KR20160142054A - 랜덤 액세스 처리 방법 및 그 장치 - Google Patents

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Abstract

본 개시는 LTE와 같은 4G 통신 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 제공될 5G 또는 pre-5G 통신 시스템에 관련된 것이다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따른 단말은, 파일럿 신호들을 수신하는 수신부와, 상기 파일럿 신호들의 수신 세기를 측정하고, 상기 측정된 수신 세기에 기반하여 빔 기반 랜덤 액세스 참여를 결정하고, 랜덤 액세스 시 빔 기반 랜덤 액세스 참여이면 빔 기반 랜덤 액세스를 시도하며, 그렇지 않으면 일반 랜덤 액세스를 시도하도록 제어하는 프로세서와, 상기 랜덤 액세스 시도에 따라 랜덤 액세스 신호를 송신하는 송신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

랜덤 액세스 처리 방법 및 그 장치{METHOD FOR PROCESSING RANDOM ACCESS AND DEVICE THEREOF}
본 발명의 다양한 실시 예들은 랜덤 액세스를 수행하는 장치 및 그의 동작 제어 방법에 관한 것이다.
4G 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템은 4G 네트워크 이후 (Beyond 4G Network) 통신 시스템 또는 LTE 시스템 이후 (Post LTE) 이후의 시스템이라 불리어지고 있다.
높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파(mmWave) 대역 (예를 들어, 60기가(60GHz) 대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서의 전파의 경로손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO), 전차원 다중입출력(Full Dimensional MIMO: FD-MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beam-forming), 및 대규모 안테나 (large scale antenna) 기술들이 논의되고 있다.
또한 시스템의 네트워크 개선을 위해, 5G 통신 시스템에서는 진화된 소형 셀, 개선된 소형 셀 (advanced small cell), 클라우드 무선 액세스 네트워크 (cloud radio access network: cloud RAN), 초고밀도 네트워크 (ultra-dense network), 기기 간 통신 (Device to Device communication: D2D), 무선 백홀 (wireless backhaul), 이동 네트워크 (moving network), 협력 통신 (cooperative communication), CoMP (Coordinated Multi-Points), 및 수신 간섭제거 (interference cancellation) 등의 기술 개발이 이루어지고 있다.
이 밖에도, 5G 시스템에서는 진보된 코딩 변조(Advanced Coding Modulation: ACM) 방식인 FQAM (Hybrid FSK and QAM Modulation) 및 SWSC (Sliding Window Superposition Coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC(Filter Bank Multi Carrier), NOMA(non orthogonal multiple access), 및SCMA(sparse code multiple access) 등이 개발되고 있다.
이동 통신 시스템에서 단말의 랜덤 액세스 동작은 상향링크 동기를 구현하는 시점에서 이루어질 수 있다. 경쟁 방식의 랜덤 액세스(content-based random access) 방법은 단말이 프리앰블(preamble)을 무작위로 선택하여 전송하는 방법이며, 둘 이상의 단말들이 동일한 프리앰블을 동시에 전송하는 경우에는 충돌이 발생될 수 있다. 상기 경쟁 방식의 랜덤 액세스 절차를 살펴보면, 단말은 상향링크 동기를 구현하여야 할 때 랜덤 액세스를 시도(접근 채널을 통해 프리앰블을 전송)하고, 기지국 장치는 랜덤 액세스에 대한 응답(random access response) 메시지를 해당하는 단말에 전송할 수 있다. 그러면 상기 단말은 RRC 접속 요구, 트래킹 영역 갱신(tracking area update), 스케줄링 요구 등과 같은 랜덤 액세스 절차 메시지(L2/L3 메시지)를 기지국 장치에 전송하며, 기지국 장치는 프리앰블이 인식된 단말을 구별하기 위해 경쟁 해소 메시지를 생성하여 HARQ 방식으로 해당 단말에 전송할 수 있다.
상기 경쟁 방식의 랜덤 액세스를 시도할 때, 단말은 다수의 단말들이 사용할 수 있는 프리앰블을 선택하여 랜덤 액세스를 하게 된다. 이 때, 복수의 단말들이 랜덤 액세스를 시도하면 충돌이 발생되어 랜덤 액세스를 실패하게 된다. 상기 단말은 랜덤 액세스를 시도한 후 설정된 시간(random access response window) 내에 RAR(Random Access Response) 메시지를 수신하지 못하면 랜덤 액세스가 실패된 것으로 판단할 수 있다. 그러면 상기 단말은 프리앰블의 전송 전력을 높여 랜덤 액세스를 재시도할 수 있다. 상기 단말은 기지국 장치로부터 RAR 메시지를 수신할 때까지 전송 전력을 높여가면서 프리앰블을 전송할 수 있다. 그리고 최대 전송 전력으로 프리앰블을 전송한 경우, 상기 단말 장치는 다시 초기 전송 전력으로 낮춰 프리앰블을 전송할 수 있다.
상기와 같이 4세대 이동 통신은 랜덤 액세스 시 다중 접속 통신을 사용하지 않고 있다. 따라서 4세대 이동 통신 시스템에서 사용하는 직교 방식의 다중 접속 기술(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access)은 각각 다른 자원을 선택하는 단말 간의 간섭은 존재 않지만 제한된 자원(예를 들면 프리앰블 등)을 가지는 상황에서 최대로 얻을 수 있는 통신 용량이 제한될 수 있다. 따라서 랜덤 액세스 시 다중 접속 기술을 적용하면 제한 랜덤 접속 자원으로 랜덤 액세스의 성공률을 향상시킬 수 있다.
또한 차세대(예를 들면, 5세대) 이동 통신 기술은 상기 4세대 통신의 직교 방식을 벗어난 비 직교 방식의 다중 접속 기술이 필요할 것으로 예측된다. 비 직교 방식의 다중 접속 기술을 사용할 경우, 각각 다른 자원을 선택하는 단말 간의 간섭은 어느 정도 존재하지만 직교 방식 대비 통신 용량을 획기적으로 높일 수 있다. 또한 비 직교 방식의 다중 접속 기술은 사물 인터넷(IoT: Internet of Things) 과 기기 간 통신(M2M: Machine-to-Machine)을 이용하는 전자 장치가 폭증할 5세대 이동통신을 위해서도 필수 불가결하다.
따라서 본 발명의 실시 예는 랜덤 액세스 시 다중 접속 기술을 이용하여 제한된 자원 활용을 극대화할 수 있는 장치, 시스템 및 이들의 제어 방법들을 제안한다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따른 통신 시스템은 다수의 단말들이 제한된 프리앰블을 사용하여 랜덤 액세스를 시도할 때, 복수의 단말들이 다중 접속을 할 수 있는 비 중첩 빔들 또는 중첩 빔들을 전송할 수 있는 장치 및 방법을 제안한다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따른 단말 장치는 통신 시스템에서 전송되는 비 중첩 빔 또는 중첩 빔에 의해 랜덤 접속 참여 조건을 결정하며 랜덤 액세스 시 상기 결정된 랜덤 액세스 참여 조건에 따라 통신 시스템에 다중 접속할 수 있는 장치 및 방법을 제안한다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따른 기지국은, 빔 기반 랜덤 액세스의 성능을 평가하고, 상기 성능 평가에 기반하여 랜덤 액세스의 빔 폭 및 빔 개수를 결정하며, 상기 결정된 빔들 각각에 서로 다른 파일럿 신호들을 할당하는 통신 처리부와, 상기 통신 처리부에서 할당된 신호를 통신하는 통신부와, 상기 통신 처리부에서 결정된 빔 폭 및 빔 개수에 따라 안테나의 빔포밍(beam forming)을 제어하여 신호를 송신 및 수신하는 안테나 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따른 기지국은, 빔의 중첩을 위한 적어도 하나의 레벨을 설정하고, 상기 레벨에 기반하여 빔 이득(gain)을 결정하며, 상기 결정된 빔들에 서로 다른 파일럿 신호를 할당하는 통신 처리부와, 상기 통신 처리부에서 할당된 신호들을 통신하는 통신부와, 랜덤 액세스 자원 정보 및 기지국의 참조 신호(Base Station Reference Signal)를 전송하고, 상기 통신 처리부에서 결정된 빔의 이득에 따라 빔들이 중첩되도록 빔포밍(beam forming)을 제어하여 할당된 신호들을 송신하는 안테나 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따른 단말은, 파일럿 신호들을 수신하는 수신부와, 상기 파일럿 신호들의 수신 세기를 측정하고, 상기 측정된 수신 세기에 기반하여 빔 기반 랜덤 액세스 참여를 결정하고, 랜덤 액세스 시 빔 기반 랜덤 액세스 참여이면 빔 기반 랜덤 액세스를 시도하며, 그렇지 않으면 일반 랜덤 액세스를 시도하도록 제어하는 프로세서와, 상기 랜덤 액세스 시도에 따라 랜덤 액세스 신호를 송신하는 송신부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따른 단말은, 기지국으로부터 랜덤 액세스 자원 정보, 레벨의 정보, 기지국의 참조 신호(Base Station Reference Signal) 및 파일럿 신호를 수신하는 수신부와, 상기 레벨의 정보 및 상기 기지국의 참조 신호에 기반하여 레벨을 파악하고, 상기 파악된 레벨에 해당하는 파일럿 신호들의 수신 세기를 측정하고, 상기 측정된 파일럿 신호들의 수신 세기에 기반하여 상기 랜덤 액세스 자원을 선택하며, 상기 선택된 랜덤 액세스 자원을 이용하여 빔 기반 랜덤 액세스를 수행하도록 제어하는 프로세서와, 상기 프로세서에서 출력되는 랜덤 액세스 정보를 송신하는 송신부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따른 기지국의 동작 방법은, 빔 기반 랜덤 액세스의 성능을 평가하는 동작과, 상기 성능 평가에 기반하여 랜덤 액세스의 빔 폭 및 빔 개수를 결정하는 동작과, 상기 결정된 빔들을 포밍(forming)하며, 상기 빔포밍 신호들의 각각에 서로 다른 파일럿 신호를 할당하여 송신하는 동작을 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따른 기지국의 동작 방법은, 빔의 중첩을 위한 적어도 하나의 레벨을 설정하는 동작과, 랜덤 액세스 자원 정보 및 기지국의 참조 신호(Base Station Reference Signal)를 전송하는 동작과, 상기 레벨에 기반하여 중첩되는 빔의 이득(gain)을 결정하는 동작과, 상기 결정된 빔의 이득에 따라 빔들이 중첩되도록 포밍하며, 상기 중첩되는 빔들에 서로 다른 파일럿 신호를 할당하여 송신하는 동작을 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따른 단말의 랜덤 액세스 방법은, 파일럿 신호들을 수신하는 동작과, 상기 파일럿 신호들의 수신 세기를 측정하는 동작과, 상기 측정된 수신 세기에 기반하여 빔 기반 랜덤 액세스 참여를 결정하는 동작과, 랜덤 액세스 시 빔 기반 랜덤 액세스 참여이면 빔 기반 랜덤 액세스를 시도하며, 그렇지 않으면 일반 랜덤 액세스를 시도하는 동작을 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따른 단말의 랜덤 액세스 방법은, 기지국으로부터 랜덤 액세스 자원 정보, 레벨의 정보, 기지국의 참조 신호(Base Station Reference Signal) 및 파일럿 신호를 수신하는 동작과, 상기 레벨의 정보 및 상기 기지국의 참조 신호에 기반하여 레벨을 파악하는 동작과, 상기 파악된 레벨에 해당하는 파일럿 신호들의 수신 세기를 측정하는 동작과, 상기 측정된 파일럿 신호들의 수신 세기에 기반하여 상기 랜덤 액세스 자원을 선택하는 동작과, 상기 선택된 랜덤 액세스 자원을 이용하여 빔 기반 랜덤 액세스를 수행하는 동작을 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따른 기지국은 커버리지 내 다수의 단말들은 랜덤 액세스 성능을 평가하여 빔 폭 및 빔 개수를 효율적으로 결정할 수 있다. 그에 따라 상기 단말들은 제한된 랜덤 액세스 자원을 효율적으로 사용할 수 있다. 그리고 상기 단말들은 상기 기지국에서 결정된 빔 폭 및 빔 개수에 따라 동일한 랜덤 액세스 자원을 이용하여 동시에 상기 기지국에 랜덤 액세스를 시도할 수 있다. 그 결과 상기 단말들은 상향링크 동기 성능을 향상시킬 수 있다.
또한 기지국은 설정된 빔 영역에 서로 다른 세기를 가지는 복수의 빔들을 포밍(forming)하여 중첩 빔 기반의 랜덤 액세스 빔을 지원할 수 있으며, 상기 중첩 빔 각각에 서로 다른 랜덤 액세스 자원을 할당하여 단말의 랜덤 액세스 성능을 향상시킬 수 있다. 그리고 단말은 중첩 빔 기반의 랜덤 액세스 환경에서 수신되는 하향링크 정보를 분석하여 랜덤 액세스 자원을 결정하고, 랜덤 액세스 시도 시 결정된 랜덤 액세스 자원을 이용하여 랜덤 액세스를 시도할 수 있다.
따라서 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 기지국은 비 중첩 빔 기반 또는 중첩 빔 기반의 랜덤 액세스 환경을 구현할 수 있으며, 비 중첩 빔 기반 또는 중첩 빔 기반의 랜덤 액세스 환경에서 복수의 단말들이 동일한 랜덤 액세스 자원을 이용하여 충돌 없이 랜덤 액세스를 수행할 수 있다.
본 발명과 그 장점에 대한 보다 완전한 이해를 위해 첨부된 도면을 참조하여 다음의 상세한 설명이 이뤄진다. 도면에서 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 이동통신 시스템에서 일반 랜덤 액세스를 수행하는 시스템을 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 이동 통신 시스템의 기지국의 블록 구성을 도시한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 처리부의 구성을 도시한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 단말의 블록 구성을 도시한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 비 중첩 빔 기반 랜덤 액세스를 수행하는 통신 시스템을 도시한다.
도 6a 및 6b는 본 발명의 실시 예에 따른 중첩 빔 기반 랜덤 액세스를 수행하는 통신 시스템을 도시한다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 비 중첩 빔 기반 랜덤 액세스에서 기지국의 전체 동작을 도시한 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 비 중첩 빔을 송신하는 기지국을 도시한다.
도 9a는 본 발명의 실시 예에 따른 랜덤 액세스 자원을 도시한다.
