다. 따라서, 단말은 ECM 연결 상태로 천이하기 위하여 앞서 설명한 RRC 연결 확립 절차를 수행하게 된다.
이하에서는 LTE/LTE-A 시스템에서 제공하는 랜덤 액세스 절차(random access procedure)에 대해 살펴본다.
랜덤 액세스 절차는 단말이 기지국과 상향링크 동기를 얻거나 상향링크 무선 자원을 할당 받기 위해 사용된다. 단말의 전원이 켜진 후, 단말은 초기 셀과의 하향링크 동기를 획득하고 시스템 정보를 수신한다. 시스템 정보로부터 사용 가능한 랜덤 액세스 프리앰블(random access preamble)의 집합과 랜덤 액세스 프리앰블의 전송에 사용되는 무선 자원에 관한 정보를 얻는다. 랜덤 액세스 프리앰블의 전송에 사용되는 무선 자원은 적어도 하나 이상의 서브프레임 인덱스와 주파수 영역 상의 인덱스의 조합으로 특정될 수 있다. 단말은 랜덤 액세스 프리앰블의 집합으로부터 임의로 선택한 랜덤 액세스 프리앰블을 전송하고, 상기 랜덤 액세스 프리앰블을 수신한 기지국은 상향링크 동기를 위한 타이밍 정렬(TA: timing alignment) 값을 랜덤 액세스 응답을 통해 단말로 보낸다. 이로써 단말은 상향링크 동기를 획득하는 것이다.
랜덤 액세스 절차는 FDD(frequency division duplex)와 TDD(time division duplex)에서 공통적인 절차이다. 랜덤 액세스 절차는 셀 사이즈에 무관하며, 캐리어 병합(CA: carrier aggregation)이 설정된 경우 서빙 셀(serving cell)의 개수와도 무관하다.
먼저, 단말이 랜덤 액세스 절차를 수행하는 경우로는 다음과 같은 경우가 있다.
- 단말이 기지국과의 RRC 연결(RRC Connection)이 없어, RRC 아이들 상태에서 초기 접속 (initial access)을 수행하는 경우
- RRC 연결 재-확립 절차(RRC connection re-establishment procedure)를 수행하는 경우
- 단말이 핸드오버 과정에서, 타겟(target) 셀로 처음 접속하는 경우
- 기지국의 명령에 의해 랜덤 액세스 절차가 요청되는 경우
- RRC 연결 상태 중, 상향링크 시간 동기가 맞지 않은 상황에서(non-synchronized) 하향링크로 전송될 데이터가 발생하는 경우
- RRC 연결 상태 중, 상향링크의 시간 동기가 맞지 않거나(non-synchronized), 무선자원을 요청하기 위해 사용되는 지정된 무선자원이 할당되지 않은 상황에서, 상향링크로 전송할 데이터가 발생하는 경우
- RRC 연결 상태 중, 타이밍 어드밴스(timing advance)가 필요한 상황에서 단말의 위치 결정(positioning)을 수행하는 경우
- 무선 연결 실패(radio link failure) 또는 핸드오버 실패(handover failure) 시 복구 과정을 수행하는 경우
한편, 본 발명의 실시예들에서 고려하는 통신 환경은 멀티 캐리어 시스템 또는 캐리어 병합(CA: carrier aggregation) 시스템을 모두 포함하며, 이는 광대역을 지원하기 위해서, 목표로 하는 광대역을 구성할 때 목표 대역보다 작은 대역폭(bandwidth)을 가지는 1개 이상의 컴포넌트 캐리어(CC: component carrier)를 병합(aggregation)하여 사용하는 시스템을 말한다. 캐리어의 병합은 인접한(contiguous) 캐리어 간의 병합뿐 아니라 비 인접한(non-contiguous) 캐리어 간의 병합을 모두 의미한다. 또한, 하향링크와 상향링크 간에 집성되는 컴포넌트 캐리어들의 수는 다르게 설정될 수 있다. 하향링크 컴포넌트 캐리어(이하, 'DL CC'라 한다.) 수와 상향링크 컴포넌트 캐리어(이하, 'UL CC'라 한다.) 수가 동일한 경우를 대칭적(symmetric) 집성이라고 하고, 그 수가 다른 경우를 비대칭적(asymmetric) 집성이라고 한다. 이와 같은 캐리어 병합은 반송파 집성, 대역폭 집성(bandwidth aggregation), 스펙트럼 집성(spectrum aggregation) 등과 같은 용어와 혼용되어 사용될 수 있다.
LTE-A 시스템은 무선 자원을 관리하기 위해 셀(cell)의 개념을 사용한다. 상술한 캐리어 병합 환경은 다중 셀(multiple cells) 환경으로 일컬을 수 있다. 셀은 하향링크 자원(DL CC)과 상향링크 자원(UL CC) 한 쌍의 조합으로 정의되나, 상향링크 자원은 필수 요소는 아니다. 따라서, 셀은 하향링크 자원 단독, 또는 하향링크 자원과 상향링크 자원으로 구성될 수 있다. 특정 단말이 단 하나의 설정된 서빙 셀(configured serving cell)을 가지는 경우 1개의 DL CC와 1개의 UL CC를 가질 수 있으나, 특정 단말이 2개 이상의 설정된 서빙 셀을 가지는 경우에는 셀의 수만큼의 DL CC를 가지며 UL CC의 수는 그와 같거나 그보다 작을 수 있다. 또는, 그 반대로 DL CC와 UL CC가 구성될 수도 있다. 즉, 특정 단말이 다수의 설정된 서빙 셀을 가지는 경우 DL CC의 수보다 UL CC가 더 많은 캐리어 병합 환경도 지원될 수 있다. 즉, 캐리어 병합(carrier aggregation)은 각각 캐리어 주파수(셀의 중심 주파수)가 서로 다른 둘 이상의 셀들의 병합으로 이해될 수 있다. 여기서, 말하는 '셀(Cell)'은 일반적으로 사용되는 기지국이 커버하는 영역으로서의 '셀'과는 구분되어야 한다.
LTE-A 시스템에서 사용되는 셀은 프라이머리 셀(Pcell: primary cell) 및 세컨더리 셀(Scell: secondary cell)을 포함한다. P셀은 프라이머리 주파수(또는, PCC(primary CC)) 상에서 동작하는 셀을 의미한다. 단말이 초기 연결 확립(initial connection establishment) 과정을 수행하거나 연결 재-확립(connection re-establishment) 과정을 수행하는데 사용될 수 있으며, 핸드오버 과정에서 지시된 셀을 지칭할 수도 있다. 또한, P셀은 캐리어 병합 환경에서 설정된 서빙 셀 중 제어관련 통신의 중심이 되는 셀을 의미한다. 즉, 단말은 자신의 P셀에서만 PUCCH을 할당 받아 전송할 수 있으며, 시스템 정보를 획득하거나 모니터링 절차를 변경하는데 P셀만을 이용할 수 있다. S셀은 세컨더리 주파수(또는, SCC(secondary CC)) 상에서 동작하는 셀을 의미할 수 있다. 특정 단말에 P셀은 하나만 할당되며, S셀은 하나 이상 할당될 수 있다. S셀은 RRC 연결 확립이 이루어진 이후에 구성 가능하고 추가적인 무선 자원을 제공하는데 사용될 수 있다. 캐리어 병합 환경에서 설정된 서빙 셀 중에서 P셀을 제외한 나머지 셀들, 즉 S셀에는 PUCCH가 존재하지 않을 수 있다.
3GPP Rel-10에서는 캐리어 병합을 지원하는 무선 접속 시스템에서 하나의 특정 셀(예를 들어, P셀)에 적용 가능한 TA(timing advance) 값을 복수의 셀에 공통으로 적용하는 것을 고려하였다. 다만, 단말이 서로 다른 주파수 밴드에 속한(즉, 주파수 상에서 크게 이격된) 복수의 셀들 혹은 전파(propagation) 특성이 다른 복수의 셀들을 병합할 수 있다. 또한 특정 셀의 경우 커버리지 확대 혹은 커버리지 홀의 제거를 위해 RRH(remote radio header)(즉, 리피터), 펨토 셀(femto cell) 혹은 피코 셀(pico cell) 등과 같은 스몰 셀(small cell) 또는 세컨더리 기지국(SeNB: secondary eNB)이 셀 내에 배치되는 상황에서 단말은 하나의 셀을 통해 기지국(즉, 매크로 기지국(macro eNB))과 통신을 수행하고, 다른 셀을 통해 세컨더리 기지국과 통신을 수행하는 경우 복수의 셀들이 서로 다른 전파 지연 특성을 가지게 될 수 있다. 이 경우, 하나의 TA 값을 복수의 셀들에 공통으로 적용하는 방식으로 사용하는 상향링크 전송을 수행할 경우 복수의 셀들 상에서 전송되는 상향링크 신호의 동기에 심각한 영향을 끼칠 수 있다. 따라서, 복수의 셀들이 병합된 CA 상황에서 복수의 TA를 가지는 것이 바람직할 수 있으며, 3GPP Rel-11에서는 다중 TA(multiple TA)를 지원하기 위하여 특정 셀 그룹 단위로 TA를 독립적으로 할당하는 것을 고려한다. 이를 TA 그룹(TAG: TA group)이라 하며, TAG는 하나 이상의 셀들을 포함할 수 있으며, TAG 내 포함된 하나 이상의 셀에는 동일한 TA가 공통적으로 적용될 수 있다. 이러한 다중 TA를 지원하기 위하여, MAC TA 명령 제어 요소(element)는 2 비트의 TAG 식별자(TAG ID)와 6 비트의 TA 명령 필드로 구성된다.
캐리어 병합이 설정된 단말은 P셀과 관련되어 앞서 설명한 랜덤 액세스 절차를 수행하는 경우가 발생되면 랜덤 액세스 절차를 수행하게 된다. P셀이 속한 TAG(즉, pTAG: primary TAG)의 경우, 기존과 동일하게 P셀을 기준으로 결정되는, 혹은 P셀에 수반되는 랜덤 액세스 절차를 통해 조정되는 TA를 pTAG 내 모든 셀(들)에 적용할 수 있다. 반면, S셀로만 구성되는 TAG(즉, sTAG: secondary TAG)의 경우, sTAG 내 특정 S셀을 기준으로 결정되는 TA는 해당 sTAG 내 모든 셀(들)에 적용할 수 있으며, 이 때 TA는 기지국에 의해 개시되 랜덤 액세스 절차에 의해 획득될 수 있다. 구체적으로, sTAG 내에서 S셀은 RACH 자원으로 설정되고, 기지국은 TA를 결정하기 위하여 S셀에서 RACH 접속을 요청한다. 즉, 기지국은 P셀에서 전송되는 PDCCH 오더에 의해 S셀들 상에서 RACH 전송을 개시시킨다. S셀 프리앰블에 대한 응답 메시지는 RA-RNTI를 사용하여 P셀을 통해 전송된다. 단말은 랜덤 액세스를 성공적으로 마친 S셀을 기준으로 결정되는 TA는 해당 sTAG 내 모든 셀(들)에 적용할 수 있다. 이와 같이, 랜덤 액세스 절차는 S셀에서도 해당 S셀이 속한 sTAG의 타이밍 정렬(timing alignment)을 획득하기 위하여 S셀에서도 수행될 수 있다.
LTE/LTE-A 시스템에서는 랜덤 액세스 프리앰블(random access preamble, RACH preamble)을 선택하는 과정에서, 특정한 집합 안에서 단말이 임의로 하나의 프리앰블을 선택하여 사용하는 경쟁 기반 랜덤 액세스 절차(contention based random access procedure)과 기지국이 특정 단말에게만 할당해준 랜덤 액세스 프리앰블을 사용하는 비 경쟁 기반 랜덤 액세스 절차(non-contention based random access procedure)을 모두 제공한다. 다만, 비 경쟁 기반 랜덤 액세스 절차는, 상술한 핸드오버 과정, 기지국의 명령에 의해 요청되는 경우, 단말 위치 결정(positioning) 및/또는 sTAG을 위한 타이밍 어드밴스 정렬에 한하여 사용될 수 있다. 랜덤 액세스 절차가 완료된 후에 일반적인 상향링크/하향링크 전송이 발생된다.
한편, 릴레이 노드(RN: relay node) 또한 경쟁 기반 랜덤 액세스 절차와 비 경쟁 기반 랜덤 액세스 절차를 모두 지원한다. 릴레이 노드가 랜덤 액세스 절차를 수행할 때, 그 시점에서 RN 서브프레임 구성(configuration)을 중단시킨다(suspend). 즉, 이는 일시적으로 RN 서브프레임 구성을 폐기하는 것으로 의미한다. 이후, 성공적으로 랜덤 액세스 절차가 완료되는 시점에서 RN 서브프레임 구성이 재개된다.
도 9는 경쟁 기반 랜덤 액세스 절차에서 단말과 기지국의 동작 과정을 설명하기 위한 도면이다.
(1) 제1 메시지(Msg 1, message 1)
먼저, 단말은 시스템 정보(system information) 또는 핸드오버 명령(handover command)을 통해 지시된 랜덤 액세스 프리앰블의 집합에서 임의로(randomly) 하나의 랜덤 액세스 프리앰블(random access preamble, RACH preamble)을 선택하고, 상기 랜덤 액세스 프리앰블을 전송할 수 있는 PRACH(physical RACH) 자원을 선택하여 전송한다. 단말은 랜덤 액세스 프리앰블의 전송 전력(PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER)을 ('preambleInitialReceivedTargetPower' + 'DELTA_PREAMBLE' + ('PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER' - 1) * 'powerRampingStep')으로 셋팅하여 전송한다. 여기서, 'preambleInitialReceivedTargetPower'은 프리앰블 최초 전송 전력을 나타내고, 'DELTA_PREAMBLE'은 프리앰블 포맷에 따른 전력 오프셋 값을 나타낸다. 'PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER'은 프리앰블 전송 횟수를 나타낸다. 'powerRampingStep'은 전력 램핑 인자(power-ramping factor)를 나타낸다. 이러한 값 들은 시스템 정보의 일부로서 단말에게 시그널링된다.
단말로부터 랜덤 액세스 프리엠블을 수신한 기지국은 프리앰블을 디코딩하고, RA-RNTI를 획득한다. 랜덤 액세스 프리앰블이 전송된 PRACH와 관련된 RA-RNTI는 해당 단말이 전송한 랜덤 액세스 프리앰블의 시간-주파수 자원에 따라서 아래 수학식 1과 같이 결정된다.
수학식 1에서, 't_id'는 PRACH의 첫 번째 서브프레임의 인덱스를 나타내고(0 ≤ t_id < 10), 'f_id'는 서브프레임 내 주파수 영역 상에서 오름차순으로 PRACH의 인덱스를 나타낸다(0 ≤ f_id < 6).
(2) 제2 메시지(Msg 2, message 2)
기지국은 제1 메시지 상의 프리앰블을 통해서 획득한 RA-RNTI로 지시(address)되는 랜덤 액세스 응답(random access response)을 단말로 전송한다. 랜덤 액세스 응답에는 랜덤 액세스 프리앰블 구분자/식별자(RA preamble index/identifier), 상향링크 무선자원을 알려주는 상향링크 승인(UL grant), 임시 셀 식별자(TC-RNTI: Temporary C-RNTI) 그리고 시간 동기 값(TAC: time alignment command)들이 포함될 수 있다. TAC는 기지국이 단말에게 상향링크 시간 정렬(time alignment)을 유지하기 위해 보내는 시간 동기 값을 지시하는 정보이다. 단말은 상기 시간 동기 값을 이용하여, 상향링크 전송 타이밍을 갱신한다. 단말이 시간 동기를 갱신하면, 시간 동기 타이머(time alignment timer)를 개시 또는 재시작한다. UL grant는 후술하는 스케줄링 메시지(제3 메시지)의 전송에 사용되는 상향링크 자원 할당 및 TPC(transmit power command)를 포함한다. TPC는 스케줄링된 PUSCH를 위한 전송 파워의 결정에 사용된다.
단말은 랜덤 액세스 프리앰블을 전송 후에, 기지국이 시스템 정보 또는 핸드오버 명령을 통해 지시된 랜덤 액세스 응답 윈도우(random access response window) 내에서 자신의 랜덤 액세스 응답(random access response)의 수신을 시도하며, PRACH에 대응되는 RA-RNTI로 마스킹된 PDCCH를 검출하고, 검출된 PDCCH에 의해 지시되는 PDSCH를 수신하게 된다. 랜덤 액세스 응답 정보는 MAC PDU(MAC packet data unit)의 형식으로 전송될 수 있으며, 상기 MAC PDU는 PDSCH을 통해 전달될 수 있다. PDCCH에는 상기 PDSCH를 수신해야 하는 단말의 정보와, 상기 PDSCH의 무선 자원의 주파수 그리고 시간 정보, 그리고 상기 PDSCH의 전송 형식 등이 포함되어 있는 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이, 일단 단말이 자신에게 전송되는 PDCCH의 검출에 성공하면, 상기 PDCCH의 정보들에 따라 PDSCH로 전송되는 랜덤 액세스 응답을 적절히 수신할 수 있다.
