KR20180102056A - 무선 통신 시스템에서의 차등 빔포밍 기반 랜덤 액세스를 위한 장치 및 방법 - Google Patents

무선 통신 시스템에서의 차등 빔포밍 기반 랜덤 액세스를 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 개시는 LTE(Long Term Evolution)와 같은 4G(4th generation) 통신 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 5G(5th generation) 또는 pre-5G 통신 시스템에 관련된 것이다. 본 개시는 기지국에 의한 차등 빔포밍 기반 랜덤 액세스 방법, 기지국 및 사용자 장비를 제공하며, 상기 차등 빔포밍 기반 랜덤 액세스 방법은: 차등 빔포밍 수신 모드에서 제1 단말로부터 프리앰블 시퀀스를 수신하는 단계; 상기 프리앰블 시퀀스에 기초하여 기지국 빔 방향 각도 편차를 결정하는 단계; 및 상기 기지국 빔 방향 각도 편차에 따라 기지국 빔을 조정하고, 조정된 기지국 빔을 통해 랜덤 액세스 응답 신호를 상기 제1 단말로 송신하는 단계를 포함한다. 본 개시는 차등 빔포밍 수신 모드에서 기지국 빔 방향 각도 편차를 검출함으로써, 기지국 수신 빔을 종래 기술의 빔 폴링 방식보다 빠르게 최적 빔으로 조정할 수 있어 랜덤 액세스 절차의 성능을 향상시킬 수 있다.

Description

무선 통신 시스템에서의 차등 빔포밍 기반 랜덤 액세스를 위한 장치 및 방법
본 개시는 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 차등 빔포밍 기반 랜덤 액세스를 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
4G(4th generation) 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G(5th generation) 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(Long Term Evolution) 시스템 이후(Post LTE) 시스템이라 불리어지고 있다.
높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파(mmWave) 대역(예를 들어, 28기가(28GHz) 또는 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 Frequency Shift Keying and Quadrature Amplitude Modulation) 및 SWSC(Sliding Window Superposition Coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC(Filter Bank Multi Carrier), NOMA(Non Orthogonal Multiple Access), 및 SCMA(Sparse Code Multiple Access) 등이 개발되고 있다.
정보 통신 산업의 급속한 발전, 특히 모바일 인터넷과 IoT (Internet of Things)의 수요 증가는 미래 이동 통신 기술에서 전례 없는 도전 과제를 야기한다. ITU (International Telecommunication Union)에 의해 발행된 ITU-R M. [IMT.BEYOND 2020.TRAFFIC]에 따르면 2020년까지 이동 통신 트래픽은 2010 년(4G 시대)과 비교하여 거의 1,000배 증가할 것으로 예상되고, 방대한 양의 IoT 디바이스들이 이동 통신 네트워크로 점진적으로 확장되면서 사용자 장치 연결들의 수는 170억 개를 넘을 수 있으며, 연결된 장치들의 수는 훨씬 더 놀라울 수 있다. 이러한 전례 없는 도전에 대응하여 통신 업계 및 학계는 5세대 이동 통신 기술 (5G)에 대한 광범위한 연구를 시작함으로써 2020년대을 대비했다. 현재 ITU의 ITU-R M. [IMT.VISION]에서는 미래 5G의 기본 틀과 전반적인 목표가 논의되었고, 5G의 수요 전망, 애플리케이션 시나리오 및 다양한 중요 성능 지표가 상세히 설명되었다. 5G의 새로운 요구 측면에서, ITU의 ITU-R M. [IMT.FUTURE TECHNOLOGY TRENDS]는 5G 기술 트렌드와 관련된 정보를 제공하고, 이는 시스템 처리량에 대한 상당한 개선, 사용자 경험의 일관성, IoT를 지원하기 위한 확장성, 지연, 에너지 효율성, 비용, 네트워크 유연성, 새로운 서비스 지원 및 유연한 스펙트럼 활용 등과 같은 중요한 문제들을 다루기 위한 것이다.
랜덤 액세스 절차는 무선 통신 시스템에서 중요한 단계로서, 사용자 장비(user equipment, UE)와 기지국(base station, BS) 사이의 상향링크 동기화 확립, UE의 식별을 위해 기지국에 의해 식별자(identifier, ID)를 UE에 할당 등에 사용된다. 랜덤 액세스의 성능은 UE의 사용 경험에 직접적인 영향을 미친다. LTE 및 LTE-Advanced와 같은 종래의 무선 통신 시스템에서, 랜덤 액세스 절차는 많은 시나리오들에 적용되며, 예를 들어, 초기 접속의 확립, 셀 핸드 오버, 업 링크 접속의 재설정, 무선 자원 제어(radio resource control, RRC) 접속의 재설정 등을 포함할 수 있다. 그리고 랜덤 액세스는 UE가 프리앰블 시퀀스 자원을 독점적으로 사용하는지 여부에 따라 경쟁 기반 랜덤 액세스와 경쟁 없는 랜덤 액세스로 구분된다. 프리앰블 시퀀스는 상기 경쟁 기반 랜덤 액세스에서 UE들에 의한 상향링크 연결 설정을 시도하는 동안 동일한 프리앰블 시퀀스 자원들 중에서 선택되기 때문에, 다수의 단말들이 기지국으로 송신될 동일한 프리앰블 시퀀스를 선택하는 것이 가능할 수 있다. 따라서, 경쟁 해소 메커니즘은 랜덤 액세스의 중요한 연구 측면이 된다. 경쟁 확률을 줄이는 방법과 이미 수행 된 경쟁을 신속하게 해소하는 방법은 랜덤 액세스의 성능에 영향을 주는 주요 지표다.
LTE-A에서의 경쟁 기반 랜덤 액세스 절차는 도 2에 도시 된 바와 같이 4 개의 단계로 이루어진다. 1단계에서 UE는 프리앰블 시퀀스 자원 풀에서 하나의 프리앰블 시퀀스를 랜덤하게 선택하여 기지국으로 송신한다. 기지국은 액세스 신호에 대해 상관관계 검출을 수행하여 UE에 의해 송신된 프리앰블 시퀀스를 식별한다. 2단계에서, 기지국은 UE에게 랜덤 액세스 응답(random access response, RAR)을 송신한다. 상기 RAR은 랜덤 액세스 프리앰블 시퀀스 식별자, 상기 UE와 상기 기지국 간의 시간 지연 추정에 따라 결정된 타이밍 어드밴스(timing advance, TA) 표시, 임시 셀 - 무선 네트워크 임시 식별자(cell-radio network temporary identifier, C-RNTI) 및 다음 상향링크 송신을 위한 UE에 할당된 시간 - 주파수 자원을 포함한다. 3단계에서 UE는 RAR에 포함된 정보에 따라 메시지 3(message 3, Msg3)을 기지국으로 송신한다. Msg3은 다른 것들 중에서 단말 식별자, RRC 연결 요청을 포함하고, 단말 식별자는 상기 UE에 고유하며 경쟁을 해소하는데 사용된다. 4단계에서 기지국은 경쟁 해소 식별자를 UE로 송신한다. 경쟁 해소 식별자는 경쟁 해소의 궁극적인 승자인 UE의 단말 식별자이다. 단말은 상기 식별자를 검출한 후 임시 C-RNTI를 C-RNTI로 업그레 이드하고, 기지국에게 랜덤 액세스 절차를 수행하기 위한 확인(acknowledge, ACK) 신호를 송신하여 기지국의 스케줄링을 기다린다. 그렇지 않으면, UE는 일정 시간 지연 후에 새로운 랜덤 액세스 절차를 시작할 수 있다.
경쟁 없는 랜덤 액세스 절차의 경우, 기지국은 UE의 식별자를 알고 있기 때문에 프리앰블 시퀀스를 UE에 할당할 수 있다. 따라서, UE는 프리앰블 시퀀스를 송신하기 전에 랜덤하게 시퀀스를 선택할 필요가 없고, 대신에 할당된 프리앰블 시퀀스를 사용한다. 기지국은 할당된 프리앰블 시퀀스를 검출한 후에 대응하는 랜덤 액세스 응답을 송신할 수 있으며, 랜덤 액세스 응답은 타이밍 어드밴스, 상향링크 자원의 할당 및 다른 정보를 포함한다. 랜덤 액세스 응답을 수신한 후, UE는 상향링크 동기화가 완료된 것으로 인식하고 기지국의 추가 스케줄링을 기다린다. 그러므로, 경쟁 없는 랜덤 액세스 절차는 2개의 단계로 이루어지며, 1단계는 프리앰블 시퀀스를 송신하고, 2단계는 RAR을 송신하는 것이다.
밀리미터 파 통신은 5G에서 가능한 핵심 기술이다. 반송파 주파수를 밀리미터 파 대역으로 증가시킴으로써, 이용 가능한 대역폭이 크게 증가될 수 있고, 따라서 시스템의 송신 속도가 크게 개선될 수 있다. 밀리미터 파 대역의 무선 채널의 높은 페이딩(fading) 및 높은 손실(loss) 특성에 대한 저항을 위해, 밀리미터 파 통신 시스템은 일반적으로 빔포밍 기술을 사용하며, 즉, 빔 에너지는 가중 인자(weighting factor)를 사용하여 특정 방향으로 집중된다. 무선 통신에서, 기지국 및 UE는 폴링(polling) 등을 통해 최적의 빔 쌍을 탐색하여 UE 측의 수신 SNR(signal to noise ratio)이 최대가 되도록 한다. 단말과 기지국은 초기 연결이 이루어질 때 최적의 빔 쌍의 방향을 모르기 때문에, 밀리미터 파 통신 시스템에서의 랜덤 액세스는 큰 어려움에 직면한다. 한 가지 가능한 방법은 [Random Access in Millimeter-Wave Beamforming Cellular Networks: Issues and Approaches]에서 설명된 바와 같이, 1단계에서, UE가 랜덤 액세스의 후속 단계에서 사용될 수 있는 최적의 빔 쌍을 탐색하기 위해 프리앰블 시퀀스를 송신할 때 모든 가능한 빔 쌍을 시도하는 것이다. 이 솔루션에서, 최적의 빔 쌍이 랜덤 액세스 절차의 1단계에서 얻어질 수 있지만, 1단계에서 프리앰블 시퀀스를 송신 및 검출하는데 요구되는 시간이 길어질 수 있다. 따라서 성능을 향상시킬 수 있는 큰 여지가 있다.
결론적으로, 5G 후보 기술 중 밀리미터 파 통신 시스템의 경쟁력을 더욱 향상시키기 위해서는, 밀리미터 파 시스템에서의 랜덤 액세스 절차의 성능 관련 문제를 효과적으로 해결할 수 있는 기술적 솔루션을 제안하고, 밀리미터 파 통신 시스템에서의 랜덤 액세스 절차의 성능을 향상시키고, 최종적으로 UE 측 사용자에 대한 더 나은 액세스 경험 및 더 짧은 액세스 시간 지연 제공 목표를 달성할 필요가 있다.
목적은 빔포밍 기반의 밀리미터 파 통신 시스템에서 랜덤 액세스 절차 동안 최적의 빔 쌍을 탐색하는데 너무 많은 시간이 요구되기 때문에 프리앰블 시퀀스를 송신하는데 너무 많은 시간이 요구된다는 문제를 해결하는 것이다.
아래의 상세한 설명을 하기 전에, 본 특허 문헌 전체에 걸쳐 사용 된 특정 단어 및 어구의 정의를 기술하는 것이 바람직할 수 있다. 용어 "포함하는" 및 "구성되는"은 그 파생어뿐 아니라 제한없이 포함하는 것을 의미한다. "또는"이라는 용어는 포괄적이며, 및/또는을 의미할 수 있다. "포함 된" 및 "관련 있는"이라는 문구 및 그 파생어는 포함하거나, 그 안에 포함되거나, 상호 연결되거나, 들어있거나, 그 안에 들어있거나, 접속되거나, 연결되거나, 병행하거나, 통할 수 있거나, 협력하거나, 인터리브하거나, 병치하거나, 근접해 있거나, 바인딩되거나, 바인딩되어 있거나, 가지고 있거나, 속성을 가지고 있는 등을 의미할 수 있다. "컨트롤러"라는 용어는 적어도 하나의 동작을 제어하는 임의의 장치, 시스템 또는 그 일부를 의미하며, 그러한 장치는 하드웨어, 펌웨어 또는 소프트웨어, 또는 이들 중 적어도 2 가지 조합으로 구현될 수 있다. 특정 컨트롤러와 관련된 기능은 로컬 또는 원격으로 중앙 집중식 또는 분산 형일 수 있다. 특정 단어 및 어구에 대한 정의가 이 특허 문헌 전체에 걸쳐 제공되며, 당업자는 대부분의 경우는 아니지만 많은 경우에 그러한 정의가 그러한 정의된 단어 및 어구의 사전 및 이후의 사용에 적용된다는 것을 이해해야 한다.
본 개시에 의하면 빔포밍 기반의 밀리미터 파 통신 시스템에서 랜덤 액세스 절차 동안 최적의 빔 쌍을 탐색하는데 너무 많은 시간이 요구되기 때문에 프리앰블 시퀀스를 송신하는데 너무 많은 시간이 요구된다는 문제를 해결할 수 있다.
본 개시 및 이점에 대한 보다 완전한 이해를 위해, 첨부된 도면과 관련하여 취해진 다음의 설명을 참조할 것이며, 동일한 도면 부호는 동일한 부분을 나타낸다.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 차등 빔포밍 기반 랜덤 액세스 방법의 흐름도를 도시한다.
도 2는 종래 기술의 경쟁 기반 랜덤 액세스 방법의 흐름도를 도시한다.
도 3은 본 개시에 따른 안테나 어레이에 기초한 송신단의 구조도를 도시한다.
도 4는 본 개시에 따른 안테나 어레이에 기초한 수신단의 구조도를 도시한다.
도 5는 본 개시에 따른 차등 빔포밍 기반 랜덤 액세스 방식의 흐름도를 도시한다.
도 6은 본 개시의 하나의 특정 실시 예에 따른 기지국에 의해 차등 빔포밍 모드에서 프리앰블 시퀀스를 포함하는 액세스 신호 수신을 나타내는 도면을 도시한다.
도 7은 본 개시에 따른 차등 빔포밍 기반 랜덤 액세스 절차의 흐름도이다.
도 8은 본 개시에 따른 합산 빔 및 차등 빔을 통한 에너지 수신을 나타낸 도면을 도시한다.
도 9는 본 개시에 따른 차등 빔을 통한 수신 에너지와 합산 빔을 통한 수신 에너지의 비율을 나타내는 도면을 도시한다.
도 10은 본 개시에 따른 기지국에 의한 액세스 신호 처리의 흐름도를 도시한다.
도 11은 본 개시에 따른 복수의 기지국 빔 방향으로 프리앰블 시퀀스 수신을 나타내는 도면을 도시한다.
도 12는 본 개시의 바람직한 일 실시 예에 따른 기지국 측 수신 빔 스캐닝 모드를 나타내는 도면을 도시한다.
도 13은 본 개시의 바람직한 다른 실시 예에 따른 프리앰블 시퀀스가 검출 된 경우의 타이밍을 나타내는 도면을 도시한다.
도 14는 본 개시의 하나의 특정 실시 예에 따른 차등 빔포밍 기반 랜덤 액세스 절차의 흐름도를 도시한다.
도 15는 본 개시의 일 실시 예에 따른 랜덤 액세스 채널 구조를 나타내는 도면을 도시한다.
도 16은 본 개시에 따른 컴포넌트 프리앰블 시퀀스들로부터 프리앰블 시퀀스를 구성하는 것을 나타내는 도면을 도시한다.
도 17은 본 개시에 따른 구성 컴포넌트 프리앰블 시퀀스들로 구성된 프리앰블 시퀀스 검출을 나타내는 도면을 도시한다.
도 18은 본 개시에 따른 각속도에 따라 빔 폭을 조정하는 흐름도를 도시한다.
도 19는 본 개시의 다른 실시 예에 따른 차등 빔포밍 기반 랜덤 액세스 방법의 흐름도를 도시한다.
도 20은 본 개시의 또 다른 실시 예에 따른 차등 빔포밍 기반 랜덤 액세스 방법의 흐름도를 도시한다.
도 21은 본 개시에 따른 차등 빔포밍 송신 모드에서 프리앰블 시퀀스를 송신하는 랜덤 액세스 채널 구조를 나타내는 도면을 도시한다.
도 22는 본 개시에 따른 기지국에 의한 프리앰블 시퀀스 검출 흐름도를 도시한다.