도 9b는 본 발명의 실시 예에 따른 단말이 수신한 파일럿 신호의 수신 세기를 도시한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 비 중첩 빔 기반 랜덤 액세스에서 기지국의 동작을 도시하는 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 랜덤 액세스를 수행하는 단말의 동작을 도시하는 흐름도이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 비 중첩 빔 기반 랜덤 액세스 참여 여부를 결정하는 단말과 그에 대응하는 기지국을 도시한다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 중첩 빔 기반 랜덤 액세스에서 기지국의 동작을 도시하는 흐름도이다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 중첩 빔에 대한 개념도들을 도시한다.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 중첩 빔 기반 랜덤 액세스를 수행하는 단말의 동작을 도시하는 흐름도이다.
도 16a 및 16b는 본 발명의 실시 예에 따른 랜덤 액세스 자원을 선택하는 단말의 동작을 도시한 흐름도이다.
도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 부분 경쟁 방식에서 랜덤 액세스를 수행하는 단말과 그에 대응하는 자원 분포를 도시한다.
도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 부분 경쟁 방식에서 단말의 동작 흐름도 및 랜덤 액세스 자원 개념도이다.
도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 전체 경쟁 방식에서 랜덤 액세스를 수행하는 단말과 그에 대응하는 자원 분포를 도시한다.
도면 전반에 걸쳐 동일한 참조 번호는 동일한 구성 요소, 특징 및 구조를 묘사하기 위해 사용된다는 것을 유의해야 한다.
이하, 본 문서의 다양한 실시 예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 문서의 실시예의 다양한 변경(modifications), 균등물(equivalents), 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 문서에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 문서에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 문서의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
이하에서 설명되는 본 발명의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어적인 접근 방법을 예시로서 설명한다. 하지만, 본 발명의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어와 소프트웨어를 모두 사용하는 기술을 포함하고 있으므로, 본 발명의 다양한 실시 예들이 소프트웨어 기반의 접근 방법을 제외하는 것은 아니다.
도 1은 이동통신 시스템에서 일반 랜덤 액세스를 수행하는 시스템을 도시한다.
도 1을 참조하면, 이동 통신 시스템 100은 기지국 110 및 단말 120 - 160 등을 포함할 수 있다.
기지국 110은 커버리지(coverage) 190 내에 위치되는 단말 120 내지 160 들에게 통신 서비스를 제공할 수 있다. 그리고 단말 120 내지 160은 기지국 110에 상향링크 동기를 획득하기 위하여 랜덤 액세스를 시도할 수 있다. 상기 단말 120 내지 160은 기지국 110과 항상 상향링크 동기를 유지하지 않으며, 필요 시에 랜덤 액세스를 시도하여 상향링크 동기를 구현할 수 있다.
단말 120 내지 140은 다른 단말들과 다른 랜덤 액세스 자원(예를 들면, 도 1에서 프리앰블(preamble) 1, 3, 4)을 송신하기 때문에, 동시에 랜덤 액세스를 시도하더라도 랜덤 액세스에 성공할 수 있다.
하지만 단말 150 및 160은 같은 랜덤 액세스 자원(도 1에서 프리앰블 2)을 송신하기 때문에 랜덤 액세스에 실패할 수 있다. 일반화하여, 제한된 자원을 가지는 상황에서 많은 수의 다양한 단말들이 랜덤 액세스를 시도하면 랜덤 액세스의 실패 확률이 높아질 수 있다.
따라서 랜덤 액세스를 효율적으로 하기 위하여, 이동 통신 시스템의 기지국에 다수의 단말들이 동일한 자원으로 다중 접속할 수 있는 기술이 요구될 수 있다. 상기 다중 접속 기술 중에 하나는 기지국이 빔 포밍(beam forming)하여 다수의 단말들과 동시에 접속하는 기술이 될 수 있다. 예를 들면 비 직교 방식의 다중 접속 기술을 사용할 경우, 기지국은 각기 다른 자원을 선택하는 단말들과 다중 접속되어 단말들의 통신 기능을 서비스할 수 있어 통신 용량을 획기적으로 높일 수가 있다. 또한, 5세대 이동통신에서는 IoT와 M2M과 같이 이동 통신을 하게 될 단말이 폭증하게 될 것이기 때문에 비 직교 방식의 다중 접속 기술이 필수불가결할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따른 통신 시스템은 비 중첩 빔 기반의 랜덤 액세스를 서비스할 수 있다. 이런 경우, 기지국은 동시 랜덤 액세스 지원이 가능한 단말 수, 랜덤 액세스 참여 조건을 만족하는 단말들의 수, 및/또는 전체 랜덤 액세스 충돌 횟수를 고려하여 빔 폭 및 빔 개수를 조절할 수 있다. 그리고 단말은 비교 방식 혹은 절대 방식으로 랜덤 액세스에 사용되는 수신 빔과 동일한 송신 빔의 측정으로 비 중첩 빔 기반 랜덤 액세스 참여 여부를 결정할 수 있다.
그리고 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 통신 시스템은 중첩 빔 기반의 랜덤 액세스를 서비스 할 수 있다. 상기 중첩 빔 기반의 랜덤 액세스 서비스 방법은 부분 경쟁 기반 또는 전체 경쟁 기반 방식의 랜덤 액세스 방식일 수 있다. 상기 부분 경쟁 방식의 중첩 빔 기반 랜덤 액세스 수행 시, 기지국은 미리 정의된 레벨에 따라 빔을 송신할 수 있다. 그리고 단말은 레벨 별 수신 신호 세기를 파악한 후, 해당 랜덤 액세스 참여 여부를 결정할 수 있다. 그리고 상기 전체 경쟁 방식의 중첩 빔 기반 랜덤 액세스를 수행할 때, 기지국 200은 항상 정의된 모든 방향의 빔을 송신할 수 있다. 그리고 단말은 자신이 속한 레벨에 해당되는 수신 빔 신호 세기만을 측정하여 해당 랜덤 액세스 참여 여부를 결정할 수 있다.
상기 비 중첩 또는 중첩 빔 기반 랜덤 액세스 참여 시, 단말들은 참여 조건을 만족할 경우에만 해당 빔 기반 랜덤 액세스 자원을 이용할 수 있다. 기지국은 빔 기반 랜덤 액세스 자원 정보 및 일반 랜덤 액세스 자원 정보가 포함된 랜덤 액세스 자원 정보를 커버리지 영역 내의 단말들에게 다운로드(예를 들면, 방송)할 수 있다. 그리고 단말은 랜덤 액세스 수신되는 신호(예를 들면, 파일럿 신호)의 세기를 감지하여 빔 기반 랜덤 액세스를 수행할지, 아니면 일반 랜덤 액세스를 수행할 지 여부를 결정할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 이동 통신 시스템의 기지국의 블록 구성을 도시한다.
도 2를 참조하면, 기지국 200은 버스 210, 통신 처리부 220, 저장부 230, 송신부 240, 수신부 250, 안테나 제어부 260, 안테나 270을 포함할 수 있다.
버스 210은 전술한 구성 요소들을 서로 연결할 수 있으며, 전술한 구성 요소들 간의 통신(예를 들면, 제어 메시지)을 전달할 수 있다.
통신 처리부 220은 다음과 같은 동작 및 기능을 수행할 수 있다.
먼저, 통신 처리부 220은 기지국 200의 구성 요소들을 제어하는 기능을 수행할 수 있다. 즉, 통신 처리부 220은 송신부 240, 수신부 250 및 안테나 제어부 260이 적합한 기능을 수행하도록 제어 메시지를 전달할 수 있다.
둘째, 통신 처리부 220은 신호를 생성하는 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 통신 처리부220은 파일럿 신호(pilot signal), 랜덤 액세스 자원 정보가 포함된 신호 등을 생성할 수 있다.
셋째, 통신 처리부 220은 신호를 할당 또는 맵핑하는 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 통신 처리부 220은 생성된 파일럿 신호를 빔마다 할당할 수 있고, 단말에 할당되는 랜덤 액세스 자원 정보를 방송 메시지에 맵핑할 수 있다.
넷째, 통신 처리부 220은 수신된 신호에서 필요한 정보를 추출 또는 검출하는 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 통신 처리부 220은, 단말이 랜덤 액세스를 수행하는 경우, 랜덤 액세스 자원(예를 들면, 프리앰블)을 추출 및 검출할 수 있다.
다섯째, 통신 처리부 220은 빔 기반 랜덤 액세스를 평가할 수 있다. 예를 들어, 통신 처리부 220은 랜덤 액세스 자원에 기반하여, 빔 기반 랜덤 액세스를 수행한 단말 중 랜덤 액세스에 성공한 단말이 얼마나 되는지 여부를 평가할 수 있다.
여섯째, 통신 처리부 220은 송신 또는 수신 빔을 결정하는 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 통신 처리부 220은 빔 기반 랜덤 액세스 평가에 기반하여 빔의 폭(width) 및 빔의 개수를 결정할 수 있다. 통신 처리부 220은 상기 결정된 빔의 폭 및 빔의 개수 정보를 안테나 제어부 260에 전달할 수 있다.
또한, 통신 처리부 220은 송신 신호를 변조하고 수신 신호를 복조하는 변/복조 기능을 가질 수 있다. 이 때, 상기 변/복조는 직교 방식(예를 들면 OFDM) 또는 비직교 방식(예를 들면 FBMC: Filter Bank Multi-Carrier)의 변/복조기가 될 수 있다.
저장부 230은 통신 처리부 220에 필요한 명령어, 프로그램 등을 저장할 수 있다. 또한 저장부 230은 통신 제어부 220에 의해 평가된 빔 기반 랜덤 액세스 성능 평가 정보를 저장할 수 있다.
송신부 240은 송신 신호를 RF 대역으로 상향 변환 및 전력 증폭하는 무선 주파수 송신부(RF TX)가 될 수 있다.
수신부 250은 수신 RF 신호를 저 잡음으로 증폭한 후 기저 대역(baseband)으로 하향 변환하는 무선 주파수 수신부(RF RX)가 될 수 있다.
여기서 송신부 240 및 수신부 250은 통신부가 될 수 있다.
안테나 제어부 260은 상기 통신 처리부 220의 제어에 의해 안테나 270의 빔의 폭, 개수 및 방향을 제어할 수 있다. 예를 들면, 안테나 제어부 260은 각각의 안테나 별 신호의 크기 값을 일정하게 하고, 위상 값을 균일하게 분포시켜 안테나 270이 설정된 방향(beam forming)으로 신호를 송출하도록 제어할 수 있다.
또한, 안테나 제어부 260은 안테나 270이 빔을 송신할 수 있도록 제어할 수 있다. 예를 들면, 안테나 제어부 260은 각각의 안테나 별 신호의 크기 값을 달리하고, 위상 값을 달리하여 특정 방향으로 안테나가 빔을 송신할 수 있도록 제어할 수 있다. 상기 안테나 별 신호의 크기 값 및 위상 값은 통신 제어부 210에 의해 결정된 빔들에 대한 정보에 기반하여 결정될 수 있다.
안테나 270은 한 개 이상의 안테나를 포함할 수 있다. 또한, 안테나 270은 MIMO(Multi Input Multi Output) 기법에 적합하게 구성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 처리부 220의 구성을 도시한다.
도 3을 참조하면, 통신 처리부 220은 버스 310, 생성부 320, 할당 및 맵핑부 330, 추출 및 검출부 340, 성능 평가부 350, 빔 결정부 360을 포함할 수 있다.
버스 310은 전술한 구성 요소들을 서로 연결할 수 있으며, 전술한 구성 요소들 간의 통신(예를 들면, 제어 메시지)을 전달할 수 있다.
생성부 320은 기지국 200에서 송신할 신호를 생성할 수 있다. 상기 신호는 파일럿 신호 및/또는 랜덤 액세스 자원 정보가 포함된 신호를 포함할 수 있다.
생성부 320은 파일럿 신호를 생성할 수 있다. 여기서 파일럿 신호는 단말에서 타 채널 신호의 복조를 위한 반송파 위상 동기로 사용될 수 있다. 또한 파일럿 신호는 단말이 기지국 정보를 획득할 수 있도록 하기 위해 기지국마다 서로 다른 위상 오프셋을 가질 수 있다. 또한 파일럿 신호는 단말이 기지국 200의 서로 다른 송신 빔들을 식별할 수 있도록 빔마다 서로 다른 위상 오프셋을 가질 수 있다. 파일럿 신호는 커버리지 영역 내의 단말들이 수신할 수 있도록 높은 출력을 가질 수 있다.
생성부 320은 랜덤 액세스 자원 정보가 포함된 신호를 생성할 수 있다. 여기서 랜덤 액세스 자원은 프리앰블(preamble)을 의미할 수 있다. 그리고 상기 랜덤 액세스 자원은 빔 기반 랜덤 액세스 자원 및/또는 일반적 랜덤 액세스 자원을 포함할 수 있다. 일반적 랜덤 액세스 자원은 다중 접속에 의해 랜덤 액세스를 수행하지 못하는 단말이 랜덤 액세스 시 사용할 수 있는 자원을 의미할 수 있다. 그리고 빔 기반 랜덤 액세스 자원은 빔 기반 랜덤 액세스를 수행하는 단말이 송신하는 자원을 의미할 수 있다. 생성부 320에서 생성되는 일반 랜덤 액세스 자원 및 빔 기반 랜덤 액세스 자원은 방송 등과 같은 방법으로 커버리지 영역 내의 단말들에 전송될 수 있다. 그리고 커버리지 영역 내에 위치된 단말은 일반 및 빔 기반의 랜덤 액세스 자원을 수신한 후, 기지국과 상향링크 동기가 필요할 때 자신의 환경에 따라 랜덤 액세스 자원을 선택하여 랜덤 액세스를 시도할 수 있다.
상기 생성부 320은 레벨 정보를 생성할 수 있다. 여기서 레벨은 기지국 200과 단말 간의 거리에 따라 차등되게 결정될 수 있다. 빔 기반 랜덤 액세스 자원은 레벨 정보를 포함할 수 있다. 상기 레벨 정보는 빔 기반 랜덤 액세스 시 중첩 빔의 위치, 폭 또는 세기 등의 정보를 포함할 수 있다.
할당 및 맵핑부 330은 신호들을 할당 및 맵핑할 수 있다.