RNTI는 단말에게 부여되는 고유의 식별자로서 해당 RNTI가 생성되는 위치에 따라 값이 결정될 수 있다. RNTI는 C-RNTI(cell RNTI), M-RNTI(MBMS(multimedia broadcast multicast service) RNTI), P-RNTI(paging RNTI), RA-RNTI(random access RNTI), SI-RNTI(system information RNTI), TPC-PUCCH-RNTI(transmit power control-PUCCH-RNTI), TPC-PUSCH-RNTI (transmit power control-PUSCH-RNTI)를 포함한다. 단말은 RNTI의 종류에 따라서 서로 다른 주기를 가지고 PDCCH를 디코딩(decoding)할 수 있다. 예를 들어, SI-RNTI는 긴 주기를 가지고 검출을 시도하도록 구성하고, C-RNTI는 짧은 주기를 가지고 검출을 시도하도록 구성할 수 있다. 이와 같은 RNTI의 종류/타입에 따라 서로 다른 검출 주기를 사용함으로써, 단말의 불필요한 검출 과정을 줄이며 레이턴시(latency)의 증가를 효율적으로 방지하는 것이 가능하다. 상기 구성은 편의상 단말의 검출 주기로 설명하였으나, 기지국의 할당 주기로 사용하는 것과 동일하다.
단말은 모든 서빙 셀에서 동일한 C-RNTI를 사용한다. 3GPP LTE-A 규격에 따른 RNTI 값의 구체적인 일례이다.
아래 표 2는 3GPP LTE-A 규격에 따른 RNTI의 구체적인 설명과 관련된 전송 채널(transport channels) 및 논리 채널(logical channels)를 예시한다.
랜덤 액세스 응답 윈도우는 프리앰블을 전송한 단말이 랜덤 액세스 응답 메시지를 수신하기 위해서 대기하는 최대 시구간을 의미한다. 랜덤 액세스 응답 윈도우는 프리앰블이 전송되는 마지막 서브프레임에서 3개의 서브프레임 이후의 서브프레임으로부터 시작하여 'ra-ResponseWindowSize'의 길이를 가진다. 즉, 단말은 프리앰블을 전송이 종료된 서브프레임으로부터 3개의 서브프레임 이후부터 확보한 랜덤 액세스 윈도우 동안 랜덤 액세스 응답을 수신하기 위해 대기한다. 단말은 시스템 정보(system information)을 통해 랜덤 액세스 윈도우 사이즈('ra-ResponseWindowsize') 파라미터 값을 획득할 수 있으며, 랜덤 액세스 윈도우 사이즈는 2부터 10 사이의 값으로 결정될 수 있다.
단말은 기지국에 전송하였던 랜덤 액세스 프리앰블과 동일한 랜덤 액세스 프리앰블 구분자/식별자를 가지는 랜덤 액세스 응답을 성공적으로 수신하면, 랜덤 액세스 응답의 모니터링을 중지한다. 반면, 랜덤 액세스 응답 윈도우가 종료될 때까지 랜덤 액세스 응답 메시지를 수신하지 못하거나, 기지국에 전송하였던 랜덤 액세스 프리앰블과 동일한 랜덤 액세스 프리앰블 구분자를 가지는 유효한 랜덤 액세스 응답을 수신하지 못한 경우 랜덤 액세스 응답의 수신은 실패하였다고 간주되고, 이후 단말은 프리앰블 재전송을 수행할 수 있다.
상술한 바와 같이 랜덤 액세스 응답에서 랜덤 액세스 프리앰블 구분자가 필요한 이유는, 하나의 랜덤 액세스 응답에는 하나 이상의 단말들을 위한 랜덤 액세스 응답 정보가 포함될 수 있기 때문에, 상기 UL grant, TC-RNTI 그리고 TAC가 어느 단말에게 유효한지를 알려주기 위는 것이 필요하기 때문이다.
(3) 제3 메시지(Msg 3, message 3)
단말이 자신에게 유효한 랜덤 액세스 응답을 수신한 경우에는, 상기 랜덤 액세스 응답에 포함된 정보들을 각각 처리한다. 즉, 단말은 TAC을 적용시키고, TC-RNTI를 저장한다. 또한, UL grant를 이용하여, 단말의 버퍼에 저장된 데이터 또는 새롭게 생성된 데이터를 기지국으로 전송한다. 단말의 최초 접속의 경우 RRC 계층에서 생성되어 CCCH를 통해 전달된 RRC 연결 요청이 제3 메시지에 포함되어 전송될 수 있으며, RRC 연결 재확립 절차의 경우 RRC 계층에서 생성되어 CCCH를 통해 전달된 RRC 연결 재확립 요청이 제3 메시지에 포함되어 전송될 수 있다. 또한, NAS 접속 요청 메시지를 포함할 수도 있다.
제3 메시지는 단말의 식별자가 포함되어야 한다. 경쟁 기반 랜덤 액세스 절차에서는 기지국에서 어떠한 단말들이 상기 랜덤 액세스 절차를 수행하는지 판단할 수 없는데, 차후에 충돌 해결을 하기 위해서는 단말을 식별해야 하기 때문이다.
단말의 식별자를 포함시키는 방법으로는 두 가지 방법이 존재한다. 첫 번째 방법은 단말이 상기 랜덤 액세스 절차 이전에 이미 해당 셀에서 할당 받은 유효한 셀 식별자(C-RNTI)를 가지고 있었다면, 단말은 상기 UL grant에 대응하는 상향링크 전송 신호를 통해 자신의 셀 식별자를 전송한다. 반면에, 만약 랜덤 액세스 절차 이전에 유효한 셀 식별자를 할당 받지 못하였다면, 단말은 자신의 고유 식별자(예를 들면, S-TMSI 또는 임의 값(random number))를 포함하여 전송한다. 일반적으로 상기의 고유 식별자는 C-RNTI보다 길다. UL-SCH 상의 전송에서는 단말 특정 스크램블링이 사용된다. 다만, 단말이 아직 C-RNTI를 할당받지 못한 경우라면, 스크램블링은 C-RNTI에 기반할 수 없으며 대신 랜덤 액세스 응답에서 수신한 TC-RNTI가 사용된다. 단말은 상기 UL grant에 대응하는 데이터를 전송하였다면, 충돌 해결을 위한 타이머(contention resolution timer)를 개시한다.
(4) 제4 메시지(Msg 4, message 4)
기지국은 단말로부터 제3 메시지를 통해 해당 단말의 C-RNTI를 수신한 경우 수신한 C-RNTI를 이용하여 단말에게 제4 메시지를 전송한다. 반면, 단말로부터 제3 메시지를 통해 상기 고유 식별자(즉, S-TMSI 또는 임의 값(random number))를 수신한 경우, 랜덤 액세스 응답에서 해당 단말에게 할당한 TC-RNTI를 이용하여 제4 메시지를 단말에게 전송한다. 여기서, 제4 메시지는 C-RNTI를 포함하는 RRC 연결 설정 메시지(RRC connection setup)가 해당될 수 있다.
단말은 랜덤 액세스 응답에 포함된 UL grant를 통해 자신의 식별자를 포함한 데이터를 전송한 이후, 충돌 해결을 위해 기지국의 지시를 기다린다. 즉, 특정 메시지를 수신하기 위해 PDCCH의 수신을 시도한다. 상기 PDCCH를 수신하는 방법에 있어서도 두 가지 방법이 존재한다. 앞에서 언급한 바와 같이 상기 UL grant에 대응하여 전송된 제3 메시지가 자신의 식별자가 C-RNTI인 경우, 자신의 C-RNTI를 이용하여 PDCCH의 수신을 시도하고, 상기 식별자가 고유 식별자(즉, S-TMSI 또는 임의 값(random number))인 경우에는, 랜덤 액세스 응답에 포함된 TC-RNTI를 이용하여 PDCCH의 수신을 시도한다. 그 후, 전자의 경우, 만약 상기 충돌 해결 타이머가 만료되기 전에 자신의 C-RNTI를 통해 PDCCH를 수신한 경우에, 단말은 정상적으로 랜덤 액세스 절차가 수행되었다고 판단하고, 랜덤 액세스 절차를 종료한다. 후자의 경우에는 상기 충돌 해결 타이머가 만료되기 전에 TC-RNTI를 통해 PDCCH를 수신하였다면, 상기 PDCCH가 지시하는 PDSCH이 전달하는 데이터를 확인한다. 만약 상기 데이터의 내용에 자신의 고유 식별자가 포함되어 있다면, 단말은 정상적으로 랜덤 액세스 절차가 수행되었다고 판단하고, 랜덤 액세스 절차를 종료한다. 제4 메시지를 통해 단말은 C-RNTI를 획득하고, 이후 단말과 네트워크는 C-RNTI를 이용하여 단말 특정 메시지(dedicated message)를 송수신하게 된다.
다음은 랜덤 액세스에서 충돌 해결을 위한 방법에 대하여 설명한다.
랜덤 액세스를 수행함에 있어서 충돌이 발생하는 이유는 기본적으로 랜덤 액세스 프리앰블의 수가 유한하기 때문이다. 즉, 기지국은 모든 단말들에게 단말 고유의 랜덤 액세스 프리앰블을 부여할 수 없기 때문에, 단말은 공통의 랜덤 액세스 프리앰블들 중에서 임의적으로 하나를 선택해서 전송하게 된다. 이에 따라 동일한 무선 자원(PRACH 자원)을 통해 둘 이상의 단말들이 같은 랜덤 액세스 프리앰블을 선택하여 전송하게 되는 경우가 발생하지만, 기지국에서는 하나의 단말에게서 전송되는 하나의 랜덤 액세스 프리앰블로 판단하게 된다. 이로 인해, 기지국은 랜덤 액세스 응답을 단말에게 전송하고 랜덤 액세스 응답은 하나의 단말이 수신할 것으로 예측한다. 하지만, 상술한 바와 같이 충돌이 발생할 수 있기 때문에, 둘 이상의 단말들이 하나의 랜덤 액세스 응답을 수신하게 되며, 이에 따라 단말마다 각각 랜덤 액세스 응답의 수신에 따른 동작을 수행하게 된다. 즉, 랜덤 액세스 응답에 포함된 하나의 UL Grant를 이용하여, 둘 이상의 단말들이 서로 다른 데이터를 동일한 무선자원에 전송하게 되는 문제점이 발생하게 된다. 이에 따라, 상기 데이터의 전송은 모두 실패할 수 도 있고, 단말들의 위치 또는 전송파워에 따라 특정 단말의 데이터만을 기지국에서 수신할 수도 있다. 후자의 경우, 둘 이상의 단말들은 모두 자신의 데이터의 전송이 성공했다고 가정하기 때문에, 기지국은 경쟁에서 실패한 단말들에게 실패 사실에 대한 정보를 알려주어야 한다. 즉, 상기 경쟁의 실패 또는 성공에 대한 정보를 알려주는 것이 충돌 해결(contention resolution)라 한다.
충돌 해결 방법에는 두 가지 방법이 있는데 한 가지 방법은, 충돌 해결 타이머(contention resolution timer)를 이용하는 방법과, 다른 한가지 방법은 성공한 단말의 식별자를 단말들에게 전송하는 방법이다. 전자의 경우는, 단말이 랜덤 액세스 과정 전에 이미 고유의 C-RNTI를 가지고 있는 경우에 사용된다. 즉, 이미 C-RNTI를 가지고 있는 단말은 랜덤 액세스 응답에 따라 자신의 C-RNTI를 포함한 데이터를 기지국으로 전송하고, 충돌 해결 타이머를 작동한다. 그리고, 충돌 해결 타이머가 만료되기 전에, 자신의 C-RNTI에 의해 지시되는 PDCCH 정보가 수신되면, 단말은 자신이 경쟁에서 성공했다고 판단하고, 랜덤 액세스를 정상적으로 마치게 된다. 반대로, 만약 충돌 해결 타이머가 만료되기 전에, 자신의 C-RNTI에 의해 지시되는 PDCCH를 전송 받지 못한 경우는, 자신이 경쟁에서 실패했다고 판단하고, 랜덤 액세스 과정을 다시 수행하거나, 상위 계층으로 실패 사실을 통보할 수 있다. 충돌 해소 방법 중 후자의 경우, 즉 성공한 단말의 식별자를 전송하는 방법은, 단말이 랜덤 액세스 과정 전에 고유의 셀 식별자가 없는 경우에 사용된다. 즉, 단말 자신이 셀 식별자가 없는 경우, 랜덤 액세스 응답에 포함된 UL Grant 정보에 따라 데이터에 셀 식별자 보다 상위 식별자(S-TMSI 또는 random number)를 포함하여 전송하고, 단말은 충돌 해결 타이머를 작동시킨다. 충돌 해결 타이머가 만료되기 전에, 자신의 상위 식별자를 포함한 데이터가 DL-SCH로 전송된 경우, 단말은 랜덤 액세스 과정이 성공했다고 판단한다. 반면에, 충돌 해결 타이머가 만료되기 전에, 자신의 상위 식별자를 포함한 데이터를 DL-SCH로 전송 받지 못하는 경우에는, 단말은 랜덤 액세스 과정이 실패했다고 판단하게 되는 것이다.
한편, 비경쟁 기반 임의접속 과정에서의 동작은 도 9에 도시된 경쟁 기반 임의접속 과정과 달리 제1 메시지 전송 및 제2 메시지 전송만으로 임의접속 절차가 종료되게 된다. 다만, 제1 메시지로서 단말이 기지국에 임의접속 프리엠블을 전송하기 전에 단말은 기지국으로부터 임의접속 프리엠블을 할당받게 되며, 이 할당받은 임의접속 프리엠블을 기지국에 제1 메시지로서 전송하고, 기지국으로부터 임의접속 응답을 수신함으로써 임의접속 절차가 종료되게 된다.
도 10은 비 경쟁 기반 랜덤 액세스 절차에서의 단말과 기지국의 동작 과정을 구체적으로 나타낸다.
(1) 랜덤 액세스 프리앰블 할당
상술한 바와 같이, 비 경쟁 기반 랜덤 액세스 절차는 (1) 핸드오버 과정의 경우, (2) 기지국의 명령에 의해 요청되는 경우, 또는 (3) 단말 위치 결정(positioning) 및/또는 sTAG을 위한 타이밍 어드밴스 정렬을 위해서 수행될 수 있다. 물론, 상기 위와 같은 경우에도 경쟁 기반 랜덤 액세스 절차가 수행될 수도 있다.
먼저, 비 경쟁 기반 랜덤 액세스 절차를 위해서는 충돌의 가능성이 없는 지정된 랜덤 액세스 프리앰블을 기지국으로부터 수신 받는 것이 중요하다. 기지국이 특정 랜덤 액세스 프리앰블을 특정 단말에게만 할당하였을 경우, 랜덤 액세스 프리앰블은 해당 특정 단말만 사용하게 되고, 다른 단말들은 상기 랜덤 액세스 프리앰블을 사용하지 않게 되므로, 다른 단말과의 충돌이 발생되지 않는다. 랜덤 액세스 프리앰블을 지시 받는 방법으로는 핸드오버 명령을 통한 방법 및 PDCCH 명령을 통한 방법이 있다. 이를 통해 단말은 랜덤 액세스 프리앰블을 할당 받는다.
(2) 제1 메시지(Msg 1, message 1)
단말은 상술한 바와 같이 자신에게만 지정된 랜덤 액세스 프리앰블을 기지국으로 할당 받은 후에, 할당 받은 프리앰블을 기지국으로 전송한다.
(3) 제2 메시지(Msg 2, message 2)
랜덤 액세스 응답 정보를 수신하는 방법은 상술한 경쟁 기반 랜덤 액세스 절차에서와 유사하다. 즉, 단말은 랜덤 액세스 프리앰블을 전송 후에, 기지국이 시스템 정보 또는 핸드오버 명령을 통해 지시된 랜덤 액세스 응답 수신 윈도우 내에서 자신의 랜덤 액세스 응답의 수신을 시도한다. 이를 통해 UL grant, 임시 셀 식별자(Temporary C-RNTI) 및 시간 동기 보정 값(TAC) 등을 수신할 수 있다.
비 경쟁 기반 랜덤 액세스 절차에서는 랜덤 액세스 응답 정보를 수신함으로써 랜덤 액세스 절차가 정상적으로 수행되었다고 판단하고 랜덤 액세스 절차를 종료할 수 있다.
도 11은 경쟁 기반 랜덤 액세스 절차의 각 과정 별 소요되는 지연을 설명하기 위한 도면이다.