도 23은 본 개시에 따른 서로 다른 시간-주파수 자원을 갖는 프리앰블 시퀀스를 송신하는 랜덤 액세스 채널 구조를 나타는 도면을 도시한다.
도 24는 본 개시의 하나의 특정 실시 예에 따른 UE 측에 의한 차등 빔포밍 송신 모드와 대응하는 프레임 구조의 사용을 나타내는 도면을 도시한다.
도 25는 본 개시의 일 실시 예에 따른 차등 빔포밍 기반 랜덤 액세스를 위한 기지국의 구조도를 도시한다.
도 26은 본 개시의 일 실시 예에 따른 차등 빔포밍 기반 랜덤 액세스를 위한 기지국의 다른 구조도를 도시한다.
도 27은 본 개시의 실시 예에 따른 차등 빔포밍 기반 랜덤 액세스를 위한 UE의 또 다른 구조도를 도시한다.
이하에 논의되는 도 1 내지 도 27 및 이 특허 문헌에서 본 개시의 원리를 설명하기 위해 사용된 다양한 실시 예는 단지 설명을 위한 것이며 본 개시의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 당업자는 본 개시의 원리가 임의로 적절히 배치되어 구현될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
이하, 본 개시의 실시 예를 상세히 설명하고, 이들 실시 예들의 예들은 첨부 도면들에 도시되어 있으며, 전체적으로 동일하거나 유사한 참조 부호는 동일하거나 유사한 요소 또는 동일하거나 유사한 기능을 갖는 요소를 지칭한다. 첨부된 도면을 참조하여 기술된 이러한 예들은 본 개시를 설명하기위한 목적으로만 예시되는 것으로서, 본 개시의 제한을 구성하는 것으로 간주되어서는 안된다.
이하, 사용자 장비(user equipment, UE)는 사용자를 위한 장치이다. UE는 "단말(terminal)", "이동국(mobile station, MS)", "가입국(subscriber station, SS)", "원격 단말(remote terminal, RT)", "무선 단말(wireless terminal, WT)", "사용자 장치(user device)" 또는 이와 동등한 기술적 의미를 지닌 다른 용어로 지칭될 수 있다. 기지국(base station, BS)은 UE에 무선 액세스를 제공하는 장치이다. 상기 기지국은 "진화된 노드 B(evolved node B, eNB)", "액세스 포인트(access point, AP)", "5 세대 노드(5th generation node, 5G node)", "무선 포인트(wireless point)", "송수신 포인트(transmission/reception point, TRP)" 또는 동등한 기술적 의미를 지닌 다른 용어로 지칭될 수 있다.
다양한 실시 예들에서, UE 또는 BS는 차등 빔포밍을 수행할 수 있다. 차등 빔 포밍은 서로 다르지만 관련된 두 개의 빔을 사용하는 빔포밍 기술이다. 예를 들어, 두 개의 서로 다르지만 관련된 빔은 '합산 빔'(sum beam)및 '차등 빔(differential beam)'이라고 지칭할 수 있다. 이들 2개의 빔의 관계를 이용하여, 수신기/송신기는 실제 빔 방향과 프로브 빔 방향 사이에서 빔 방향 에러를 얻을수 있다. 구체적으로는, 합산 빔은 보통 빔 생성 계수(the normal beam generation coefficient)(예를 들면, 이산 푸리에 변환(discrete fourier transform, DFT) 형 빔 계수)를 이용하여 생성될 수도 있다. 한편 차등 빔과 합산 빔의 관계는 계수의 전반부는 동일하지만 계수의 후반부는 반대이다. 이러한 방식으로, 빔 방향 에러는 더욱 간단하게 얻어 질 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 차등 빔포밍 기반 랜덤 액세스 방법의 흐름도를 도시한다.
S110에서 기지국에 의해, 제1 UE로부터의 프리앰블 시퀀스가 차등 빔포밍 수신 모드로 수신되고, S120에서 기지국 빔 방향 각도 편차는 프리앰블 시퀀스에 기초하여 결정되고, S130에서 상기 기지국 빔 방향 각도 편차에 따라 기지국 빔을 조정하고, 조정 된 기지국 빔을 통해 랜덤 액세스 응답 신호를 상기 제1 UE로 송신한다.
바람직하게는, S110에서, 기지국은 합산 빔 및 차등 빔을 통해 복수의 기지국 빔 방향으로 제1 UE로부터 프리앰블 시퀀스를 수신한다.
바람직하게는, S110은 S111 및 S112를 포함한다. S111에서 기지국은 차등 빔 포밍 수신 모드에서 제1 UE로부터 액세스 신호를 수신하고, S112에서 액세스 신호가 임의의 프리앰블 시퀀스를 포함하는 것으로 결정하기 위해 액세스 신호에 대해 프리앰블 시퀀스 상관관계 검출이 수행된다.
바람직하게는, S120에서, 프리앰블 시퀀스 상관관계 검출 결과에 기초하여 기지국 빔 방향 각도 편차를 결정하기 위해 기지국 빔 방향 편차 검출이 수행된다.
바람직하게는, S112에서, 합산 빔 및 차등 빔을 통해 복수의 기지국 빔 방향으로 액세스 신호에 대해 프리앰블 시퀀스 상관관계 검출이 수행된다.
바람직하게는, 합산 빔은 빔포밍 가중 계수(weight coefficients)로서 합산 빔 가중 계수를 사용하고, 차등 빔은 빔포밍 가중 계수로서 차등 빔 가중 계수를 사용한다.
보다 바람직하게는, 합산 빔 가중 계수는 제1 합산 빔 부분과 제2 합산 빔 부분으로 분할될 수 있고, 차등 빔 가중 계수는 제1 차등 빔 부분과 제2 차등 빔 부분으로 분할될 수 있고, 상기 제1 합산 빔 부분은 상기 제1 차등 빔 부분과 동일하고, 상기 제2 차등 빔 부분의 복수의 요소는 상기 제2 합산 빔 부분의 대응하는 요소의 반수(opposite numbers)이다.
바람직하게는, 합산 빔 가중 계수는 다음의 [수학식 1]로 나타낼 수 있다.
Figure pct00001
여기서 Nsum은 합산 빔 가중 계수를 사용하는 수신 어레이에 의해 사용되는 안테나의 수, θ는 합산 빔 중심 방향, d는 합산 빔 어레이의 안테나 소자 간격, λ는 송신된 신호의 파장이고, 상기 합산 빔 가중 계수는 빔 가중 계수 Nsum 차원 벡터 일 수 있으며, n번째 요소는
Figure pct00002
이고, 여기서 1≤n≤Nsum이고 차등 빔 가중 계수는 다음의 [수학식 2]로 나타낼 수 있다.
Figure pct00003
여기서, Ndif는 차등 빔 가중 계수를 사용하는 송신 어레이에 의해 사용되는 안테나의 수이고, Nsum = Ndif이고, 차등 빔 가중 계수는 빔 가중 계수 Ndif 차원 벡터 일 수 있으며, 상기 차등 빔 가중 계수의 제1 Ndif/2 요소는 상기 합산 빔 가중 계수의 제1 Nsum/2 요소와 동일하고, 차등 빔 가중 계수의 제2 Ndif/2 요소는 합산 빔 가중 계수의 제2 Nsum/2 요소의 반수이다.
바람직하게는, 합산 빔 및 차등 빔을 통해 복수의 기지국 빔 방향으로 상기 액세스 신호에 대한 프리앰블 시퀀스 상관관계 검출을 수행하는 단계는, 임의의 프리앰블 시퀀스에 대한 제1 상관관계 검출 결과를 결정하기 위해 합산 빔을 통해 상기 복수의 기지국 빔 방향으로 상기 액세스 신호에 대한 프리앰블 시퀀스 상관관계 검출을 수행하는 단계와, 임의의 프리앰블 시퀀스들에 대한 제2 상관관계 검출 결과를 결정하기 위해 차등 빔을 통해 상기 복수의 기지국 빔 방향으로 상기 액세스 신호에 대한 프리앰블 시퀀스 상관관계 검출을 수행하는 단계와, 적어도 하나의 기지국 빔 방향에서 상기 제1 상관관계 검출 결과 및/또는 상기 제2 상관관계 검출 결과가 제1 결정 조건을 만족하는 것으로 결정되면, 임의의 프리앰블 시퀀스들을 포함하는 액세스 신호가 적어도 하나의 기지국 빔 방향에서 검출되는 것으로 결정하는 단계를 포함한다.
제1 결정 조건은, 상기 제1 상관관계 검출 결과는 제1 임계 값보다 크고 상기 제2 상관 검출 결과는 상기 제1 임계 값보다 큰 경우, 상기 제1 상관관계 검출 결과는 제2 임계 값보다 큰 경우, 상기 제2 상관관계 검출 결과는 상기 제2 임계 값보다 큰 경우 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 제1 임계 값은 상기 제2 임계 값보다 작다.
상기 기지국 방향 각도 편차를 결정하기 위해 상기 프리앰블 시퀀스 상관관계 검출 결과들에 기초하여 기지국 빔 방향 편차 검출을 수행하는 단계는, 임의의 프리앰블 시퀀스를 수신하는 적어도 하나의 기지국 빔 방향으로부터 최대 수신 에너지를 갖는 기지국 빔 방향을 선택하는 단계는, 임의의 프리앰블 시퀀스들을 수신하는 적어도 하나의 기지국 빔 방향으로부터 최대 수신 에너지를 갖는 기지국 빔 방향을 선택하는 단계와, 상기 최대 수신 에너지를 갖는 상기 기지국 빔 방향에서의 제2 상관관계 검출 결과 및 제1 상관관계 검출 결과에 기초하여 기지국 빔 방향 각도 편차를 결정하는 단계를 포함한다.
기지국 빔 방향 각도 편차에 따라 기지국 빔을 조정하는 단계는, 기지국 빔 방향 각도 편차에 따라 기지국 빔 폭 및 기지국 빔 방향을 조정하는 단계를 포함한다.
기지국 빔 방향의 제1 빔 폭은 프리앰블 시퀀스를 수신하고 상관관계 검출을 수행하는데 사용되고, 조정된 기지국 빔 방향의 제2 빔 폭은 랜덤 액세스 응답 신호를 송신하는데 사용되며, 상기 제1 빔 폭은 상기 제2 빔 폭보다 작지 않다.
바람직하게는, 이 방법은 S140을 더 포함한다. S140에서 빔 지시 정보 및 UE 빔 방향 각도 편차에 기초하여 조정된 UE 빔을 통해 제1 UE에 의해 송신된 Msg3은 조정된 기지국 빔에 의해 수신되고, 대응하는 경쟁 해소는 조정된 기지국 빔을 통해 송신된다.
바람직하게는, 이 방법은 S100을 더 포함한다. S100에서 기지국은 빔 구성 정보를 송신하고, 상기 빔 구성 정보는 UE가 차등 빔포밍 송신 모드를 사용하는지 여부를 나타내는 표시 정보, 후속 데이터를 송신하기 위해 UE에 의해 사용되는 빔 폭과 프리앰블 시퀀스를 송신하기 위해 UE에 의해 사용되는 빔 폭, UE 빔 스캐닝 주기, 그리고 기지국 빔 스캐닝 주기 중 적어도 하나를 포함한다.
바람직하게는, 상기 빔 구성 정보는 상기 기지국이 차등 빔포밍 수신 모드를 사용하는지 여부를 나타내는 지시 정보를 더 포함한다.
본 개시의 실시 예에서, 밀리미터 파 대역에서 동작하는 시스템에서, 기지국과 단말 모두는 도 3에 도시된 바와 같은 안테나 어레이에 기초한 송신기 구조와 도 4에 도시된 바와 같은 안테나 어레이에 기초한 수신기 구조체를 사용한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 기저대역 처리된 각 링크는 상향 변환기(up-converter) 및 디지털-아날로그 변환기(digital-to-analog converter, DAC)에 의해 Nst개의 안테나 소자로 구성된 하나의 안테나 어레이에 연결되고, 안테나 어레이 내의 안테나 소자들은 동상으로 조정될 수 있고, 위상을 조정함으로써, 밀리미터 파 시스템의 빔포밍을 구현하기 위하여 안테나 어레이는 적절한 방향으로 빔을 형성할 수 있다. 도 4에 도시된 수신기 구조는 도 3의 것과 유사하며, 각각의 기저대역 링크는 Nsr 개의 안테나 소자로 구성된 하나의 안테나 어레이에 연결되고, 안테나 소자는 동상으로 조정될 수 있고, 위상을 조정함으로써, 수신 신호 대 잡음비(signal-to-noise ratio, SNR)를 증가시키기 위해 안테나 어레이는 적절한 방향으로 수신 빔을 조정할 수 있다. 밀리미터 파 대역에서 동작하는 통신 시스템은 빔포밍에 의존하며, 정합 빔포밍(matched beamforming)은 최대 수신 SNR을 제공할 수 있다. 따라서, 밀리미터 파 통신 시스템의 경우, 타이밍 어드밴스 및 상향링크 동기화 추정에 더하여, 랜덤 액세스는 최적의 송신-수신 빔 쌍을 결정할 필요가 있고, 즉, 대응하는 빔포밍 계수를 결정할 필요가 있다.
도 5는 본 개시에 따른 차등 빔포밍 기반 랜덤 액세스 절차의 흐름도를 도시한다.
도 5에 도시 된 바와 같이, 랜덤 액세스 절차는 4 개의 단계로 구성된다.
1단계에서 UE는 기지국으로 프리앰블 시퀀스를 송신하고, 상기 UE는 차등 빔포밍 송신 모드를 사용하며, 상기 기지국은 차등 빔포밍 수신 모드를 사용한다. 상기 기지국은 차등 빔의 수신 에너지 대 합산 빔의 수신 에너지의 비를 계산한 결과에 따라 기지국 빔 방향 각도 편차를 결정할 수 있고, 후속 단계에서 데이터를 송수신하기 위해 상기 기지국 빔 방향 각도 편차에 기초하여 상기 기지국 빔 방향을 조정할 수 있고, 한편, 상기 기지국은 UE 빔 방향을 조정하기 위해, 상기 UE에 의해 송신된 합산 빔의 수신된 에너지와 차등 빔의 수신된 에너지에 따라 UE 빔 방향 각도 편차를 결정할 수 있다.
상기 기지국은 합산 수신 빔 및 차등 수신 빔을 통해 수신된, UE에 의해 송신된 합산 빔 에너지 및 차등 빔의 에너지를 계산하고, 상기 수신 에너지는 프리앰블 시퀀스 상관관계 검출의 값에 의해 특징(characterized)지어질 수 있고, 따라서 UE에 의해 송신된 합산 빔의 에너지에 대한 차등 빔의 에너지의 비율이 획득될 수 있다. 테이블을 검색함으로써, UE의 실제 송신 방향과 UE에 의해 사용된 빔 방향 간의 편차가 획득된다.
2단계에서, 기지국은 1단계에서 결정된 기지국 빔 방향 각도 편차에 따라 기지국 빔을 조정하고, 조정된 기지국 빔을 통해 랜덤 액세스 응답(random access response, RAR)을 송신하고, 상기 조정 된 기지국 빔은 최적의 기지국 빔이다. 또한, 기지국은 RAR과 함께 1단계에서 획득된 최대 송신 에너지를 갖는 UE 빔 방향, 즉 최적의 UE 빔 방향 및 UE 빔 방향 각도 편차를 갖는 UE 빔 방향을 UE에 송신한다.
3단계에서, UE는 수신된 최적의 UE 빔 방향 및 UE 빔 방향 각도 편차에 따라 UE 빔을 조정하고, Msg3을 송신하고, 상기 조정된 UE 빔은 최적의 UE 빔이고, 기지국은 1단계에서 결정된 조정된 기지국 빔에 따라 Msg3을 수신한다.
4단계에서, 기지국은 1단계에서 결정된 조정된 기지국 빔에 따라 경쟁 해소를 송신하고, UE는 2단계에서 결정된 조정된 UE 빔에 따라 경쟁 해소를 수신한다.
상기 과정들에서, 최적의 UE 빔 및 최적의 기지국 빔은 최적의 UE-기지국 빔 쌍을 형성한다.
상기 단계들에서, UE 및 기지국 모두 차등 빔포밍 솔루션을 사용한다. 차등 빔포밍 솔루션은 기지국 측 또는 UE 측에서만 사용될 수 있으며, 종래의 빔 폴링 솔루션은 다른 측에서 사용될 수 있음을 알아야 한다. 차등 빔포밍 솔루션의 사용으로 인해, 상기 랜덤 액세스 절차는 최적 빔 쌍의 선택 프로세스를 감소시키고 경쟁의 발생 확률을 감소시킬 수 있어, 빔포밍 기반 밀리미터 파 통신 시스템에서 랜덤 액세스 절차의 성능이 향상된다.