할당 및 맵핑부 330은 생성부 320에서 생성된 파일럿 신호를 송신 빔 별로 할당할 수 있다. 통상의 파일럿 신호들은 각각의 기지국 별로 다른 값을 가질 수 있다. 하지만 본 발명의 실시 예에서 통신 처리부 220은 결정된 각각의 빔들에 대하여 서로 다른 파일럿 신호를 할당 및 맵핑할 수 있다. 따라서 할당 및 맵핑부 330은 생성부 320에서 생성된 각각의 파일럿 신호들을 빔 결정부 360에 따라 결정된 각각의 송신 빔들에 할당할 수 있다.
할당 및 맵핑부 330은 랜덤 액세스 자원 정보가 포함된 신호를 방송 신호에 맵핑할 수 있다. 상기 랜덤 액세스 자원 정보는 다중 접속 기술에 따른 랜덤 액세스가 서비스되지 않는 일반 랜덤 액세스 자원 정보와 빔 기반의 랜덤 액세스 자원 정보가 될 수 있다. 단말은 상기 랜덤 액세스 자원 정보가 포함된 신호를 방송을 통해 다운로드할 수 있으며, 랜덤 액세스가 필요해지는 시점에서 단말의 상황(예를 들면 위치)에 따라 일반 또는 빔 기반의 랜덤 액세스 자원을 이용하여 랜덤 액세스를 수행할 수 있다.
추출 및 검출부 340은 기지국 200이 수신한 신호 중에서 필요한 정보들을 추출하고, 검출하는 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 추출 및 검출부 340은 본 발명의 실시 예에 따라 랜덤 액세스를 수행한 단말로부터 랜덤 액세스 자원을 추출하고 검출할 수 있다.
성능 평가부 350은 검출된 정보에 기반하여 빔 기반 랜덤 액세스의 성능을 평가할 수 있다. 구체적으로, RA 성능 평가부 350은 랜덤 액세스를 수행한 단말이 빔 기반 랜덤 액세스를 수행하였는지 여부, 일반적 랜덤 액세스를 수행하였는지 여부를 식별하여 랜덤 액세스를 평가할 수 있다. 또한, 성능 평가부 350은 빔 기반 랜덤 액세스를 수행한 단말들 중에서 랜덤 액세스에 성공한 단말이 얼마나 되는지 여부를 평가할 수 있다.
빔 결정부 360은 RA 평가에 기반하여 안테나 270을 통해 송출하기 위한 빔의 특성을 결정할 수 있다. 구체적으로, 빔 결정부 360은 RA 평가에 기반하여 빔의 폭, 빔의 개수, 빔의 이득(gain) 등을 결정할 수 있다. 예를 들어, RA 평가부 350이 빔 기반 랜덤 액세스를 수행하는 단말의 수가 적다고 평가한 경우, 빔 결정부 360은 송신 빔의 폭을 넓히고, 송신 빔의 개수를 줄일 수 있다. 또한, 성능 평가부 350이 빔 기반 랜덤 액세스에 성공한 단말의 수가 적다고 평가한 경우, 빔 결정부 360은 송신 빔의 폭을 좁히고, 송신 빔의 개수를 늘일 수 있다. 빔 결정부 360은 결정된 빔의 정보를 안테나 제어부 260에 전달하여 결정된 빔이 안테나 270을 통해 송/수신되도록 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 단말 400의 블록 구성을 도시한다.
도 4를 참조하면, 단말 400은 버스 410, 프로세서 420, 송신부 430, 수신부 440 및 안테나 450을 포함할 수 있다.
버스 410은 전술한 구성 요소들을 서로 연결할 수 있으며, 전술한 구성 요소들 간의 통신(예를 들면, 제어 메시지)을 전달할 수 있다.
프로세서 420은 수신된 파일럿 신호들의 강도를 측정하여, 빔 기반 랜덤 액세스를 수행할지 여부를 판단할 수 있다. 구체적으로 프로세서 420은 빔 별로 다른 값을 가지는 파일럿 신호들을 수신하여 각 신호들의 강도를 측정할 수 있다. 그리고 프로세서 420은 상기 측정된 강도에 기반하여 특정 빔 내에 단말이 위치되는지 여부를 판단할 수 있다. 그 후, 프로세서 420은 단말이 특정 빔 내에 위치되었다고 판단되면 빔 기반 랜덤 액세스 수행은 결정할 수 있다. 반면, 프로세서 420은 단말이 특정 빔 내에 위치되지 않았다고 판단되면 일반적 랜덤 액세스 수행을 결정할 수도 있다. 그리고 프로세서 420은 빔 기반 랜덤 액세스를 어떻게 수행할 지도 결정할 수 있다.
또한, 프로세서 420은 수신된 랜덤 액세스 자원 정보를 통해 빔 기반 랜덤 액세스를 수행할지 여부를 결정할 수 있다. 프로세서 420은 할당된 랜덤 액세스 자원(예를 들면, 프리앰블)을 인지할 수 있다. 상기 랜덤 액세스 자원은 상술한 바와 같이, 일반적 랜덤 액세스 자원과 빔 기반 랜덤 액세스 자원으로 구분될 수 있다. 단말은 측정된 파일럿 신호의 강도에 기반한 결정에 따라 일반적 랜덤 액세스 자원 및 빔 기반 랜덤 액세스 자원 중 하나를 선택하여 랜덤 액세스를 수행할 수 있다.
또한, 프로세서 420은 빔 기반 랜덤 액세스 자원 정보에 포함된 레벨 정보를 인지할 수 있다. 상기 레벨 정보는 기지국과의 거리(달리 표현하면, 기지국의 참조 신호(Base Station Reference Signal)의 세기)에 따라 차등되게 결정될 수 있다. 예를 들어, 기지국의 커버리지 영역이 거리에 따라 3개의 구간으로 나누는 경우, 레벨 정보는 가장 기지국에 가까운 구간은 레벨 1, 중간 구간은 레벨 2, 가장 바깥 구간은 레벨 3이라는 정보로 설정될 수 있다.
또한, 프로세서 420은 수신된 기지국의 참조 신호의 강도를 측정하여 단말의 레벨을 파악할 수 있다. 상기 레벨이 3개의 단계로 구분되었다고 가정한다. 프로세서 420은 수신되는 참조신호의 세기를 측정하고, 이를 설정된 임계값과 비교하여 3개의 세기로 구분할 수 있다. 그리고 프로세서 420은 참조 신호가 강하면(제1 세기) 단말의 위치가 레벨 1이라고 파악할 수 있고, 참조 신호가 중간이면(제2 세기) 단말의 위치가 레벨 2라고 파악할 수 있으며, 참조 신호가 약하면(제3 세기) 단말의 위치가 레벨 3이라고 파악할 수 있다.
송신부 430은 송신 신호를 RF 대역으로 상향 변환 및 전력 증폭하는 무선 주파수 송신부(RF TX)가 될 수 있다. 또한 송신부 430은 변조기(modulator)를 더 포함할 수 있다. 상기 변조기는 직교(예를 들면, OFDM) 또는 비 직교 방식(예를 들면, FBMC: Filter Bank Multi-Carrier)의 변조기가 될 수 있다.
수신부 440은 수신 RF 신호를 저 잡음으로 증폭한 후 기저대역(baseband)으로 하향 변환하는 무선 주파수 수신부(RF RX)가 될 수 있다. 또한 수신부 440은 복조기(de-modulator)를 더 포함할 수 있다. 상기 복조기는 직교 방식 또는 비 직교 방식의 복조기가 될 수 있다.
안테나 450은 기지국으로부터 신호를 수신할 수 있고, 기지국에 신호를 송신할 수 있다. 예를 들면 안테나 450은 기지국으로부터 파일럿 신호, 랜덤 액세스 자원 정보가 포함된 신호, 기지국의 참조 신호 등을 수신할 수 있다. 또한 안테나 450은 기지국에 랜덤 액세스 자원을 송신할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 비 중첩 빔 기반 랜덤 액세스를 수행하는 통신 시스템을 도시한다. 상기 도 5는 비 중첩 빔 기반의 랜덤 액세스를 제공하는 통신 시스템이 3개의 빔들을 포밍(forming)하여 랜덤 액세스 서비스를 수행하는 예를 도시하고 있다.
도 5를 참조하면, 통신 시스템 500은 기지국 510 및 단말 520 - 540을 포함할 수 있다.
기지국 510은 기지국 200의 기능을 수행할 수 있다. 그리고 기지국 510은 도 5에 도시된 바와 같이 3개의 빔을 송신할 수 있다. 기지국 510이 송신하는 3개의 빔의 영역들은 서로 중첩되지 않는데, 이하 본 문서에서는 이를 비 중첩 빔이라고 표현할 수 있다.
단말 520 내지 540은 단말 400의 기능을 수행할 수 있다. 그리고 단말 520 내지 540은 동시에 같은 랜덤 액세스 자원(도 5에 도시된 프리앰블 2)을 이용하여 기지국 200에 랜덤 액세스를 수행하는 단말일 수 있다. 따라서 비 중첩 빔 기반의 랜덤 액세스를 서비스하는 통신 시스템에서 서로 다른 빔 포밍(beam forming) 영역에 위치된 복수의 단말들이 동안 랜덤 액세스 자원을 이용하여 랜덤 액세스를 시도하는 경우에 기지국 200은 대응되는 단말의 랜덤 액세스를 감지할 수 있다. 즉, 도 5에 도시된 비 중첩 빔 기반 랜덤 액세스의 경우, 단말 520, 530 및 540은 서로 같은 자원을 이용하여 랜덤 액세스를 수행하고 있지만 충돌 없이 성공적으로 랜덤 액세스를 수행할 수 있다. 왜냐하면 기지국 510은 각각의 빔 별로 랜덤 액세스 자원을 구분할 수 있기 때문이다. 이는 그래프 560을 통해 명확해질 수 있다.
그래프 560은 기지국 510에 수신된 랜덤 액세스 자원을 표시한 것일 수 있다. 그래프 560의 사용자 1의 S1 영역에서 수신된 랜덤 액세스 자원의 수신 세기는 임계 간섭 레벨 이상일 수 있는 반면에, 사용자 1의 S2, S3 영역에서 수신된 랜덤 액세스 자원의 수신 세기는 임계 간섭 레벨 이하일 수 있다. 그리고 사용자 2의 S2 영역에서 수신된 랜덤 액세스 자원의 수신 세기는 임계 간섭 레벨 이상일 수 있는 반면에, 사용자 2의 S1, S3 영역에서 수신된 랜덤 액세스 자원의 수신 세기는 임계 간섭 레벨 이하일 수 있다. 따라서 기지국 510은 사용자 1 및 사용자 2가 같은 자원을 사용하더라도 이를 구분하여 수신할 수 있으며, 사용자 1 및 사용자 2는 같은 자원을 사용하였지만 충돌 없이 랜덤 액세스에 성공할 수 있다.
중첩 빔 기반의 랜덤 액세스 방법은 적어도 두 개의 빔들이 중첩되어 랜덤 액세스를 서비스할 수 있다. 그리고 중첩되는 빔은 서로 다른 폭을 갖거나 동일한 폭을 가질 수 있다. 그리고 중첩되는 빔은 서로 다른 이득(gain)을 가질 수 있다. 또한, 중첩 빔 기반의 랜덤 액세스는 부분 경쟁 방식 또는 전체 경쟁 방식일 수 있다. 부분 경쟁 방식의 빔 기반 랜덤 액세스 방법은 중첩되는 빔들의 속성을 설정할 때, 빔의 폭을 서로 다르게 설정(예를 들면 기지국에서 가까운 거리의 빔은 빔 폭을 넓게 설정하고 기지국에서 먼 거리의 빔은 빔의 폭을 상대적으로 좁게 설정할 수 있음)하고, 빔들의 이득을 각각 대응되는 레벨에 따라 다르게 설정할 수 있다. 그리고 전체 경쟁 방식의 빔 기반 랜덤 액세스 방법은 중첩되는 빔들의 속성을 결정할 때, 빔들의 폭을 서로 동일하게 설정하고 빔들의 세기를 레벨에 따라 다르게 설정할 수 있다.
도 6a 및 6b는 본 발명의 실시 예에 따른 중첩 빔 기반 랜덤 액세스를 수행하는 통신 시스템을 도시한다. 도 6a 및 도 6b는 부분 경쟁 방식의 랜덤 액세스 접속 방법의 예를 도시하고 있으며, 3개의 레벨들에 의해 3가지의 서로 다른 세기를 가지는 빔들이 중첩되어 빔포밍(beam forming)되는 예를 도시하고 있다.
도 6a의 사용자 1 내지 3은 넓은 빔, 중간 빔, 좁은 빔들에 대해 같은 자원을 사용하여 각각 랜덤 액세스를 수행할 수 있다. 그러나 도 6b와 같은 경우, 사용자 1에 비하여 사용자 2 및 3은 제한된 자원을 이용하여 랜덤 액세스 수행이 가능할 수 있다. 즉, 빔들을 중첩하여 빔포밍을 수행하면, 랜덤 액세스 경쟁 구도는 단말이 위치되는 기지국과의 거리에 따라 다르게 설정될 수 있다. 따라서 도 6a의 랜덤 액세스 방법은 기지국과의 거리가 비슷한 사용자들끼리의 경쟁 구도로 설정 가능하며, 도 6b의 랜덤 액세스 방법은 거리에 상관없이 모든 사용자들끼리 경쟁하는 구도로 설정 가능하다. 따라서 도 6b와 같이 중첩되는 빔들이 같은 방향(direction)에 위치되는 사용자들에 전달될 때, 같은 방향으로 위치되는 복수의 사용자들의 랜덤 액세스 충돌을 제어하기 위한 랜덤 액세스 프레임 구조가 필요할 수 있다.
도 6b를 참조하면, 통신 시스템 600은 기지국 200 및 단말 620 내지 640을 포함할 수 있다.
기지국 200은 도 6b에 도시된 바와 같이 3개의 빔을 송신할 수 있다. 그리고 기지국 200이 송신하는 3개의 빔들은 서로 다른 파일럿 신호를 포함할 수 있다. 기지국 200이 송신하는 3개의 빔의 영역들은 서로 중첩되는데, 이하 본 발명의 실시 예에서는 이를 중첩 빔이라고 칭하기로 한다.