도 11에서는 앞서 설명한 4 단계(경쟁 기반 랜덤 액세스) 랜덤 액세스 절차의 각 과정을 예시한다. 초기 망 접속을 위한 4 단계 랜덤 액세스 절차를 기반으로 레이턴시(latency)를 측정한 결과는 아래 표 3과 같다.
표 3을 참조하면, 1ms의 RACH 순환(cycle)을 가지는 RACH 스케줄링 구간으로 인한 평균적인 지연(delay)이 0.5ms 소요되고, 랜덤 액세스 프리앰블 랜덤 액세스 프리앰블(RACH 프리앰블)을 전송하여 기지국에 도달하는데 1ms가 소요된다. 기지국에서 프리앰블을 검출하고 랜덤 액세스 응답을 전송하기까지, 즉 RACH 전송의 종료 시점에서 단말의 스케줄링 승인(scheduling grant) 및 타이밍 조정(timing adjustment)를 수신하는 시점까지의 시간은 3ms 소요된다. 단말이 스케줄링 승인, 타이밍 정렬 및 RRC 연결 요청의 L1 계층 인코딩과 C-RNTI 배치(assignment)와 같은 단말에서의 프로세싱 지연(processing delay)이 5ms가 발생된다. 그리고, RRC 및 NAS 요청을 전송하는데 1ms가 소요되고, 기지국에서 L2 및 RRC 계층에서 프로세싱 지연(processing delay)에 4ms가 발생된다. 그리고, 기지국에서 RRC 연결 확립(및 UL grant)을 전송하는데 1ms가 소요된다. 이와 같이 경쟁 기반 랜덤 액세스 절차를 완료하는 데 평균적으로 총 15.5ms가 소요된다.
앞서 설명한 바와 같이, 네트워크와 연결이 설정되기 이전의 단말은 네트워크로 자신의 정보를 전송하기 위한 RRC/NAS 요청 메시지를 전송하는데 필요한 상향링크 자원을 할당 받기 위하여 4 단계의 랜덤 액세스 절차를 수행해야만 하며, 이는 상술한 바와 같이 절차의 레이턴시(latency)를 증가시키는 원인이 된다.
또한, 종래 3GPP LTE 시스템의 경우, 자원의 활용을 최대화하기 위해 기지국의 스케줄링 기반의 데이터 송수신 방법을 사용한다. 이는 단말이 전송할 데이터가 있는 경우 우선적으로 기지국에게 상향링크 자원 할당을 요청하고, 기지국으로부터 할당된 상향링크 자원만을 이용하여 데이터를 전송할 수 있음을 의미한다.
도 12는 단말의 상향링크 자원 할당 과정을 예시하는 도면이다.
도 12의 (a)는 단말이 버퍼 상태 보고(BSR: buffer status reporting)를 위한 상향링크 무선 자원이 단말에 할당되지 않은 경우에 실제 데이터(actual data)를 위한 상향링크 자원 할당 과정을 예시하고, 도 12의 (b)는 단말이 BSR를 위한 상향링크 무선 자원이 단말에 할당되어 있는 경우에 실제 데이터를 위한 상향링크 자원 할당 과정을 예시한다.
LTE 시스템에서는 상향링크의 무선 자원의 효율적인 사용을 위하여, 기지국은 각 단말 별로 어떤 종류의 데이터를 얼마만큼 상향링크로 전송할지를 알아야 한다. 따라서, 단말이 직접 자신이 전송하고자 하는 상향링크 데이터에 관한 정보를 기지국으로 전달하고, 기지국은 이에 기반하여 해당 단말에 상향링크 자원을 할당할 수 있다. 이 경우, 단말이 기지국으로 전달하는 상향링크 데이터에 관한 정보는 자신의 버퍼에 저장되어 있는 상향링크 데이터의 양으로서, 이를 버퍼 상태 보고(BSR: Buffer Status Report)라고 지칭한다. BSR은 단말이 현재 TTI에서 PUSCH 상의 자원이 할당되고 보고 이벤트(reporting event)가 트리거링된 경우, MAC 제어 요소(MAC control element)를 사용하여 전송된다.
도 12의 (a)를 참조하면, 단말은 BSR를 전송하기 위한 PUSCH 자원이 할당되지 않은 경우로, 단말은 PUSCH 자원을 할당 받기 위하여 먼저 스케줄링 요청(SR: scheduling request)을 기지국에 전송한다(S1201).
스케줄링 요청은 보고 이벤트(reporting event)가 발생되었으나 단말이 현재 TTI에서 PUSCH 상에 무선 자원이 스케줄링되지 않은 경우, 단말이 상향링크 전송을 위한 PUSCH 자원을 할당 받기 위하여 기지국에 요청하기 위해 이용된다. 즉, 단말은 정규적 버퍼 상태 보고(regular BSR)가 트리거(trigger)되었으나 BSR을 기지국에 전송하기 위한 상향링크 무선 자원을 가지지 않을 때 PUCCH 상에 SR을 전송한다. 단말은 SR을 위한 PUCCH 자원이 설정되었는지 여부에 따라 단말은 PUCCH를 통해 SR을 전송하거나 또는 랜덤 액세스 절차를 개시한다. 구체적으로, SR이 전송될 수 있는 PUCCH 자원은 단말 특정적으로 상위 계층(예를 들어, RRC 계층)에 의하여 설정되며, SR 설정은(SR configuration)은 SR 전송주기(SR periodicity) 및 SR 서브프레임 오프셋 정보를 포함한다.
단말은 기지국으로부터 BSR 전송을 위한 PUSCH 자원에 대한 UL grant를 수신하면(S1203), UL grant에 의해 할당된 PUSCH 자원을 통해 트리거링된 BSR을 기지국으로 전송한다(S1205).
기지국은 BSR을 통해 실제 단말이 상향링크로 전송할 데이터의 양을 확인하고 실제 데이터 전송을 위한 PUSCH 자원에 대한 UL grant를 단말에 전송한다(S1207). 실제 데이터 전송을 위한 UL grant를 수신한 단말은 할당된 PUSCH 자원을 통해 실제 상향링크 데이터를 기지국으로 전송한다(S1209).
도 12의 (b)를 참조하면, 단말이 BSR 전송을 위한 PUSCH 자원이 이미 할당된 경우로, 단말은 할당된 PUSCH 자원을 통해 BSR을 전송하며, 이와 함께 스케줄링 요청을 함께 BSR을 기지국에 전송한다(S1211). 이어, 기지국은 BSR을 통해 실제 단말이 상향링크로 전송할 데이터의 양을 확인하고 실제 데이터 전송을 위한 PUSCH 자원에 대한 UL grant를 단말에 전송한다(S1213). 실제 데이터 전송을 위한 UL grant를 수신한 단말은 할당된 PUSCH 자원을 통해 실제 상향링크 데이터를 기지국으로 전송한다(S1215).
이와 같이 기지국의 스케줄링 기반의 데이터를 전송하는 시스템 특성으로 인하여 단말의 상향링크 데이터 전송하는 데 있어서도 레이턴시(latency)를 증가시키는 문제가 유사하게 발생된다.
경쟁 기반 무선 자원 설정 방법
위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에서는 5G(5 generation) 단말의 제어 평면에서의 레이턴시를 최소화하며 또한 초기 접속 절차(initial access procedure)의 레이턴시를 최소화하기 위하여 경쟁 기반 PUSCH 존(zone)을 정의한다. 본 발명에서 제안하는 존이 설정된 셀에 위치한 단말은 낮은 레이턴시를 요구하는 상향링크 데이터가 있는 경우, 기지국의 스케줄링 없이 해당 존을 이용하여 데이터를 기지국으로 전송할 수 있다. 본 발명에서 제안하는 존은 특정 기지국의 서비스하는 셀 내에 설정되어 해당 셀에 속한 단말이 전송하는 상향링크 데이터에 대하여 사용될 수 있다. 또한, 이에 한정되지 않으며 특정 단말이나 특정 서비스 또는 특정 절차 내에서 전송될 상향링크 데이터에 대해서만 제한적으로 사용될 수도 있다. 예를 들어, 빈번하게 데이터 전송이 발생되지 않으나 데이터 발생 시 신속하게 전송해야 하는 M2M 단말이나 의료 서비스(health care)에 이용되는 단말에서 전송될 상향링크 데이터에 대해서만 제한적으로 사용될 수 있다. 또한, 3GPP LTE/LTE-A에서는 최대 피크 데이터 전송률(maximum peak data rate) 및 MIMO(multi-input multi-outptut) 전송 능력 등 단말의 성능에 따라 단말을 복수의 카테고리로 분류하고 있으며(3GPP TS 36.306 참조), 특정 카테고리에 속한 단말의 경우에 한하여 본 발명에 따른 경쟁 기반 PUSCH 존(zone)을 이용할 수 있다. 또한 긴급 호(emergency call)와 같이 신속하게 데이터 전송이 필요한 서비스나 심리스(seamless)한 서비스 제공이 필요한 특정 서비스에 한해서 제한적으로 사용될 수도 있다. 또한, 랜덤 액세스 절차 내에서 RRC/NAS 요청 메시지나 상향링크 자원 할당 절차에서 BSR 메시지와 같이 특정 절차 내에서 전송되는 상향링크 데이터에 대해서만 제한적으로 사용될 수도 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 경쟁 기반 무선 자원 설정의 일례를 도시한 도면이다.
본 발명에서 경쟁 기반 PUSCH 존(contention based PUSCH 존, 이하 'CP zone'이라 한다.)(1301, 1303)은 하나의 서브프레임 내에서 할당된 경쟁 기반 상향링크 데이터 전송이 가능한 자원 영역을 의미한다. 즉, 단말의 상향링크 데이터 전송에 대하여 기지국의 상향링크 자원 할당 스케줄링 없이 단말이 경쟁적으로 상향링크 데이터를 전송할 수 있는 영역을 의미한다. CP zone(1301, 1303)은 상향링크 데이터를 전송할 수 있는 PUSCH 영역 상의 특정 자원 영역에 설정될 수 있다. CP zone(1301, 1303)은 n개(n>=1)의 서브 프레임(또는 m개(m>=1)의 무선 프레임) 내에서 동일한 패턴으로 구성되도록 설정될 수 있다. 또한, 자원 활용성(resource utilization)을 고려하여 일부의 상향링크 서브프레임에서만 CP zone(1301, 1303)을 설정할 수도 있다.
설정된 하나의 CP zone(1301, 1303)은 하나 이상의 단말(들)이 점유할 수 있는 경쟁 기반 PUSCH 자원 블록(contention based PUSCH resource block, 이하 'CPRB'라 한다.)(1305)을 N 개 포함할 수 있다. CPRB(1305)는 CP zone 내에서 하나의 단말이 특정 절차를 위해 점유(즉, 사용)할 수 있는 상향링크 자원 영역을 의미한다. CP zone을 구성하는 CPRB들은 각각 고유의 인덱스(예를 들어, CPRB #1, CPRB #2 등)를 가지며, CPRB 인덱스는 시간 영역에서 오름/내림 차순으로 설정되거나 주파수 영역에서 오름/내림 차순을 설정될 수 있다. 또한 시간 영역과 주파수 영역의 오름/내림 차순을 조합하여 설정될 수도 있다. 예를 들어, CP zone의 가장 낮은 주파수 영역에서 시간 영역의 오름 차순으로 CPRB 인덱스가 부여되고, 그 다음으로 낮은 주파수 영역에서 시간 영역의 오름 차순으로 CPRB 인덱스가 부여될 수 있다. 이러한 CPRB 인덱스 정보는 MIB(master information block) 또는 SIB(system information block)에 포함되어 단말에 전송될 수 있다. 또한, 기지국과 단말 간에 미리 정의된 규칙에 의하여 인덱스가 부여되어 단말이 암묵적으로 각 CPRB의 인덱스를 알 수도 있다.
단말이 CPRB를 이용함에 있어서, 단말이 전송할 상향링크 데이터의 양, 상향링크 데이터를 전송하고자 하는 단말이 수행 중 절차, 상향링크 데이터를 전송하고자 하는 단말이 이용 중인 서비스 등에 따라 하나의 단말이 하나 이상의 CPRB(1305)를 이용할 수 있다. 여기서, 단말 별로 서로 다른 CPRB의 개수를 이용할 수도 있다. 예를 들어, CP zone을 구성하는 CPRB가 N개 있는 경우, 단말 1은 CPRB #1, 단말 2는 CPRB #2, 단말 3은 CPRB #3와 같이 단말 별로 1개의 CPRB를 이용할 수 있으며, 또한 단말 1은 CPRB #1 및 CPRB #2, 단말 2는 CPRB #3와 같이 하나의 단말이 복수의 CPRB를 이용할 수 있으며, 단말 별로 이용하는 CPRB 개수가 서로 다를 수도 있다. 또한, 단말 1과 단말 2이 모두 CPRB #1을 이용하는 것과 같이 동일한 CPRB(1305)를 서로 다른 단말이 공유하여 사용할 수도 있다.
각각의 단말은 경쟁적으로 CPRB를 이용할 수 있으며, 또한 기지국에 의해 각각의 단말에 CPRB가 할당되거나 기지국으로부터 CP zone의 CPRB 관련 정보를 단말이 수신한 경우에는 각 단말이 원하는 CPRB를 기지국으로 요청함으로써 할당될 수도 있다. 기지국에서 CPRB를 각각의 단말에 할당함에 있어서, 셀에서 수용할 수 있는 단말 수(또는 사용자 수)가 제한적인 스몰 셀(small cell)의 경우, 기지국은 셀에 진입한 단말과 CPRB를 1대1로 매핑할 수 있다. 일례로, 스몰 셀에서 수용할 수 있는 최대 단말의 수가 N개인 경우, 스몰 셀의 기지국(세컨더리 기지국)은 N개의 단말을 위한 CP zone을 미리 할당하고, N개를 초과하는 단말에 대해서는 셀 진입을 허용하지 않음으로써, 셀 내 단말과 CPRB가 1대1로 매핑되도록 할 수 있다. 또한, 스몰 셀의 커버리지를 포함하는 매크로 기지국은 스몰 셀의 기지국과 백홀 인터페이스(backhaul interface)를 통해 정보를 교환함으로써, 매크로 기지국과 연결을 가지는 단말이 이중 연결성(dual connectivity)을 통해 스몰 셀의 기지국과의 연결을 추가하는 경우, 매크로 기지국은 단말에게 스몰 셀에서 가용한 CPRB를 미리 할당해줄 수도 있다. 여기서, 이중 연결성(dual connectivity)는 비-이상적 백홀(non-ideal backhaul)로 연결되어 있는 적어도 두 개의 서로 다른 네트워크 포인트(예를 들어, 매크로 기지국과 세컨더리 기지국)에 의해 제공되는 무선 자원을 단말이 이용하는 동작을 의미한다.
또한, CP zone(1301, 1303)은 각 절차 별로 구분되어 설정될 수 있으며, 서로 다른 절차를 위한 CP zone(1301, 1303)이 서브프레임 내 다른 영역 또는 서브프레임 사이에서 동일 혹은 다른 영역으로 설정될 수 있다. 도 13의 경우 RACH를 위한 CP zone(1301, UL contention zone for RACH)과 RACH 이외의 다른 절차를 위한 CP zone(1303, UL contention zone for other procedure)이 각각 설정되어 있는 것을 예시하고 있다. 절차 별로 구분되어 CP zone(1301, 1303)이 설정되는 경우, 절차 별로 설정되는 영역의 위치 또는 영역의 크기 또는 영역의 형태가 다르게 설정될 수 있다. 각 CP zone(1301, 1303)의 크기가 서로 다르게 설정되는 것은 각 CP zone(1301, 1303)을 구성하는 CPRB(1305)의 개수가 다른 것을 의미한다. 도 13의 경우 RACH를 위한 CP zone(1301)은 시간 영역에서 2개의 CPRB(1305)가 연결되고 주파수 영역에서 3개의 CPRB(1305)가 연결되어 총 6개의 CPRB(1305)로 구성되는 것을 예시하고 있다. 반면, RACH 이외의 다른 절차를 위한 CP zone(1303)는 시간 영역에서는 1개의 CPRB(1305)로 구성되어 하나의 슬롯에서만 구성되어 RACH를 위한 CP zone(1301)와 영역의 형태가 서로 다른 것을 예시하고 있다.
경쟁 기반 PUSCH 그룹(contention based PUSCH group, 이하 'CP group'이라 한다.)(1307)은 하나 이상의 CP zone(1301)(들)으로 구성될 수 있으며, CPRB 자원을 점유하고자 하는 단말들이 임의의 시간에 경쟁할 수 있는 자원 영역을 의미한다. 즉, 임의의 한 단말이 점유할 수 있는 후보 CPRB(들)의 집합을 의미한다. RACH 이외의 다른 절차를 위한 CP zone(1303)과 같이 하나의 CP zone(1303)으로 CP group(1303)의 설정도 가능하다. 이 경우, 설정되는 경우에는 CP zone과 CP group이 동일한 영역을 의미하게 된다.