도 5에 도시된 랜덤 액세스 흐름은 경쟁 기반 랜덤 액세스 절차에 적용 가능하다. 경쟁 없는 랜덤 액세스 절차는 단말로부터 송신된 프리앰블 시퀀스가 기지국에 의해 할당되더라도 여전히 기지국과 UE 간에 최적의 UE-기지국 빔 쌍을 결정할 필요가 있다. 따라서, 최적의 UE-기지국 빔 쌍을 결정할 때, 이 솔루션에서 제공되는 차등 빔포밍 기반 방식으로 여전히 완료될 수 있다.
본 개시의 제1 특정 적용 시나리오에서, 도 6은 본 개시의 하나의 특정 실시 예에 따라 기지국 측에서 차등 빔포밍 모드로 프리앰블 시퀀스를 포함하는 액세스 신호를 수신하는 개략도이다.
도 6을 참조하면, 제1 UE는 액세스 신호를 기지국으로 송신하고, 상기 기지국은 합산 빔 및 차등 빔을 통해 복수의 기지국 빔 방향으로 상기 제1 UE로부터의 액세스 신호를 수신하며, 그 후 상기 프리앰블 시퀀스 상관관계 검출은 합산 빔 및 차등 빔을 통해 상기 복수의 기지국 빔 방향으로 상기 액세스 신호에 대해 수행되고, 상기 액세스 신호가 프리앰블 시퀀스를 포함하는 것으로 검출된 경우, 기지국 빔 방향 각도 편차를 결정하기 위해 상기 프리앰블 시퀀스 상관관계 검출의 결과에 기초하여 기지국 빔 방향 편차 검출이 수행되며, 기지국 빔 방향 각도 편차에 따라 기지국 빔 방향이 조정되고, 랜덤 액세스 응답 신호가 조정된 기지국 빔 방향으로 제1 UE로 송신된다.
본 실시 예에서 프리앰블 시퀀스는 랜덤 액세스 채널에서 송신된다. 기지국에 의한 검출을 용이하게 하기 위해, 일반적으로 밀리미터 파 시스템의 가용 대역폭이 크다는 것을 고려하면, 랜덤 액세스 채널은 주파수 도메인에서 6개의 자원 블록들(resource blocks, RBs)을 점유하고 시간적으로 하나 이상의 서브프레임 동안 지속되는 상향링크 가용 대역폭의 중간에 배치된다. 랜덤 액세스 채널은 시퀀스, 사이클릭 프리픽스 및 보호구간의 세 부분으로 구성된다. 도 7은 하나의 서브프레임 동안 지속되는 랜덤 액세스 채널의 도면을 도시한다.
제1 UE는 다수의 UE 빔 방향으로 동일하거나 상이한 프리앰블 시퀀스들을 송신한다. 상이한 프리앰블 시퀀스들이 송신되는 경우에 이용 가능한 프리앰블 시퀀스들의 세트는 복수의 분리된 서브세트들로 분할되고, 각각의 UE는 하나의 서브세트로부터 송신될 하나의 프리앰블 시퀀스를 선택한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 UE가 3개의 UE 빔 방향으로 프리앰블 시퀀스를 송신한다고 가정할 때, 가용 프리앰블 시퀀스들의 집합 Σ는 3개의 분리된 서브세트들 Σ1, Σ2 및 Σ3으로 분할되어 다음의 [수학식 3], [수학식 4]를 만족한다.
Figure pct00004
Figure pct00005
바람직하게는, [수학식 4]는 프리앰블 시퀀스 집합 Σ의 서브 세트로서 서브 세트들의 합집합을 사용하도록 조정될 수 있다. 일부 프리앰블 시퀀스는 예를 들어, 경쟁 없는 랜덤 액세스 절차를 위해 예약될 수 있다. 제1 UE가 제1 방향으로 빔을 사용하여 프리앰블 시퀀스를 송신하는 경우, 프리앰블 시퀀스는 서브세트 Σ1에서 랜덤하게 선택되고, 상기 제1 UE가 제2 방향으로 빔을 사용하여 프리앰블 시퀀스를 송신하는 경우, 상기 프리앰블 시퀀스는 서브세트 Σ2에서 랜덤하게 선택되며, 상기 제1 UE가 제3 방향으로 빔을 사용하여 프리앰블 시퀀스를 송신하는 경우, 상기 프리앰블 시퀀스는 서브 세트 Σ3에서 랜덤하게 선택된다.
위해 하나의 프리앰블 시퀀스를 선택하면 된다. 이 경우, 프리앰블 시퀀스의 활용도가 높고 각 프리앰블 시퀀스에서 기지국에 의해 수행되는 상관관계 검출의 복잡도는 낮지만 프리앰블 시퀀스가 길다. 상이한 프리앰블 시퀀스가 사용될 때, 프리앰블 시퀀스가 짧지만 기지국에서의 검출의 복잡성은 높다.
그 후, 기지국은 제1 UE로부터의 액세스 신호를 합산 빔 및 차등 빔을 통해 복수의 기지국 빔 방향으로 수신한다. 특히, 기지국은 2개의 어레이로 검출을 수행하고, 그 중 하나는 합산 빔 가중 계수를 빔포밍 가중 계수로 사용한다. 합산 빔 가중 계수는 다음의 [수학식 5]으로 나타낼 수 있다.
Figure pct00006
여기서, Nsum은 합산 빔 가중 계수를 사용하는 수신 어레이에 의해 사용되는 안테나의 수, θ는 합산 빔 중심 방향, d는 수신 어레이의 안테나 소자 간격, λ는 수신 신호의 파장이다.
다른 어레이는 차등 빔 가중 계수를 빔포밍 가중 계수로 사용한다. 차등 빔 가중 계수는 다음의 [수학식 6]으로 나타낼 수 있다.
Figure pct00007
여기서, Ndif는 차등 빔 가중 계수를 사용하는 수신 어레이에 의해 사용되는 안테나의 수이다. 2개의 어레이의 안테나 수 Nsum 및 Ndif는 동일하거나 상이할 수 있다. 이 실시 예에서, Nsum = Ndif = N, 즉 2개의 어레이의 안테나의 수가 동일한 것으로 가정한다. 각각의 수신 어레이의 안테나들의 수 N을 조정함으로써, 빔 폭이 조정될 수 있고, 그래서 빔의 커버리지가 조정될 수 있다. 도 5의 기지국 측의 차등 빔 수신 어레이 및 합산 빔 수신 어레이는 도 4의 수신기 구조의 복수의 안테나 어레이로 구성될 수 있다.
여기서, 8개의 안테나를 구비한 제1 UE를 예로 들어, 도 8은 합산 빔 및 차등 빔의 수신 에너지의 개략도이다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 합산 빔과 차등 빔의 방향은 동일하지만, 2개의 빔의 에너지 분포가 다르다. 따라서, 2개의 빔의 수신 에너지의 비가 중심 빔 방향으로부터의 편차를 결정하기 위한 기초로서 사용될 수 있다. 도 9는 합산 빔의 수신 에너지에 대한 차등 빔의 수신 에너지의 비율의 개략도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 특정의 각도 편차 범위 내에서, 각도 편차는 수신 에너지에 일대일 대응한다. 도 9에 도시 된 예에서, 이 각도 편차 범위는 대략 [-15 °, 15 °]이다. 각도 편차가 이 범위 내에 있으면, 수신 에너지의 비율 및 대응하는 각도 편차에 따라 룩업 테이블(lookup table)이 만들어질 수 있으며, 따라서 수신 에너지의 비율에 따라 룩업 테이블을 검색함으로써 각각의 각도 편차가 결정된다.
합산 빔의 수신 에너지 대 차등 빔의 수신 에너지의 비를 이용함으로써 유사한 효과가 달성될 수 있다는 것을 알아야한다. 그러나, 얻어진 에너지 비와 빔 방향의 편차와의 관계가 다르며, 또한 사용되는 룩업 테이블도 다르다.
그리고, 합산 빔 및 차등 빔을 통해 복수의 기지국 빔 방향으로의 액세스 신호에 대해 프리앰블 시퀀스 상관관계 검출이 수행된다. 특히, 도 10은 본 개시에 따른 기지국에 의한 액세스 신호 처리의 흐름도를 도시한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 프리앰블 시퀀스 상관관계 검출은 합산 빔 어레이 및 차등 빔 어레이에 의해 액세스 신호에 대해 수행되고, 프리앰블 시퀀스가 검출되었는지 여부를 판단하기 위해 합산 빔 어레이와 차등 빔 어레이에 의해 수행된 상관관계 검출의 결과들이 최종 결과로서 결합된다. 상관관계 검출 결과는 특정 프리앰블 시퀀스의 수신 에너지가 획득되었음을 구체적으로 나타낼 수 있다.
예를 들어, 기지국은 연속적인 시간 영역에서 복수의 기지국 빔을 통해 액세스 신호를 수신하고 상관관계 검출을 수행하며, 특정 프리앰블 시퀀스에 대한 제1 상관관계 검출 결과, 즉 특정 프리앰블 시퀀스에 대한 합산 빔의 수신 에너지가 Rsum인 것을 결정하기 위해, 임의의 순간에 합산 빔을 통해 액세스 신호에 대한 프리앰블 시퀀스 상관관계 검출을 수행하고, 이 프리앰블 시퀀스에 대한 제2 상관관계 검출 결과, 즉 이 프리앰블 시퀀스에 대한 차등 빔의 수신 에너지가 Rdif인 것을 결정하기 위해, 동시에 차등 빔을 통해 액세스 신호에 대한 프리앰블 시퀀스 상관관계 검출을 수행하고, Rsum> η1 및 Rsum> η1, 또는 Rsum> η2, 또는 Rdif> η2이면, 이 프리앰블 시퀀스를 포함하는 액세스 신호가 검출된 것으로 판단될 수 있고, 그렇지 않으면 이 프리앰블 시퀀스는 검출되지 않은 것으로 판단될 수 있다. 여기서, η1 및 η2는 각각 제1 임계 값 및 제2 임계 값이고, η1≤η2이다.
도 8에 도시 된 바와 같이, 합산 빔과 차등 빔의 에너지 분포는 상보적이다. 즉, 합산 빔의 수신 에너지가 최대가 되면 차등 빔의 수신 에너지는 0이되고, 합산 빔의 수신 에너지가 0 일 때 차등 빔의 수신 에너지가 최대가 된다. 　이러한 2가지 상황은 합산 빔의 피크 방향이 UE를 가리키는 경우 및 차등 빔의 피크 방향이 UE를 각각 가리키는 경우에 대응한다. 따라서, 차등 빔 및 합산 빔에 대해, 더 큰 제2 임계 값은 프리앰블 시퀀스의 검출을 결정하기 위한 기초로서 각각 사용된다. 그렇지 않으면, 더 작은 제1 임계 값이 차등 빔 및 합산 빔에 대한 동시 결정을 위해 사용되어야 한다. 제1 임계 값 η1 및 제2 임계 값 η2는 셀 반경, 프리앰블 시퀀스의 송신 동안 빔포밍을 위해 UE 및 기지국에 의해 사용되는 안테나의 수, 프리앰블 시퀀스의 길이 등과 같은 인자들에 의해 결정된다.
최종 상관관계 검출 결과가 어떠한 프리앰블 시퀀스도 검출되지 않는다는 것을 나타내는 경우 후속 단계는 진행되지 않고, 최종 상관관계 검출 결과가 하나 이상의 프리앰블 시퀀스가 검출된 것을 나타내는 경우 검출된 각각의 프리앰블 시퀀스에 대해 빔 방향 편차 검출이 수행되며, 즉 차등 빔 어레이의 상관관계 검출 결과에 대한 합산 빔 어레이의 상관 검출 결과의 비율에 따라 수신 방향과 어레이 빔 방향 간의 편차가 얻어진다.
예를 들어, 복수의 기지국 빔 방향에서 특정 프리앰블 시퀀스가 수신되는 것이 검출되면, 상기 프리앰블 시퀀스에 대해 검출 된 상관관계 검출 결과에 따라, 최대 상관 검출 결과를 갖는, 즉 최대 수신 에너지를 갖는 기지국 빔 방향이 복수의 기지국 빔 방향 중에서 선택되고, 최대 수신 에너지를 갖는 기지국 빔 방향에서의 제1 상관관계 검출 결과와 제2 상관관계 검출 결과의 비율을 계산함으로써 기지국 빔 방향 각도 편차가 결정되고, 예를 들면, 이 프리앰블 시퀀스에 대한 합산 빔의 수신 에너지를 Rsum, 이 프리앰블 시퀀스에 대한 차등 빔의 수신 에너지를 Rdif라 하면, 기지국 빔 방향 각도 편차는 Rsum과 Rdif의 비율을 계산함으로써 결정된다. 룩업 테이블은 차등 빔 수신 에너지 대 합산 빔 수신 에너지의 비와 빔 방향 각도 편차 사이의 대응 관계를 나타낼 수 있으며, 따라서 Rsum과 Rdif의 비율에 따라 룩업 테이블을 검색함으로써 각각의 기지국 빔 방향 각도 편차가 결정된다. 기지국 빔 방향 각도 편차는 랜덤 액세스 절차의 후속 단계에서 빔 방향을 조정하고 정정하는데 사용된다.
빔의 커버리지를 보장하면서 검색 시간을 줄이기 위해, 기지국은 하나 이상의 넓은(wide) 합산 빔/차등 빔 어레이들을 통해 상이한 방향을 스캔한다. 도 11은 프리앰블 시퀀스의 검출 성공률을 높이기 위해 복수의 기지국 빔에 의한 스캐닝이 수행되는 경우, 복수의 기지국 빔 방향으로 프리앰블 시퀀스를 수신하는 것을 나타내는 도면을 도시한다. 도 11에 도시한 바와 같이, 하나의 셀은 각각 120°의 범위를 커버하는 3개의 섹터로 분할되고, 상이한 섹터는 서로 독립적이다. 섹터 1에 의해 커버되는 120°의 범위에 대해, 30°의 빔 폭을 갖는 4개의 기지국 빔 쌍이 수신을 커버링하는데 사용되고, 기지국 빔 쌍 각각은 동일한 기지국 빔 방향을 갖는 합산 빔 및 차등 빔을 포함한다.
상이한 기지국 빔 방향들에서의 기지국 빔 쌍들은 시분할 방법으로 구별된다. 예를 들면, 각 기지국 빔 방향에 대한 연속적인 스캐닝 시간은 τ이고, 수신 스캐닝 타이밍은 도 12에 도시된 바와 같다. 빔 1 내지 빔 4는 하나의 섹터를 커버하기위한 4개의 수신 빔 방향, 즉 대응하는 합산 빔 방향을 나타낸다. 각 빔 방향에서 기지국 빔 쌍에 대한 연속적인 스캐닝 시간은 τ이며, 각 빔 방향을 스캐닝하는데 사용된다. 4개의 모든 빔 방향의 스캐닝 수신이 완료되면, 다음 스캐닝 주기가 시작된다. 각각의 빔 방향에 기지국 빔은 하나 이상의 랜덤 액세스 서브-채널을 수신한다.
특정 프리앰블 시퀀스의 송신이 검출될 때, 프리앰블 시퀀스의 수신에서 최대 수신 에너지를 갖는 기지국 빔 방향 및 대응하는 기지국 빔 방향 각도 편차가 결정된다. 후속 랜덤 액세스 절차에서, 좁은(narrow) 빔 폭을 갖는 빔이 송신 빔 및 수신 빔으로서 사용될 수 있다. 예를 들면, 도 11에 도시된 바와 같은 예에서는, 기지국 빔 방향에 있어서 프리앰블 시퀀스의 수신 및 상관관계 검출을 위해 30°의 제1 빔 폭이 사용되고, 이후의 랜덤 액세스의 단계에서는, 더 좁은 제2 빔 폭이 랜덤 액세스 응답 신호를 송신하는데 사용된다. 예를 들어, 기지국의 안테나 어레이 요소의 수를 증가시킴으로써, 제1 빔 폭은 후속하는 RAR을 송신하고, Msg3을 수신하고, 경쟁 해소를 송신하기 위해 제2 빔 폭으로 조정된다.