단말 620 내지 640은 각각 다른 레벨을 가지는 중첩 빔들에 위치된 단말일 수 있다. 단말 620은 기지국이 송신하는 3개의 빔(즉, S1, S2, S3)을 중첩하여 수신할 수 있고, 단말 630은 기지국이 송신하는 2개의 빔(즉, S2, S3)을 중첩하여 수신할 수 있으며, 단말 640은 기지국이 송신하는 1개의 빔(S3)을 수신할 수 있다. 만약 단말 620 및 단말 630이 동시에 같은 자원을 통해 랜덤 액세스를 시도한다면, 기지국 200은 단말 620이 사용한 랜덤 액세스 자원과 단말 630이 사용한 랜덤 액세스 자원을 구별할 수 없기 때문에 단말 620 및 630의 랜덤 액세스는 충돌로 인해 실패될 수 있다. 하지만 본 발명의 실시 예에 따른 중첩 빔 기반 랜덤 액세스의 경우, 단말이 자신의 레벨을 고려하여 랜덤 액세스 자원을 선택할 수 있기 때문에 이러한 충돌을 막을 수 있다. 예를 들면, 단말 620은 자신의 레벨(예를 들면, 레벨 1)에 기반하여, 단말 630 및 단말 640이 사용할 수 있는 랜덤 액세스 자원(즉, 빔 S2 및 S3의 랜덤 액세스 자원)을 제외한 다른 사용 가능한 랜덤 액세스 자원을 선택(즉, 빔 S1의 랜덤 액세스 자원을 선택)하여 랜덤 액세스를 수행할 수 있다. 그리고 단말 630은 자신의 레벨(예를 들면, 레벨 2)에 기반하여, 단말 640이 사용할 수 있는 랜덤 액세스 자원(즉, 빔 S3의 랜덤 액세스 자원)을 제외한 다른 사용 가능한 랜덤 액세스 자원을 선택(즉, 빔 S2의 랜덤 액세스 자원을 선택)하여 랜덤 액세스를 수행할 수 있다.
상기 도 6a 및 6b은 3개의 레벨에 기반한 중첩 빔을 예시하고 있는데, 이는 단지 설명을 위함이다. 필요한 경우, 다양한 실시 예에 따른 중첩 빔은 N개의 레벨에 기반할 수 있다.
상기와 같이 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 기지국은, 빔 기반 랜덤 액세스의 성능을 평가하고, 상기 성능 평가에 기반하여 랜덤 액세스의 빔 폭 및 빔 개수를 결정하며, 상기 결정된 빔들 각각에 서로 다른 파일럿 신호들을 할당하는 통신 처리부와, 상기 통신 처리부에서 할당된 신호를 통신하는 통신부와, 상기 통신 처리부에서 결정된 빔 폭 및 빔 개수에 따라 안테나의 빔포밍(beam forming)을 제어하여 신호를 송신 및 수신하는 안테나 제어부를 포함한다.
상기 통신 처리부는 성능 평가부 및 빔 결정부를 포함하며, 상기 성능 평가부는 상기 빔 기반 랜덤 액세스에 참여하는 단말들의 수에 기반하여 빔 기반 랜덤 액세스의 성능을 평가하며, 상기 빔 결정부는 상기 빔 기반 랜덤 액세스에 참여하는 단말들의 수에 따라 빔의 폭 및 빔의 개수를 조절한다.
상기 성능 평가부는 상기 빔 기반 랜덤 액세스에 참여하는 단말들 중에서 충돌이 발생하는 단말들의 수에 기반하여 빔 기반 랜덤 액세스의 성능을 더 평가하며, 상기 빔 결정부는 상기 빔 기반 랜덤 액세스에 참여하는 단말들의 수 및 상기 랜덤 액세스 충돌이 발생하는 단말들의 수에 따라 빔의 폭 및 빔의 개수를 조절한다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면 상기 통신 처리부는 생성부를 더 포함하며, 상기 생성부는 랜덤 액세스 자원 정보를 생성하며, 상기 랜덤 액세스 자원 정보는 상기 빔 기반 랜덤 액세스 자원 정보 및 일반적 랜덤 액세스 자원 정보를 포함한다.
상기 랜덤 액세스 자원 정보는 빔 레벨의 정보를 더 포함하며, 상기 빔 결정부는 상기 결정된 빔 폭의 적어도 일부 구간에서 중첩되는 빔의 이득(gain)을 상기 레벨 정보에 따라 결정하고, 상기 안테나 제어부는 상기 빔 폭 및 빔 개수로 빔포밍(beam forming)을 제어하고, 상기 레벨에 대응되는 빔 영역에 빔을 중첩하여 송신한다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따른 기지국은 빔의 중첩을 위한 적어도 하나의 레벨을 설정하고, 상기 레벨에 기반하여 빔 이득(gain)을 결정하며, 상기 결정된 빔들에 서로 다른 파일럿 신호를 할당하는 통신 처리부와, 상기 통신 처리부에서 할당된 신호들을 통신하는 통신부와, 랜덤 액세스 자원 정보 및 기지국의 참조 신호(Base Station Reference Signal)를 전송하고, 상기 통신 처리부에서 결정된 빔의 이득에 따라 빔들이 중첩되도록 빔포밍(beam forming)을 제어하여 할당된 신호들을 송신하는 안테나 제어부를 포함한다.
상기 안테나 제어부는 상기 중첩된 빔 영역들을 통해 수신되는 단말의 빔 기반 랜덤 액세스 정보를 수신하여 통신부에 인가한다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따른 단말은 파일럿 신호들을 수신하는 수신부와, 상기 파일럿 신호들의 수신 세기를 측정하고, 상기 측정된 수신 세기에 기반하여 빔 기반 랜덤 액세스 참여를 결정하고, 랜덤 액세스 시 빔 기반 랜덤 액세스 참여이면 빔 기반 랜덤 액세스를 시도하며, 그렇지 않으면 일반 랜덤 액세스를 시도하도록 제어하는 프로세서와, 상기 랜덤 액세스 시도에 따라 랜덤 액세스 신호를 송신하는 송신부를 포함한다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면 상기 프로세서는 상기 측정된 파일럿 신호들의 수신 세기들 중에서 최대값이 존재하면 빔 기반 랜덤 액세스 참여로 결정한다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면 상기 프로세서는 상기 측정된 파일럿 신호들의 수신 세기들 중에서 파일럿 신호의 최대 수신 세기가 나머지 파일럿 신호들의 수신 세기의 합보다 크면 빔 기반 랜덤 액세스 참여로 결정한다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면 상기 프로세서는 상기 측정된 파일럿 신호들의 수신 세기들 중에서 최대 수신 세기는 설정된 임계값 이상이고, 나머지 수신 세기들은 상기 임계값 이하이면 빔 기반 랜덤 액세스 참여로 결정한다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면 상기 프로세서는 상기 측정된 파일럿 신호들의 수신 세기들 중에서 최대 수신 세기는 설정된 임계값 이상이고, 나머지 수신 세기들의 합은 상기 임계값 이하이면 빔 기반 랜덤 액세스 참여로 결정한다.
그리고 상기 수신부는 기지국으로부터 빔 기반 랜덤 액세스 자원 정보 및 일반 랜덤 액세스 자원 정보를 수신하며, 상기 프로세서는 상기 빔 기반 랜덤 액세스 참여로 결정되면 빔 기반 랜덤 액세스 자원을 이용하여 랜덤 액세스를 수행하고, 상기 빔 기반 랜덤 액세스 참여가 아니면 일반 랜덤 액세스 자원을 이용하여 랜덤 액세스를 수행하도록 제어한다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면 상기 수신부는 기지국으로부터 레벨의 정보 및 상기 기지국의 참조 신호(Base Station Reference Signal)를 더 수신하며, 상기 프로세서는 상기 기지국의 참조 신호 및 상기 레벨의 정보에 기반하여 레벨을 파악하고, 상기 파악된 레벨 및 상기 측정된 수신 세기에 기반하여 빔 기반 랜덤 액세스 참여를 결정한다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따른 단말은 기지국으로부터 랜덤 액세스 자원 정보, 레벨의 정보, 기지국의 참조 신호(Base Station Reference Signal) 및 파일럿 신호를 수신하는 수신부와, 상기 레벨의 정보 및 상기 기지국의 참조 신호에 기반하여 레벨을 파악하고, 상기 파악된 레벨에 해당하는 파일럿 신호들의 수신 세기를 측정하고, 상기 측정된 파일럿 신호들의 수신 세기에 기반하여 상기 랜덤 액세스 자원을 선택하며, 상기 선택된 랜덤 액세스 자원을 이용하여 빔 기반 랜덤 액세스를 수행하도록 제어하는 프로세서와, 상기 프로세서에서 출력되는 랜덤 액세스 정보를 송신하는 송신부를 포함한다.
상기 프로세서는 상기 측정된 파일럿 신호들 중에서 제 1 파일럿 신호를 제외하고, 상기 제 1 파일럿 신호가 제외된 제 2 파일럿 신호 중 수신 세기가 가장 큰 파일럿 신호를 선택하며, 상기 선택된 파일럿 신호에 대응하는 랜덤 액세스 자원을 선택한다.
상기 제 1 파일럿 신호는 다른 레벨에서 가장 큰 수신 세기를 가지는 파일럿 신호이며, 상기 제 2 파일럿 신호는 상기 수신된 파일럿 신호들 중에서 제 1 파일럿 신호들을 제외한 파일럿 신호이다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면 상기 프로세서는 상기 측정된 파일럿 신호들 중에서 최대 수신 세기를 가지는 파일럿 신호에 대응하는 랜덤 액세스 자원을 선택한다.
이하의 본 발명의 실시 예에 따른 비 중첩 빔 기반의 랜덤 액세스 동작을 상세하게 설명한다.
먼저 비 중첩 빔 기반의 랜덤 액세스 동작을 살펴본다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 비 중첩 빔 기반 랜덤 액세스에서 기지국 200의 전체 동작을 도시한 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 기지국 200은 커버리지 영역 내의 단말들에 랜덤 액세스 자원 정보를 전송할 수 있다. 여기서 전송되는 랜덤 액세스 자원 정보는 통신 처리부 220의 생성부 320에서 생성된 정보일 수 있다. 상기 랜덤 액세스 자원 정보는 빔 기반의 랜덤 액세스 자원 정보 및 일반 랜덤 액세스 자원 정보를 모두 포함할 수 있다. 또한 상기 커버리지 영역 내의 모든 단말들에 전송되어야 하므로, 상기 기지국 장치는 상기 랜덤 액세스 자원 정보를 방송 채널을 통해 전송할 수 있다. 그리고 상기 단말들은 상기 랜덤 액세스 자원 정보를 수신하여 저장할 수 있다.
그리고 기지국 200은 커버리지 영역 내의 단말들(예를 들면, 단말 400 등)이 서로 다른 방향(위치)에서 다중 접속할 수 있도록 복수의 빔들을 형성할 수 있다. 기지국 200은 동작 710에서 상기 서로 다른 방향성(direction)을 가지는 복수의 빔들을 생성할 수 있으며, 상기 생성된 각각의 빔들에 서로 다른 파일럿 신호들을 포함시킬 수 있다. 송신 빔에 포함된 파일럿 신호는 통신 처리부 220의 생성부 320에 의해 생성되어, 할당 및 맵핑부 330에 의하여 각각의 빔에 할당 및 맵핑된 신호일 수 있다. 또한 기지국 200은 단말이 일반 랜덤 액세스를 시도할 수 있는 일반 빔 신호(예를 들면, 방향성을 가지지 않는 전 방향 신호)를 전송할 수도 있다.
기지국 200의 커버리지 영역 내에 위치되는 단말들은 기지국 200에 상향 링크 동기가 필요한 시점에서 랜덤 액세스를 시도할 수 있다. 이 때, 기지국 200은 복수의 빔들을 서로 다른 방향으로 형성하여 신호를 전송하고 있으며, 이에 대응하여 단말들은 자신의 위치에 따라 서로 다른 파일럿 신호가 포함된 빔들을 수신할 수 있다. 즉, 복수의 단말들은 기지국 200에 다중 접속될 수 있으며, 다중 접속된 단말들은 서로 다른 파일럿 신호를 수신할 수 있다. 그러면 단말은 자신의 위치에 수신되는 신호를 분석할 수 있다. 그리고 단말은 상기 분석 결과에 따라, 미리 저장된 빔 기반의 랜덤 액세스 자원 정보 또는 일반 랜덤 액세스 자원 정보를 이용하여 랜덤 액세스를 시도할 수 있다. 그러면 기지국 200은 동작 720에서 단말들의 랜덤 액세스를 서비스할 수 있다. 이 때 서로 다른 빔을 사용하는 단말들이 동시에 동일한 자원을 이용하여 랜덤 액세스를 시도하더라도, 기지국은 충돌 없이 해당 단말들의 랜덤 액세스를 서비스할 수 있다. 그리고 기지국 200은 성공된 랜덤 액세스 자원을 저장부 230 등에 저장할 수 있다.
그 후, 기지국 200은 동작 730에서 성공된 랜덤 액세스 자원에 기반하여 빔 기반 랜덤 액세스의 성능을 평가할 수 있다. 즉, 기지국 200은 빔 기반 랜덤 액세스 및 일반 랜덤 액세스의 서비스 비율을 분석할 수 있으며, 각 빔들에서 시도된 랜덤 액세스의 성능을 평할 수 있다. 상기 빔 기반 랜덤 액세스의 성능 평가는 통신 처리부 220의 성능 평가부 350에 의해 이뤄질 수 있다.
성능 평가를 수행한 후, 기지국 200은 동작 740에서 상기 성능 평가에 기반하여 추후 랜덤 액세스에 사용될 빔의 폭과 빔의 개수를 결정할 수 있다. 상기 빔의 폭과 빔의 개수 결정은 통신 처리부 220의 빔 결정부 360에서 이뤄질 수 있다.
그 후, 기지국 200은 추후 단말들이 랜덤 액세스를 수행한다고 판단되는 경우, 상기 결정된 빔의 폭 및 빔의 개수에 따라 빔을 송신(즉, 동작 710을 수행)할 수 있다.
도 7에 도시된 기지국의 동작으로 인하여, 빔 기반 랜덤 액세스를 수행하는 단말의 수 및 빔 기반 랜덤 액세스에 성공하는 단말의 수는 증가될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 비 중첩 빔을 송신하는 기지국 200을 도시한다.
도 8을 참조하면, 기지국 200은 참조 810에서 넓은 빔 3개를 비 중첩되게 송신하고 있을 수 있고, 참조 860에서 좁은 빔 9개를 비 중첩되게 송신하고 있을 수 있다.