본 명세서에서는 앞서 설명한 CP zone, CPRB 및 CP group을 모두 포함하는 개념을 '경쟁 기반 무선 자원'으로 지칭한다.
본 발명에 따라 단말이 CP zone을 이용하여 랜덤 액세스 절차(RACH 절차)를 수행하는 경우, 상기 단말은 RACH 프리앰블 시퀀스와 함께 또는 연속적으로 CP zone을 통해 RRC 메시지를 기지국으로 전송할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 CP zone 기반의 RACH 절차의 경우, 단말은 RACH 프리앰블 시퀀스 전송 후에 랜덤 액세스 응답 메시지를 통해 UL grant를 수신한 경우만 RRC 메시지를 전송하는 일반적인 RACH 절차와 달리, 기지국으로 RACH 프리앰블 시퀀스와 RRC 메시지를 동일 시간 또는 연속된 시간 자원을 이용하여 전송할 수 있다. 여기서, 동일 시간 자원은 동일한 서브프레임에서의 무선 자원을 의미하며, 연속된 시간 자원은 RACH 프리앰블이 전송된 서브프레임의 다음 서브프레임에서의 무선 자원을 의미한다.
본 발명에서 정의하는 CP zone은 RACH 프리앰블이 전송되는 PRACH 영역과의 관계에 있어서, 인트라 서브프레임(intra sub-frame) 또는 인터 서브프레임(inter sub-frame) 방식으로 설정될 수 있으며, 위의 두 가지 방식이 혼재되어 설정될 수도 있다. 이에 대하여 도 14를 참조하여 상세히 설명한다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 경쟁 기반 무선 자원 설정의 일례를 도시한 도면이다.
도 14의 (a)는 인트라 서브프레임(intra sub-frame)을 예시한다. 인트라 서브프레임 설정 방식은 동일한 서브프레임 내에서 CP zone이 PRACH 영역과 서로 다른 시간 자원으로 나뉘거나(TDM: time division multiplexing) 혹은 주파수 자원으로 나뉘어(FDM: frequency division multiplextin) 할당되는 방식을 의미한다.
도 14의 (b)는 인터 서브프레임(inter sub-frame) 방식을 예시한다. 인터 서브프레임 설정 방식은 CP zone이 PRACH 자원 영역과 인접한 서브프레임 자원을 통해 서로 다른 TTI로 나뉘어 할당되는 것을 의미한다.
도 14의 (c)는 인트라 서브프레임 방식과 인터 서브프레임 방식이 혼재된 방식을 예시한다. 혼재된 방식은 동일한 서브프레임 내에서 CP zone이 어느 한 PRACH 영역과는 서로 다른 시간 자원 또는 서로 다른 주파수 자원으로 나뉘어 할당되면서, 또 다른 PRACH 영역과는 인접한 서브프레임 자원을 통해 서로 다른 TTI로 나뉘어 할당되는 것을 의미한다. 또한, 셀 내의 자원 활용을 최대화하기 위해, 특정 서브프레임에서 PRACH 자원 영역 또는 CP zone 영역을 설정하지 않을 수도 있다.
앞서 도 14의 (a) 내지 (c) 방식 이외에도 PRACH와 CP zone의 자원 영역 설정 방식은 셀 운용 방식에 따라 다양한 방법으로 결정될 수 있다.
한편, 도 14에서는 3GPP LTE/LTE-A 표준에서 FDD에 적용 가능한 타입 1의 무선 프레임을 가정하여 예시하고 있으나, TDD에 적용 가능한 타입 2의 무선 프레임에서도 동일하게 CP zone, CPRB 및 CP group의 설정이 가능하다.
앞서 설명한 CP zone, CPRB 및 CP group은 특정 셀에 미리 설정되어 있으며, 해당 셀의 기지국은 경쟁 기반 무선 자원이 설정되어 있음을 알리기 위하여 경쟁 기반 무선 자원에 대한 설정 정보를 단말에 전송한다. 여기서, 특정 셀은 펨토 셀, 피코 셀, 마이크로 셀 등과 같은 스몰 셀(small cell) 또는 매크로 셀을 의미할 수 있다.
경쟁 기반 무선 자원에 대한 설정 정보는 CP zone이 설정된 상향링크 자원 정보와 CP zone 내 설정된 CPRB를 통해 전송할 수 있는 데이터의 전송에 필요한 정보를 포함할 수 있다. 또한, 경쟁 기반 무선 자원에 대한 설정 정보는 경쟁 기반 무선 자원의 설정 여부를 나타내는 정보가 포함될 수도 있으며, 경쟁 기반 무선 자원이 설정되었는지 여부를 나타내는 정보는 이와 별도로 단말에 전송될 수도 있다.
CP zone이 설정된 상향링크 자원 정보는 CP zone이 설정되는 시간/주파수 자원 영역에 대한 정보를 의미한다. 또한, 자원 활용성(resource utilization)을 고려하여 일부의 상향링크 서브프레임에만 CP zone이 설정될 수 있으므로, 이 경우 설정된 서브프레임 또는 설정되지 않은 서브프레임에 대한 정보를 포함할 수 있다.
또한, 설정된 하나의 CP zone을 구성하는 CPRB의 개수(N)를 나타내는 값과 특정 시점에서 임의의 한 단말이 자원을 점유하고자 시도할 수 있는 CP zone의 수(M)를 나타내는 값을 포함할 수 있다. 여기서, N*M은 특정 시점에 임의의 한 단말이 선택할 수 있는 CPRB의 수를 의미한다. 예를 들어, 하나의 CP zone이 4개의 CPRB로 구성되고, 2개의 CP zone이 하나의 CP group을 구성하는 경우, 단말은 N*M=8만큼의 후보 CPRB(candidate CPRB)를 가지게 된다.
또한, 설정된 CPRB를 통해 전송할 수 있는 데이터의 전송에 필요한 정보로 단말 당 최대 자원 블록 크기(maximum resource block size), MCS(Modulation and Coding Scheme) 레벨, 초기 전송 전력 참조 값(initial transmission power reference) 등이 이에 해당될 수 있다.
이러한 경쟁 기반 무선 자원의 설정 정보는 브로드캐스팅 메시지로 전송되거나, 특정 단말을 위해 유니캐스트 메시지를 전송되거나, 하나 이상의 단말 그룹을 위해 멀티캐스트 메시지로 전송될 수 있다.
경쟁 기반 무선 자원의 설정 정보는 MIB(master information block)를 통해 단말로 전송될 수 있다. 필수적인 물리 계층 정보를 전송하는 MIB에 상기 경쟁 기반 무선 자원의 설정 정보가 포함될 수 있다.
또한, 경쟁 기반 무선 자원의 설정 정보는 기존의 SIB(system information block)-x를 통해 단말로 전송될 수 있다. SIB-x를 통해 전송되는 경우는, 초기 네트워크 접속을 위해 CP zone이 설정되는 경우로서 경쟁 기반 무선 자원의 설정 정보는 SIB-2에 포함되어 전송될 수 있다. 일례로, RACH 절차를 위해 CP zone이 설정되는 경우, SIB-2에 CP zone에 대한 정보를 추가하여 단말이 셀에 접속하기 전에 CP zone 기반의 RACH 절차를 통해 셀에 접속할 수 있음을 미리 인지하도록 한다.
또한, 기존의 SIB-x 이외에 새로운 SIB-y가 정의되고, 이를 통해 경쟁 기반 무선 자원의 설정 정보를 단말로 전송될 수 있다. 즉, 네트워크 접속 이후의 절차를 위해 CP zone이 설정되는 경우, 새로운 SIB 정의를 통해 경쟁 기반 무선 자원의 설정 정보가 전송될 수 있다. 여기서, 기지국은 새롭게 정의된 SIB 정보를 수신해야 하는 셀임을 알리는 지시를 MIB, SIB-1 또는 SIB-2에 포함시켜 단말로 전송할 수 있다.
또한, 경쟁 기반 무선 자원의 설정 정보는 새로운 제어 메시지를 통해 유니캐스트 방식으로 특정 단말에게 전송될 수 있다. 단말이 셀에 접속한 경우, CP zone을 이용할 필요가 있는 단말에게만 경쟁 기반 무선 자원의 설정 정보를 유니캐스트 메시지를 통해 전송함으로써, 경쟁 기반 무선 자원의 설정 정보를 특정 단말만이 수신하도록 할 수 있다. 이 경우, 단말은 셀에 접속(또는 진입)하는 경우, CP zone 이용을 알리는 정보를 셀 접속 시 기지국으로 전송함으로써, 기지국이 상기 단말로 경쟁 기반 무선 자원의 설정 정보를 유니캐스트 메시지를 통해 전송하게 할 수 있다.
이하에서, RACH 절차 및 상향링크 자원 할당 절차에서 CP zone을 사용하는 방법에 대해 도 15 및 도 16을 참조하여 구체적으로 살펴보기로 한다.
먼저, RACH 절차에서 CP zone을 사용하는 방법에 대해 살펴보기로 한다.
RACH 절차에서 CP zone을 사용하는 경우, 단말은 CP zone을 RRC 메시지 및/또는 NAS 메시지 전송을 위해 상향링크 자원으로 사용할 수 있다. 즉, 경쟁 기반의 랜덤 액세스 절차의 경우, 도 9의 제3 메시지(즉, RRC 연결 요청 메시지) 전송을 위해 CP zone을 사용할 수 있다. 또한, 비경쟁 기반의 랜덤 액세스 절차의 경우, 도 10의 RACH 절차 완료 이후의 RRC 메시지 전송을 위해 상향링크 자원으로 CP zone을 사용할 수 있다.
CP zone을 통해 전송되는 RRC 메시지는 수행되는 RACH 절차에 따라 아래 메시지 중 하나에 해당될 수 있다.
1. 초기 접속(Initial access)을 위해 RACH 절차를 수행하는 경우, CP zone을 통해 전송하는 RRC 메시지는 RRC 연결 요청(RRC connection request) 메시지가 해당될 수 있다.
2. 핸드오버(HO: handover)를 위해 RACH 절차를 수행하는 경우, CP zone을 통해 전송하는 RRC 메시지는 RRC 연결 재설정 완료(RRC connection reconfiguration complete) 메시지가 해당될 수 있다.
3. RRC 연결 재확립(RRC connection re-establishment)을 위해 RACH 절차를 수행하는 경우, CP zone을 통해 전송하는 RRC 메시지는 RRC 연결 재확립 요청(RRC connection re-establishment request) 메시지가 해당될 수 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 경쟁 기반 무선 자원을 이용한 랜덤 액세스 절차를 예시하는 도면이다.
도 15의 (a)는 경쟁 기반 랜덤 액세스 절차에서 경쟁 기반 무선 자원을 이용하는 예를 나타내며, 도 15의 (b)는 비경쟁 기반의 랜덤 액세스 절차에서 경쟁 기반 무선 자원을 이용하는 예를 나타낸다.
도 15의 (a)를 참조하면, 단말은 PRACH를 통해 RACH 프리앰블 시퀀스를 전송하며 이와 동시에 또는 연속적으로 CP zone을 통해(구체적으로는 CP zone의 CPRB를 통해) RRC 메시지를 기지국으로 전송한다(S1501). 여기서, RRC 메시지는 RRC 연결 요청 메시지 혹은 RRC 연결 재확립 요청 메시지가 해당될 수 있다.
이후, 기지국은 RRC 응답 메시지로서 경쟁 해결(contention resolution)을 상기 단말로 전송한다(S1503).
위와 같이 단말은 기지국으로부터 별도의 UL grant 없이 CP zone을 통해 RRC 메시지를 전송함으로써, 기지국으로부터 UL Grant를 수신하고, 이를 통해 RRC 메시지를 전송하는데 걸리는 시간을 단축시킬 수 있는 효과가 있다. 다시 말해, 단말은 CP zone을 통해 경쟁 기반의 랜덤 액세스 절차를 수행함으로써, 메시지 3을 RACH 프리앰블 시퀀스와 동시에 또는 연속적으로 전송하여 2 단계의 RACH 절차를 수행할 수 있다.
도 15의 (b)를 참조하면, 단말은 기지국으로부터 RACH 프리앰블 시퀀스를 할당 받은 후(S1505), 상기 할당받은 RACH 프리앰블 시퀀스와 동시에 또는 연속적으로 RRC 메시지를 기지국으로 전송한다(S1507). 여기서, 할당 받은 RACH 프리앰블 시퀀스는 PRACH를 통해 전송되며, RRC 메시지는 CP zone의 CPRB를 통해 기지국으로 전송된다. 여기서, RRC 메시지는 RRC 연결 재설정 완료 메시지가 해당될 수 있다.
이후, 상기 기지국은 상기 단말로 랜덤 접속에 대한 응답으로 랜덤 접속 응답(Random Access Response) 메시지를 전송한다(S1509).
이와 같이, CP zone을 통해 RRC 메시지를 전송하는 경우, RACH 절차 이후에 전송될 수 있었던 RRC 메시지를 RACH 절차를 수행하면서 동시에 전송함으로써 전체 RRC 절차(예를 들어, 핸드오버 수행)를 더욱 빠르게 수행할 수 있다.
한편, 앞서 도 15의 (a) 및 도 15의 (b)에서 단말은 기지국으로 RACH 프리앰블의 전송을 생략할 수도 있다. 즉, 단말은 RACH 절차에서 상향링크 동기(UL synchronization)를 위한 타이밍 정렬(TA) 값이 기지국으로부터 하향링크 데이터 수신을 통해 단말에게 미리 획득한 경우 단말의 RACH 프리앰블의 전송을 생략할 수 있다. 즉, 단말은 GPS(global positioning system)를 사용하거나 기지국 사이의 시간 차이(time difference) 값을 미리 획득함으로써 상기 TA값을 미리 획득할 수 있다.
이와 같이 단말의 RACH 프리앰블 전송이 생략되는 경우, 단말은 도 15의 (a)의 S1501 단계 및 도 15의 (b)의 S1507 단계에서 RRC 메시지만 CPRB를 통해 기지국으로 전송함으로써 RACH 절차를 수행하게 된다. 결과적으로, RACH 절차를 위해 CP zone을 이용하는 경우, RACH 절차는 아래와 같이 CP zone을 이용하지 않는 일반적인 RACH 절차와 다르게 된다.
경쟁 기반의 랜덤 액세스 절차: 4 단계 RACH 절차 → 2 단계 RACH 절차
비경쟁 기반의 랜덤 액세스 절차: 3 단계 RACH 절차 + RRC 메시지 전송 → RRC 메시지 전송을 포함하는 3 단계 RACH 절차
상술한 바와 같이, 2 단계의 RACH 절차를 수행하면, 종래의 4 단계의 랜덤 액세스 절차를 2 단계로 수행할 수 있으므로 초기 접속 절차의 전체 레이턴시(latency)를 최소화할 수 있다.
이는 만약, 동일 TTI 이내에서 프리앰블과 CP zone이 함께 존재하는 구조인 경우, 종래에 15.5ms(앞서 도 11 참조) 이었던 초기 랜덤 액세스 절차의 지연을 최소 6.5ms까지 줄일 수 있는 효과가 있다.
다음으로, 상향링크 자원 할당 절차에서 CP zone을 사용하는 방법에 대해 살펴보기로 한다.
도 12에서 살펴본 바와 같이, CP zone을 이용하지 않는 일반적인 기지국 스케쥴링 기반의 상향링크 자원 할당 방식에는 5 단계의 상향링크 자원 할당 과정과 3 단계의 상향링크 자원 할당 과정이 있다.
5 단계 UL 자원 할당 과정은 단말이 기지국으로 UL 스케쥴링을 요청하고, 기지국이 단말로 BSR을 위한 UL grant를 전송하고, 이를 통해 단말이 기지국으로 BSR을 전송한다. 이후, 기지국은 단말의 실제 데이터 전송을 위한 UL Grant를 단말로 전송하고, 단말은 상기 UL grant를 통해 실제 데이터를 기지국으로 전송하는 5 단계의 과정으로 이루어진다.
또한, 3 단계 상향링크 자원 할당 과정은 단말이 기지국으로 상향링크 스케쥴링 요청과 동시에 BSR을 전송하고, 기지국은 단말의 실제 데이터 전송을 위한 UL grant를 단말로 전송한다. 이후, 단말은 실제 데이터를 상기 UL grant를 통해 기지국으로 전송하는 3 단계의 과정으로 이루어진다.