바람직하게는, 프리앰블 시퀀스를 검출한 후 기지국은 프리앰블 시퀀스의 수신 신호 강도에 따라 기지국 빔 방향 각도 편차를 결정하여 빔 방향을 최적의 빔 방향으로 조정할 수 있고, 다운 링크 제어 채널 또는 다운 링크 공유 채널 또는 다운 링크 방송 채널을 통해 제1 UE에 통지할 수 있다. 보다 바람직하게는, 기지국이 제1 UE에 통지하는 방식은 고정된 기지국 빔 방향이고, 상기 제1 UE는 상기 최대 수신 세기를 가지는 방향을 찾을 때까지 상기 제1 UE의 빔포밍 계수 코드북에 따라 모든 방향을 탐색하고 횡단한다. 랜덤 액세스의 후속 단계들에서, 제1 UE는 이 방향 빔을 통해 신호를 수신하고 송신한다.
본 개시의 실시 예에서, 차등 빔포밍 수신 모드에서 기지국 빔 방향 각도 편차를 검출하면서 넓은 제1 빔 폭을 갖는 기지국 빔에 의해 프리앰블 시퀀스를 검출함으로써, 기지국 측에서의 최적 빔은 종래의 빔 폴링 방법보다 빠르게 발견되고, 그 후, 차등 빔포밍 수신 모드에서 검출된 기지국 빔 방향 각도 편차에 따라 빔 방향을 조정하면서 좁은 제2 빔 폭을 갖는 기지국 빔을 사용함으로써 후속 단계에서의 수신 SNR이 향상될 수 있고, 이는 랜덤 액세스 절차의 성능의 향상을 용이하게 한다. 또한, 빔 방향의 조정은 또한 경쟁 확률의 감소를 용이하게 하고, 따라서 랜덤 액세스 절차의 성능이 향상된다.
프리앰블 시퀀스를 검출하는 동안 검출 속도를 향상시키기 위해 넓은 제1 빔 폭을 갖는 기지국 빔이 사용되기 때문에, 셀 커버리지는 종래의 빔 방향 폴링 솔루션보다 약간 낮을 것이다. 셀 커버리지를 증가시키기 위해, 보다 긴 프리앰블 시퀀스가 사용될 수 있다. 예를 들어, 빔 방향 폴링 솔루션이 도 11에 도시된 예와 비교하여 동일한 프리앰블 시퀀스 길이를 사용하면서 120°의 섹터를 커버하기 위해 빔 폭이 10° 인 빔을 사용하는 경우, 좁은 빔 폭은 보다 집중된 에너지를 가지므로, 도 11에 도시된 예에서의 것에 비해 이 빔에 의해 지지될 수 있는 셀 반경은 더 크고, 하나의 셀의 빔 방향 스캐닝을 완료하는 주기는 4 배이다.
본 실시 예에서의 셀 커버리지의 약점을 보완하기 위해, 프리앰블 시퀀스의 길이는 종래의 솔루션에서의 프리앰블 시퀀스의 길이보다 길게 설정될 수 있으며, 예를 들어, 종래의 솔루션의 2 배로 설정될 수 있다. 이 때, 빔 스캐닝 주기의 관점에서, 종래의 해결책은 여전히 이 실시 예보다 1.5 배 길다. 이 실시 예에서 상관관계 검출을 위해 2개의 어레이가 사용되기 때문에, 셀 커버리지는 프리앰블 시퀀스의 길이를 증가시킨 후에, 더 나은 성능으로도, 종래의 솔루션에 근접할 것이다. 프리앰블 시퀀스는 다음과 같이 다양한 방식으로 길어질 수 있는데, 예를 들어, 동일한 프리앰블 시퀀스를 반복하고, 보다 긴 프리앰블 시퀀스를 설계하는 것이다. 이 실시 예에서 제안된 해결책은 경쟁 기반 랜덤 액세스 절차에도 적용할 수 있지만,　기지국에서 차등 빔포밍 수신 모드로 기지국 측의 최적의 빔 방향을 결정하는 것은 경쟁 없는 랜덤 액세스 절차에도 적용 가능하다. 즉, 제1 UE는 기지국에 의해 할당된 프리앰블 시퀀스를 송신하고, 기지국은 합산 빔 어레이와 차등 빔 어레이를 통해 액세스 신호를 수신하고 대응하는 기지국 빔 방향 각도 편차를 결정하기 위해 프리앰블 시퀀스 상관관계 검출을 수행하고, 기지국은 기지국 빔 방향 각도 편차에 따라 빔 방향을 조정하고, 좁은 기지국 빔을 통해 랜덤 액세스 응답을 송신하고, 제1 UE는 랜덤 액세스 응답을 수신한 후에 경쟁 없는 랜덤 액세스 절차를 구현하고, 기지국의 추가 스케줄링을 기다린다.
경쟁 없는 랜덤 액세스 절차의 경우, 일부 장면에서, 예를 들어 셀 핸드 오버와 같은 시나리오에서, 기지국은 기지국 간 통신 수단 등에 의해 UE의 가능한 방향을 포함하는 몇 가지 사전 정보를 얻을 수 있고, 이러한 사전 정보에 따르면, 기지국은 빔 스캐닝에 대한 방향을 감소시키고, 차등 빔포밍에 기초한 랜덤 액세스 절차에 의해 요구되는 시간을 더 감소시킬 수 있다.
구체적으로, 차등 빔과 통합된 경쟁 없는 랜덤 액세스 절차의 흐름은 다음과 같은데, 1단계에서 기지국은 가능한 방향들을 포함하는 UE에 관한 몇 가지 사전 정보를 획득하고, 2단계에서 기지국은 1단계에서 결정된 가능한 빔 방향들로 프리앰블 시퀀스를 검출하고, 3단계에서 기지국이 프리앰블 시퀀스의 송신을 검출하면, 차등 빔의 상관관계 검출 결과 및 합산 빔의 상관관계 검출 결과에 따라 빔 방향 편차가 더 결정되고, 랜덤 액세스 응답을 송신할 때 빔 방향 및 빔 폭을 조정하고, 좁은 빔 폭을 갖는 빔이 송신에 사용된다.
바람직하게는, 복수의 빔 방향에서 동일한 복수의 동일한 프리앰블 시퀀스가 검출되는 경우, 복수의 기지국 빔 방향들에서 복수의 동일한 프리앰블 시퀀스들의 우선 순위를 결정하는 단계와, 상기 빔 방향 편차 검출을 수행하기 위해 가장 높은 우선 순위를 갖는 기지국 빔 방향의 프리앰블 시퀀스를 선택하는 단계를 더 포함한다. 복수의 기지국 빔 방향에서 복수의 동일한 프리앰블 시퀀스의 우선 순위를 결정하는 방법은, 상기 프리앰블 시퀀스들 각각에 대응하는 상기 복수의 기지국 빔 방향들에서 에너지를 수신하기 위한 우선 순위를 결정하는 단계와, 상기 복수의 기지국 빔 방향들 각각에서 상기 프리앰블 시퀀스들의 각각이 검출될 때 시간 순서로 우선 순위를 결정하는 단계를 포함하나 이에 한정되는 것은 아니다.
본 개시의 제2 특정 적용 시나리오에서, 기지국은 차등 빔포밍 수신 모드에서 제1 UE로부터 액세스 신호를 수신하고 이에 따라 프리앰블 시퀀스 상관관계 검출을 수행한다. 랜덤 액세스 절차의 경우, 동일한 프리앰블 시퀀스를 송신하는 다수의 UE가있을 수 있다. 따라서, 기지국은 하나의 스캐닝 주기 내에서 상이한 UE로부터 동일한 복수의 동일한 프리앰블 시퀀스를 검출할 수 있다. 이 경우, 복수의 UE간에 경쟁이 발생할 수 있다. 특히, 차등 빔포밍 수신 모드에서의 랜덤 액세스 절차등안, 동일한 프리앰블 시퀀스가 복수의 수신 빔 방향에서 검출될 수 있고, 따라서 복수의 기지국 빔 방향에서의 동일한 복수의 프리앰블 시퀀스의 우선 순위가 소정의 기준에 따라 결정되고, 가장 높은 우선순위를 갖는 프리앰블 시퀀스가 빔 방향 편차 검출을 수행하도록 선택된다. 소정의 기준은 적어도 에너지 기준 및 시간 순서 기준을 포함하고, 에너지 기준은 복수의 기지국 빔 방향에서의 프리앰블 시퀀스의 수신 에너지의 순서로 우선 순위를 결정하고, 이전 액세스에 실패한 UE가 다시 액세스하려고 시도할 경우, 더 높은 프리앰블 시퀀스 송신 에너지가 사용될 수 있기 때문에 상기 기지국이 동일한 프리앰블 시퀀스들을 검출할 경우 상기 합산 빔 어레이 및 상기 차등 빔 어레이의 수신 에너지의 합에 따라 프리앰블 시퀀스의 총 수신 에너지를 결정하고, 기지국에 의해 상기 다수의 동일한 프리앰블 시퀀스들의 총 수신 에너지를 내림차순으로 정렬하고 가장 높은 에너지를 갖는 프리앰블 시퀀스를 선택하고 이 프리앰블 시퀀스를 송신한 UE가 가장 높은 우선 순위를 가지는 것으로 결정하고, 시간 순서 기준은 프리앰블 시퀀스들이 복수의 기지국 빔 방향들에서 검출되는 시간 순서로 우선 순위를 결정하고, 프리앰블 시퀀스들이 각 기지국 빔 방향에서 검출되는 시간을 비교함으로써 가장 초기에 발견 된 서비스하는 UE를 선택한다. 예를 들어, 도 13에 도시된 바와 같이, 각 기지국 빔 방향의 지속 시간은 시간 슬롯들로 더 분할된다.
도 13에 도시 된 바와 같이, 각 기지국 빔 방향에 대응하는 각 기간은 L 개의 시간 슬롯들로 분할된다. 복수의 기지국 빔 방향에서 동일한 프리앰블 시퀀스가 검출되면, 상관관계 검출 결과의 피크가 발생한 타임 슬롯의 위치를 비교하고 프리앰블 시퀀스가 먼저 검출된 빔 방향이 타임 슬롯의 위치에 따라 결정된다. 동일한 프리앰블 시퀀스들은 빔 방향 2 및 빔 방향 K 모두에서 검출된다. 그러나, 빔 방향 2에서, 상관관계 피크 1은 시간 슬롯 L에서 발생하고, 빔 방향 K에서, 상관관계 피크 2는 시간 슬롯 2에서 발생한다. 또한, 2개의 피크는 동일한 프리앰블 시퀀스에 대한 검출 결과이다. 이 경우, 상관관계 피크 1은 상관관계 피크 2보다 먼저 발생하지만, 피크 2는 더 높은 우선 순위를 가지며 우선적으로 제공될 수 있다고 여겨진다.
보다 바람직하게는, 복수의 동일한 프리앰블 시퀀스의 우선 순위는 상기 2개의 소정읜 기준을 조합함으로써 결정된다. 예를 들어, 먼저, 우선 순위는 시간 순서 기준에 따라 결정되고, 다수의 UE들에 의해 송신된 프리앰블 시퀀스들이 시간 순서 기준 하에서 동일한 우선 순위를 갖는다면, 우선 순위는 에너지 기준에 따라 결정되고 가장 높은 우선 순위를 갖는 UE가 먼저 액세스하도록 선택된다.
다른 예로서, 먼저, 에너지 기준에 따라 우선 순위가 결정되고, 에너지 기준 하에서 다수의 UE들에 의해 송신된 프리앰블 시퀀스들이 동일한 우선 순위를 갖는다면, 우선 순위는 시간 순서 기준에 따라 결정된다. 이와 같이, 합산 빔과 차등 빔의 에너지 피크 차가 있기 때문에, 도 2에 도시된 바와 같이 8개의 안테나의 예에서, 합산 빔의 최고 수신 에너지는 차등 빔의 최고 수신 에너지의 약 1.25dB에서 대략 1.3 배가된다. 그러므로, 우선 순위의 결정 동안, 2개의 인접한 우선 순위들의 에너지 결정 기준은 합산 빔 수신 어레이와 차등 빔 수신 어레이 사이의 에너지의 차이를 고려할 수 있다. 도 2에 도시된 예에서, 2개의 인접한 우선 순위들의 에너지 결정 기준은 1.25 dB의 차이를 가질 수 있다.
복수의 동일한 프리앰블 시퀀스의 우선 순위를 결정한 후, 가장 높은 우선 순위를 갖는 프리앰블 시퀀스를 가지는 기지국 빔 방향이 선택될 수 있고, 대응하는 기지국 빔 방향 각도 편차가 결정되고, 수신 빔 방향은 기지국 빔 방향 각도 편차에 따라 조정되고, 좁은 빔 폭은 후속 단계에서 신호를 송신 및 수신하기 위해 선택된다.
복수의 기지국 빔 방향의 프리앰블 시퀀스의 우선 순위가 유사한 우선순위를 갖는 경우, 서로 인접하지 않는 복수의 기지국 빔 방향이여 기지국 빔 방향 각도 편차 검출을 수행하기 위해 선택되고, 각각의 기지국 빔 방향은 대응하는 기지국 빔 방향 각도 편차에 따라 조정되고, 좁은 빔 폭은 후속 단계에서 신호를 송신 및 수신하는데 사용된다.
하나의 바람직한 실시 예(도 1 참조)에서, 이 방법은 S150(도 1에 도시되지 않음)을 더 포함한다. S150에서 차등 빔 송신 모드에서 제1 UE에 의해 프리앰블 시퀀스가 송신될 때, 최대 송신 에너지를 갖는 UE 빔 방향과 UE 빔 방향 각도 편차을 결정하기 위해, 합산 빔 및 차등 빔을 통해 제1 UE에 의해 송신된, 수신된 프리앰블 시퀀스에 기초하여 UE 빔 방향 편차 검출이 수행된다.
S160은 구체적으로 S161(도시되지 않음) 및 S162(도시되지 않음)를 포함한다. S161에서 최대 송신 에너지를 갖는 UE 빔 방향은 프리앰블 시퀀스를 송신하는 적어도 하나의 UE 빔 방향으로부터 선택되고, S162에서 UE 빔 방향 각도 편차를 결정하기 위해, 합산 빔 및 차등 빔을 통해 최대 수신 에너지를 가지는 UE 빔 방향으로 송신된 프리앰블 시퀀스들에 기초하여, UE 빔 방향 편차 검출이 수행된다.
바람직하게는, 제3 상관관계 검출 결과를 결정하기 위해, 합산 빔 및 차등 빔을 통해, 최대 송신 에너지를 가지는 UE 빔 방향에서 합산 빔을 통해 송신된 프리앰블 시퀀스에서, 프리앰블 시퀀스 상관관계 검출이 수행되고, 제4 상관관계 검출 결과를 결정하기 위해, 합산 빔 및 차등 빔을 통해 최대 송신 에너지를 가지는 UE 빔 방향에서 차등 빔을 통해 송신된 프리앰블 시퀀스에서, 프리앰블 시퀀스 상관관계 검출이 수행되고, 제3 상관관계 검출 결과 및 제4 상관관계 검출 결과에 기초하여 UE 빔 방향 각도 편차가 결정된다.
바람직하게는, 차등 빔포밍 송신 모드로 제1 UE에 의해 송신되고 복수의 동일한 컴포넌트 프리앰블 시퀀스로 구성된 프리앰블 시퀀스를 포함하는 액세스 신호가 수신될 때, 이 방법은 상기 다수의 컴포넌트 프리앰블 시퀀스들의 상관관계 검출 결과들을 상기 프리앰블 시퀀스의 상관관계 검출 결과로서 합하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 이 방법은, 각각의 컴포넌트 프리앰블 시퀀스의 컴포넌트 UE 빔 방향 각도 편차를 결정하기 위해 다수의 동일한 컴포넌트 프리앰블 시퀀스들에 기초하여 UE 빔 방향 편차 검출을 수행하는 단계와, 각각의 컴포넌트 프리앰블 시퀀스의 컴포넌트 UE 빔 방향 각도 편차에 기초하여 UE 빔 방향의 변화 값들의 평균값을 계산하고, 상기 계산 결과에 기초하여 제1 UE의 각 운동 속도(angular movement velocity)를 결정하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 이 방법은 제1 UE의 각속도에 따라 기지국 빔 폭을 조정하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 이 방법은 마지막 하나의 컴포넌트 프리앰블 시퀀스의 컴포넌트 UE 빔 방향 각도 편차에 기초하여 UE 빔 방향 각도 편차를 추정하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 랜덤 액세스 응답 신호는 적어도 UE 빔 방향 각도 편차 및 최대 송신 에너지를 갖는 UE 빔 방향을 나타내는 빔 지시 정보를 포함한다.