참조 810과 같이 기지국 200이 넓은 빔 3개를 송신하는 경우, 빔의 영역이 기지국 200의 커버리지 영역의 대부분이 되기 때문에, 많은 수의 단말이 빔 기반 랜덤 액세스에 참여할 수 있다. 하지만 기지국 200이 구분할 수 있는 동일한 랜덤 액세스 자원은 3개로 한정되기 때문에, 단말이 랜덤 액세스에 성공할 확률은 좁은 빔(참조 860과 같은)의 경우에 비하여 떨어질 수 있다.
참조 860과 같이 기지국 200이 좁은 빔 9개를 송신하는 경우, 빔의 영역이 좁기 때문에 상대적으로 적은 양(예를 들면, 참조 810의 경우와 비교하여)의 단말이 빔 기반 랜덤 액세스에 참여할 수 있다. 하지만 기지국 200이 구분할 수 있는 동일한 랜덤 액세스 자원은 9개이기 때문에, 단말이 랜덤 액세스에 성공할 확률은 넓은 빔(참조 810과 같은)의 경우에 비하여 올라갈 수 있다.
도 9a는 본 발명의 실시 예에 따른 랜덤 액세스 자원을 도시한다. 도 9에 도시된 랜덤 액세스 자원의 비트 수 및 자원 영역의 분류 방식 등은 설명을 위한 예시일 뿐이며, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 변형이 가능하다.
도 9a를 참조하면 랜덤 액세스 자원 900은 빔 기반 랜덤 액세스를 위한 자원 910 및 일반 적 랜덤 액세스를 위한 자원 920을 포함할 수 있다.
빔 기반 랜덤 액세스를 위한 자원 910은 빔 기반 랜덤 액세스를 수행하는 단말이 사용할 수 있다. 반면, 일반적 랜덤 액세스를 위한 자원 920은 다중 접속에 의해 랜덤 액세스를 수행하지 못하는 단말이 사용할 수 있다. 기지국 200은 추출 및 검출부 340을 통해 랜덤 액세스 자원 900을 검출할 수 있다.
그리고 기지국 200은 검출된 랜덤 액세스 자원 900을 활용하여 하기와 같이 랜덤 액세스 성능을 평가할 수 있다.
기지국 200은 빔 기반 랜덤 액세스 자원 910을 활용한 단말의 수와 일반적 랜덤 액세스 자원 920을 활용한 단말의 수를 비교하여 빔 기반 랜덤 액세스에 참여한 단말의 비율을 계산할 수 있다. 또한, 기지국 200은 빔 기반 랜덤 액세스 자원 910을 활용한 단말 중에서 충돌로 인하여 랜덤 액세스에 참여하지 못한 단말의 비율을 계산할 수 있다. 그 후, 기지국 200은 계산된 빔 기반 랜덤 액세스에 참여한 단말의 비율 및 랜덤 액세스에 참여하지 못한 단말의 비율을 적절하게 조합하여 빔 기반 랜덤 액세스 성능을 평가할 수 있다.
도 9b는 본 발명의 실시 예에 따른 단말이 수신한 파일럿 신호의 수신 세기를 도시한 그래프이다.
도 9b를 참조하면, 그래프 940 및 950은 랜덤 액세스를 수행하는 단말의 파일럿 수신 세기를 표시하고 있다,
그래프 940 및 그래프 950의 단말 1 및 단말 2는 단말 400의 기능을 수행할 수 있다.
그래프 940에서, 단말 1은 파일럿 신호 P1을 강한 세기로 수신한 반면, 파일럿 신호 P2 내지 Pn을 약한 세기로 수신하였다. 즉, 단말 1은 P1이 포함된 빔의 영역(달리 표현하면, P2 내지 Pn이 포함된 빔들의 간섭이 적은 환경)에 위치된 단말일 수 있다. 따라서 단말 1은 빔 기반 랜덤 액세스 참여 조건을 만족하는 단말일 수 있으며, 빔 기반 랜덤 액세스 자원 910을 이용하여 랜덤 액세스를 수행할 수 있다.
그래프 950에서, 단말 2는 파일럿 신호 P1 내지 Pn을 비슷한 세기로 수신하였다. 즉, 단말 2는 빔 영역 바깥에 위치되었거나, 빔 영역 경계(달리 표현하면, P2 내지 Pn이 포함된 빔들의 간섭이 큰 환경)에 위치된 단말일 수 있다. 따라서 단말 2는 다중 접속에 의해 랜덤 액세스를 수행할 수 없으며, 일반적 랜덤 액세스 자원 920을 이용하여 랜덤 액세스를 수행할 수 있다,
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 비 중첩 빔 기반 랜덤 액세스에서 기지국 200의 동작을 도시하는 흐름도이다.
도 10을 참조하면, 기지국 200은 동작 1005에서 초기 빔 폭 및 빔 개수를 설정할 수 있다. 초기 빔의 폭은 넓게(이에 대응하여, 빔 개수는 감소하게) 설정될 수 있다. 왜냐하면 참조 810에서와 같이 빔의 폭이 넓을수록 많은 단말들이 빔 기반 랜덤 액세스에 참여할 수 있기 때문이다.
그 후, 기지국 200은 동작 1010에서 설정된 빔 별로 파일럿 신호를 삽입하여 송신할 수 있다. 그리고 단말이 이에 대응하여 랜덤 액세스를 수행하면, 기지국 200은 동작 1015에서 빔 기반 랜덤 액세스의 성능을 평가(이하, A라 함.)할 수 있다. 그 후, 기지국 200은 동작 1020에서 빔 폭을 감소시킬(이에 대응하여, 빔 개수는 증가) 수 있다. 왜냐하면 동작 1005에서 초기 빔 폭은 넓은 빔으로 우선 설정되었기 때문이다.
그 후, 기지국 200은 동작 1025에서 좁아진 빔 별로 파일럿 신호를 삽입하여 송신할 수 있다. 그 후 단말이 이에 대응하여 랜덤 액세스를 수행하면, 기지국 200은 동작 1030에서 빔 기반 랜덤 액세스의 성능을 평가(이하, B라 함.)할 수 있다.
동작 1030에서 성능 평가가 마무리되면, 기지국 200은 동작 1035에서 A 및 B를 비교할 수 있다.
B가 A보다 우수하면, 기지국 200은 동작 1040에서 B를 저장부 230에 저장(이하, C1이라 함.)할 수 있다. 그 후, 기지국 200은 동작 1045에서 빔 폭을 감소(이에 대응하여 빔 개수는 증가)시킬 수 있다. 그 후, 기지국 200은 동작 1050을 수행할 수 있는데, 동작 1050은 동작 1025에 대응될 수 있다. 그 후 기지국 200은 동작 1055에서 빔 기반 랜덤 액세스의 성능을 평가(이하, C2라 함.)할 수 있다. 그 후, 기지국 200은 동작 1035에서 C1과 C2를 비교할 수 있다.
A가 B보다 우수하면, 기지국 200은 동작 1060에서 A를 저장부 230에 저장(이하, D1이라 함.)할 수 있다. 그 후, 기지국 200은 동작 1065에서 빔 폭을 증가(이에 대응하여 빔 개수는 감소)시킬 수 있다. 그 후, 기지국 200은 동작 1070을 수행할 수 있는데, 동작 1070은 동작 1025에 대응될 수 있다. 그 후, 기지국 200은 동작 1075에서 빔 기반 랜덤 액세스의 성능을 평가(이하, D2라고 함.)할 수 있다. 그 후, 기지국 200은 동작 1035에서 D1과 D2를 비교할 수 있다.
즉, 기지국 200은 동작 1035 내지 1075의 반복 수행하며, 랜덤 액세스를 수행하는 최적의 빔 폭 및 빔의 개수를 결정할 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 랜덤 액세스를 수행하는 단말의 동작을 도시하는 흐름도이다.
도 11을 참조하면, 기지국은 단말들이 랜덤 액세스를 수행할 수 있는 자원 정보들을 전송할 수 있다. 여기서 상기 자원 정보는 빔 기반의 랜덤 액세스 자원 정보 및 일반 랜덤 액세스 자원 정보가 될 수 있다. 단말들은 상기 랜덤 액세스 자원 정보들을 다운로드하여 저장할 수 있다. 또한 기지국 200은 도 8과 같이 비 중첩 빔 기반의 랜덤 액세스를 서비스할 수 있다. 즉, 기지국 200은 복수의 빔들을 서로 다른 방향으로 형성하여 신호를 전송할 수 있으며, 각 빔들에 서로 다른 파일럿 신호를 포함시킬 수 있다.
기지국 200과 업링크 동기가 필요하면, 단말 400은 기지국 200에 랜덤 액세스를 시도할 수 있다. 그러면 단말 400은 동작 1110에서 안테나 450을 통하여 하향링크 신호들을 수신할 수 있다. 그리고 단말 400은 동작 1120에서 수신된 파일럿 신호들의 수신 세기를 측정할 수 있다. 이 때 단말이 수신하는 신호는 특정 방향으로 형성된 빔 신호가 될 수 있으며, 또는 일반 빔 신호(예를 들면, 전 방향의 신호)가 될 수 있다. 그리고 상기 빔들은 서로 다른 파일럿 신호를 포함할 수 있다. 따라서 단말은 자신의 위치에 따라 하나의 파일럿 신호를 수신하거나 복수의 파일럿 신호들을 수신할 수 있다. 그리고 수신되는 파일럿 신호의 수신 세기는 서로 다를 수 있다. 예를 들면, 단말이 서로 다른 빔이 형성되는 영역들의 경계에 위치되면 해당 단말은 비슷한 수신 세기를 가지는 서로 다른 파일럿 신호들을 수신하게 될 것이다. 그리고 단말이 특정 빔의 영역에 위치되면, 해당 단말은 해당 빔 영역에 포함된 파일럿 신호를 강하게 수신할 수 있다.
그 후, 단말 400은 동작 1130에서 측정된 파일럿 신호들의 수신 세기에 기반하여 빔 기반 랜덤 액세스 참여 여부를 결정할 수 있다. 특정 빔에 포함된 파일럿 신호의 강도가 다른 빔들에 포함된 파일럿 신호의 강도보다 현저하게 강한 경우(즉, 다른 빔들의 간섭이 적은 경우), 단말 400은 동작 1140에서 비 중첩 빔 기반 랜덤 액세스를 수행할 수 있다. 이와 달리, 특정 빔에 포함된 파일럿 신호의 강도가 다른 빔들에 포함된 파일럿 신호의 강도와 비슷한 경우(즉, 다른 빔들의 간섭이 심한 경우), 단말 400은 동작 1150에서 일반적 랜덤 액세스를 수행할 수 있다.
상기한 바와 같이 단말들은 자신의 위치에서 수신되는 빔에 따라 랜덤 액세스를 시도할 수 있다. 이 때, 단말들은 수신되는 파일럿 신호의 세기를 분석하여 비 중첩 빔 기반의 랜덤 액세스 또는 일반 랜덤 액세스를 선택하여 시도할 수 있다. 그리고 비 중첩 빔 기반의 랜덤 액세스를 수행하는 경우, 서로 다른 빔들을 수신하는 복수의 단말들은 다중 접속되어 동일한 자원으로 랜덤 액세스를 시도할 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 비 중첩 빔 기반 랜덤 액세스 참여 여부를 결정하는 단말과 그에 대응하는 기지국을 도시한다.
도 12를 참조하면 참조 1210은 빔 S1의 영역 내에 위치된 단말 400을 도시하고, 그래프 1220은 단말 400이 수신하는 파일럿 신호의 세기를 표시한다.
참조 1210 및 그래프 1220에서와 같이, 단말 400이 빔 S1의 영역 내에 위치된 경우, 단말 400이 수신하는 파일럿 신호 P1의 수신 세기는 다른 파일럿 신호(예를 들면, P2, P3, ... ,Pn)의 수신 세기보다 강할 수 있다. 그리고 파일럿 신호 P1과 나머지 파일럿 신호(예를 들면, P2, P3, ... ,Pn )의 수신 세기의 차이가 특정 조건을 만족하는 경우, 단말 400은 빔 기반 랜덤 액세스 참여를 결정할 수 있다. 여기서, 특정 조건은 다음과 같은 조건 중 하나일 수 있다.
첫째, 단말 400이 수신한 파일럿 신호 중 가장 큰 신호 세기를 가지는 파일럿 신호가 존재하는 것이 조건(제1 조건)이 될 수 있다. 이 경우, 빔 기반 랜덤 액세스 참여 조건을 만족하는 단말은 많아질 수 있다. 하지만 가장 강한 세기의 파일럿 신호와 나머지 파일럿 신호와의 수신 세기의 차이가 적은 경우, 기지국 200은 빔들 간의 간섭으로 인해 빔 별로 랜덤 액세스 자원을 구별하기 어려울 수 있다.
둘째, 단말 400이 수신한 파일럿 신호 중 가장 큰 신호 세기를 가지는 파일럿 신호가 나머지 파일럿 신호들의 세기의 합보다 큰 것이 조건(제2 조건)이 될 수 있다. 이 경우, 제2 조건을 만족하는 단말의 수는 제1 조건을 만족하는 단말의 수보다 적을 수 있다. 하지만 가장 강한 세기의 파일럿 신호와 나머지 파일럿 신호 간의 수신 세기의 차이가 크기 때문에, 기지국 200은 랜덤 액세스 자원을 빔 별로 쉽게 구별할 수 있다.
셋째, 단말 400이 수신한 파일럿 신호 중 가장 큰 신호 세기를 가지는 파일럿 신호의 수신 세기가 임계값 이상이고, 나머지 파일럿 신호의 수신 세기는 임계값 미만인 것이 조건(제3 조건)이 될 수 있다. 이 경우, 빔 기반 랜덤 액세스 참여 조건을 만족하는 단말은 많아질 수 있다. 하지만 가장 강한 세기의 파일럿 신호와 나머지 파일럿 신호와의 수신 세기의 차이가 적은 경우, 기지국 200은 빔들 간의 간섭으로 인해 빔 별로 랜덤 액세스 자원을 구별하기 어려울 수 있다.
넷째, 단말 400이 수신한 파일럿 신호 중 가장 큰 신호 세기를 가지는 파일럿 신호의 수신 세기가 임계값 이상이고, 나머지 파일럿 신호들의 수신 세기의 합은 임계값 미만인 것이 조건(제4 조건)이 될 수 있다. 이 경우, 제4 조건을 만족하는 단말의 수는 제3 조건을 만족하는 단말의 수보다 적을 수 있다. 하지만 가장 강한 세기의 파일럿 신호와 나머지 파일럿 신호 간의 세기의 차이가 크기 때문에, 기지국 200은 랜덤 액세스 자원을 빔 별로 쉽게 구별할 수 있다.