CP zone을 이용하는 기지국 스케쥴링 기반의 상향링크 자원 할당 과정은 도 16에서 도시된 바와 같이 5 단계의 경우 3 단계로, 3 단계의 경우 1 단계 상향링크 자원 할당 과정으로 변경된다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 경쟁 기반 무선 자원을 이용한 상향링크 자원 할당 절차를 예시하는 도면이다.
도 16의 (a)는 경쟁 기반 무선 자원을 이용한 상향링크 자원 할당 과정(3 단계)의 일 예를 나타내며, 도 16B는 경쟁 기반 무선 자원을 이용한 상향링크 자원 할당 과정(1 단계)의 일 예를 나타낸다.
도 16의 (a)를 참조하면, CP zone을 이용하는 기지국 스케쥴링 기반의 3 단계 상향링크 자원 할당 과정은 기지국으로부터 BSR을 위한 UL grant를 단말이 수신하지 않고, 단말이 직접 CP zone을 통해 BSR을 기지국으로 전송한다(S1603).
이후, 상기 기지국으로부터 실제 데이터 전송을 위한 UL grant를 수신하고(S1605), 상기 수신된 UL grant를 이용하여 상기 단말은 상기 기지국으로 실제 데이터를 전송한다(S1607).
도 16의 (b)를 참조하면, 단말은 CP zone을 이용하여 기지국으로 실제 데이터와 함께 BSR을 전송할 수 있다(S1611).
따라서, CP zone을 이용하여 상향링크 자원 할당 과정을 수행하는 경우, 일반적인 5 단계 상향링크 자원 할당 과정은 3 단계 상향링크 자원 할당 과정으로, 일반적인 3 단계 상향링크 자원 할당 과정은 1 단계 상향링크 자원 할당 과정으로 변경된다.
여기서, CP zone을 이용하여 상향링크 자원 할당 과정(3 단계 및 1 단계)을 수행하기 위해서는 먼저, 기지국이 단말로 앞서 살핀 경쟁 기반 무선 자원에 대한 설정 정보를 전송할 수 있다(S1601, S1609). 경쟁 기반 무선 자원에 대한 설정 정보는 시스템 관련 정보이기 때문에 SIB을 통해 전송되는 것이 바람직할 수 있으나 이에 한정되지 않고 다양한 방식으로 전송될 수 있다.
살핀 바와 같이, CP zone을 이용하여 상향링크 자원 할당 과정을 수행하는 경우, 단말이 기지국으로 상향링크 자원을 요청하고, 기지국으로부터 상향링크 자원을 할당 받는 시간을 줄일 수 있기 때문에, 일반적인 기지국 스케쥴링 기반의 상향링크 자원할당 과정에 비해 전체 절차 레이턴시를 줄일 수 있는 효과가 있다.
이하, 둘 이상의 단말들이 CP zone을 통해 상향링크 데이터 전송 시, 발생할 수 있는 충돌을 해결하기 위한 방법에 대해 RACH 절차를 수행하는 경우를 일 예로 들어 구체적으로 살펴보기로 한다.
먼저, CP zone은 RACH 절차를 수행하려는 단말들이 경쟁을 통해 자원 즉, CPRB를 점유하기 때문에, CPRB를 점유하는 과정에서 충돌(collision)이 발생할 수 있다. 이는 둘 이상의 단말이 서로 다른 RACH 프리앰블 시퀀스를 선택하더라도 PUSCH 자원의 동시 점유를 통한 충돌로 인해 RACH 절차의 실패를 일으킬 수 있는 문제가 있다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 경쟁 기반 무선 자원을 이용한 RACH 절차 수행 중에 충돌이 발생되는 예를 나타낸 도면이다.
도 17에서는 2개의 CPRB를 가지는 CP zone을 통해 두 단말이 동시에 RACH 절차를 수행하는 경우, RRC 메시지 전송에서 충돌이 발생하는 경우와 충돌이 발생하지 않는 경우의 일 예를 나타낸다.
먼저, 도 17의 (a)는 RRC 메시지 전송에서 충돌이 발생하는 경우를 나타낸다.
단말 1 및 단말 2는 첫 번째 서브프레임의 PRACH 영역에서 서로 다른 RACH 프리앰블 시퀀스를 각각 기지국으로 전송한다. 이후, 단말 1 및 단말 2는 다음(두 번째) 서브프레임에 설정된 CP zone의 CPRB #2를 통해 RRC 메시지를 기지국으로 전송한다. 이 경우, 단말 1 및 단말 2의 동일한 CPRB(CPRB #2) 점유로 인해 충돌이 발생하여, 결과적으로 단말 1 및 단말 2의 RRC 메시지 전송은 실패하게 된다.
이와 달리, 도 17의 (b)는 RRC 메시지 전송에서 충돌이 발생하지 않는 경우를 나타낸다.
단말 1 및 단말 2는 7번째 서브프레임의 PRACH 영역에서 서로 다른 RACH 프리앰블 시퀀스를 각각 기지국으로 전송한다. 이후, 단말 1은 다음(8번째) 서브프레임에 할당된 CP zone의 CPRB #2를 통해 RRC 메시지를 기지국으로 전송하고, 단말 2는 다음(8번째) 서브프레임에 할당된 CP zone의 CPRB #1를 통해 RRC 메시지를 기지국으로 전송한다. 이 경우, 단말 1 및 단말 2는 동일한 CPRB를 점유하지 않아 CPRB 충돌이 발생하지 않기 때문에 각 단말의 RRC 메시지는 성공적으로 전송된다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 CPRB 충돌을 방지하기 위한 방법을 예시하는 도면이다.
도 18에서는 CP zone을 이용하여 RACH 절차를 수행하는 경우, CPRB를 임의로 선택함으로써 CPRB를 통한 RRC 메시지 전송의 실패를 최소화하기 위한 방법을 예시한다.
각 단말들은 PRACH를 전송하는 시점의 CP zone에서 CPRB를 랜덤하게 선택하고, 각 단말들에 의해 랜덤하게 선택된 CPRB를 통해 RRC 메시지를 기지국으로 전송하는 한다. 여기서, 각 단말에 의해 랜덤하게 선택된 CPRB가 단말들에 의해 동시에 점유됨으로써 RRC 메시지의 전송이 실패한 경우, 각 단말들은 백오프 타임(back-off time)을 이용하여 RACH 절차를 재수행하게 된다(RACH 프리앰블 및 RRC 메시지 재전송).
즉, 각 단말들이 RACH 절차를 재수행하는 경우, 또 다시 CPRB 동시 점유로 인한 충돌이 발생되지 않도록 하기 위해, RACH 절차 재수행을 위한 back-off time이 각 단말마다 다르게 설정된다. 여기서, 상기 back-off time은 기지국에 의해 또는 단말의 요청에 의해 설정될 수 있다. 일 예로, 상기 back-off time은 단말 1의 RACH Preamble 및 RRC 메시지 전송이 끝나고, 다음 주기에 단말 2의 Preamble 및 RRC 메시지 전송이 될 수 있도록 설정될 수 있다.
여기서, PRACH를 전송하지 않도록 RACH 절차가 설계된 경우에도, 앞서 살핀 랜덤하게 CPRB를 선택하는 방법은 동일하게 적용될 수 있다.
도 18을 참조하여 구체적으로 살펴보면, 단말 1 및 단말 2는 첫 번째 서브프레임에 할당된 PRACH 영역을 통해 서로 다른 RACH 프리앰블 시퀀스를 기지국으로 전송한다. 이후, 단말 1 및 단말 2는 각각 CP zone을 이용할 CPRB를 랜덤하게 선택하는데, 도 18에 도시된 바와 같이, CPRB #2가 동일하게 선택되었다. 여기서, 각 단말들이 CPRB를 랜덤하게 선택하는 시점은 기지국으로부터 경쟁 기반 무선 자원 설정 정보를 수신하는 시점이거나 각 단말들이 RACH 프리앰블을 전송하는 시점이거나 또는 각 단말들이 CP zone의 CPRB를 통해 RRC 메시지를 전송하는 시점일 수 있다.
선택된 CPRB #2를 통해 단말 1 및 단말 2가 RRC 메시지를 전송하는 경우, 각 단말의 RRC 메시지 전송은 실패하게 된다. 이후, 단말 1 및 단말 2는 RRC 메시지 타이머가 만료된 다음, RACH 절차 재수행을 위해 각 단말에 적용된 back-off time이 지난 후에 각각 PRACH를 통해 프리앰블을 전송하고, 단말 1 및 단말 2에서 랜덤하게 선택된 CPRB #2를 통해 RRC 메시지를 기지국으로 전송한다.
즉, 단말 1 및 단말 2는 서로 다르게 적용되는 back-off time을 이용하여 이전에 랜덤하게 선택된 CPRB를 그대로 사용하여 RRC 메시지를 기지국으로 전송한다. 여기서, 단말 1 및 단말 2는 back-off time이 지난 후에 다시 CPRB를 랜덤하게 선택할 수도 있다. 다만, CPRB 동시 점유로 인한 충돌을 최소화하기 위해 이미 선택된 CPRB를 통해 RRC 메시지를 전송하는 것이 바람직할 수 있다.
각 단말에 적용되는 back-off time에 대한 정보는 RRC 메시지 충돌이 일어난 경우 기지국이 각 단말로 전송할 수 있다. 이 경우, 기지국은 각 단말들 중 우선 순위가 높은 상향링크 데이터 등을 고려하여 각 단말에 back-off time을 서로 다르게 설정할 수 있다. 도 18의 경우, back-off time이 더 짧은 단말 2가 CP zone의 CPRB #2를 통해 먼저 RRC 메시지를 기지국으로 전송하고, 다음 CP zone이 할당되는 주기에 단말 1은 CPRB #2를 통해 RRC 메시지를 기지국으로 전송한다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 CPRB 충돌을 방지하기 위한 방법을 예시하는 도면이다.
도 19에서는 CP zone을 이용하여 RACH 절차를 수행하는 경우, 임의로 선택되는 프리앰블에 기초하여 CPRB를 암시적으로 선택함으로써 CPRB를 통한 RRC 메시지 전송의 실패를 최소화하기 위한 방법을 예시한다.
단말이 RACH 프리앰블 시퀀스를 랜덤하게 선택하거나(경쟁 기반의 RACH 절차 경우) 기지국으로부터 할당 받은 RACH 프리앰블 시퀀스를(비경쟁 기반의 RACH 절차 경우) 기반으로 단말이 사용할 CPRB를 선택하도록 하는 방법이다.
도 19에 따른 CPRB를 암시적으로 선택하는 방법은 아래 수학식 2의 모듈로(modulo) 연산을 통해 수행된다.
여기서, N은 RACH preamble을 전송하는 단말이 점유할 수 있는 CPRB의 총 개수를 나타낸다. 또한, N 값은 시스템 정보 등을 통해 기지국으로부터 수신되는 값이다.
비경쟁 기반의 RACH 절차의 경우, 단말은 기지국으로부터 미리 할당 받은 RACH 프리앰블 시퀀스를 기반으로 CPRB를 점유하기 때문에, 기지국은 비경쟁 기반의 RACH 절차를 수행할 단말들끼리 CPRB 점유에 있어 충돌이 발생하지 않도록 사전에 RACH 프리앰블 시퀀스를 각 단말들로 할당할 수 있다.
도 19의 (a)는 CPRB가 TDM 방식으로 할당된 일 예이며, 도 19의 (b)는 CPRB가 FDM 방식으로 할당된 일 예를 나타낸다.
도 19의 (a) 및 도 19의 (b)에 도시된 바와 같이, 단말 1은 RACH 프리앰블 시퀀스 #2를 선택하고, 단말 2는 RACH 프리앰블 시퀀스 #4를 선택하며, CP zone의 CPRB 총 개수는 4이다. 여기서, 단말 1 및 단말 2가 선택하는 CPRB를 상기 수학식 2에 의해 계산하는 경우, 단말 1이 선택하는 CPRB는 CPRB #2(modulo(2/4))이고, 단말 2가 선택하는 CPRB는 CPRB #0(modulo(4/4))이 된다. 따라서, 단말 1은 CPRB #2를 통해 RRC 메시지를 기지국으로 전송하며, 단말 2는 CPRB #0을 통해 RRC 메시지를 기지국으로 전송한다.
위의 방법과 유사하게, 단말은 단말 ID에 기초하여 하기 수학식 3에 따라 CPRB를 선택할 수 있다. 즉, 단말 ID(IDentifier) 기반의 CPRB 선택은 아래 수학식 3를 이용하여 수행된다.
여기서, N은 RACH 절차를 수행하는 단말이 점유할 수 있는 CPRB의 총 개수를 의미하고, N 값은 시스템 관련 정보로서 시스템 정보(SIB)를 통해 단말로 전송될 수 있다. 단말 ID는 단말 고유의 식별자(예를 들어, IMSI, GUTI, S-TMSI, IP 주소(PDN 주소))일 수도 있고, 또는 셀 내에서 단말을 구별하기 위해 사용되는 C-RNTI와 같은 식별자일 수도 있다. 즉, 상기 단말 ID는 셀룰러 망에서 다양하게 사용되는 UE ID일 수 있다.
이하, 도 19의 방법에 의해 CPRB 충돌이 발생한 경우, 충돌을 해결하기 위한 방법에 대해 도 20을 참조하여 살펴본다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 19에 따른 방법에 따른 충돌을 해결하기 위한 방법을 예시하는 도면이다.
도 20의 (a)는 경쟁 기반의 RACH 절차를 예시하고, 도 20의 (b)는 비경쟁 기반의 RACH 절차를 예시한다.
먼저, 경쟁 기반의 RACH 절차의 경우, 두 개 이상의 단말이 동일한 시간에 동일 RACH 프리앰블을 선택하거나 N 배수의 동일 RACH 프리앰블을 선택함에 의해 동일한 CPRB가 선택된 경우, CPRB 충돌이 발생할 수 있다.
이 경우, 기지국은 각 단말들로 CP zone을 이용하지 않는 일반적인 4 단계의 RACH 절차를 수행할 것을 지시하는 정보를 전송한다.
도 20의 (a)를 참조하여 구체적으로 살펴보면, 단말 1 및 단말 2는 임의로 선택한 RACH 프리앰블을 기지국으로 전송한다(S2001).
이후, 단말 1 및 단말 2는 (수학식 2 또는 3에 의해) CPRB를 선택하지만, 동일한 CPRB 선택으로 인해 단말 1 및 단말 2의 RRC 메시지 전송은 실패하게 된다(S2003).
이후, 기지국이 CPRB 충돌로 인한 RRC 메시지 전송의 실패를 인식하는 경우, 각 단말들로 CP zone 이용 없이 일반적인 4 단계의 RACH 절차를 수행할 것을 지시하는 정보를 각 단말들의 RACH 프리앰블 수신에 의해 결정되는 각각의 RA-RNTI를 이용하여 각 단말들로 프리앰블 응답을 전송한다(S2005). 기지국이 단말 1에 전송하는 RA-RNTI는 y이고, 단말 2에 전송하는 RA-RNTI는 x임을 알 수 있다.
이후, 단말 1 및 단말 2는 기지국으로 RRC 연결 요청 메시지를 전송하고(S2007), 기지국은 RRC 연결 설정(RRC Connection Setup) 메시지를 단말 1 및 단말 2로 전송한다(S2009).
도 20의 (b)를 참조하면, 비경쟁 기반의 RACH 절차의 경우, 기지국이 RACH 프리앰블 시퀀스를 단말로 할당하기 때문에, 기지국은 RACH 프리앰블 시퀀스를 통해 CPRB를 선택하는 단말들 사이에 CPRB 충돌이 없도록 RACH 프리앰블을 할당한다(S2011). 도 20의 경우, 기지국은 단말 1 및 단말 2로 (수학식 2 또는 3에 의해 선택되는) CPRB가 충돌되지 않도록 단말 1에 프리앰블 x를, 단말 2에 프리앰블 y를 각각 할당한다.
이후, 단말 1 및 단말 2는 할당받은 RACH 프리앰블 시퀀스와 함께 또는 연속적으로 각 단말에 의해 선택된 CPRB를 통해 RRC 요청 메시지를 기지국으로 전송한다(S2013, S2015). 즉, 기지국으로부터 RACH 프리앰블을 수신한 단말은 프리앰블 시퀀스 번호와 N(CP zone의 CPRB 총 수)을 이용한 모듈러(mod) 연산을 통해 RRC 요청 메시지를 기지국으로 전송한다.
이후, 기지국은 단말 1 및 단말 2로 프리앰블 응답 메시지 또는 RRC 응답 메시지를 전송한다(S2017).
여기서, S2001 단계, S2003 단계 및 S2011 단계 내지 S2017 단계들은 동일 TTI에서 수행된다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 CPRB 충돌을 방지하기 위한 방법을 예시하는 도면이다.