본 개시의 제3 특정 적용 시나리오에서, 이는 수신단 및 송신단으로서 기지국 및 제1 UE가 차등 빔포밍 수신 모드 및 차등 빔포밍 송신 모드를 사용하는 랜덤 액세스 절차이다. 기지국 및 제1 UE 모두 안테나 어레이에 기초한 송신 구조를 사용하고, 기지국 및 제1 UE 모두 차등 빔포밍에 기초한 송신 구조를 사용한다. 도 14는 차등 빔포밍에 기초한 랜덤 액세스 절차의 흐름도를 도시한다.
도 14에 도시된 바와 같이, 랜덤 액세스 절차 이전에, 기지국은 하향 링크 제어 채널 또는 하향 링크 공유 채널 또는 하향 링크 방송 채널을 통해 랜덤 액세스 구성 정보를 제1 UE에 송신하고, 상기 랜덤 액세스 구성 정보는 종래 기술의 기본 랜덤 액세스 채널 구성 정보, 프리앰블 시퀀스 구성 정보, UE가 차등 빔포밍 송신 모드를 사용하는지 여부를 나타내는 지시 정보, 데이터를 송신하기 위해 UE에 의해 사용되는 빔 폭, UE 빔 스캐닝 주기, 기지국 빔 스캐닝 주기, 및 다른 빔포밍 구성 파라미터를 포함한다. UE 빔 스캐닝 주기 및 기지국 빔 스캐닝 주기은 서브프레임의 개수 단위로 제1 UE가 프리앰블 시퀀스를 송신하는 랜덤 액세스 채널 구조를 결정한다. 예를 들어, UE 빔 스캐닝 주기가 NU 인 경우, 전체 공간의 커버리지를 구현하기 위해 UE가 NU 빔 방향으로 스캔한다는 것을 의미하고, 기지국 빔 스캐닝 주기가 NB 인 경우, 기지국이 전체 공간의 커버리지를 구현하기 위해 NB 빔 방향 스캔한다는 것을 의미한다. 도 15에 도시된 바와 같이, UE는 랜덤 액세스 채널을 NBNU 랜덤 액세스 서브채널들로 분할한다. 종래 기술에 비해, 수신단과 송신단은 차등 빔포밍 수신 모드와 차등 빔포밍 송신 모드를 사용하기 때문에, 기지국과 제1 UE의 스캐닝 주기가 줄어들 수 있고, 한편, 보다 넓은 빔이 커버리지를 위해 사용되기 때문에, 기지국-UE 빔 쌍을 선택하기 위해 요구되는 시간 및 프리앰블 시퀀스를 송신하는데 요구되는 시간이 감소된다. 지원되는 셀 반경을 증가시키기 위해, 동일한 프리앰블 시퀀스에서 동일한 서브시퀀스를 반복적으로 송신하는 방법이 사용될 수 있다.
1단계에서 제1 UE는 랜덤 액세스 구성 정보를 수신한 후 프리앰블 시퀀스를 랜덤하게 선택하고, 상기 구성에 따라 랜덤 액세스 채널로 프리앰블 시퀀스를 송신한다. 프리앰블 시퀀스를 송신할 때, UE는 차등 빔포밍 송신 모드를 사용한다. 예를 들어, 프리앰블 시퀀스는 두 부분으로 균등하게 분할되며, 제1 부분은 합산 빔을 통해 송신되고 제2 부분은 차등 빔을 통해 송신되거나 또는, 동일한 프리앰블 시퀀스가 직교 시간-주파수 자원을 갖는 2개의 상이한 안테나 포트에서 합산 빔 및 차등 빔을 통해 각각 송신된다. 합산 빔을 통해 송신된 시퀀스는 합산 빔 시퀀스(sum beam sequence)라 불리고, 차등 빔을 통해 송신 된 시퀀스는 차등 빔 시퀀스(differential beam sequence)라고한다. 합산 빔 시퀀스와 차등 빔 시퀀스는 동일한 시퀀스를 사용할 수 있으며, 즉 동일한 시퀀스에 의해 프리앰블 시퀀스가 반복적으로 생성되거나, 프리앰블 시퀀스가 두 부분으로 분할된다.
기지국은 수신을 위해 차등 빔포밍 수신 모드, 즉 2개의 안테나 어레이를 사용한다. 예를 들어, 제1 안테나 어레이는 합산 빔 수신 모드를 사용하고 제2 안테나 어레이는 차등 빔포밍 수신 모드를 사용한다. 기지국은 우선 프리앰블 시퀀스에 대해 상관관계 검출을 수행하고, 프리앰블 시퀀스의 송신이 검출되면 최대 수신 에너지를 갖는 송신-수신 빔 쌍을 결정한다. 최대 수신 에너지를 갖는 송신-수신 빔 쌍은 최대 수신 에너지를 갖는 기지국 빔 방향 및 최대 송신 에너지를 갖는 UE 빔 방향을 포함한다. 이어서, 기지국 빔 방향 각도 편차 및 UE 빔 방향 각도 편차가 추정된다.
프리앰블 시퀀스에 대해 상관관계 검출을 수행하는 동안, 기지국은 합산 빔 수신 어레이와 차등 빔 수신 어레이에 대해 상관관계 검출을 각기 수행하고, 합산 빔의 상관관계 검출 결과와 차등 빔의 상관관계 검출 결과를 결합하여 프리앰블 시퀀스의 송신을 검출하였는지 여부를 판단한다. 합산 빔의 상관관계 검출 결과에 대한 차등 빔의 상관관계 검출 결과의 비가 계산되고, 기지국 빔 방향 각도 편차는 룩업 테이블을 만들고 룩업 테이블을 검색함으로써 결정된다. 이어서, 합산 빔 수신 어레이와 차등 빔 수신 어레이에 의해 수신된 차등 빔 시퀀스의 상관관계 검출 값, 즉 제4 상관관계 검출 결과, 에 대한 합산 빔 수신 어레이 및 차등 빔 수신 어레이에 의해 수신된 합산 빔 시퀀스의 상관관계 검출 값, 즉 제3 상관관계 검출 결과,의 비가 계산되고, UE 빔 방향 각도 편차는 룩업 테이블을 만들고 룩업 테이블을 검색함으로써 결정된다.
2단계에서, 기지국은 1단계에서 결정된 기지국 빔 방향 각도 편차 및 최대 수신 에너지를 갖는 기지국 빔 방향에 따라 랜덤 액세스 응답을 송신하기 위해 좁은 빔 폭을 갖는 기지국 빔을 선택한다. 랜덤 액세스 응답은 프리앰블 시퀀스 식별자, UE와 기지국 간의 시간 지연 추정에 따라 결정된 타이밍 어드밴스 표시, C-RNTI, 다음 상향 링크 송신을 위해 UE에 할당된 시간-주파수 리소스, 최대 수신 에너지를 갖는 UE 빔 방향 및 UE 빔 방향 각도 편차를 포함하고, 상기 최대 수신 에너지를 갖는 UE 빔 방향은 빔 ID에 의해 표시되고, 상기 UE 빔 방향 각도 편차는 상기 제1 UE가 검색하고 UE 빔 방향 각도 편차를 결정하는 대응 인덱스를 가질 수 있다.
3 단계에서 제1 UE는 상기 기지국으로부터 송신된 랜덤 액세스 응답에 따라 UE 빔 방향을 조정하고, 빔 폭이 좁은 UE 빔으로 Msg3을 송신한다. 기지국은 1단계에서 결정된 기지국 빔 방향 각도 편차를 이용하여 기지국 빔 방향을 조정하고, 수신을 위해 좁은 빔 폭을 갖는 기지국 빔을 사용한다.
단계 4에서, 기지국은 조정된 기지국 빔 방향을 이용하여 좁은 빔 폭을 갖는 기지국 빔을 통해 경쟁 해소를 송신한다. 제1 UE는 수신을 위해 조정된 UE 빔 방향을 사용하고, 랜덤 액세스 절차를 구현하며, 기지국에 의한 상향 링크 자원의 할당을 기다린다.
종래 기술의 빔 폴링 기반 랜덤 액세스 기술과 비교할 때, 이 특정 실시 예에 의해 제공되는 차등 빔포밍 기반 랜덤 액세스 방식은 최적의 송신-수신 빔 쌍을 탐색하는데 필요한 시간을 효과적으로 감소시킬 수 있고, 따라서 랜덤 액세스 절차 및 UE 측의 사용자 경험을 향상시킨다. 특히, 최적의 송신-수신 빔 쌍이 송신 및 수신에 사용될 때, 빔 폭이 10°인 빔이 필요하고, 이는 16개의 안테나 소자로 구성된 균일한 간격의 선형 어레이를 사용함으로써 구현될 수 있다. 차등 빔포밍 모드가 송수신용으로 사용될 때 8개의 안테나 소자로 구성된 균일한 간격의 선형 어레이가 사용되면, 구별 가능한 범위는 30°이다. 기지국 스캐닝 주기 및 UE 스캐닝 주기는 빔 폴링 기반 랜덤 액세스 솔루션보다 3배 감소될 수 있다. 프리앰블 시퀀스를 송신하고 최적의 빔 쌍을 검색하는데 필요한 시간은 빔 폴링 기반 랜덤 액세스 솔루션보다 9배 더 낮아진다. 예를 들어, 심지어 차등 빔포밍 기반 솔루션이 셀 커버리지의 약점을 보완하기 위해 반복된 프리앰블 시퀀스를 사용해야하는 경우에도, 안테나 수의 2배 감소로 인해 수신 에너지가 4배 감소 할 수 있으며, 에너지 차이를 보충하기 위해 프리앰블 시퀀스는 4회 반복하여 송신되어야 한다. 이 경우 프리앰블 시퀀스를 송신하고 최적의 빔 쌍을 검색하는 데 필요한 시간은 여전히 빔 폴링 기반 솔루션의 4/9에 불과하다. 랜덤 액세스 절차의 효율성이 크게 개선된다.
이 바람직한 실시 예에 의해 제공되는 차등 빔포밍 수신 모드 및 차등 빔 포밍 송신 모드에 기초한 랜덤 액세스 절차는 경쟁이 발생할 때 더 낮은 우선 순위를 갖는 UE가 보다 신속하게 실패를 트리거링 할 수 있게 한다. 예를 들어, 동일한 수신 스캐닝 빔 방향에서, 서로 다른 UE들에 의해 동일한 프리앰블 시퀀스들이 송신되고 다수의 액세스 하기 위한 시도들에서의 실패로 인해 UE들 중 하나는 높은 송신 전력을 가지지만 다른 하나는 적은 시도로 인해 낮은 송신 전력을 가질 때, 차등 빔포밍 수신 모드를 사용하는 기지국 또한 두 개의 대응하는 프리앰블 시퀀스를 검출하지만, 결정된 기지국 빔 방향 각도 편차는 높은 전력을 갖는 UE 방향에 더 가까울 수 있다. 전력 차가 클수록, 차등 빔포밍 수신 모드에서 결정된 빔 방향은 높은 전력을 갖는 UE 방향에 가깝다. 빔 방향이 조정되고 좁은 기지국 빔이 랜덤 액세스 응답을 송신하기 위해 사용될 때, 낮은 전력을 갖는 UE는 낮은 빔포밍 이득을 갖고, 그러므로 수신된 에너지는 또한 낮다. 결과적으로, 낮은 전력을 갖는 UE는 랜덤 액세스 응답을 수신할 때 성능이 떨어지거나 랜덤 액세스 응답을 수신하지 못할 수도 있다. 저전력 UE가 지정된 제한 시간 내에 랜덤 액세스 응답을 수신하지 못하면, 그 송신 전력을 프리앰블 시퀀스를 재송신하기 위해 증가시킬 수 있고, 새로운 랜덤 액세스 절차가 시작될 수 있다. 따라서, 차등 빔포밍에 기초한 랜덤 액세스 절차는 경쟁을 보다 신속하게 해소할 수 있고 경쟁 해소의 효율성을 향상시킬 수 있다.
전술한 실시 예에서 제안된 솔루션은 경쟁 기반 랜덤 액세스 절차에 적용 가능하지만, 본 실시 예의 1단계 및 2단계에서 사용된 솔루션은 경쟁 없는 랜덤 액세스 절차에도 적용 가능하다는 점에 유의해야한다. 차이점은 다음과 같은데, UE는 기지국에 의해 지정된 프리앰블 시퀀스를 송신하고, UE가 기지국으로부터 랜덤 액세스 응답 및 빔 조정 정보를 수신한 후에 랜덤 액세스 절차는 종료되고, UE 및 기지국은 또한 기지국 빔 방향 각도 편차 및 UE 빔 방향 각도 편차에 따라 후속 통신을 위해 기지국 빔 방향 및 UE 빔 방향을 조정한다.
UE와 기지국이 차등 빔포밍 송신 모드와 차등 빔포밍 수신 모드에서 프리앰블 시퀀스를 송수신하는지 여부는 실제 적용 시나리오에 따라 조정될 수 있음에 유의해야 한다. UE가 차등 빔포밍 송신 모드를 사용하는지 여부는 기지국에 의해 결정되고, 즉 UE는 랜덤 액세스 채널 구성 정보에서 UE가 차등 빔 포밍 송신 모드를 사용하는지 여부를 나타내는 표시 정보에 의해 표시된다. UE는 기지국이 차등 빔포밍 수신 모드를 사용하는지 여부를 통보 받지 못할 수도 있다. 그러나, 랜덤 액세스 채널 구조가 영향을 받을 수 있기 때문에, UE는 기지국 빔 스캐닝 주기에 의해 통지될 수 있다. 즉, 기지국이 차등 빔포밍 수신 모드를 사용할 때, 기지국 빔 스캐닝 주기는 짧고, 기지국이 차등 빔포밍 수신 모드를 사용하지 않으면 기지국 빔 스캐닝 주기는 길다. 기지국은 또한 차등 빔포밍 수신 모드를 사용 하는지를 UE에게 명시적으로 알려줄 수 있다. 즉, 기지국은 UE가 차등 빔포밍 수신 모드를 사용하는지 여부를 나타내는 지시 정보를 단말에게 송신한다.
본 개시의 제4 특정 적용 시나리오에서, 제1 UE는 움직이는 중에 차등 빔포밍 기반 랜덤 액세스 절차를 사용한다. 제1 UE와 기지국은 안테나 어레이 기반의 송신 구조를 사용하고, 기지국은 차등 빔포밍 송신 모드를 사용한다.
바람직하게는, 제1 UE는 프리앰블 시퀀스를 검출하기 위해 상기 기지국에 의해 요구되는 시간을 증가시키기 위해, 긴 프리앰블 시퀀스를 송신을 위해 사용할 수 있다.
바람직하게는, 프리앰블 시퀀스의 길이는 동일한 프리앰블 시퀀스를 반복함으로써 증가된다. 도 16은 컴포넌트 프리앰블 시퀀스들로부터 프리앰블 시퀀스를 구성하는 것을 나타내는 도면을 도시한다.
도 16에 도시된 바와 같이, 긴 시퀀스를 얻기 위해 길이가 동일한 K개의 컴포넌트 프리앰블 시퀀스가 반복되고, 최종 프리앰블 시퀀스를 얻기 위해 이 시퀀스에 사이클릭 프리픽스와 보호구간이 부가된다. 이 긴 프리앰블 시퀀스를 검출할 때, 컴포넌트 프리앰블 시퀀스들에 대한 검출을 수행하기 위해 기지국은 컴포넌트 프리앰블 시퀀스들의 길이에 일치하는 길이를 갖는 윈도우를 사용하고, 도 17에 도시된 바와 같이 K회 반복하여 검출을 수행한다. K개의 검출 윈도우 내의 컴포넌트 프리앰블 시퀀스의 상관관계 검출 결과는 프리앰블 시퀀스의 상관 검출 결과를 얻기 위해 중첩된다.
특히, 제1 UE의 각 운동 속도를 검출하는 방법은, 먼저 액세스 신호에 대한 프리앰블 시퀀스 검출, 즉, 컴포넌트 프리앰블 시퀀스를 이용하여 프리앰블 시퀀스 검출을 수행하고, 프리앰블 시퀀스의 상관관계 검출 결과를 얻기 위해 상관관계 검출 결과를 K 개의 검출 윈도우에 결합하고, 합산 빔 어레이 및 차등 빔 어레이의 검출 결과에 의해 상기 프리앰블 시퀀스가 검출되는지 여부를 판단하는 단계를 포함한다. 하나의 긴 프리앰블 시퀀스가 검출될 때 K개의 상관관계 검출 결과가 있을 수 있으므로, 기지국이 차등 빔포밍 솔루션에 의해 프리앰블 시퀀스 검출을 수행할 때, 상기 특성에 따라 기지국에 대한 제1 UE의 각속도가 검출될 수 있고 후속 신호의 송수신에 사용되는 빔 폭이 조정될 수 있다. 각속도에 따라 빔 폭을 조정하는 흐름도는 도 18에 도시된 바와 같다.