단말 400은 상술한 4가지 조건을 통신환경에 따라 유동적으로 선택하여 비 중첩 빔 기반 랜덤 액세스의 수행 여부를 결정할 수 있다. 그리고 단말 400은 상술한 4가지 조건 이외의 다른 방법에 의하여 비 중첩 빔 기반 랜덤 액세스의 수행 여부를 결정할 수도 있다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 중첩 빔 기반 랜덤 액세스에서 기지국의 동작을 도시하는 흐름도이다.
도 13을 참조하면 기지국 200은 중첩 빔 기반의 랜덤 액세스를 서비스할 수 있다. 기지국 200은 동작 1310에서 레벨 정보를 설정하고, 설정된 레벨에 따라 빔 폭, 빔 개수 및 빔 이득(gain)을 설정할 수 있다. 상기 레벨 정보는 기지국 200의 커버리지 영역 내에서 중첩되는 빔의 구간들을 설정할 수 있는 정보가 될 수 있다. 예를 들면 단말은 기지국에 근접한 거리에 위치될 수 있으며, 또는 기지국과 먼 거리에 위치될 수 있다. 기지국은 근거리에 위치된 단말들과 먼 거리에 위치된 단말들과 각각 통신하기 위하여 서로 다른 레벨로 빔을 형성할 수 있다. 기지국 200은 커버리지 영역의 거리를 복수의 구간으로 나눌 수 있으며, 이렇게 나뉘어진 구간 영역 내에 각각 위치되는 단말들과 서로 다른 레벨로 통신하기 위하여 빔들을 형성할 수 있다. 이 때, 레벨이 낮은 구간에 형성되는 빔들은 레벨이 높은 구간에 형성되는 빔들과 중첩될 수 있다. 그리고 상기 레벨의 개수가 설정되면, 기지국 200은 각 레벨들에 대한 빔 폭 및 해당 빔의 이득 등을 설정할 수 있다. 상기 레벨 정보는 통신 처리부 220의 생성부 320에서 설정될 수 있다. 예를 들어, 도 6의 경우와 같이 기지국 200은 레벨마다 빔의 폭을 달리 설정할 수 있다.
그 후, 기지국 200은 동작 1320에서 레벨 정보가 포함된 랜덤 액세스 자원 정보 및 기지국의 참조 신호(Base Station Reference Signal)를 전송할 수 있다. 여기서 상기 랜덤 액세스 자원 정보는 레벨 정보 및 프리앰블 정보 등을 포함할 수 있다.
그리고 기지국 200은 동작 1330에서 설정된 레벨 및 빔 폭에 따라 대응되는 빔들을 형성하여 신호를 전송할 수 있다. 그리고 기지국 200은 형성된 각 빔들에 서로 다른 파일럿 신호를 포함시킬 수 있다. 이 때, 복수의 레벨을 가지는 빔을 형성하는 경우, 빔들은 일정 영역에서 중첩될 수 있다. 예를 들면, 제2 레벨의 빔은 제1 레벨의 빔보다 더 먼 거리로 전송될 수 있으며, 빔 폭은 더 좁아질 수 있다. 이런 경우, 제2 레벨의 빔은 제1 레벨의 빔이 형성되는 일부 영역에서 중첩될 수 있다. 그리고 기지국 200은 상기 각 레벨에 따라 형성된 빔들에 서로 다른 파일럿 신호들을 포함시킬 수 있다. 따라서 단말들은 랜덤 액세스 시, 중첩 빔 신호 또는 중첩되지 않은 신호들을 수신할 수 있다. 그리고 중첩된 빔 신호를 수신하면, 상기 단말은 파일럿 신호를 분석하여 중첩 빔 기반의 랜덤 액세스 참여 조건을 결정할 수 있다. 동작 1330에서 기지국은 빔 별로 각각 다른 파일럿 신호들을 송출하기 때문에, 상기 파일럿 신호들을 수신한 단말은 간섭이 적은 빔들의 집합을 파악할 수 있다. 동작 1330이 완료되면, 기지국 200은 랜덤 액세스를 서비스할 수 있다. 동작 1330에서 기지국 200은 중첩 빔 기반의 랜덤 액세스를 서비스할 수 있다. 이 때 단말은 랜덤 액세스 필요 시 기지국의 참조 신호(base station reference signal)을 측정하여 위치된 레벨을 파악하고, 파일럿 신호를 측정하여 랜덤 액세스를 시도할 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 중첩 빔에 대한 개념도들을 도시한다.
도 14를 참조하면, 참조 1410은 3개의 레벨로 구분된 환경에서의 각 중첩 빔 별 서비스 면적 개념도이고, 참조 1420은 3개의 레벨로 구분된 중첩 빔 환경에서의 랜덤 액세스 자원 개념도이다.
빔 A1은 영역 1430에서 간섭 없이 단말에게 서비스를 제공할 수 있다. 빔 B1은 영역 1440에서 간섭 없이 단말에게 서비스를 제공할 수 있다. 빔 C1은 영역 1450에서 간섭 없이 단말에게 서비스를 제공할 수 있다.
참조 1420을 참조하면, 빔 A1에 할당된 자원은 R1 내지 R4일 수 있다. 그리고 빔 B1에 할당된 자원은 R1 및 R2일 수 있으며, 빔 B2에 할당된 자원은 R3 및 R4일 수 있다. 그리고 빔 C1에 할당된 자원은 R1이고, 빔 C2에 할당된 자원은 R2이고, 빔 C3에 할당된 자원은 R3이며, 빔 C4에 할당된 자원은 R4일 수 있다. 즉, 자원 R3 및 R4와는 달리, 자원 R1 및 R2는 경우에 따라 랜덤 액세스 시, 중첩될 수 있다. 따라서 본 발명의 다양한 실시 예들은 중첩 빔 환경에서 비슷한 방향의 영역(예를 들면, 영역 1430 내지 1450)에 있는 단말들의 랜덤 액세스를 제어하기 위하여 2가지 방식을 제안한다.
첫째는 부분 경쟁 방식이다. 이 방식에 의해 중첩 빔 랜덤 액세스를 수행하는 단말들은 자신이 해당하는 레벨의 다음 레벨의 단말들이 사용할 자원을 고려하여 랜덤 액세스 자원을 선택할 수 있다. 예를 들어, 영역 1430에 위치된 단말은 영역 1440에 위치된 단말이 사용할 수 있는 자원 R1 및 R2가 아닌 자원 R3 및 R4 중 하나를 자원으로 이용하여 랜덤 액세스를 수행할 수 있다. 즉, 부분 경쟁 방식에 의해 랜덤 액세스가 수행되면, 단말들은 최대한 충돌 없이 고르게 랜덤 액세스에 성공할 수 있다.
둘째는 전체 경쟁 방식이다. 이 방식에 의해 중첩 빔 랜덤 액세스를 수행하는 단말들은 자신이 해당하는 레벨에서 최적의 랜덤 액세스 자원을 선택할 수 있다. 예를 들어, 영역 1430에 위치된 단말은 영역 1440에 위치된 단말에 대한 고려 없이, 최적의 자원 R1을 선택하여 랜덤 액세스를 수행할 수 있다. 중첩 빔 환경에서 부분 경쟁 방식 및 전체 경쟁 방식에 대한 자세한 내용은 이하의 도면에서 후술한다.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 중첩 빔 기반 랜덤 액세스를 수행하는 단말의 동작을 도시하는 흐름도이다.
도 15를 참조하면 단말 400은 동작 1510에서 랜덤 액세스 자원 정보를 수신하고, 기지국의 참조 신호(Base Station Reference Signal)를 수신할 수 있다. 그리고 단말 400은 랜덤 액세스 시 활용하기 위해 상기 랜덤 액세스 자원 정보를 저장할 수 있다.
그 후, 단말 400은 동작 1520에서 자신의 레벨을 파악할 수 있다. 구체적으로, 단말 400은 랜덤 액세스 자원 정보에 포함된 레벨 정보 및 기지국의 참조 신호의 수신 세기를 비교하여 자신의 레벨을 파악할 수 있다. 예를 들어, 영역 1430에 위치된 단말 400은 자신의 레벨을 1로 파악할 수 있고, 영역 1440에 위치된 단말은 자신의 레벨을 2로 파악할 수 있으며, 영역 1450에 위치된 단말 400은 자신의 레벨을 3으로 파악할 수 있다. 단말 400이 파악한 레벨은 이후 절차에서 랜덤 액세스 자원을 선택하는 하나의 기준이 될 수 있다.
레벨 파악이 완료되면, 단말 400은 동작 1530에서 랜덤 액세스를 수행할 지 여부를 결정할 수 있다. 단말 400이 랜덤 액세스를 수행하기로 결정하면, 단말 400은 동작 1540에서 각 빔들의 파일럿 신호의 수신 세기를 측정할 수 있다.
그 후, 단말 400은 동작 1550에서 랜덤 액세스 자원을 선택할 수 있다. 여기서 랜덤 액세스자원을 선택하는 방식은 경쟁 방식(예를 들면, 부분 경쟁 방식 또는 전체 경쟁 방식)에 따라 달라질 수 있다.
그 후, 단말 400은 동작 1560에서 상기 선택된 랜덤 액세스 자원을 이용하여 랜덤 액세스를 수행할 수 있다.
도 16a 및 16b는 본 발명의 실시 예에 따른 랜덤 액세스 자원을 선택하는 단말의 동작을 도시한 흐름도이다. 구체적으로 도 16a는 부분 경쟁 방식에 따라 랜덤 액세스 자원을 선택하는 단말의 동작을 도시한 흐름도일 수 있으며, 도 16b는 전체 경쟁 방식에 따라 랜덤 액세스 자원을 선택하는 단말의 동작을 도시한 흐름도일 수 있다.
도 16a를 참조하면, 단말 400은 동작 1610에서 자신의 레벨에 속한 빔 패턴 중 강한 수신 세기를 가지는 파일럿 신호가 포함된 빔 패턴의 랜덤 액세스 자원들을 선택할 수 있다. 예를 들어, 영역 1440에 위치된 단말 400은 영역 1440에 위치되었다면 가장 강한 수신 세기를 가지는 파일럿 신호는 빔 B1의 파일럿 신호와 빔 C1 및 빔 C2에 포함된 파일럿 신호 중 하나가 될 수 있다. 따라서 단말 400은 빔 B1와 빔 C1 및 빔 C2 중 하나에 할당된 랜덤 액세스 자원 R1 및 R2를 선택할 수 있다. 여기서 강한 수신 세기를 가지는 파일럿 신호를 구분하는 조건은 상술한 제1 조건 내지 제4 조건 중 하나일 수 있다.
그 후, 단말 400은 동작 1620에서 자신이 선택한 자원 중 다음 레벨에 위치된 단말이 사용할 자원을 제외한 나머지 자원 중 최적의 자원을 선택하여 랜덤 액세스를 수행할 수 있다. 예를 들어, 영역 1440에 위치된 단말 400은 다음 레벨에 위치된 단말(예를 들면, 영역 1450에 속한 단말)이 자원 R1을 선택할 수 있다는 것을 고려하여 자원 R2를 선택할 수 있다.
도 16b를 참조하면, 단말 400은 동작 1630에서 자신의 레벨에 속한 빔 패턴 중 강한 수신 세기를 가지는 파일럿 신호가 포함된 빔 패턴의 랜덤 액세스 자원들을 선택할 수 있다. 예를 들어, 단말 400이 영역 1440에 위치되었다면 가장 강한 수신 세기를 가지는 파일럿 신호는 빔 B1의 파일럿 신호와 빔 C1 및 빔 C2에 포함된 파일럿 신호 중 하나가 될 수 있다. 따라서 단말 400은 빔 B1와 빔 C1 및 빔 C2 중 하나에 할당된 랜덤 액세스 자원 R1 및 R2를 선택할 수 있다.
그 후, 단말 400은 동작 1640에서 최적의 랜덤 액세스 자원을 선택할 수 있다. 즉, 단말 400이 영역 1440에 속한 경우라면, 단말 400은 가장 빨리 랜덤 액세스를 수행할 수 있는 랜덤 액세스 자원 R1을 선택할 수 있다.
정리하면, 부분 경쟁 방식은 한꺼번에 많은 단말이 랜덤 액세스에 참여할 수 있고, 전체 경쟁 방식은 특정 단말들이 효율적으로 랜덤 액세스에 참여할 수 있다. 즉, 부분 경쟁 방식과 전체 경쟁 방식은 배타적인 관계가 아닌 상호 보완적 관계일 수 있다.
예를 들어, 레벨은 다르지만, 같은 방향에 매우 많은 수의 단말들이 위치된 경우, 단말 400은 전체 경쟁 방식에 따라 중첩 빔 기반 랜덤 액세스를 수행할 수 있다. 왜냐하면 부분 경쟁 방식에 따라 중첩 빔 기반 랜덤 액세스를 수행하더라도 일정 확률 이상의 충돌이 발생할 수 밖에 없기 때문이다.
이와 달리, 각기 다른 방향에 매우 많은 수의 단말들이 위치된 경우, 단말 400은 부분 경쟁 방식에 따라 중첩 빔 기반 랜덤 액세스를 수행할 수 있다. 왜냐하면 전체 경쟁 방식에 따라 랜덤 액세스를 수행하면 극히 일부의 단말만이 중첩 빔 기반 랜덤 액세스를 수행할 수 있기 때문이다.
도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 부분 경쟁 방식에서 랜덤 액세스를 수행하는 단말과 그에 대응하는 자원 분포를 도시한다.
도 17을 참조하면 참조 1710 내지 1740은 각각 3 개 레벨 및 3개 방향에 위치된 단말들의 랜덤 액세스 자원 선택 방식을 도시하고 있다.
참조 1710의 경우, 빔 C1의 영역에 위치된 단말은 자원 R1을 선택할 수 있고, 빔 B1의 영역에 위치된 단말은 자원 R2를 선택할 수 있으며, 빔 A1의 영역에 위치된 단말은 자원 R3(R3 및 R4 중 랜덤 액세스를 빠르게 수행할 수 있는 R3)를 선택할 수 있다.
참조 1720의 경우, 빔 C2의 영역에 위치된 단말은 자원 R2를 선택할 수 있고, 빔 B1의 영역에 위치된 단말은 자원 R1을 선택할 수 있으며, 빔 A1의 영역에 위치된 단말은 자원 R3(R3 및 R4 중 랜덤 액세스를 빠르게 수행할 수 있는 R3)를 선택할 수 있다.