도 21에서는 FDR(Full Duplex Relay) 단말들이 앞서 도 19에 따른 방법을 이용하여 CPRB의 충돌을 방지하는 방법을 예시한다. 이하, 도 21에서는 단말들은 FDR(Full Duplex Relay)을 수행할 수 있는 단말임을 가정한다. 여기서, FDR 단말은 자신이 RACH 프리앰블 시퀀스를 전송할 때 동시에 RACH preamble을 전송하는 주변 단말의 RACH preamble을 수신할 수 있는 단말을 말한다.
FDR 단말은 주변 단말들이 선택한 RACH 프리앰블 시퀀스 정보를 모두 획득할 수 있다. 따라서, CPRB 충돌을 해결하기 위해, 전송되는 RACH 프리앰블 시퀀스 번호의 내림차순 또는 오름차순에 따라 각 단말들에게 CPRB가 선택됨으로써, CPRB 충돌을 해결할 수 있다. 일례로, RACH 프리앰블 시퀀스의 순서대로 순차적으로 CPRB가 할당되도록 하였으나, 작은 값의 프리앰블 시퀀스를 선택한 단말이 항상 우선순위를 가질 수 있기 때문에, 다양한 순서로 조합된 CPRB 선택 방법이 적용될 수 있음은 물론이다.
도 21의 (a) 및 도 21의 (b)를 참조하면, 단말 1은 프리앰블 시퀀스 #2를 선택, 단말 2는 프리앰블 시퀀스 #4를 선택, 단말 3은 프리앰블 시퀀스 #8을 선택한다. 각 단말들은 다른 단말들이 어떤 프리앰블 시퀀스를 선택하였는지를 알 수 있다.
프리앰블 시퀀스가 단말 1, 단말 2, 단말 3의 순서 즉, 내림차순으로 정해져 있기 때문에, 각 단말들에 할당되는 CPRB도 내림차순으로 할당되도록 된다. 여기서, 가용한 CPRB가 2개이기 때문에 단말 2개에만 CPRB가 할당된다.
즉, 단말 1에 낮은 번호에 해당하는 CPRB #0이 할당되고, 다음으로 단말 2에 CPRB #1이 할당된다. 단말 3의 경우, 가용한 CPRB가 없기 때문에 CPRB가 할당되지 않는다.
따라서, 단말 1 및 단말 2는 각각 선택된 CPRB #0, CPRB #1을 통해 RRC 메시지를 기지국으로 전송하며, 단말 3은 해당 시점(서브프래임)에서 기지국으로의 RRC 메시지 전송을 포기하고, back-off time 후에 가용한 CPRB를 이용하여 RRC 메시지를 기지국으로 전송한다.
여기서, 단말 3은 back-off time 후에 단말 1 및 단말 2에 CPRB 할당 방식과 동일하게 내림차순에 의해 CPRB #0이 할당될 수 있다. 다만, 단말 3의 CPRB 이용 시점에 다른 단말들의 CPRB 이용이 있는 경우, 단말 3은 다른 단말들과의 관계에서 프리앰블 시퀀스 번호의 내림차순을 고려하여 CPRB가 할당될 수 있다.
또한, 단말이 CP zone을 이용하여 RACH 절차를 수행하는 경우, 단말 ID에 기반하여 CPRB를 암시적으로 선택함으로써 CPRB를 통한 RRC 메시지 전송의 실패를 최소화할 수 있다.
한편, 앞서 설명한 본 발명에 따른 경쟁 기반 PUSCH 존(CP zone)의 사용은 동시에 RACH 절차를 수행하는 단말이 많아질수록 PCRB를 점유하는 과정에서 단말 사이에 PUSCH 자원의 충돌이 발생할 수 있다. 따라서, 지정된 특정 단말에게만 CP zone을 이용하게 하기 위하여 단말 특정 CP zone(UE-specific CP zone)을 설정하거나, 지정된 특정 서비스에서만 CP zone을 이용하게 하기 위하여 서비스 특정 CP zone(service-specific CP zone)을 설정할 수도 있다. 이와 같이 단말 특정 CP zone이나 서비스 특정 CP zone을 사용하게 되면, 셀 내의 CP zone을 통해 상향링크 자원을 점유하고자 하는 단말의 수를 제한적으로 지정할 수 있다. 따라서, 낮은 레이턴시(low latency)를 요구하는 레이턴시에 민감한(latency sensitive) 단말/서비스를 위해서만 CP zone을 사용하고 레이턴시에 강인한(latency tolerant) 단말/서비스에 대해서는 종래의 상향링크 자원 할당 기반의 절차를 수행하도록 함으로써 전체 셀의 자원 효율성도 적절히 유지하면서 프로시저 레이턴시를 줄여주는 효과가 있을 수 있다.
2 단계
랜덤 액세스 절차에서 단말 식별자 할당 방법
본 발명에 따르면 앞서 도 15에서 살펴본 바와 같이 경쟁 기반 랜덤 액세스 절차는 2 단계로 수행된다. 2 단계 랜덤 액세스 절차 중 1 단계에서 RRC 메시지(예를 들어, RRC 연결 요청 메시지, RRC 연결 재설정 완료 메시지, RRC 연결 재확립 요청 메시지)는 RACH 프리앰블과 함께(즉, 동일한 서브프레임) 또는 연속적으로(즉, 다른 서브프레임) CP zone을 통해 기지국에 전송된다. 그리고, 2 단계에서 이에 대한 응답으로 RRC 메시지가 기지국에 의해 단말로 전송된다. 이에 대하여 아래 도 22를 참조하여 상세히 설명한다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 2 단계 랜덤 액세스 절차(2-step random access procedure)를 예시하는 도면이다.
도 22를 참조하면, 1번째 단계에서, 단말은 프리앰블 전송과 동시에(즉, 동일한 서브프레임) 또는 프리앰블 전송 직후(즉, 다음 서브프레임) 또는 프리앰블 전송 없이 경쟁 기반의 PUSCH 자원(즉, CPRB)을 이용하여 RRC 요청 메시지/NAS 요청 메시지를 기지국에 전송한다(S2201). 도 22의 경우 프리앰블이 전송되는 PRACH 영역(2207)과 CP group(2209)이 동일한 서브프레임에 설정되는 경우를 예시한다. 이 경우, 단말은 프리앰블 전송과 동시에 선택한 CPRB를 통해 RRC 요청 메시지/NAS 요청 메시지를 전송하게 된다.
여기서, 단말은 앞서 살펴본 바와 같이 단말 식별자(UEID) 또는 선택한 프리앰블을 기반으로 또는 임의적으로(randomly) RRC 요청 메시지/NAS 요청 메시지 전송에 사용하는 CPRB을 선택할 수 있다. 도 22의 경우, CPRB #1(2205)을 선택하여 RRC 요청 메시지/NAS 요청 메시지를 전송하는 것을 예시하고 있다.
앞서 설명한 바와 같이 본 발명에서 예시하는 랜덤 액세스 절차에서 단말이 상향링크 동기를 위한 타이밍 정렬(TA) 값을 하향링크 데이터 수신을 통해 미리 획득한 경우에 프리앰블 전송이 생략될 수 있다. 다만, 이하 설명의 편의를 위해 단말이 프리앰블을 전송한다고 가정하여 설명한다.
본 발명에서 제안하는 2 단계 RACH 절차에서 CPRB는 위와 같이 RRC 요청 메시지(또는 RRC+NAS 요청 메시지) 전송을 위한 상향링크 자원으로 사용될 수 있다. 즉, 4 단계 랜덤 액세스 절차(즉, 경쟁 기반 랜덤 액세스 절차)의 경우 제3 메시지(Msg3) 전송을 위해 상향링크 자원 또는 3 단계 랜덤 액세스 절차(즉, 비 경쟁 기반 랜덤 액세스 절차)의 경우 랜덤 액세스 절차 이후의 RRC 메시지 전송을 위한 상향링크 자원으로 사용될 수 있음을 의미한다.
2번째 단계에서 기지국은 RRC 요청에 대한 응답으로 RRC 연결 설정(RRC connection setup) 메시지를 단말로 전송한다(S2203). 단말은 랜덤 액세스 응답 윈도우(RA response window) 내에서 자신의 랜덤 액세스 응답(random access response)의 수신을 시도한다. LTE/LTE-A에서 랜덤 액세스 응답 윈도우는 프리앰블 또는 RRC/NAS 요청이 전송되는 마지막 서브프레임에서 3개의 서브프레임 이후의 서브프레임으로부터 시작하여 'ra-ResponseWindowSize'(도면에서는 window size SF)의 길이를 가지는 것으로 정의하고 있다. 즉, 단말은 프리앰블 또는 RRC/NAS 요청의 전송이 종료된 서브프레임으로부터 3개의 서브프레임 이후부터 확보한 랜덤 액세스 윈도우 동안 랜덤 액세스 응답을 수신하기 위해 모니터링한다.
이처럼, 경쟁 기반 랜덤 액세스 절차의 경우, 종래의 제3 메시지(Msg3)가 프리앰블과 동시에 전송됨으로써 2 단계 프로시저를 수행할 수 있다. 또한, 비 경쟁 기반 랜덤 액세스 절차의 경우, 종래에 랜덤 액세스 절차 이후에 전송될 수 있었던 RRC 메시지를 랜덤 액세스 절차를 수행하면서 동시에 전송하도록 함으로써 전체 RRC 절차(예를 들어, 핸드오버)를 더욱 빠르게 수행할 수 있게 한다.
다만, 종래의 4-단계의 RACH 절차(즉, 랜덤 액세스 절차)는 단말에서 전송된 프리앰블을 이용하여 단말과 기지국 사이에 RA-RNTI를 계산하고, 단말은 해당 RA-RNTI로 전송되는 프리앰블 응답(preamble response)(즉, 랜덤 액세스 응답)을 통해 자신이 전송한 프리앰블에 대한 응답 메시지인지를 확인한다. 즉, 단말은 RA-RNTI와 프리앰블 인덱스를 통해 자신의 프리앰블 응답 메시지를 확인하게 된다.
동일한 서브프레임에서 동일한 PRACH를 통해 전송한 하나 이상의 단말이 다른 프리앰블 인덱스를 선택하는 경우, 기지국은 다른 프리앰블 인덱스를 포함한 프리앰블 응답을 동일한 RA-RNTI를 이용하여 수신한 프리앰블 인덱스의 수만큼 전송해야 한다. 단말은 자신이 전송한 프리앰블 인덱스를 포함하는 프리앰블 응답 메시지를 수신한 경우에만 해당 메시지를 통해 제3 메시지(Msg3)를 위한 UL grant를 획득한다. 즉, 이러한 경우 상향링크 데이터 간의 충돌이 발생되지 않는다(collision resolution).
반면, 동일한 PRACH를 통해 프리앰블을 전송한 하나 이상의 단말이 동일한 프리앰블 인덱스를 선택하는 경우, 기지국은 동일한 프리앰블 인덱스를 포함하는 프리앰블 응답을 한번 전송한다. 즉, 두 단말은 동일한 UL grant를 수신하게 되며, 상향링크 데이터 간 충돌이 발생하게 된다.
이후, 단말은 자신에게 전송된 UL grant 정보를 통해 RRC 연결 요청(RRC connection request) 메시지를 전송하고, UL grant와 함께 할당된 TC-RNTI를 통해 RRC 연결 설정(RRC connection setup) 메시지를 수신한다(단말이 이전에 C-RNTI를 할당 받지 못한 경우). 그리고 단말은 RRC 연결 설정 메시지에 포함된 자신의 단말 식별자를 확인함으로써 경쟁 해소(contention resolution)가 완료된다.
그러나, 본 발명에 따른 2 단계 RACH 절차의 경우, RRC/NAS 요청 메시지를 1번째 단계에서 전송하고, 2번째 단계에서 이에 대한 응답 메시지를 바로 수신한다. 즉, 2 단계 RACH를 수행하는 단말은 자신에게 전송되는 RRC 연결 설정(RRC connection setup) 메시지를 수신할 수 있어야 한다. 다만, 종래 기술은 단말이 C-RNTI를 부여 받지 못한 상태에서(예를 들어, 단말의 초기 접속 절차의 경우) 이를 위해 RA-RNTI를 사용하고, 종래 기술에서 정의하는 RA-RNTI는 동일한 PRACH를 사용하는 단말에 대해 모두 동일한 값을 부여하기 때문에, 경쟁 해소를 위한 인식자로는 사용할 수 없는 문제가 있다. 따라서, 본 발명에서는 2 단계 RACH 절차의 2번째 단계에서 경쟁 해소를 완료하기 위한 임시 RNTI(Temporary-RNTI) 또는 C-RNTI를 기지국과 단말 사이에 설정하기 위한 방법이 정의될 필요가 있다. 본 명세서에서는 설명의 편의상 임시 RNTI(Temporary-RNTI) 및 C-RNTI를 'T-RNTI(Temporary-RNTI)'로 통칭한다.
본 발명에서는 단말이 2 단계 RACH 절차를 수행하는 경우, 2번째 단계에서 단말에게 전송될 RRC 연결 설정 메시지를 올바르게 송/수신하기 위한 T-RNTI 또는 C-RNTI를 설정하기 위한 방법을 제안한다. 다만, 상술한 바와 같이 이미 단말에 C-RNTI가 할당되어 있는 경우에는 단말이 할당되어 있는 C-RNTI를 통해 RRC 연결 설정 메시지를 수신할 수 있으므로, 이하 본 발명에서는 단말이 C-RNTI를 할당 받지 못한 상태로 가정한다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 T-RNTI를 이용한 2 단계 RACH 절차를 예시하는 도면이다.
도 23을 참조하면, 단말은 프리앰블을 PRACH를 통해 기지국으로 전송함과 동시에(즉, 동일한 서브프레임) 또는 연속적으로(즉, 다음 서브프레임에서) RRC/NAS 요청 메시지를 기지국에 전송한다(S2301). 여기서, RRC/NAS 요청 메시지는 RACH 절차를 위한 경쟁 기반 PUSCH 그룹(즉, CP group) 내에서 단말 ID(예를 들어, IMSI(international mobile subscriber identity), GUTI(globally unique temporary identifier), S-TMSI 등) 또는 프리앰블 인덱스 기반 또는 임의적으로 선택된 CPRB를 통해 전송된다. 도 23의 경우, 단말은 프리앰블 전송과 함께(즉, 프리앰블 전송과 동일한 서브프레임에서) 선택된 CPRB #1(2305)를 통해 RRC/NAS 요청 메시지를 전송하는 예를 나타낸다.
단말은 시스템 정보로부터 사용 가능한 랜덤 액세스 프리앰블의 집합과 랜덤 액세스 프리앰블의 전송에 사용되는 무선 자원에 관한 정보를 얻을 수 있다. 그리고, 랜덤 액세스 프리앰블의 집합에서 임의로 프리앰블을 선택하고, 랜덤 액세스 프리앰블의 전송에 사용되는 무선 자원에서 PRACH 자원을 선택하며, 선택된 PRACH 자원을 통해 프리앰블을 기지국에 전송할 수 있다.
기지국은 RRC/NAS 요청 메시지가 전송된 CPRB를 기반으로 할당된 T-RNTI로 식별되는 RRC 연결 설정(RRC connection setup) 메시지를 단말에 전송한다(S2303). 즉, 기지국은 단말에 T-RNTI를 할당하고, 단말에 할당된 T-RNTI로 식별되는(즉, T-RNTI로 마스킹된) PDCCH에 의해 지시되는 PDSCH를 통해 RRC 연결 설정 메시지를 해당 단말에 전송한다. 여기서, RRC 연결 설정 메시지는 단말 ID(예를 들어, C-RNTI)와 TA(timing alignment)를 포함할 수 있다.
단말은 RRC/NAS 요청 메시지를 전송한 이후 랜덤 액세스 응답 윈도우 동안 설정된 T-RNTI로 전송되는 RRC 연결 설정 메시지를 모니터링한다. 즉, 단말은 T-RNTI로 마스킹된 PDCCH의 검출을 시도하고, T-RNTI를 통해 검출한 PDCCH의 정보를 통해 지시되는 PDSCH에서 전송되는 RRC 연결 설정 메시지를 수신한다. 여기서, 단말은 RRC 연결 요청 메시지를 전송한 이후 X+1(ms)부터 X+랜덤 액세스 응답 윈도우(ra_ResponseWindowSize, 즉 X+ra_win_size)(ms) 동안 RRC 연결 설정 메시지를 수신하기 위하여 모니터링한다. 여기서, X+1은 단말이 전송한 RRC 요청 메시지에 대한 응답이 에러 없이 수신될 수 있는 최단 시간을 의미한다. 일례로, X의 값은 낮은 레이턴시(latency)를 위하여 3 이하의 값(예를 들어, 1, 2 또는 3)의 값을 가질 수 있다.