프리앰블 시퀀스 검출 단계에서 프리앰블 시퀀스의 송신이 검출되면, K개의 연속된 검출 윈도우에서 합산 빔 어레이 및 차등 빔 어레이의 상관관계 검출 결과에 따라 K개의 기지국 수신 방향 각도 편차가 계산되고, 프리앰블 시퀀스에서 제1 UE의 평균 각속도는 K개의 기지국 수신 방향 각도 편차에 따라 계산되고, 마지막 하나의 검출 윈도우에서 결정된 기지국 수신 방향 각도 편차는 최종 기지국 수신 방향 각도 편차로 사용된다. 구체적으로는, K번째 검출 윈도우에서, 차등 빔 어레이 및 합산 빔 어레이의 상관관계 검출 결과로부터 기지국 수신 방향 각도 편차 θk가 얻어지고, K번째 검출 윈도우에서의 제1 UE의 평균 각속도는 vk = (θk-θk-1)/t이고, 여기서 t는 2개의 검출 윈도우 간의 시간차이다. K개의 검출 윈도우에서 평균 각속도들을 결합함으로써, 프리앰블 시퀀스 검출 스테이지에서의 제1 UE의 평균 각속도가
Figure pct00008
로 얻어지며, 즉, 마지막 하나의 검출 윈도우에서 기지국 수신 방향 각도 편차가 최종 기지국 수신 방향 각도 편차로서 선택된다.
기지국 수신 방향 각도 편차 및 제1 UE의 평균 각속도를 검출 및 결정한 후, 기지국은 후속 신호를 송신 및 수신하기 위해 적절한 빔을 선택한다. 구체적으로, 낮은 UE 각속도는 좁은 빔 폭에 대응하고, 높은 UE 각속도는 넓은 빔 폭에 대응한다. 전술한 방법들에 의해 결정된 평균 각속도에 따라, 기지국은 적절한 빔 폭을 선택한다. 랜덤 액세스 과정에서, 기지국은 결정된 기지국 수신 방향 각도 편차 θk에 따라 기지국 빔 방향을 조정하고, 후속 단계들에서 신호를 송신 및 수신하기 위해 상기 프로세스에 의해 얻어진 빔 폭을 사용하여 빔포밍 계수들을 선택한다.
도 19는 본 개시의 다른 실시 예에 따른 차등 빔포밍 기반 랜덤 액세스 방법의 흐름도를 도시한다.
S210에서 기지국에 의해, 차등 빔포밍 송신 모드에서 제2 UE에 의해 송신 된 프리앰블 시퀀스가 수신되고, S220에서 프리앰블 시퀀스를 기초하여 최대 송신 에너지를 가지는 UE 빔 방향과 UE 빔 방향 각도 편차가 결정되고, S230에서 랜덤 액세스 응답 신호는 제2 UE로 송신되고, 상기 랜덤 액세스 신호는 UE 빔 방향 각도 편차와 최대 송신 에너지를 갖는 UE 빔 방향을 나타내는 빔 지시 정보를 포함한다.
S210은 S211 및 S212를 포함한다. S211에서 기지국은 차등 빔포밍 송신 모드에서 제2 UE에 의해 송신된 액세스 신호를 수신하고, S212에서 프리앰블 시퀀스 상관관계 검출은 액세스 신호가 임의의 프리앰블 시퀀스를 포함하는 것으로 결정하기 위해 액세스 신호에 대해 수행된다.
S220에서 프리앰블 시퀀스 상관관계 검출 결과를 기초하여, 최대 송신 에너지를 갖는 빔 방향과 UE 빔 방향 각도 편차를 결정하기 위해 UE 빔 방향 편차 검출이 수행된다.
S212에서, 합산 빔 및 차등 빔을 통해 복수의 UE 송신 빔에서 제2 UE에 의해 송신된, 수신된 액세스 신호에 대해 프리앰블 시퀀스 상관관계 검출이 수행된다.
바람직하게는, 임의의 프리앰블 시퀀스에 대한 제5 상관관계 검출 결과를 결정하기 위해, 프리앰블 시퀀스 상관관계 검출은 합산 빔을 통해 복수의 UE 빔 방향으로 송신된, 수신된 액세스 신호에 대해 수행되고, 임의의 프리앰블 시퀀스에 대한 제6 상관관계 검출 결과를 결정하기 위해, 프리앰블 시퀀스 상관관계 검출은 차등 빔을 통해 복수의 UE 빔 방향으로 송신된, 수신된 액세스 신호에 대해 수행되고, 수신된 적어도 하나의 UE 빔 방향에서의 상기 제5 상관관계 검출 결과 및/또는 상기 제6 상관관계 검출 결과가 제2 결정 조건을 만족하는 것으로 판단되면, 임의의 프리앰블 시퀀스들을 포함하는 액세스 신호가 수신된 적어도 하나의 UE 빔 방향에서 검출되는 것으로 결정한다.
제2 결정 조건은 제5 상관관계 검출 결과가 제3 임계 값보다 크고 제6 상관관계 검출 결과가 제3 임계 값보다 큰 경우, 제5 상관관계 검출 결과가 제4 임계 값보다 큰 경우, 또는 제6 상관관계 검출 결과가 제4 임계 값보다 큰 경우 중 적어도 하나를 포함하고, 제3 임계 값은 제4 임계 값보다 작다.
바람직하게는, 최대 송신 에너지를 갖는 UE 빔 방향과 UE 빔 방향 각도 편차를 결정하기 위해 프리앰블 시퀀스 상관관계 검출 결과들에 기초하여 UE 빔 방향 편차 검출을 수행하는 단계는, 프리앰블 시퀀스를 송신하는 적어도 하나의 UE 빔 방향으로부터 최대 송신 에너지를 갖는 UE 빔 방향을 선택하고, 최대 송신 에너지를 가지는 UE 빔 방향에서의 제5 상관관계 검출 결과 및 제6 상관 검출 결과에 기초하여, UE 빔 방향 각도 편차를 결정하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 이 방법은 S240(도시되지 않음)을 더 포함한다. S240에서 빔 지시 정보 및 UE 빔 방향 각도 편차에 기초하여 조정된 UE 빔을 통해 제2 UE에 의해 송신된 Msg3가 수신되고, 대응하는 경쟁 해소가 송신된다.
도 20은 본 개시의 또 다른 실시 예에 따른 차등 빔포밍 기반 랜덤 액세스 방법의 흐름도를 도시한다.
S310에서 제2 UE에 의해, 프리앰블 시퀀스를 포함하는 액세스 신호가 차등 빔포밍 송신 모드에서 기지국으로 송신되고, S320에서 기지국으로부터의 랜덤 액세스 응답 신호가 수신되며, 상기 랜덤 액세스 응답 신호는 UE 빔 방향 각도 편차와 최대 송신 에너지를 갖는 UE 빔 방향의 식별자를 포함하고, S330에서 UE 빔 방향 각도 편차와 최대 송신 에너지를 갖는 UE 빔 방향의 식별자에 따라 UE빔이 조정되고, 조정된 UE 빔을 통해 데이터가 송수신된다.
구체적으로, 제2 UE는 합산 빔(sum beam)과 차등 빔(differential beam)을 통해 복수의 UE 빔 방향으로 프리앰블 시퀀스를 포함하는 액세스 신호를 송신한다.
합산 빔은 합산 빔 가중 계수들을 빔포밍 가중 계수들로 사용하고 차등 빔은 차등 빔 가중 계수들을 빔포밍 가중 계수들로 사용한다.
바람직하게는, S330에서, UE 빔 방향 및 UE 빔 폭은 UE 빔 방향 각도 편차 및 최대 송신 에너지를 갖는 UE 빔 방향의 식별자에 따라 조정된다.
바람직하게는, 프리앰블 시퀀스는 제3 빔 폭을 이용하여 UE 빔 방향으로 송신되고, Msg3은 제4 빔 폭을 사용하여 조정된 UE 빔 방향으로 송신되고, 상기 제3 빔 폭은 상기 제4 빔 폭 이상이다.
바람직하게는, S310에서, 프리앰블 시퀀스를 포함하는 액세스 신호는 차등 빔포밍 송신 모드에서 랜덤 액세스 채널을 통해 기지국으로 송신된다.
보다 바람직하게는, 랜덤 액세스 채널은 하나의 UE 빔 방향에 각각 대응하는 복수의 랜덤 액세스 서브채널들을 포함한다.
보다 바람직하게는, 프리앰블 시퀀스는 제1 시퀀스 부분과 제2 시퀀스 부분으로 구성되며, 랜덤 액세스 서브채널에서 제1 시퀀스 부분은 합산 빔을 통해 송신되고, 제2 시퀀스 부분은 차등 빔을 통해 송신된다.
보다 바람직하게는, 프리앰블 시퀀스는 각각 합산 빔을 통해 두 개의 인접 랜덤 액세스 서브채널을 통해 송신된다.
선택적으로, 프리앰블 시퀀스는 소정의 시간-주파수 자원을 갖는 합산 빔 및 차등 빔을 통해 랜덤 액세스 채널에서 송신된다.
소정의 시간-주파수 자원은 적어도 상이한 시간-도메인 자원, 상이한 주파수-도메인 자원, 동일한 시간-주파수 자원들 내의 직교 코드들을 포함한다.
본 개시의 제5 특정 적용 시나리오에서, 기지국 및 제2 UE는 안테나 어레이에 기초한 송신 구조를 사용한다. 본 실시 예에서는 기지국이 종래의 폴링 방식을 사용하는 동안 제2 단말이 차등 빔포밍 송신 모드를 사용하는 랜덤 액세스 절차를 설명된다.
제2 UE는 차등 빔포밍 송신 모드로 프리앰블 시퀀스를 포함하는 액세스 신호를 기지국으로 송신하며, 상기 프리앰블 시퀀스는 랜덤 액세스 채널로 송신된다. 제2 UE는 차등 빔포밍 송신 모드로 프리앰블 시퀀스를 송신한다.
구체적으로, 프리앰블 시퀀스는 합산 빔을 통해 송신된 제1 시퀀스 부분, 즉 합산 빔 시퀀스와 차등 빔을 통해 송신된 제2 시퀀스 부분, 즉 차등 빔 시퀀스 2개의 부분으로 분할된다. 대응하는 랜덤 액세스 채널은 도 21에 도시된 바와 같다.
도 21에 도시된 구조에서, 합산 빔 시퀀스 및 차등 빔 시퀀스는 동일한 프리앰블 시퀀스에 속한다. 그러나, 합산 빔 시퀀스, 즉 도 21의 프리앰블 시퀀스의 전반부는 다음의 [수학식 7]과 같은 빔포밍 가중 계수를 갖는 합산 빔을 통해 송신된다.
Figure pct00009
여기서, NUE는 UE 빔포밍에 의해 사용되는 안테나들의 수이고,
Figure pct00010
는 빔포밍이 지시되는 방향이고, d는 수신 어레이의 안테나 소자 간격이고, λ는 수신된 신호의 파장이고, 합산 빔 가중 계수는 NUE 차원 벡터일 수 있으며, 여기서 n번째 요소는
Figure pct00011
이고, 여기서 1≤n≤NUE이고, 도 21의 후반부는 다음의 [수학식 8]과 같은 빔포밍 가중 계수를 갖는 차등 빔을 통해 송신된다.
Figure pct00012
즉, 차등 빔 가중 계수는 빔 가중 계수 NUE 차원 벡터 일 수 있으며, 차등 빔 가중 계수 벡터의 첫 번째 NUE/2 요소는 합산 빔 가중 계수 벡터의 첫 번째 NUE/2 요소와 같고, 차등 빔 가중 계수 벡터의 두 번째 NUE/2 요소는 합산 빔 가중 계수 벡터의 두 번째 NUE/2 요소의 반수이다.
상관관계 검출 결과, 즉 합산 빔의 수신 에너지, 를 얻기 위해 상관관계 검출이 합산 빔 시퀀스에 대해 수행되고, 상관관계 검출 결과, 즉 차등 빔의 수신 에너지, 를 얻기 위해 차등 빔 시퀀스에 대해 상관관계 검출이 수행된다.
구체적으로는, 도 22에 도시된 바와 같이, 합산 빔 시퀀스 부분의 상관관계 검출 결과와 차등 빔 시퀀스 부분의 상관관계 검출 결과를 얻기 위해 기지국은 액세스 신호에 대하여 상관관계 검출을 수행한다. 하나의 바람직한 결정 절차는 다음과 같은데, 합산 빔 시퀀스 부분과 이 프리앰블 시퀀스 간의 상관관계 검출 결과 Rs, 즉 이 프리앰블 시퀀스에 대한 제5 상관관계 검출 결과와 차등 빔 어레이 부분과 이 프리앰블 시퀀스와의 상관관계 검출 결과 Rd, 즉 이 프리앰블 시퀀스에 대한 제6 상관 검출 결과가 각기 다음과 같은 조건 a. Rs> η3, Rd> η3, b. Rs> η4, c. Rd> η4 중 하나를 만족하면, 프리앰블 시퀀스가 검출된 것으로 간주되고, 여기서 η3 및 η4는 각각 제3 임계 값 및 제4 임계 값이고, η3≤η4이다. 제3 임계 값 η3 및 제4 임계 값 η4는 셀 반경, 프리앰블 시퀀스의 송신 동안 빔포밍을 위해 제2 UE 및 기지국에 의해 사용되는 안테나의 수, 프리앰블 시퀀스의 길이 및 다른 인자들에 의해 결정한다.
특정 프리앰블 시퀀스가 검출되면, 제2 UE의 UE 빔 방향 각도 편차를 얻기 위해, 이 프리앰블 시퀀스에 상응하는 상관관계 검출 결과를 에너지 비를 계산하기 위해 합산 빔 에너지 및 차등 빔 에너지로서 사용한다.
선택적으로, 동일한 프리앰블 시퀀스들이 상이한 시간 자원들과 함께 송신된다. 예를 들어, 동일한 프리앰블 시퀀스는 두 개의 연속적인 랜덤 액세스 서브채널에 의해 송신된다. 제1 랜덤 액세스 서브채널은 송신을 위해 합산 빔을 사용하고, 제2 랜덤 액세스 서브채널은 송신을 위해 차등 빔을 사용한다. 도 23에 도시된 바와 같이, 제1 랜덤 액세스 서브채널은 송신을 위해 합산 빔을 사용하고, 제2 랜덤 액세스 서브채널은 송신을 위해 차등 빔을 사용한다.
바람직하게는 동일한 프리앰블 시퀀스가 서로 다른 주파수 자원으로 송신되거나, 합산 빔 시퀀스 및 차등 빔 시퀀스는 동일한 시간-주파수 자원 내의 직교 코드를 사용하여 송신된다.
폴링 방식으로 최적의 기지국 빔 방향 및 해당 프리앰블 시퀀스를 검출한 후, 기지국은 랜덤 액세스 응답 신호를 송신한다. 랜덤 액세스 응답 신호는 랜덤 액세스 프리앰블 시퀀스 식별자, 타이밍 어드밴스 표시, C-RNTI 및 다음 상향 링크 송신을 위해 UE에 할당된 시간-주파수 리소스를 포함하고, 상기 랜덤 액세스 응답 신호는 기지국에 의해 검출된 UE 빔 방향 각도 편차를 더 포함하여 제2 UE가 편리하게 UE 빔 방향을 조정할 수 있도록 한다. UE 빔 방향 각도 편차는 룩업 테이블로부터 획득될 수 있다. 즉, 가능한 각도 편차 값들이 정량화되고 대응하는 룩업 테이블이 만들어진다. UE 빔 방향 각도 편차를 검출한 후, 기지국은이 이 각도 편차를 정량화하고, 룩업 테이블로부터 대응하는 인덱스를 찾고, 랜덤 액세스 응답 신호로 제2 UE에게 인덱스를 송신한다.
제2 UE는 대응되는 랜덤 액세스 응답 신호를 수신하고, 룩업 테이블 및 각도 편차 인덱스에 따라 대응하는 UE 빔 방향 각도 편차를 결정한다. UE 빔 방향은 UE 빔 방향 각도 편차에 따라 조정되고, Msg3은 좁은 빔 폭을 갖는 빔을 통해 송신된다. 기지국이 송신한 경쟁 해소를 수신하면, 제2 UE는 SNR을 높이기 위해 좁은 빔을 통해 조정된 UE 빔 방향으로 신호를 수신한다.