참조 1730의 경우, 빔 C3의 영역에 위치된 단말은 자원 R3를 선택할 수 있고, 빔 B2의 영역에 위치된 단말은 자원 R4를 선택할 수 있으며, 빔 A1의 영역에 위치된 단말은 자원 R1(R1 및 R2 중 랜덤 액세스를 빠르게 수행할 수 있는 R1)을 선택할 수 있다.
참조 1740의 경우, 빔 C4의 영역에 위치된 단말은 자원 R4를 선택할 수 있고, 빔 B2의 영역에 위치된 단말은 자원 R3를 선택할 수 있으며, 빔 A1의 영역에 위치된 단말은 자원 R1(R1 및 R2 중 랜덤 액세스를 빠르게 수행할 수 있는 R1)을 선택할 수 있다.
즉, 부분 경쟁 방식에서 각각의 단말들은 중첩 없이 랜덤 액세스 자원을 선택할 수 있으며, 그 결과, 충돌 없이 랜덤 액세스를 성공할 수 있다.
도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 부분 경쟁 방식에서 단말의 동작 흐름도 및 랜덤 액세스 자원 개념도이다.
도 18을 참조하면 단말 400은 동작 1810에서 수신된 레벨 정보 및 기지국의 참조 신호 세기에 기반하여 자신의 레벨을 파악할 수 있다. 예를 들어, 참조 1820에서 단말 400은 자신의 레벨을 2로 파악할 수 있다.
그 후, 단말 400은 동작 1830에서 파일럿 신호의 수신 세기를 측정할 수 있다.
그 후, 단말 400은 동작 1840에서 가장 큰 수신 세기의 파일럿 신호를 가지는 빔 패턴들이 포함된 랜덤 액세스 자원을 선택할 수 있다. 예를 들면, 참조 1850에서 단말 400은 가장 큰 파일럿 신호 세기를 가지는 빔 B1과 빔 C1 및 C2 중 하나에 대응하는 랜덤 액세스 자원 R1 및 R2를 선택할 수 있다.
그 후, 단말 400은 동작 1860에서 선택된 랜덤 액세스 자원 중에서 다음 레벨에 속한 빔 패턴 중 가장 큰 파일럿 신호 세기를 가지는 빔 패턴이 포함된 랜덤 액세스 자원을 제외한 나머지 자원을 선택할 수 있다. 예를 들어 참조 1870에서 단말 400은 레벨 3의 빔 C2에 포함된 랜덤 액세스 자원 R2를 제외하고, 랜덤 액세스 자원 R1을 선택할 수 있다.
그 후, 단말 400은 동작 1880에서 선택된 랜덤 액세스 자원을 이용하여 랜덤 액세스를 수행할 수 있다.
도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 전체 경쟁 방식에서 랜덤 액세스를 수행하는 단말과 그에 대응하는 자원 분포를 도시한다.
도 19를 참조하면, 참조 1920 내지 참조 1940의 모든 단말들은 참조 1910에서와 같이 랜덤 액세스 자원 R1을 활용하여 랜덤 액세스를 수행할 수 있다.
참조 1920의 경우, 각각의 단말들은 각각 다른 빔에 속하기 때문에 충돌 없이 하나의 랜덤 액세스 자원 R1을 활용할 수 있다.
참조 1930의 경우, 각 영역에 위치한 각각의 단말들은 다른 레벨을 가지지만, 각각 다른 빔에 속하기 때문에 충돌 없이 하나의 랜덤 액세스 자원 R1을 활용할 수 있다.
참조 1940의 경우, 여러 레벨을 가지는 단말들이 여러 방향으로 위치하고 있다. 이 경우 부분 경쟁 방식에 따라 중첩 빔 랜덤 액세스를 수행하더라도, 충돌이 발생할 수 밖에 없다. 따라서 이러한 경우, 참조 1940에서와 같이 전체 경쟁 방식에 따라 각 방향의 낮은 레벨의 단말들의 랜덤 액세스를 성공시킨 후, 재차 랜덤 액세스를 수행하는 것이 효율적일 수 있다.
상기와 같이 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 기지국의 방법은 빔 기반 랜덤 액세스의 성능을 평가하는 동작과, 상기 성능 평가에 기반하여 랜덤 액세스의 빔 폭 및 빔 개수를 결정하는 동작과, 상기 결정된 빔들을 포밍(forming)하며, 상기 빔포밍 신호들의 각각에 서로 다른 파일럿 신호를 할당하여 송신하는 동작을 포함한다.
상기 성능을 평가하는 동작은 상기 빔 기반 랜덤 액세스에 참여하는 단말들의 수에 기반하여 빔 기반 랜덤 액세스의 성능을 평가하며, 상기 빔 폭 및 빔 개수를 결정하는 동작은 상기 빔 기반 랜덤 액세스에 참여하는 단말들의 수에 따라 빔 폭 및 빔 개수를 조절한다.
상기 성능을 평가하는 동작은 상기 빔 기반 랜덤 액세스에 참여하는 단말들 중에서 충돌이 발생하는 단말들의 수에 기반하여 빔 기반 랜덤 액세스의 성능을 평가하는 동작을 더 포함하며, 상기 빔 폭 및 빔 개수를 결정하는 동작은 상기 빔 기반 랜덤 액세스에 참여하는 단말들의 수 및 상기 랜덤 액세스 충돌이 발생하는 단말들의 수에 따라 빔 폭 및 빔 개수를 조절한다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면 상기 송신하는 동작은 랜덤 액세스 자원 정보를 전송하는 동작을 더 포함하며, 상기 랜덤 액세스 자원 정보는 상기 빔 기반 랜덤 액세스 자원 정보 및 일반적 랜덤 액세스 자원 정보를 포함한다.
상기 랜덤 액세스 자원 정보는 레벨의 정보를 더 포함하며, 상기 빔 폭 및 빔 개수를 결정하는 동작은 상기 결정된 빔 폭의 적어도 일부 구간에서 중첩되는 빔의 이득(gain)을 상기 레벨 정보에 따라 결정하는 동작을 더 포함하며, 상기 송신하는 동작은 상기 빔 폭 및 빔 개수로 빔포밍(beam forming)을 제어하고, 상기 레벨에 대응되는 빔 영역에 빔을 중첩하여 송신한다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따른 기지국의 방법은 빔의 중첩을 위한 적어도 하나의 레벨을 설정하는 동작과, 랜덤 액세스 자원 정보 및 기지국의 참조 신호(Base Station Reference Signal)를 전송하는 동작과, 상기 레벨에 기반하여 중첩되는 빔의 이득(gain)을 결정하는 동작과, 상기 결정된 빔의 이득에 따라 빔들이 중첩되도록 포밍하며, 상기 중첩되는 빔들에 서로 다른 파일럿 신호를 할당하여 송신하는 동작을 포함한다.
상기 기지국의 랜덤 액세스 방법은 상기 중첩된 빔 영역들을 통해 수신되는 단말의 빔 기반 랜덤 액세스 정보를 수신하는 동작을 더 포함한다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따른 단말의 랜덤 액세스 방법은 파일럿 신호들을 수신하는 동작과, 상기 파일럿 신호들의 수신 세기를 측정하는 동작과, 상기 측정된 수신 세기에 기반하여 빔 기반 랜덤 액세스 참여를 결정하는 동작과, 랜덤 액세스 시 빔 기반 랜덤 액세스 참여이면 빔 기반 랜덤 액세스를 시도하며, 그렇지 않으면 일반 랜덤 액세스를 시도하는 동작을 포함한다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면 상기 빔 기반 랜덤 액세스 참여를 결정하는 동작은 상기 측정된 파일럿 신호들의 수신 세기들 중에서 최대값이 존재하면 빔 기반 랜덤 액세스에 참여로 결정한다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면 상기 빔 기반 랜덤 액세스 참여를 결정하는 동작은 상기 측정된 파일럿 신호들의 수신 세기들 중에서 파일럿 신호의 최대 수신 세기가 나머지 파일럿 신호들의 수신 세기의 합보다 크면 빔 기반 랜덤 액세스에 참여로 결정한다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면 상기 빔 기반 랜덤 액세스 참여를 결정하는 동작은 상기 측정된 파일럿 신호들의 수신 세기들 중에서 최대 수신 세기는 설정된 임계값 이상이고, 나머지 수신 세기들은 상기 임계값 이하이면 빔 기반 랜덤 액세스 참여로 결정한다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면 상기 빔 기반 랜덤 액세스 참여를 결정하는 동작은 상기 측정된 파일럿 신호들의 수신 세기들 중에서 최대 수신 세기는 설정된 임계값 이상이고, 나머지 수신 세기들의 합은 상기 임계값 이하이면 빔 기반 랜덤 액세스 참여로 결정한다.
그리고 기지국으로부터 빔 기반 랜덤 액세스 자원 정보 및 일반 랜덤 액세스 자원 정보를 수신하는 동작을 더 포함하며, 상기 랜덤 액세스를 시도하는 동작은 상기 빔 기반 랜덤 액세스 참여이면 빔 기반 랜덤 액세스 자원을 이용하여 랜덤 액세스를 시도하고, 그렇지 않으면 일반 랜덤 액세스 자원을 이용하여 랜덤 액세스를 시도한다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면 상기 단말의 랜덤 액세스 방법은 기지국으로부터 레벨의 정보 및 상기 기지국의 참조 신호(Base Station Reference Signal)를 수신하는 동작과, 상기 기지국의 참조 신호 및 상기 레벨의 정보에 기반하여 레벨을 파악하는 동작을 더 포함하며, 상기 빔 기반 랜덤 액세스 참여를 결정하는 동작은 상기 파악된 레벨 및 상기 측정된 수신 세기에 기반하여 빔 기반 랜덤 액세스 참여를 결정한다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따른 단말의 랜덤 액세스 방법은 기지국으로부터 랜덤 액세스 자원 정보, 레벨의 정보, 기지국의 참조 신호(Base Station Reference Signal) 및 파일럿 신호를 수신하는 동작과, 상기 레벨의 정보 및 상기 기지국의 참조 신호에 기반하여 레벨을 파악하는 동작과, 상기 파악된 레벨에 해당하는 파일럿 신호들의 수신 세기를 측정하는 동작과, 상기 측정된 파일럿 신호들의 수신 세기에 기반하여 상기 랜덤 액세스 자원을 선택하는 동작과, 상기 선택된 랜덤 액세스 자원을 이용하여 빔 기반 랜덤 액세스를 수행하는 동작을 포함한다.
상기 선택하는 동작은 상기 측정된 파일럿 신호들 중에서 제 1 파일럿 신호를 제외하는 동작과, 상기 제 1 파일럿 신호가 제외된 제 2 파일럿 신호 중 수신 세기가 가장 큰 파일럿 신호를 선택하는 동작과, 상기 선택된 파일럿 신호에 대응하는 랜덤 액세스 자원을 선택하는 동작을 포함한다.
상기 제 1 파일럿 신호는 다른 레벨에서 가장 큰 수신 세기를 가지는 파일럿 신호이며, 상기 제 2 파일럿 신호는 상기 수신된 파일럿 신호들 중에서 제 1 파일럿 신호들을 제외한 파일럿 신호이다.
상기 선택하는 동작은 상기 측정된 파일럿 신호들 중에서 최대 수신 세기를 가지는 파일럿 신호에 대응하는 랜덤 액세스 자원을 선택한다.
본 발명의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합의 형태로 구현될(implemented) 수 있다.
소프트웨어로 구현하는 경우, 하나 이상의 프로그램(소프트웨어 모듈)을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체가 제공될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장되는 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치(device) 내의 하나 이상의 프로세서에 의해 실행 가능하도록 구성된다(configured for execution). 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치로 하여금 본 발명의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들을 실행하게 하는 명령어(instructions)를 포함한다.
이러한 프로그램(소프트웨어 모듈, 소프트웨어)은 랜덤 액세스 메모리 (random access memory), 플래시(flash) 메모리를 포함하는 불휘발성(non-volatile) 메모리, 롬(ROM: Read Only Memory), 전기적 삭제가능 프로그램가능 롬(EEPROM: Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), 자기 디스크 저장 장치(magnetic disc storage device), 컴팩트 디스크 롬(CD-ROM: Compact Disc-ROM), 디지털 다목적 디스크(DVDs: Digital Versatile Discs) 또는 다른 형태의 광학 저장 장치, 마그네틱 카세트(magnetic cassette)에 저장될 수 있다. 또는, 이들의 일부 또는 전부의 조합으로 구성된 메모리에 저장될 수 있다. 또한, 각각의 구성 메모리는 다수 개 포함될 수도 있다.
또한, 상기 프로그램은 인터넷(Internet), 인트라넷(Intranet), LAN(Local Area Network), WLAN(Wide LAN), 또는 SAN(Storage Area Network)과 같은 통신 네트워크, 또는 이들의 조합으로 구성된 통신 네트워크를 통하여 접근(access)할 수 있는 부착 가능한(attachable) 저장 장치(storage device)에 저장될 수 있다. 이러한 저장 장치는 외부 포트를 통하여 본 발명의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수 있다. 또한, 통신 네트워크상의 별도의 저장장치가 본 발명의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수도 있다.