즉, 단말은 RRC 연결 요청 메시지를 전송이 종료된 서브프레임으로부터 X개의 서브프레임 이후부터 ra_ResponseWindowSize에 해당하는 서브프레임 동안 RRC 연결 설정 메시지를 수신하기 위하여 모니터링한다. 따라서, 단말이 RRC 연결 요청 메시지를 전송한 이후 X+1(ms)부터 X+ra_ResponseWindowSize, 즉 X+ra_win_size(ms) 동안에 동일한 T-RNTI가 서로 다른 단말에 할당된다면 동일한 T-RNTI가 할당된 단말 간에 충돌이 발생되게 되므로, 해당 구간 동안에는 동일한 T-RNTI가 할당되어서는 안된다. ra_ResponseWindowSize는 MIB 또는 SIB를 통해 기지국으로부터 전송될 수 있으며, 2부터 10 사이의 값으로 결정될 수 있다.
방법 1: 명시적
시그널링
(explicit signaling) - T-
RNTI와
CPRB
1대1
매핑
본 발명의 일 실시예에 따른 2 단계 RACH 절차에서 T-RNTI 설정 방법은 경쟁 기반 PUSCH 자원 블록과 T-RNTI를 일대일로 매핑하여 T-RNTI를 설정할 수 있다. 이에 대하여 도 24를 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 2 단계 RACH 절차에서 T-RNTI 할당 방법을 예시하는 도면이다.
도 24에서는 랜덤 액세스 응답 윈도우(ra_ResponseWindowSize)가 6이고, ra_ResponseWindowSize 이내에 2개의 CP group이 존재하고, 각 CP group 별 CPRB가 6개 존재하여 랜덤 액세스 응답 윈도우 이내 총 CPRB가 12개 존재하는 경우를 가정한다.
경쟁 기반 PUSCH 그룹 내에 n개의 경쟁 기반 PUSCH 자원 블록(CPRB)이 있는 경우, 상술한 바와 같이 단말이 RRC 연결 요청 메시지 전송 후에 RRC 연결 요청 메시지 수신을 위해 기다리는 구간(즉 X+ra_ResponseWindowSize) 이내에 동일 T-RNTI가 할당되어서는 안 된다. 따라서, ra_ResponseWindowSize 이내에 포함될 수 있는 CPRB(들)의 모든 수만큼 T-RNTI가 미리 할당되어야 한다. 즉, ra_ResponseWindowSize 내에서 T-RNTI는 고유의 값을 가지며, CP group 내에서 CPRB는 고유의 인덱스 값을 가진다. 기지국은 셀에 대한 경쟁 기반 PUSCH 정보를 전송할 때, 각 CPRB에 대한 T-RNTI 정보를 함께 전송하도록 한다. T-RNTI와 CPRB에 대한 매핑 정보(T-RNTI mapping for RACH)는 MIB 또는 SIB에서 전송될 수 있으며 RACH 정보가 전송되는 SIB2에서 전송됨이 바람직할 수 있다.
도 24의 예시와 같이, 랜덤 액세스 응답 윈도우 이내에 12개의 CPRB들이 존재하는 경우, 각 CPRB에 대응되는 12개의 서로 다른 T-RNTI가 할당된다. 이와 같이, 각 CPRB에 대응되는 서로 다른 T-RNTI에 대한 정보는 MIB 또는 SIB(도 24의 경우 SIB2)에 포함되어 전송될 수 있다. 여기서, MIB 또는 SIB로 전송되는 CPRB와 T-RNTI에 대한 매핑 정보는 각 랜덤 액세스 응답 윈도우(ra_ResponseWindowSize) 별로 구분되어 별개의 메시지를 통해 단말에 전송될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, CPRB의 인덱스는 주파수 영역 또는 시간 영역에서 오름/내림 차순을 설정될 수 있다. 또한 시간 영역과 주파수 영역의 오름/내림 차순을 조합하여 설정될 수도 있다. 이러한 CPRB 인덱스 정보는 MIB(master information block) 또는 SIB(system information block)에 포함되어 단말에 전송될 수 있다. 또한, 기지국과 단말 간에 미리 정의된 규칙에 의하여 인덱스가 부여되어 단말이 암묵적으로 각 CPRB의 인덱스를 알 수도 있다.
도 25는 본 발명의 일 실시예에 따른 T-RNTI를 이용한 2 단계 RACH 절차를 예시하는 도면이다.
도 25에서는 하나의 CP group은 하나의 CP zone으로 구성되고, 각 CP group은 3개의 CPRB로 구성된다고 가정한다.
도 25를 참조하면, 기지국은 MIB 또는 SIB(도 25의 경우 SIB)를 통해 CPRB와 T-RNTI에 대한 매핑 정보(T-RNTI mapping for RACH)를 단말에 전송한다(S2501). 즉, 기지국은 각 CP group에 포함된 CPRB 별로 매핑되는 T-RNTI 정보를 단말에 전송한다. 여기서, MIB 또는 SIB로 전송되는 CPRB와 T-RNTI에 대한 매핑 정보는 일정 구간으로 구분되어(예를 들어, 각 랜덤 액세스 응답 윈도우(ra_ResponseWindowSize) 별로 구분되어) 별개의 메시지를 통해 단말에 전송될 수도 있다.
단말은 프리앰블을 PRACH를 통해 기지국으로 전송함과 동시에(즉, 동일한 서브프레임) 또는 연속적으로(즉, 다음 서브프레임에서) RRC/NAS 요청 메시지를 기지국에 전송한다(S2503). 여기서, RRC/NAS 요청 메시지는 RACH 절차를 위한 경쟁 기반 PUSCH 그룹(즉, CP group) 내에서 단말 ID(예를 들어, IMSI, GUTI, S-TMSI 등) 또는 프리앰블 인덱스 기반 또는 임의적으로 선택된 CPRB를 통해 전송된다.
단말은 시스템 정보로부터 사용 가능한 랜덤 액세스 프리앰블의 집합과 랜덤 액세스 프리앰블의 전송에 사용되는 무선 자원에 관한 정보를 얻을 수 있다. 그리고, 랜덤 액세스 프리앰블의 집합에서 임의로 프리앰블을 선택하고, 랜덤 액세스 프리앰블의 전송에 사용되는 무선 자원에서 PRACH 자원을 선택하며, 선택된 PRACH 자원을 통해 프리앰블을 기지국에 전송할 수 있다.
기지국은 RRC/NAS 요청 메시지가 전송된 CPRB를 기반으로 단말에 T-RNTI를 할당하고, 할당된 T-RNTI로 식별되는 RRC 연결 설정 메시지를 단말에 전송한다(S2505).
기지국은 단말에 T-RNTI(도 25의 경우, 0x0002)를 할당하고, 단말에 할당된 T-RNTI로 식별되는(즉, T-RNTI로 마스킹된) PDCCH에 의해 지시되는 PDSCH를 통해 RRC 연결 설정 메시지를 해당 단말에 전송한다. T-RNTI는 RRC/NAS 요청 메시지를 전송하기 위하여 선택된 CPRB와 1대1로 매핑되어 할당된다. 도 25의 예시의 경우, CP group #1에서 CPRB #1(2507)을 선택한 경우, T-RNTI는 0x0002로 할당된다. RRC 연결 설정 메시지는 단말 ID(예를 들어, C-RNTI)와 TA(timing alignment)를 포함할 수 있다.
단말은 RRC 연결 요청 메시지를 전송한 이후 X+랜덤 액세스 응답 윈도우(ra_ResponseWindowSize) 동안 CPRB를 기반으로 할당된 T-RNTI인 0x0002로 전송되는 RRC 메시지를 모니터링한다. 즉, 단말은 T-RNTI 0x0002로 마스킹된 PDCCH의 검출을 시도하고, 검출한 PDCCH의 정보를 통해 지시되는 PDSCH에서 전송되는 RRC 연결 설정 메시지를 수신한다.
방법 2: 암묵적
매핑
(Implicit mapping)
본 발명의 일 실시예에 따른 T-RNTI 설정 방법은 단말이 임의로 선택한 랜덤 값(RV: random value)와 경쟁 기반 PUSCH 자원 블록(CPRB)를 통해 T-RNTI 설정할 수 있다. 이에 대하여 아래 도 26을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른 2 단계 RACH 절차에서 T-RNTI 할당 방법을 예시하는 도면이다.
도 26에서는 랜덤 액세스 응답 윈도우(ra_ResponseWindowSize)가 6이고, ra_ResponseWindowSize 이내에 3개의 CP group이 존재하고, 각 CP group 별 CPRB가 4개 존재하여 랜덤 액세스 응답 윈도우 이내 총 CPRB가 12개 존재하는 경우를 가정한다.
랜덤 값 세트(random value set)는 단말에 의하여 이용 가능한 랜덤 값의 집합을 의미한다. 랜덤 값 세트에 대한 정보는 MIB 또는 SIB를 통해 기지국으로부터 단말에게 미리 전송된다. 도 26의 경우 랜덤 값 세트로 0x0001~0x0002을 예시한다.
단말은 랜덤 값 세트 중에 임의의 값을 랜덤하게 선택한다. 즉, 단말은 단말이 가질 수 있는 임의의 값(예를 들어, 단말 ID 또는 단말이 선택한 프리앰블 인덱스)을 이용하여 또는 임의로 랜덤 값을 선택할 수 있다. 그리고, 단말은 PRACH에 대한 CP group 중 하나의 CPRB를 자신이 선택한 프리앰블 또는 선택한 랜덤 값 또는 단말 ID(예를 들어, IMSI, GUTI, S-TMSI 등) 기반으로 선택할 수 있다.
이와 같이 단말이 임의로 선택한 랜덤 값, CP group 내의 CPRB 수, 선택된 CPRB 인덱스, ra_ResponseWindowSize 및 PRACH(또는 CPRB)를 전송하는 서브프레임 인덱스를 이용하여 아래 수학식 4를 통해 T-RNTI가 기지국과 단말 간에 설정될 수 있다.
수학식 4에서, N은 CP group 내의 CPRB 수, t_id는 단말이 PRACH(또는 CPRB)를 전송하는 서브프레임 인덱스를 나타낸다. 여기서, 서브프레임 인덱스는 0부터 ra-ResponseWindowSize-1 (또는 ra-ResponseWindowSize의 최대값-1) 로 설정됨이 바람직할 수 있다. ra-ResponseWindowSize는 MIB 또는 SIB 통해 기지국으로부터 전송된다. 상술한 바와 같이 경쟁 기반 PUSCH 그룹 내에 n개의 경쟁 기반 PUSCH 자원 블록(CPRB)이 있는 경우, 랜덤 액세스 응답 윈도우(ra-ResponseWindowSize) 이내 동일 T-RNTI가 할당되어서는 안되나, 수학식 4의 계산 결과에 따라 랜덤 액세스 응답 윈도우(ra-ResponseWindowSize) 내에서 고유한 T-RNTI가 할당될 수 있다.
상술한 바와 같이, CPRB는 전송하는 프리앰블 인덱스 또는 단말의 ID(예를 들어, IMSI, GUTI, S-TMSI 등)와 같은 단말 고유의 파라미터를 기반으로, 또는 랜덤하게 선택될 수 있으므로, 수학식 4에서의 CPRB 인덱스는 프리앰블 인덱스 또는 단말 고유의 파라미터를 이용하여 도출된 값일 수 있다. 이와 같이, 수학식 4에서 CPRB 인덱스가 단말 고유의 파라미터가 이용되는 경우 단말은 RRC 요청 메시지에 단말 고유의 파라미터를 포함시켜 전송할 수 있다.
기존의 경우, 서로 다른 단말이 프리앰블을 동일한 자원 블록에서 전송되더라도 서로 다른 프리앰블로 전송하였다면, 기지국은 동일한 RA-RNTI를 통해 랜덤 액세스 응답을 전송한다. 다만 각각의 프리앰블에 대응되는 프리앰블 인덱스를 랜덤 액세스 응답에 포함시켜 전송하게 되므로, 두 단말은 각각 랜덤 액세스 응답을 성공적으로 수신할 수 있어 두 단말 간에 충돌이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
다만, 본 발명에서 서로 다른 단말이 서로 다른 프리앰블을 전송하더라도 동일한 CPRB를 통해 각각의 프리앰블을 전송하게 되면, T-RNTI는 동일한 값을 가지게 되므로 두 단말 간에 충돌이 발생될 수 있다. 다만 동일한 셀 내에서 서로 다른 단말 상호 간에 거리가 현격히 멀다면(예를 들어, 어느 한 단말은 기지국에 가까이 위치하고 다른 하나의 단말은 기지국 커버러지 셀의 경계선 근처에 위치한다면) 동일한 CPRB를 사용하여 각각의 프리앰블을 수신하더라도 전파 지연이나 수신 전력의 차이 등으로 인하여 기지국은 두 프리앰블 모두 성공적으로 디코딩할 수 있다. 이 경우, 두 단말이 서로 다른 랜덤 값을 사용하게 되면 기지국이 두 단말 모두에게 서로 다른 T-RNTI를 할당함으로써 충돌을 해결할 수 있게 된다. 따라서, 랜덤 값 세트에 포함되는 랜덤 값의 개수에 따라 동일한 CPRB에서 프리앰블을 전송하는 단말 별로 각각 서로 다른 T-RNTI를 할당할 수 있게 된다. 다만, 두 단말 간의 거리가 가까운 경우에는 동일한 CPRB를 통해 서로 다른 프리앰블이 전송되게 되면 두 단말 사이에 기지국 간 전파 특성이 유사하게 되어 기지국이 프리앰블이 실패할 가능성이 높아질 수 있다. 따라서 랜덤 값 세트에 포함되는 랜덤 값의 개수를 적절하게 조정하는 것이 필요하다. 예를 들어, 셀 내 위치하는 단말이 많게 되면 랜덤 값을 작게 조정하며, 셀 내 위치하는 단말이 적어지면 랜덤 값을 크게 조정함으로써 동적 혹은 반정적(semi-static)으로 조정할 수도 있다.
한편, 셀 내의 CPRB 설정 방법에 따라 수학식 4에서 예시된 파라미터가 모두 고려되지 않을 수도 있으며, 동일한 의미를 가지는 다른 파라미터가 사용될 수도 있다. 이 경우, 동일한 의미의 파라미터들로부터 계산되는 T-RNTI는 동일한 의미로 간주될 수 있음은 물론이다.
도 27은 본 발명의 일 실시예에 따른 T-RNTI를 이용한 2 단계 RACH 절차를 예시하는 도면이다.
도 27에서는 하나의 CP group은 하나의 CP zone으로 구성되고, 각 CP group은 3개의 CPRB로 구성된다고 가정한다.
도 27을 참조하면, 기지국은 MIB 또는 SIB(도 27의 경우 SIB)를 통해 T-RNTI 설정을 위한 랜덤 값 세트에 대한 정보(random value set)와 랜덤 액세스 응답 윈도우 정보(Ra-ResponseWindowSize)를 단말에 전송한다(S2701). 단말은 기지국으로부터 수신한 MIB 또는 SIB를 통해 Ra-ResponseWindowSize가 6임을 확인하고, 랜덤 값 세트에 포함된 랜덤 값들을 확인할 수 있다. 여기서, MIB 또는 SIB로 전송되는 랜덤 값 세트는 랜덤 액세스 응답 윈도우(Ra-ResponseWindowSize) 별로 서로 다른 값으로 구성될 수도 있다. 도 27의 경우, 랜덤 값 세트는 0x0001~0x000이며, Ra-ResponseWindowSize는 6을 가진다.
단말은 프리앰블을 PRACH를 통해 기지국으로 전송함과 동시에(즉, 동일한 서브프레임) 또는 연속적으로(즉, 다음 서브프레임에서) RRC/NAS 요청 메시지를 기지국에 전송한다(S2703). 여기서, RRC/NAS 요청 메시지는 RACH 절차를 위한 경쟁 기반 PUSCH 그룹(즉, CP group) 내에서 단말 식별자(UEID) 또는 프리앰블 기반 또는 임의적으로 선택된 CPRB를 통해 전송된다. 또한, 단말은 기지국으로부터 수신한 랜덤 값 세트에서 단말 ID 또는 프리앰블 인덱스를 기반으로 선택하거나 임의로 선택한 랜덤 값을 RRC/NAS 요청 메시지에 포함시켜 기지국에 전송한다.
단말은 시스템 정보로부터 사용 가능한 랜덤 액세스 프리앰블의 집합과 랜덤 액세스 프리앰블의 전송에 사용되는 무선 자원에 관한 정보를 얻을 수 있다. 그리고, 단말은 랜덤 액세스 프리앰블의 집합에서 임의로 프리앰블을 선택하고, 랜덤 액세스 프리앰블의 전송에 사용되는 무선 자원에서 PRACH 자원을 선택하며, 선택된 PRACH 자원을 통해 프리앰블을 기지국에 전송할 수 있다.