본 개시의 제6 특정 적용 시나리오에서, 기지국 및 제2 UE 모두 안테나 어레이에 기초한 송신 구조를 구비하고, 제2 UE는 차등 빔포밍 송신 모드에서 랜덤 액세스 절차를 구현한다.
제2 UE에 구비된 안테나 어레이가 다수의 안테나 어레이 소자로 구성되는 경우, 제2 UE 측은 좁은 빔 폭을 갖는 빔을 생성할 수 있다. 빔의 커버리지를 보장하기 위해, 도 24에 도시된 바와 같이, 프리앰블 시퀀스의 송신을 구현하기 위해 상이한 방향에서 다수의 UE 빔이 요구된다.
도 24에 도시 된 바와 같이, 2개의 중첩된 빔은 동일한 방향의 한 쌍의 합산/차등 빔을 나타낸다. 제2 UE는 공간의 커버리지를 구현하기 위해 6개의 합산/차등 빔 쌍들을 사용한다. 프리앰블 시퀀스가 송신되면, 제2 UE는 빔 방향 1에서 빔 방향 6의 순서로 각 합산/차등 빔 쌍을 사용하여 프리앰블 시퀀스를 송신한다. 기지국 측에서도 다수의 빔 방향을 사용하는 경우, 제2 UE는 빔 방향 1에서 빔 방향 6의 순서로 반복적으로 여러번 프리앰블 시퀀스를 송신한다.
상이한 방향들에서 빔 쌍들에 의해 송신된 프리앰블 시퀀스들은 동일하거나 상이할 수 있다. 동일한 프리앰블 시퀀스가 송신될 때, 제2 UE는 가용 프리앰블 시퀀스 자원 풀에서 하나의 프리앰블 시퀀스를 무작위로 선택하여 프리앰블 시퀀스를 송신하고, 상이한 프리앰블 시퀀스가 상이한 빔 방향으로 송신될 때, 이용 가능한 프리앰블 시퀀스 자원 풀은 몇몇 분리된 자원 풀 서브세트로 분할되고, 각각의 빔 방향은 하나의 자원 풀 서브세트에 대응한다. 프리앰블 시퀀스를 송신할 때, 제2 UE는 각 자원 풀 서브세트로부터 하나의 프리앰블 시퀀스를 무작위로 선택하고, 차례로 각기 대응하는 빔 쌍을 통해 프리앰블 시퀀스를 송신한다.
프리앰블 시퀀스의 송신을 검출한 후, 기지국은 제2 UE에게 랜덤 액세스 응답 신호에서 최대 에너지를 갖는 UE 빔 방향 및 대응하는 UE 빔 방향 각도 편차를 송신할 수 있다.
구체적으로, 제2 UE가 서로 다른 방향으로 UE 빔을 통해 동일한 프리앰블 시퀀스를 송신하면, 기지국은 최대 송신 에너지를 가지는 타임 슬롯을 얻기 위해 각 UE 빔 방향의 송신 에너지를 결정하고, 이 시간 슬롯에서 제2 UE의 UE 빔 방향 각도 편차를 추정하고, 제2 UE로 랜덤 액세스 응답 신호에서 타임 슬롯의 인덱스와 UE 빔 방향 각도 편차의 정량화된 값을 송신한다. 랜덤 액세스 응답 신호를 수신한 후, 제2 UE는 최대 송신 에너지를 갖는 빔 방향을 획득하고, UE 빔 방향 각도 편차에 따라, 후속 신호를 송신 및 수신하기 위해 최적의 좁은 빔을 조정하고 선택한다.
제2 UE가 서로 다른 방향으로 단말 빔을 통해 다른 프리앰블 시퀀스를 송신하면, 기지국은 최대 송신 에너지를 갖는 프리앰블 시퀀스를 획득하기 위해 각 UE 빔 방향의 송신 에너지를 결정하고, 이 프리앰블 시퀀스에 대응하는 UE 빔 방향의 UE 빔 방향 각도 편차를 추정한다. 기지국은 랜덤 액세스 응답 신호에서 프리앰블 시퀀스 식별자 및 UE 빔 방향 각도 편차의 정량화된 값을 송신한다. RAR을 수신한 후, 제2 UE는 프리앰블 시퀀스에 따라 최대 송신 에너지를 가지는 UE 빔 방향을 획득하고, UE 빔 방향 각도 편차에 따라 후속 신호를 송수신하기위한 최적의 좁은 빔을 선택한다.
랜덤 액세스 절차 동안, 제2 UE는 기지국에 의해 송신된 랜덤 액세스 응답 신호를 수신할 필요가 있다. 특히, 제2 UE는 두 가지 방식으로 RAR을 수신하는데,　1) 제2 UE는 전방향성(omnidirectional) 안테나로 RAR을 수신하고, 랜덤 액세스 응답에서 UE 빔 방향 각도 편차 및 최대 송신 에너지를 갖는 UE 빔에 관한 정보에 따라 후속 신호를 송신 및 수신하는데 사용되는 빔을 조정하거나, 2) 제2 UE는 모든 빔 방향을 스캔하고, 랜덤 액세스 응답 신호에 대한 정보를 획득한다.
이 실시 예에서, 종래의 빔 폴링 기반 랜덤 액세스 솔루션과 비교하여, UE 측에서 차등 빔포밍 송신 모드에서 랜덤 액세스 절차를 사용하면 최적의 빔 쌍을 탐색하는 데 필요한 시간을 단축할 수 있다. 이것은 차등 빔포밍 송신 모드가 높은 정밀도로 각도 편차를 결정할 수 있기 때문이다. 따라서, 프리앰블 시퀀스가 UE에 의해 송신될 때, 넓은 빔이 사용될 수 있고, UE 빔 방향은 랜덤 액세스 응답 신호에 수반된 UE 빔 방향 각도 편차에 따라 조정될 수 있고, 후속 단계들에서 신호들의 수신 및 송신은 좁은 빔에 의해 구현될 수 있다. 이러한 방식으로, UE 측에서 프리앰블 시퀀스를 송신하는 횟수가 상당히 감소될 수 있다.
제5 특정 적용 시나리오 및 제6 특정 적용 시나리오에서 설명된 것과 같은 방식들은 경쟁 기반 랜덤 액세스 절차에 적용 가능하다는 점에 유의해야한다. 여기서, UE 측은 차등 방식으로 프리앰블 시퀀스를 송신하고, 기지국이 프리앰블 시퀀스를 검출하고, UE 빔 방향 각도 편차를 결정하고 랜덤 액세스 응답 정보를 UE에 통지하는 것은 또한 경쟁 없는 랜덤 액세스 절차에도 적용 가능하다. 차이점은, UE에 의해 송신된 프리앰블 시퀀스가 기지국에 의해 할당되고, UE가 랜덤 액세스 응답 정보 및 UE 빔 방향 각도 편차 등을 수신한 후에, 랜덤 액세스 절차는 종료되고, UE가 후속하여 기지국과 후속 통신하기 위해 빔 폭 및 빔 방향을 조정하는 것이다.
도 25는 본 개시의 일 실시 예에 따른 차등 빔포밍 기반 랜덤 액세스를 위한 기지국의 구조도를 도시한다.
도 25를 참조하면, 기지국은 수신 회로 410, 편차 검출 회로 420 및 조정 및 송신 회로 430를 포함하고, 수신 회로 410은 차등 빔포밍 수신 모드에서 제1 UE로부터 프리앰블 시퀀스를 수신하도록 구성되고, 편차 검출 모듈 420은 프리앰블 시퀀스에 기초하여 기지국 빔 방향 각도 편차를 결정하도록 구성되며, 조정 및 송신 회로 430은 기지국 빔 방향 각도 편차에 따라 기지국 빔을 조정하고 조정된 기지국 빔을 통해 랜덤 액세스 응답 신호를 제1 UE에 송신하도록 구성된다. 수신 회로 410는 '수신기(receiver)'로 지칭될 수 있다. 편차 검출 모듈 420은 '제어기(controller)'또는 '제어 모듈(control module)'로 지칭될 수 있다. 조정 및 송신 회로 430은 적어도 2개의 컴포넌트(예를 들어, 제어기 및 송신기)로 분리될 수 있다. 구체적으로, 조정 및 송신 회로 430의 송신 기능을 갖는 컴포넌트는 '송신기(transmitter)' 또는 '송신 회로(transmitting circuitry)'로 지칭될 수 있고, 조정 및 송신 회로 430의 조정 기능을 갖는 다른 컴포넌트는 '컨트롤러(controller)' 또는 '컨트롤 모듈(control module)'로 지칭될 수 있다.
바람직하게는, 수신 회로 410은 합산 빔 및 차등 빔을 통해 복수의 기지국 빔 방향으로 제1 UE로부터의 프리앰블 시퀀스를 수신한다.
바람직하게는, 수신 회로 410은 차등 빔포밍 수신 모드에서 제1 UE로부터 액세스 신호를 수신하도록 구체적으로 구성되고, 액세스 신호가 임의의 프리앰블 시퀀스를 포함하는지를 결정하기 위해 액세스 신호에 대한 프리앰블 시퀀스 상관관계 검출을 수행한다.
바람직하게는, 편차 검출 모듈 420은 프리앰블 시퀀스 상관관계 검출 결과들에 기초하여, 기지국 빔 방향 각도 편차를 결정하기 위해 기지국 빔 방향 편차를 수행하도록 구체적으로 구성된다.
바람직하게는, 수신 회로 410가 액세스 신호에 대해 프리앰블 시퀀스 상관관계 검출을 수행하는 방법은, 합산 빔 및 차등 빔을 통해 복수의 기지국 빔 방향에서 액세스 신호에 대한 프리앰블 시퀀스 상관관계 검출을 수행하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 합산 빔은 빔포밍 가중 계수로서 합산 빔 가중 계수를 사용하고, 차등 빔은 빔포밍 가중 계수로서 차등 빔 가중 계수를 사용한다.
바람직하게는, 합산 빔 가중 계수는 제1 합산 빔 부분과 제2 합산 부분으로 분할되고, 상기 차등 빔 가중 계수는 제1 차등 빔 부분과 제2 차등 빔 부분으로 분할되며, 상기 제1 합산 빔 부분은 상기 제1 차등 빔 부분과 동일하고, 상기 제2 차등 빔 부분의 복수의 요소는 상기 제2 합산 빔 부분의 대응하는 요소의 반수이다.
바람직하게는, 합산 빔 가중 계수는 다음의 [수학식 9]로 나타낼 수 있으며,
Figure pct00013
여기서 Nsum은 합산 빔 가중 계수를 사용하는 수신 어레이에 의해 사용되는 안테나의 수, θ는 합산 빔 중심 방향, d는 합산 빔 어레이의 안테나 소자 간격, λ는 송신 신호의 파장이고, 합산 빔 가중 계수는 빔 가중 계수 Nsum 차원 벡터일 수 있으며, 여기서 n번째 요소는
Figure pct00014
이고, 여기서 1≤n≤Nsum이고, 상기 차등 빔 가중 계수는 다음의 [수학식 10]으로 표현될 수 있으며,
Figure pct00015
여기서, Ndif는 차등 빔 가중 계수를 사용하는 송신 어레이에 의해 사용되는 안테나의 수이고, Nsum = Ndif이고, 차등 빔 가중 계수는 빔 가중 계수 Ndif 차원 벡터일 수 있고, 차등 빔 가중 계수의 제1 Ndif/2 요소는 합산 빔 가중 계수의 제1 Nsum/2 성분과 동일하고, 차등 빔 가중 계수의 제2 Ndif/2 요소는 합산 빔 가중 계수의 제2 Nsum/2 요소의 반수이다.
바람직하게는, 합산 빔 및 차등 빔을 통해 복수의 기지국 빔 방향으로 상기 액세스 신호에 대한 프리앰블 시퀀스 상관관계 검출을 수행하는 단계는, 임의의 프리앰블 시퀀스에 대한 제1 상관관계 검출 결과를 결정하기 위해 합산 빔을 통해 복수의 기지국 빔 방향으로 액세스 신호에 대한 프리앰블 시퀀스 상관관계 검출을 수행하고, 임의의 프리앰블 시퀀스에 대한 제2 상관관계 검출 결과를 결정하기 위해 차등 빔을 통해 복수의 기지국 빔 방향으로 액세스 신호에 대해 프리앰블 시퀀스 상관관계 검출을 수행하며, 적어도 하나의 기지국 빔 방향에서 제1 상관관계 검출 결과 및/또는 제2 상관관계 검출 결과가 제1 결정 조건을 만족하는 것으로 판단되는 경우 임의의 프리앰블 시퀀스들을 포함하는 액세스 신호가 적어도 하나의 기지국 빔 방향에서 검출되는 것으로 결정하는 단계를 포함한다.
제1 결정 조건은, 제1 상관관계 검출 결과는 제1 임계 값보다 크고 제2 상관관계 검출 결과는 제1 임계 값보다 큰 경우, 제1 상관관계 검출 결과는 제2 임계 값보다 큰 경우, 또는 제2 상관관계 검출 결과가 제2 임계 값보다 큰 경우 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 제1 임계 값은 상기 제2 임계 값보다 작다.
바람직하게는, 기지국 빔 방향 각도 편차를 결정하기 위해 프리앰블 시퀀스 상관관계 검출 결과에 기초하여 기지국 빔 방향 편차 검출을 수행하는 단계는, 임의의 프리앰블 시퀀스를 수신하는 적어도 하나의 기지국 빔 방향으로부터 최대 수신 에너지를 갖는 기지국 빔 방향을 선택하고, 최대 수신 에너지를 가지는 기지국 빔 방향에서의 제1 상관관계 검출 결과 및 제2 상관관계 검출 결과에 기초하여 기지국 빔 방향 각도 편차를 결정하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 편차 검출 모듈 420은 기지국 빔 방향 각도 편차에 따라 기지국 빔 방향 및 기지국 빔 폭을 조정한다.
바람직하게는, 기지국 빔 방향의 제1 빔 폭은 프리앰블 시퀀스를 수신하고 상관관계 검출을 수행하는데 사용되도, 조정된 기지국 빔 방향의 제2 빔 폭은 랜덤 액세스 응답 신호를 송신하는데 사용되며, 제1 빔 폭은 제2 빔 폭보다 작지 않다.
바람직하게는, 프리앰블 시퀀스가 차등 빔포밍 송신 모드에서 제1 UE에 의해 송신되는 경우, 이 기지국은 제3 편차 검출 모듈을 더 포함하는데, 제3 편차 검출 모듈은 최대 송신 에너지를 갖는 UE 빔 방향 및 UE 빔 방향 각도 편차를 결정하기 위해, 합산 빔 및 차등 빔을 통해 제1 UE에 의해 송신된, 수신된 프리앰블 시퀀스에 기초하여, UE 빔 방향 편차 검출을 수행한다.
바람직하게, 최대 송신 에너지를 가지는 UE 빔 방향은 프리앰블 시퀀스를 송신하는 적어도 하나의 UE 빔 방향 중에서 선택되며, UE 빔 방향 편차 검출은, UE 빔 방향 각도 편차를 결정하기 위해, 최대 수신 에너지를 가지는 UE 빔 방향으로 합산 빔 및 차등 빔을 통해 송신된 프리앰블 시퀀스들에 기초하여 수행된다.
바람직하게는, 프리앰블 시퀀스 상관관계 검출은, 합산 빔 및 차등 빔을 통해, 최대 송신 에너지를 가지는 UE 빔 방향에서 합 빔을 통해 송신된 프리앰블 시퀀스에서, 제3 상관관계 검출 결과를 결정하기 위해 수행되고, 프리앰블 시퀀스 상관관계 검출은, 합산 빔 및 차등 빔을 통해, 최대 송신 에너지를 가지는 UE 빔 방향으로 차등 빔을 통해 송신된 프리앰블 시퀀스에서, 제4 상관관계 검출 결과를 결정하기 위해 수행되고, 제3 상관관계 검출 결과 및 제4 상관관계 검출 결과에 기초하여 UE 빔 방향 각도 편차가 결정된다.
바람직하게는, 제3 편차 검출 모듈은 검출 결과 획득 유닛(detection result acquisition unit)을 포함하고, 검출 결과 획득 유닛은 복수의 컴포넌트 프리앰블 시퀀스의 상관관계 검출 결과를 프리앰블 시퀀스의 상관관계 검출 결과로 합산한다.