상술한 본 발명의 구체적인 실시 예들에서, 발명에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다. 그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 본 발명이 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (36)

  1. 기지국에 있어서,
    빔 기반 랜덤 액세스의 성능을 평가하고, 상기 성능 평가에 기반하여 랜덤 액세스의 빔 폭 및 빔 개수를 결정하며, 상기 결정된 빔들 각각에 서로 다른 파일럿 신호들을 할당하는 통신 처리부와,
    상기 통신 처리부에서 할당된 신호를 통신하는 통신부와,
    상기 통신 처리부에서 결정된 빔 폭 및 빔 개수에 따라 안테나의 빔포밍(beam forming)을 제어하여 신호를 송신 및 수신하는 안테나 제어부를 포함하는 기지국.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 통신 처리부는
    성능 평가부 및 빔 결정부를 포함하며,
    상기 성능 평가부는 상기 빔 기반 랜덤 액세스에 참여하는 단말들의 수에 기반하여 빔 기반 랜덤 액세스의 성능을 평가하며,
    상기 빔 결정부는
    상기 빔 기반 랜덤 액세스에 참여하는 단말들의 수에 따라 빔의 폭 및 빔의 개수를 조절하는 기지국.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 성능 평가부는
    상기 빔 기반 랜덤 액세스에 참여하는 단말들 중에서 충돌이 발생하는 단말들의 수에 기반하여 빔 기반 랜덤 액세스의 성능을 더 평가하며,
    상기 빔 결정부는
    상기 빔 기반 랜덤 액세스에 참여하는 단말들의 수 및 상기 랜덤 액세스 충돌이 발생하는 단말들의 수에 따라 빔의 폭 및 빔의 개수를 조절하는 기지국.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 통신 처리부는 생성부를 더 포함하며,
    상기 생성부는 랜덤 액세스 자원 정보를 생성하며,
    상기 랜덤 액세스 자원 정보는 상기 빔 기반 랜덤 액세스 자원 정보 및 일반적 랜덤 액세스 자원 정보를 포함하는 기지국.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 랜덤 액세스 자원 정보는
    빔 레벨의 정보를 더 포함하며,
    상기 빔 결정부는
    상기 결정된 빔 폭의 적어도 일부 구간에서 중첩되는 빔의 이득(gain)을 상기 레벨 정보에 따라 결정하고,
    상기 안테나 제어부는
    상기 빔 폭 및 빔 개수로 빔포밍(beam forming)을 제어하고, 상기 레벨에 대응되는 빔 영역에 빔을 중첩하여 송신하는 기지국.
  6. 기지국에 있어서,
    빔의 중첩을 위한 적어도 하나의 레벨을 설정하고, 상기 레벨에 기반하여 빔 이득(gain)을 결정하며, 상기 결정된 빔들에 서로 다른 파일럿 신호를 할당하는 통신 처리부와,
    상기 통신 처리부에서 할당된 신호들을 통신하는 통신부와,
    랜덤 액세스 자원 정보 및 기지국의 참조 신호(Base Station Reference Signal)를 전송하고, 상기 통신 처리부에서 결정된 빔의 이득에 따라 빔들이 중첩되도록 빔포밍(beam forming)을 제어하여 할당된 신호들을 송신하는 안테나 제어부를 포함하는 기지국.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 안테나 제어부는,
    상기 중첩된 빔 영역들을 통해 수신되는 단말의 빔 기반 랜덤 액세스 정보를 수신하여 통신부에 인가하는 기지국.
  8. 단말에 있어서,
    파일럿 신호들을 수신하는 수신부와,
    상기 파일럿 신호들의 수신 세기를 측정하고, 상기 측정된 수신 세기에 기반하여 빔 기반 랜덤 액세스 참여를 결정하고, 랜덤 액세스 시 빔 기반 랜덤 액세스 참여이면 빔 기반 랜덤 액세스를 시도하며, 그렇지 않으면 일반 랜덤 액세스를 시도하도록 제어하는 프로세서와,
    상기 랜덤 액세스 시도에 따라 랜덤 액세스 신호를 송신하는 송신부를 포함하는 단말.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 측정된 파일럿 신호들의 수신 세기들 중에서 최대값이 존재하면 빔 기반 랜덤 액세스 참여로 결정하는 단말.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 측정된 파일럿 신호들의 수신 세기들 중에서 파일럿 신호의 최대 수신 세기가 나머지 파일럿 신호들의 수신 세기의 합보다 크면 빔 기반 랜덤 액세스 참여로 결정하는 단말.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 측정된 파일럿 신호들의 수신 세기들 중에서 최대 수신 세기는 설정된 임계값 이상이고, 나머지 수신 세기들은 상기 임계값 이하이면 빔 기반 랜덤 액세스 참여로 결정하는 단말.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 측정된 파일럿 신호들의 수신 세기들 중에서 최대 수신 세기는 설정된 임계값 이상이고, 나머지 수신 세기들의 합은 상기 임계값 이하이면 빔 기반 랜덤 액세스 참여로 결정하는 단말.
  13. 청구항 9 내지 12 중의 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 수신부는
    기지국으로부터 빔 기반 랜덤 액세스 자원 정보 및 일반 랜덤 액세스 자원 정보를 수신하며,
    상기 프로세서는
    상기 빔 기반 랜덤 액세스 참여로 결정되면 빔 기반 랜덤 액세스 자원을 이용하여 랜덤 액세스를 수행하고, 상기 빔 기반 랜덤 액세스 참여가 아니면 일반 랜덤 액세스 자원을 이용하여 랜덤 액세스를 수행하도록 제어하는 단말.
  14. 청구항 8에 있어서,
    상기 수신부는
    기지국으로부터 레벨의 정보 및 상기 기지국의 참조 신호(Base Station Reference Signal)를 더 수신하며,
    상기 프로세서는
    상기 기지국의 참조 신호 및 상기 레벨의 정보에 기반하여 레벨을 파악하고, 상기 파악된 레벨 및 상기 측정된 수신 세기에 기반하여 빔 기반 랜덤 액세스 참여를 결정하는 단말.
  15. 단말에 있어서,
    기지국으로부터 랜덤 액세스 자원 정보, 레벨의 정보, 기지국의 참조 신호(Base Station Reference Signal) 및 파일럿 신호를 수신하는 수신부와,
    상기 레벨의 정보 및 상기 기지국의 참조 신호에 기반하여 레벨을 파악하고, 상기 파악된 레벨에 해당하는 파일럿 신호들의 수신 세기를 측정하고, 상기 측정된 파일럿 신호들의 수신 세기에 기반하여 상기 랜덤 액세스 자원을 선택하며, 상기 선택된 랜덤 액세스 자원을 이용하여 빔 기반 랜덤 액세스를 수행하도록 제어하는 프로세서와,
    상기 프로세서에서 출력되는 랜덤 액세스 정보를 송신하는 송신부를 포함하는 단말.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 측정된 파일럿 신호들 중에서 제 1 파일럿 신호를 제외하고, 상기 제 1 파일럿 신호가 제외된 제 2 파일럿 신호 중 수신 세기가 가장 큰 파일럿 신호를 선택하며, 상기 선택된 파일럿 신호에 대응하는 랜덤 액세스 자원을 선택하는 단말.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 제 1 파일럿 신호는 다른 레벨에서 가장 큰 수신 세기를 가지는 파일럿 신호이며,
    상기 제 2 파일럿 신호는 상기 수신된 파일럿 신호들 중에서 제 1 파일럿 신호들을 제외한 파일럿 신호인 단말.
  18. 청구항 15에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 측정된 파일럿 신호들 중에서 최대 수신 세기를 가지는 파일럿 신호에 대응하는 랜덤 액세스 자원을 선택하는 단말.
  19. 기지국의 랜덤 액세스 방법에 있어서,
    빔 기반 랜덤 액세스의 성능을 평가하는 동작과,
    상기 성능 평가에 기반하여 랜덤 액세스의 빔 폭 및 빔 개수를 결정하는 동작과,
    상기 결정된 빔들을 포밍(forming)하며, 상기 빔포밍 신호들의 각각에 서로 다른 파일럿 신호를 할당하여 송신하는 동작을 포함하는 방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 성능을 평가하는 동작은,
    상기 빔 기반 랜덤 액세스에 참여하는 단말들의 수에 기반하여 빔 기반 랜덤 액세스의 성능을 평가하며,
    상기 빔 폭 및 빔 개수를 결정하는 동작은,
    상기 빔 기반 랜덤 액세스에 참여하는 단말들의 수에 따라 빔 폭 및 빔 개수를 조절하는 방법.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 성능을 평가하는 동작은,
    상기 빔 기반 랜덤 액세스에 참여하는 단말들 중에서 충돌이 발생하는 단말들의 수에 기반하여 빔 기반 랜덤 액세스의 성능을 평가하는 동작을 더 포함하며,
    상기 빔 폭 및 빔 개수를 결정하는 동작은,
    상기 빔 기반 랜덤 액세스에 참여하는 단말들의 수 및 상기 랜덤 액세스 충돌이 발생하는 단말들의 수에 따라 빔 폭 및 빔 개수를 조절하는 방법.
  22. 청구항 19에 있어서,
    상기 송신하는 동작은
    랜덤 액세스 자원 정보를 전송하는 동작을 더 포함하며,
    상기 랜덤 액세스 자원 정보는
    상기 빔 기반 랜덤 액세스 자원 정보 및 일반적 랜덤 액세스 자원 정보를 포함하는 방법.
  23. 청구항 22에 있어서,
    상기 랜덤 액세스 자원 정보는
    레벨의 정보를 더 포함하며,
    상기 빔 폭 및 빔 개수를 결정하는 동작은
    상기 결정된 빔 폭의 적어도 일부 구간에서 중첩되는 빔의 이득(gain)을 상기 레벨 정보에 따라 결정하는 동작을 더 포함하며,
    상기 송신하는 동작은
    상기 빔 폭 및 빔 개수로 빔포밍(beam forming)을 제어하고, 상기 레벨에 대응되는 빔 영역에 빔을 중첩하여 송신하는 방법.
  24. 기지국의 랜덤 액세스 방법에 있어서,
    빔의 중첩을 위한 적어도 하나의 레벨을 설정하는 동작과,
    랜덤 액세스 자원 정보 및 기지국의 참조 신호(Base Station Reference Signal)를 전송하는 동작과,
    상기 레벨에 기반하여 중첩되는 빔의 이득(gain)을 결정하는 동작과,
    상기 결정된 빔의 이득에 따라 빔들이 중첩되도록 포밍하며, 상기 중첩되는 빔들에 서로 다른 파일럿 신호를 할당하여 송신하는 동작을 포함하는 방법.
  25. 청구항 24에 있어서,
    상기 중첩된 빔 영역들을 통해 수신되는 단말의 빔 기반 랜덤 액세스 정보를 수신하는 동작을 더 포함하는 방법.
  26. 단말의 랜덤 액세스 방법에 있어서,
    파일럿 신호들을 수신하는 동작과,
    상기 파일럿 신호들의 수신 세기를 측정하는 동작과,
    상기 측정된 수신 세기에 기반하여 빔 기반 랜덤 액세스 참여를 결정하는 동작과,
    랜덤 액세스 시 빔 기반 랜덤 액세스 참여이면 빔 기반 랜덤 액세스를 시도하며, 그렇지 않으면 일반 랜덤 액세스를 시도하는 동작을 포함하는 방법.
  27. 청구항 26에 있어서,
    상기 빔 기반 랜덤 액세스 참여를 결정하는 동작은,
    상기 측정된 파일럿 신호들의 수신 세기들 중에서 최대값이 존재하면 빔 기반 랜덤 액세스에 참여로 결정하는 방법.

  28. 청구항 26에 있어서,
    상기 빔 기반 랜덤 액세스 참여를 결정하는 동작은,
    상기 측정된 파일럿 신호들의 수신 세기들 중에서 파일럿 신호의 최대 수신 세기가 나머지 파일럿 신호들의 수신 세기의 합보다 크면 빔 기반 랜덤 액세스에 참여로 결정하는 방법.
  29. 청구항 26에 있어서,
    상기 빔 기반 랜덤 액세스 참여를 결정하는 동작은,
    상기 측정된 파일럿 신호들의 수신 세기들 중에서 최대 수신 세기는 설정된 임계값 이상이고, 나머지 수신 세기들은 상기 임계값 이하이면 빔 기반 랜덤 액세스 참여로 결정하는 방법.
  30. 청구항 26에 있어서,
    상기 빔 기반 랜덤 액세스 참여를 결정하는 동작은,
    상기 측정된 파일럿 신호들의 수신 세기들 중에서 최대 수신 세기는 설정된 임계값 이상이고, 나머지 수신 세기들의 합은 상기 임계값 이하이면 빔 기반 랜덤 액세스 참여로 결정하는 방법.
  31. 청구항 27 내지 30 중의 어느 하나의 청구항에 있어서,
    기지국으로부터 빔 기반 랜덤 액세스 자원 정보 및 일반 랜덤 액세스 자원 정보를 수신하는 동작을 더 포함하며,
    상기 랜덤 액세스를 시도하는 동작은
    상기 빔 기반 랜덤 액세스 참여이면 빔 기반 랜덤 액세스 자원을 이용하여 랜덤 액세스를 시도하고, 그렇지 않으면 일반 랜덤 액세스 자원을 이용하여 랜덤 액세스를 시도하는 방법.
  32. 청구항 26에 있어서,
    기지국으로부터 레벨의 정보 및 상기 기지국의 참조 신호(Base Station Reference Signal)를 수신하는 동작과,
    상기 기지국의 참조 신호 및 상기 레벨의 정보에 기반하여 레벨을 파악하는 동작을 더 포함하며,
    상기 빔 기반 랜덤 액세스 참여를 결정하는 동작은 상기 파악된 레벨 및 상기 측정된 수신 세기에 기반하여 빔 기반 랜덤 액세스 참여를 결정하는 방법.
  33. 단말의 랜덤 액세스 방법에 있어서,
    기지국으로부터 랜덤 액세스 자원 정보, 레벨의 정보, 기지국의 참조 신호(Base Station Reference Signal) 및 파일럿 신호를 수신하는 동작과,
    상기 레벨의 정보 및 상기 기지국의 참조 신호에 기반하여 레벨을 파악하는 동작과,
    상기 파악된 레벨에 해당하는 파일럿 신호들의 수신 세기를 측정하는 동작과,
    상기 측정된 파일럿 신호들의 수신 세기에 기반하여 상기 랜덤 액세스 자원을 선택하는 동작과,
    상기 선택된 랜덤 액세스 자원을 이용하여 빔 기반 랜덤 액세스를 수행하는 동작을 포함하는 방법.
  34. 청구항 33에 있어서,
    상기 선택하는 동작은,
    상기 측정된 파일럿 신호들 중에서 제 1 파일럿 신호를 제외하는 동작과,
    상기 제 1 파일럿 신호가 제외된 제 2 파일럿 신호 중 수신 세기가 가장 큰 파일럿 신호를 선택하는 동작과,
    상기 선택된 파일럿 신호에 대응하는 랜덤 액세스 자원을 선택하는 동작을 포함하는 방법.
  35. 청구항 34에 있어서,
    상기 제 1 파일럿 신호는 다른 레벨에서 가장 큰 수신 세기를 가지는 파일럿 신호이며,
    상기 제 2 파일럿 신호는 상기 수신된 파일럿 신호들 중에서 제 1 파일럿 신호들을 제외한 파일럿 신호인 방법.
  36. 청구항 33에 있어서,
    상기 선택하는 동작은,
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