T-RNTI는 선택된 랜덤 값과 CPRB를 기반으로 할당될 수 있다. 도 27의 예시에서 단말이 프리앰블 인덱스 #1에 해당하는 프리앰블을 선택하였으며, 임의로 랜덤 값 1(0x0001)을 선택하였다고 가정한다. 그리고, 도 27의 예시에서 Ra-ResponseWindowSize가 6이고, 하나의 CP group 내 CPRB의 개수는 3이다. 단말이 서브프레임 인덱스 #0를 통해 선택한 프리앰블을 기지국에 전송하였으며, 프리앰블 인덱스 #1을 기반으로 CP group #1에서 CPRB #1(2707)을 선택한 경우, T-RNTI는 앞서 예시한 수학식 4를 통해 T-RNTI = {(0x0001 * 3) + 1} * 6 + 0 = 0x0018로 설정된다.
기지국은 랜덤 값 및 CPRB를 기반으로 설정된 T-RNTI로 식별되는 RRC 연결 설정 메시지를 단말에 전송한다(S2705). 즉, 기지국은 단말에 T-RNTI(도 27의 경우, 0x0018)를 할당하고, 단말에 할당된 T-RNTI로 식별되는(즉, T-RNTI로 마스킹된) PDCCH를 통해 지시되는 PDSCH를 통해 RRC 연결 설정 메시지를 단말에 전송한다. 여기서, RRC 연결 설정 메시지는 단말 ID(예를 들어, C-RNTI)와 TA(timing alignment)를 포함할 수 있다.
단말은 RRC 연결 요청 메시지를 전송한 이후 X+랜덤 액세스 응답 윈도우(ra_ResponseWindowSize) 동안 랜덤 값 및 CPRB를 기반으로 설정된 T-RNTI인 0x0018로 전송되는 RRC 메시지를 모니터링한다. 즉, 단말은 T-RNTI 0x0018로 마스킹된 PDCCH의 검출을 시도하고, 검출한 PDCCH의 정보를 통해 지시되는 PDSCH에서 전송되는 RRC 연결 설정 메시지를 수신한다.
방법 3: RA-
RNTI와
CPRB
조합으로 T-
RNTI
설정
본 발명의 일 실시예에 따른 T-RNTI 설정 방법은 RA-RNTI와 경쟁 기반 PUSCH 자원 블록(CPRB)를 통해 T-RNTI를 설정할 수 있다.
RA-RNTI는 종래의 RA-RNTI 설정 기법과 같이 PRACH 자원의 시간/주파수 정보를 이용하여 결정될 수 있다. 즉, 앞서 설명한 수학식 1과 같이 PRACH가 전송되는 첫 번째 서브프레임의 인덱스와 서브프레임 내 주파수 영역 상에서 오름차순으로 PRACH의 인덱스를 기반으로 설정될 수 있다.
그리고, 이와 함께 아래 수학식 5와 같이 CPRB를 기반으로 기지국과 단말 사이에 T-RNTI가 설정될 수 있다. 여기서, CPRB는 전송하는 프리앰블 인덱스 또는 단말의 ID(예를 들어, IMSI, GUTI, S-TMSI 등)와 같은 단말 고유의 파라미터를 기반으로 선택되거나 단말에 의해 임의로 선택될 수 있다.
수학식 5에서, n은 CP zone 내의 CPRB 수를 나타낸다. 즉, RA-RNTI가 서브프레임의 인덱스를 기반으로 설정되어 서브프레임 단위로 다른 값을 가지지 때문에, CP zone 내의 CPRB 수로 계산될 수 있다.
상술한 바와 같이, CPRB는 전송하는 프리앰블 인덱스 또는 단말의 ID(예를 들어, IMSI, GUTI, S-TMSI 등)와 같은 단말 고유의 파라미터를 기반으로, 또는 랜덤하게 선택될 수 있으므로, 수학식 5에서의 CPRB 인덱스는 프리앰블 인덱스 또는 단말 고유의 파라미터를 이용하여 도출된 값일 수 있다. 이와 같이, 수학식 5에서 CPRB 인덱스가 단말 고유의 파라미터를 기반으로 계산되는 경우, 단말은 RRC 요청 메시지에 단말 고유의 파라미터를 포함시켜 전송할 수 있다.
다시 도 23을 참조하여 방법 3에 대하여 구체적으로 살펴보면, 단말은 프리앰블을 PRACH를 통해 기지국으로 전송함과 동시에(즉, 동일한 서브프레임) 또는 연속적으로(즉, 다음 서브프레임에서) RRC/NAS 요청 메시지를 기지국에 전송한다(S2301). 여기서, RRC/NAS 요청 메시지는 RACH 절차를 위한 경쟁 기반 PUSCH 그룹(즉, CP group) 내에서 단말 식별자(UEID) 또는 프리앰블 기반 또는 임의적으로 선택된 CPRB를 통해 전송된다.
단말은 시스템 정보로부터 사용 가능한 랜덤 액세스 프리앰블의 집합과 랜덤 액세스 프리앰블의 전송에 사용되는 무선 자원에 관한 정보를 얻을 수 있다. 그리고, 랜덤 액세스 프리앰블의 집합에서 임의로 프리앰블을 선택하고, 랜덤 액세스 프리앰블의 전송에 사용되는 무선 자원에서 PRACH 자원을 선택하며, 선택된 PRACH 자원을 통해 프리앰블을 기지국에 전송할 수 있다.
T-RNTI는 RA-RNTI와 CPRB를 기반으로 설정될 수 있다. 도 23의 예시에서, 단말은 프리앰블 전송과 함께(즉, 프리앰블 전송과 동일한 서브프레임에서) 선택된 CPRB #1(2305)를 통해 RRC/NAS 요청 메시지를 전송한다. 그리고, CP zone 내의 CPRB 수는 3개이다. 여기서, RA-RNTI가 0x0002라고 가정하면, T-RNTI는 앞서 수학식 5를 통해 T-RNTI = 0x0002 * 3 + 1 = 0x0007로 설정된다.
기지국은 RA-RNTI 및 CPRB를 기반으로 설정된 T-RNTI로 식별되는 RRC 연결 설정 메시지를 단말에 전송한다(S2303). 즉, 기지국은 단말에 T-RNTI(도 23의 경우, 0x0007)를 할당하고, 기지국은 설정된 T-RNTI인 0x0007로 식별되는(즉, 마스킹된) PDCCH를 통해 지시되는 PDSCH를 통해 RRC 연결 설정 메시지를 단말에 전송한다.
단말은 RRC 연결 요청 메시지를 전송한 이후 X+랜덤 액세스 응답 윈도우(ra_ResponseWindowSize) 동안 CPRB를 기반으로 설정된 T-RNTI인 0x0007로 전송되는 RRC 메시지를 모니터링한다. 즉, 단말은 T-RNTI 0x0007로 마스킹된 PDCCH의 검출을 시도하고, 검출한 PDCCH의 정보를 통해 지시되는 PDSCH에서 전송되는 RRC 연결 설정 메시지를 수신한다.
본 발명에서 제안하는 방법 1 내지 3 은 모두 각각의 방법이 독립적으로 사용될 수 있다. 또한, 이에 한정되지 않으며 하나 이상의 방법이 조합되어 사용될 수도 있다. 즉, 방법 1, 3의 경우에도 방법 2의 랜덤 값(random value)을 이용하여 T-RNTI가 추가적으로 적용되어 설정될 수도 있다.
예를 들어, 앞서 도 24의 예시에서 방법 1을 적용하게 되면 CPRB와 T-RNTI가 1대1로 매핑되어 설정되므로 하나의 랜덤 액세스 응답 윈도우(ra_ResponseWindowSize) 내에서 각 CP group의 각 CPRB 별로 서로 다른 12개의 T-RNTI가 설정될 수 있다. 이는 하나의 랜덤 액세스 응답 윈도우(ra_ResponseWindowSize) 내에서 12개의 단말이 RRC 연결 설정 메시지를 수신할 수 있다는 의미로 해석될 수 있다. 여기서, 방법 2의 랜덤 값(random value)을 이용하게 되면 하나의 랜덤 액세스 응답 윈도우(ra_ResponseWindowSize) 내에서 더 많은 단말에게 RRC 연결 설정 메시지를 전송할 수 있다. 즉, 랜덤 값 세트가 0x0001~0x0002 를 가진다면, 하나의 CPRB에 2개의 랜덤 값(0x0001 및 0x0002)에 기반하여 2개의 T-RNTI가 설정될 수 있으므로, 하나의 랜덤 액세스 응답 윈도우(ra_ResponseWindowSize) 내에서 총 24개의 단말에게 RRC 연결 설정 메시지를 전송할 수 있게 된다.
또한, 앞서 도 26의 예시에서 방법 3을 적용하면, RA-RNTI가 종래의 기법으로 결정된다고 가정하는 경우, 하나의 랜덤 액세스 응답 윈도우(ra_ResponseWindowSize) 내에서 총 12개의 서로 다른 T-RNTI가 설정될 수 있다. 즉, 프리앰블이 전송되는 PRACH 영역 별로 서로 다른 RA-RNTI가 설정되므로 각 CP group 별로 T-RNTI가 구분될 수 있다. 나아가 CPRB의 인덱스 별로 T-RNTI가 구분될 수 있으므로, 하나의 랜덤 액세스 응답 윈도우(ra_ResponseWindowSize) 내에서 각 CP group의 각 CPRB 별로 서로 다른 12개의 T-RNTI가 설정될 수 있다. 여기서, 방법 2의 랜덤 값(random value)을 이용하게 되면 하나의 랜덤 액세스 응답 윈도우(ra_ResponseWindowSize) 내에서 더 많은 단말에게 RRC 연결 설정 메시지를 전송할 수 있다. 즉, 위와 같이 랜덤 값 세트가 0x0001~0x0002 를 가진다면, 하나의 CPRB에 2개의 랜덤 값(0x0001 및 0x0002)에 기반하여 2개의 T-RNTI가 설정될 수 있으므로, 하나의 랜덤 액세스 응답 윈도우(ra_ResponseWindowSize) 내에서 총 24개의 단말에게 RRC 연결 설정 메시지를 전송할 수 있게 된다.
도 28은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 장치의 블록 구성도를 예시한다.
도 28을 참조하면, 무선 통신 시스템은 기지국(2810)과 기지국(2810) 영역 내에 위치한 다수의 단말(2820)을 포함한다.
기지국(2810)은 프로세서(processor, 2811), 메모리(memory, 2812) 및 RF부(radio frequency unit, 2813)을 포함한다. 프로세서(2811)는 앞서 도 1 내지 도 27에서 제안된 기능, 과정 및/또는 방법을 구현한다. 무선 인터페이스 프로토콜의 계층들은 프로세서(2811)에 의해 구현될 수 있다. 메모리(2812)는 프로세서(2811)와 연결되어, 프로세서(2811)를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다. RF부(2813)는 프로세서(2811)와 연결되어, 무선 신호를 송신 및/또는 수신한다.
단말(2820)은 프로세서(2821), 메모리(2822) 및 RF부(2823)을 포함한다. 프로세서(2821)는 앞서 도 1 내지 도 27에서 제안된 기능, 과정 및/또는 방법을 구현한다. 무선 인터페이스 프로토콜의 계층들은 프로세서(2821)에 의해 구현될 수 있다. 메모리(2822)는 프로세서(2821)와 연결되어, 프로세서(2821)를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다. RF부(2823)는 프로세서(2821)와 연결되어, 무선 신호를 송신 및/또는 수신한다.
메모리(2812, 2822)는 프로세서(2811, 2821) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로세서(2811, 2821)와 연결될 수 있다. 또한, 기지국(2810) 및/또는 단말(2820)은 한 개의 안테나(single antenna) 또는 다중 안테나(multiple antenna)를 가질 수 있다.
이상에서 설명된 실시예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들이 소정 형태로 결합된 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려되어야 한다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시예를 구성하는 것도 가능하다. 본 발명의 실시예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다. 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있음은 자명하다.
본 발명에 따른 실시예는 다양한 수단, 예를 들어, 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 일 실시예는 하나 또는 그 이상의 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서, 콘트롤러, 마이크로 콘트롤러, 마이크로 프로세서 등에 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 메모리에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리는 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.
본 발명은 본 발명의 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상술한 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
본 발명의 무선 통신 시스템에서 단말에 임시 식별자(T-RNTI)를 할당하기 위한 방안은 3GPP LTE/LTE-A 시스템에 적용되는 예를 중심으로 설명하였으나, 3GPP LTE/LTE-A 시스템 이외에도 다양한 무선 통신 시스템에 적용하는 것이 가능하다.
Claims (10)
- 무선 통신 시스템에서 랜덤 액세스 절차(random access procedure) 내 단말에 임시 식별자(T-RNTI: temporary radio network temporary identifier)를 할당하기 위한 방법에 있어서,
상기 단말이 랜덤 액세스 프리앰블(random access preamble)을 기지국에 전송하는 단계;
상기 단말이 상향링크 자원 할당 스케줄링 없이 상향링크 데이터를 전송할 수 있는 경쟁 기반 PUSCH(physical uplink shared channel) 자원 블록을 통해 RRC(radio resource control) 요청 메시지를 상기 기지국에 전송하는 단계; 및
상기 단말이 상기 RRC 요청 메시지에 대한 응답으로 상기 단말에 할당되는 T-RNTI를 통해 식별되는 RRC 연결 설정(RRC connection setup) 메시지를 수신하는 단계를 포함하고,
상기 T-RNTI는 상기 RRC 요청 메시지가 전송된 경쟁 기반 PUSCH 자원 블록에 기반하여 할당되는 단말 임시 식별자 할당 방법. - 제1항에 있어서,
상기 RRC 요청 메시지가 전송된 경쟁 기반 PUSCH 자원 블록은 상기 RRC 요청 메시지를 전송하기 위하여 상기 단말에 의하여 이용 가능한 복수의 후보 경쟁 기반 PUSCH 자원 블록들 내에서 선택되는 단말 임시 식별자 할당 방법. - 제2항에 있어서,
상기 T-RNTI는 상기 복수의 후보 경쟁 기반 PUSCH 자원 블록들과 일대일로 매핑되는 단말 임시 식별자 할당 방법. - 제3항에 있어서,
상기 T-RNTI와 상기 복수의 후보 경쟁 기반 PUSCH 자원 블록들과의 매핑 정보는 기지국으로부터 MIB(master information block) 또는 SIB(system information block)을 통해 전송되는 단말 임시 식별자 할당 방법. - 제1항에 있어서,
상기 T-RNTI는 상기 단말에 의하여 선택된 랜덤 값(random value) 및 상기 RRC 요청 메시지가 전송된 경쟁 기반 PUSCH 자원 블록을 기반으로 할당되는 단말 임시 식별자 할당 방법. - 제5항에 있어서,
상기 랜덤 값은 상기 단말에 의하여 이용 가능한 랜덤 값의 집합인 랜덤 값 세트(random value set) 내에서 선택되고,
상기 랜덤 값 세트에 대한 정보는 MIB(master information block) 또는 SIB(system information block)를 통해 기지국으로부터 전송되는 단말 임시 식별자 할당 방법. - 제5항에 있어서,
상기 RRC 요청 메시지는 상기 선택된 랜덤 값을 포함하는 단말 임시 식별자 할당 방법. - 제1항에 있어서,
상기 T-RNTI는 상기 단말에 할당되는 RA-RNTI(random access-RNTI) 및 상기 RRC 요청 메시지가 전송된 경쟁 기반 PUSCH 자원 블록을 기반으로 할당되는 단말 임시 식별자 할당 방법. - 제1항에 있어서,
상기 RRC 요청 메시지는 상기 랜덤 액세스 프리앰블이 전송된 서브프레임과 동일한 서브프레임 또는 다음 서브프레임에서 전송되는 단말 임시 식별자 할당 방법. - 무선 통신 시스템에서 랜덤 액세스 절차(random access procedure) 내 임시 식별자(T-RNTI: temporary radio network temporary identifier)를 할당 받는 단말에 있어서,
무선 신호를 송수신하기 위한 RF(Radio Frequency) 유닛; 및
프로세서를 포함하고,
상기 프로세서는 랜덤 액세스 프리앰블(random access preamble)을 기지국에 전송하고,
상향링크 자원 할당 스케줄링 없이 상향링크 데이터를 전송할 수 있는 경쟁 기반 PUSCH(physical uplink shared channel) 자원 블록을 통해 RRC(radio resource control) 요청 메시지를 상기 기지국에 전송하며,
상기 RRC 요청 메시지에 대한 응답으로 상기 단말에 할당되는 T-RNTI를 통해 식별되는 RRC 연결 설정(RRC connection setup) 메시지를 수신하도록 구성되고,
상기 T-RNTI는 상기 RRC 요청 메시지가 전송된 경쟁 기반 PUSCH 자원 블록에 기반하여 할당되는 단말.
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