바람직하게는, 이 기지국은 각도 편차 결정 모듈(angular deviation determination module) 및 각 운동 속도 결정 모듈(angular movement velocity determination module)을 더 포함하고, 각도 편차 결정 모듈은 각각의 컴포넌트 프리앰블 시퀀스의 컴포넌트 UE 빔 방향 각도 편차를 결정하기 위해 복수의 동일한 컴포넌트 프리앰블 시퀀스들에 기초하여 UE 빔 방향 편차 검출을 수행하고, 각 운동 도 결정 모듈은 각각의 컴포넌트 프리앰블 시퀀스의 컴포넌트 UE 빔 방향 각도 편차에 기초하여 UE 빔 방향의 변화 값의 평균값을 계산하고, 계산 결과에 기초하여 제1 UE의 각 운동 속도를 결정한다.
바람직하게는, 이 기지국은 빔 폭 조정 모듈(beam width adjustment module)을 더 포함하고, 빔 폭 조정 모듈은 제1 UE의 각 운동 속도에 따라 기지국 빔 폭을 조정한다.
바람직하게는, 이 기지국은 각도 편차 추정 모듈(angular deviation estimation module)을 더 포함하고, 각도 편차 추정 모듈은 마지막 하나의 컴포넌트 프리앰블 시퀀스의 컴포넌트 UE 빔 방향 각도 편차에 기초하여 UE 빔 방향 각도 편차를 추정한다.
랜덤 액세스 응답 신호는 적어도, UE 빔 방향 각도 편차와 최대 송신 에너지를 갖는 UE 빔 방향을 나타내는 빔 지시 정보를 포함한다.
바람직하게는, 이 기지국은 제3 조정 및 송신 회로를 더 포함하고, 제3 조정 및 송신 회로는, 조정된 기지국 빔을 통해, 빔 지시 정보 및 UE 빔 방향 각도 편차에 기초하여 조정된 UE 빔을 통해 제1 UE에 의해 송신된 Msg3를 수신하고, 조정된 기지국 빔을 통해 대응하는 경쟁 해소를 송신한다.
바람직하게는, 이 기지국은 구성 정보 송신 회로(configuration information transmitting circuitry)를 더 포함하고, 구성 정보 송신 회로는 기지국에 의해 빔 구성 정보를 송신하고, 상기 빔 구성 정보는 UE가 차등 빔포밍 송신 모드를 사용하는지 여부를 나타내는 지시 정보, 프리앰블 시퀀스를 송신하기 위해 UE에 의해 사용된 빔 폭 및 후속 데이터를 송신하기 위해 UE에 의해 사용된 빔 폭, UE 빔 스캐닝 주기, 기지국 빔 스캐닝 주기 중 적어도 하나를 포함하지만 이에 한정되지는 않는다.
빔 구성 정보는 기지국이 차등 빔포밍 수신 모드를 사용하는지 여부를 나타내는 표시 정보를 더 포함한다.
바람직하게는, 복수의 빔 방향에서 복수의 동일한 프리앰블 시퀀스가 검출되면, 이 기지국은 우선 순위 결정 모듈(priority determination module) 및 제4 편차 검출 모듈을 더 포함하고, 우선 순위 결정 모듈은 복수의 기지국 빔 방향들에서 복수의 동일한 프리앰블 시퀀스들의 우선 순위를 결정하고, 제4 편차 검출 모듈은 빔 방향 편차 검출을 수행하기 위해 가장 높은 우선 순위를 갖는 기지국 빔 방향의 프리앰블 시퀀스를 선택한다.
복수의 기지국 빔 방향들에서 복수의 동일한 프리앰블 시퀀스들의 우선 순위를 결정하는 방법은, 프리앰블 시퀀스들 각각에 대응하는 복수의 기지국 빔 방향들에서 에너지를 수신하기 위한 우선 순위를 결정하는 방법　및 프리앰블 시퀀스들 각각이 상기 복수의 기지국 빔 방향들에서 검출되는 경우 시간 순서로 우선 순위를 결정하는 방법 중 적어도 하나를 포함하지만 이에 한정되는 것은 아니다.
도 26은 본 개시의 일 실시 예에 따른 랜덤 액세스를 위한 기지국의 구조도이다.
도 26을 참조하면, 기지국은 수신 회로 510, 편차 검출 모듈 520 및 송신 회로 530를 포함하고, 수신 회로 510은 차등 빔포밍 송신 모드에서 제2 UE에 의해 송신된 프리앰블 시퀀스를 수신하도록 구성되며, 편차 검출 모듈 520은 프리앰블 시퀀스에 기초하여 최대 송신 에너지를 가지는 UE 빔 방향 및 UE 빔 방향 각도 편차를 결정하도록 구성되며, 송신 회로 530은 랜덤 액세스 응답 신호를 제2 UE에 송신하도록 구성되며, 상기 랜덤 액세스 응답 신호는 최대 송신 에너지를 갖는 UE 빔 방향 및 UE 빔 방향 각도 편차를 나타내는 빔 표시 정보를 포함한다. 수신 회로 510는 '수신기(receiver)'로 지칭될 수 있다. 편차 검출 모듈 520은 '제어기(controller)'또는 '제어 모듈(control module)'이라 지칭될 수 있다. 송신 회로 530는 '송신기(transmitter)'로 지칭될 수 있다.
바람직하게는, 제2 수신 회로는 구체적으로 수신 유닛 및 상관관계 검출 유닛을 포함하고, 수신 유닛은 차등 빔포밍 송신 모드에서 제2 UE에 의해 송신된 액세스 신호를 수신하고, 상관관계 검출 유닛은 액세스 신호가 임의의 프리앰블 시퀀스를 포함하는 것으로 결정하기 위해 액세스 신호에 대한 프리앰블 시퀀스 상관관계 검출을 수행한다.
바람직하게는, 제2 편차 검출 모듈은 구체적으로 편차 검출 유닛을 포함하고, 편차 검출 유닛은 프리앰블 시퀀스 상관관계 검출 결과에 기초하여 최대 송신 에너지를 가지는 UE 빔 방향 및 UE 빔 방향 각도 편차를 결정하기 위해 UE 빔 방향 편차 검출을 수행한다.
바람직하게는, 상관관계 검출 유닛은 합산 빔 및 차등 빔을 통해 복수의 UE 송신 빔에서 제2 UE에 의해 송신된, 수신된 액세스 신호에 대한 프리앰블 시퀀스 상관관계 검출을 수행하도록 구체적으로 구성된다.
바람직하게는, 상관관계 검출 유닛은 제1 검출 서브유닛, 제2 검출 서브유닛 및 결정 서브유닛을 포함하고, 제1 검출 서브유닛은, 임의의 프리앰블 시퀀스에 대한 제5 상관관계 검출 결과를 결정하기 위해, 합산 빔을 통해 복수의 UE 빔 방향으로 송신된, 수신된 액세스 신호에 대해 프리앰블 시퀀스 상관관계 검출을 수행하고, 제2 검출 서브유닛은, 임의의 프리앰블 시퀀스에 대한 제6 상관관계 검출 결과를 결정하기 위해, 차등 빔을 통해 복수의 UE 빔 방향으로 송신된, 수신된 액세스 신호에 대해 프리앰블 시퀀스 상관관계 검출을 수행하고, 결정 서브유닛은, 수신된 적어도 하나의 UE 빔 방향에서의 제5 상관관계 검출 결과 및/또는 제6 상관관계 검출 결과가 제2 결정 조건을 만족하는 것으로 판단되면, 임의의 프리앰블 시퀀스들을 포함하는 액세스 신호가 수신된 적어도 하나의 UE 빔 방향에서 검출되는 것으로 결정한다.
바람직하게는, 제2 결정 조건은, 제5 상관관계 검출 결과가 제3 임계 값보다 크고, 제6 상관관계 검출 결과가 제3 임계 값보다 큰 경우, 제5 상관관계 검출 결과가 제4 임계 값보다 큰 경우, 또는 제6 상관관계 검출 결과가 제4 임계 값보다 큰 경우 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 제3 임계 값은 상기 제4 임계 값보다 작다.
바람직하게는, 편차 검출 유닛은 선택 및 송신 서브유닛 및 각도 편차 결정 서브유닛을 포함하고, 선택 및 송신 서브유닛은 프리앰블 시퀀스를 송신하는 적어도 하나의 UE 빔 방향으로부터 최대 송신 에너지를 갖는 UE 빔 방향을 선택하고, 각도 편차 결정 서브유닛은, 최대 송신 에너지를 가지는 UE 빔 방향에서 제5 상관관계 검출 결과 및 제6 상관관계 검출 결과에 기초하여, UE 빔 방향의 각도 편차를 결정한다.
바람직하게는, 이 기지국은 제4 조정 및 송신 회로를 더 포함하고, 제4 조정 및 송신 회로는, 빔 지시 정보 및 UE 빔 방향 각도 편차에 기초하여 조정된 UE 빔을 통해 제2 UE에 의해 송신되는 Msg3을 수신하고, 대응하는 경쟁 해소를 송신한다.
도 27은 본 개시의 일 실시 예에 따른 랜덤 액세스를 위한 UE의 구조도를 도시한다.
도 25을 참조하면, UE는 송신 회로 610, 수신 회로 620 및 조정 및 송수신 회로 630을 포함하고, 송신 회로 610는 차등 빔포밍 송신 모드에서 프리앰블 시퀀스를 기지국에 송신하도록 구성되고, 수신 회로 620는 기지국으로부터 랜덤 액세스 응답 신호를 수신하도록 구성되며, 상기 랜덤 액세스 응답 신호는 최대 송신 에너지를 갖는 UE 빔 방향 및 UE 빔 방향 각도 편차를 나타내는 빔 표시 정보를 포함하고, 조정 및 송수신 회로 630는 빔 지시 정보 및 UE 빔 방향 각도 편차에 따라 UE 빔을 조정하고, 조정된 UE 빔을 통해 데이터를 송수신하도록 구성된다. 송신 회로 610는 '송신기(transmitter)'로 지칭될 수 있다. 수신 회로 620는 '수신기(receiver)'로 지칭될 수 있다. 조정 및 송수신 회로 630는 '제어기(controller)'또는 '제어 모듈(control module)'로 지칭될 수 있다.
바람직하게는, 제1 송신 회로는 제1 송신 유닛을 포함하고, 제1 송신 유닛은 합산 빔(sum beam)과 차등 빔(differential beam)을 통해 복수의 UE 빔 방향으로 프리앰블 시퀀스를 송신한다.
바람직하게는, 합산 빔은 빔포밍 가중 계수로서 합산 빔 가중 계수를 사용하고, 차등 빔은 빔포밍 가중 계수로서 차등 빔 가중 계수를 사용한다.
바람직하게는, 합산 빔 가중 계수는 제1 합산 빔 부분과 제2 합산 빔 부분으로 분할될 수 있고, 차등 빔 가중 계수는 제1 차등 빔 부분과 제2 차등 빔 부분으로 분할될 수 있으며, 제1 합산 빔 부분은 제1 차등 빔 부분과 동일하고, 제2 차등 빔 부분의 복수의 요소는 제2 합산 빔 부분의 대응하는 요소의 반수이다.
바람직하게는, 합산 빔 가중 계수는 다음의 [수학식 11]로 나타낼 수 있으며,
Figure pct00016
여기서 Nsum은 합산 빔 가중 계수를 사용하는 수신 어레이에 의해 사용되는 안테나의 수, θ는 합산 빔 중심 방향, d는 수신 어레이의 안테나 소자 간격, λ는 수신 신호의 파장이고, 합산 빔 가중 계수는 빔 가중 계수 Nsum 차원 벡터일 수 있고, n번째 요소는
Figure pct00017
이고, 여기서 1≤n≤Nsum이고,
차등 빔 가중 계수는 다음의 [수학식 12]로 나타낼 수 있으며,
Figure pct00018
여기서, Ndif는 차등 빔 가중 계수를 사용하는 송신 어레이에 의해 사용되는 안테나의 수이고, Nsum = Ndif이고, 차등 빔 가중 계수는 빔 가중 계수 Ndif 차원 벡터일 수 있고, 차등 빔 가중 계수의 제1 Ndif/2 요소는 합산 빔 가중 계수의 제1 Nsum/2 요소와 동일하고, 차등 빔 가중 계수의 제2 Ndif/2 요소는 합산 빔 가중 계수의 제2 Nsum/2 요소의 반수이다.
바람직하게는, 제1 송신 회로는 구체적으로 제2 송신 유닛을 포함하고, 제2 송신 유닛은 차등 빔포밍 송신 모드에서 복수의 UE 빔 방향으로 동일하거나 상이한 프리앰블 시퀀스를 송신한다.
복수의 UE 빔 방향으로 제2 송신 유닛에 의해, 동일한 프리앰블 시퀀스가 송신될 때 사용되는 시퀀스 길이는 상이한 프리앰블 시퀀스가 송신될 때 사용되는 시퀀스 길이보다 길다.
바람직하게는, 프리앰블 시퀀스 세트는 복수의 분리된 서브세트들을 포함하고, 제2 송신 유닛은 구체적으로 UE 빔 방향들 각각에 대해 서로 다른 서브세트들로부터 임의의 프리앰블 시퀀스들을 선택하고, 차등 빔 송신 모드로 프리앰블 시퀀스를 송신하도록 구성된다.
바람직하게는, 제2 조정 및 송수신 회로는 구체적으로 조정 유닛을 포함하고, 조정 유닛은 빔 지시 정보 및 UE 빔 방향 각도 편차에 따라 UE 빔 방향 및 UE 빔 폭을 조정한다.
프리앰블 시퀀스는 UE 빔 방향으로 제3 빔 폭으로 송신되고, Msg3는 조정된 UE 빔 방향으로 제4 빔 폭으로 송신되고, 상기 제3 빔 폭은 상기 제4 빔 폭 이상이다.
바람직하게는, 제1 송신 회로는 제3 송신 유닛을 포함하고, 제3 송신 유닛은 차등 빔포밍 송신 모드에서 랜덤 액세스 채널로 기지국에게 프리앰블 시퀀스를 송신한다.
랜덤 액세스 채널은 하나의 UE-기지국 빔 방향 쌍에 각각 대응하는 복수의 랜덤 액세스 서브채널을 포함한다.
바람직하게는, 프리앰블 시퀀스는 제1 시퀀스 부분과 제2 시퀀스 부분으로 구성되며, 제3 송신 유닛은 제1 송신 서브유닛을 포함하고, 제1 송신 서브유닛은, 랜덤 액세스 서브채널에서, 합산 빔을 통해 제1 시퀀스를 송신하고, 차등 빔을 통해 제2 시퀀스를 송신한다.
바람직하게는, 제3 송신 유닛은 제2 송신 서브유닛을 포함하고, 제2 송신 서브유닛은 합산 빔을 통해 2개의 인접 랜덤 액세스 서브채널들 각각에 프리앰블 시퀀스를 송신한다.
바람직하게는, 제3 송신 유닛은 제3 송신 서브유닛을 포함하고, 제3 송신 서브 유닛은 소정의 시간-주파수 자원을 갖는 합산 빔 및 차등 빔을 통해 랜덤 액세스 채널에서 프리앰블 시퀀스를 송신한다.
소정의 시간-주파수 자원은 상이한 시간-영역 자원, 상이한 주파수-도메인 리소스들, 동일한 시간-주파수 리소스들 내의 직교 코드들 중 적어도 하나를 포함하지만 이에 한정되지는 않는다.
본 개시의 다른 실시 예는 제2 송신 회로, 제4 수신 회로 및 제4 송수신 모듈을 포함하는 랜덤 액세스를 위한 사용자 장비를 제공하고, 제2 송신 회로는 프리앰블 시퀀스를 기지국에 송신하도록 구성되고, 제4 수신 회로는 조정된 기지국 빔 방향으로 기지국에 의해 송신된 랜덤 액세스 응답 신호를 수신하도록 구성되며, 랜덤 액세스 응답 신호는 최대 송신 에너지를 가지는 UE 빔 방향을 나타내는 빔 지시 정보를 포함하고, 제4 송수신 모듈은 최대 송신 에너지를 가지는 UE 빔 방향으로 데이터를 송신 및 수신하도록 구성된다.
바람직하게는, 제2 송신 회로는 구체적으로 제4 송신 유닛을 포함하고, 제4 송신 유닛은 복수의 UE 빔 방향으로 동일하거나 상이한 프리앰블 시퀀스를 송신한다.
다수의 UE 빔 방향에서, 동일한 프리앰블 시퀀스가 송신될 때 사용되는 시퀀스 길이는 상이한 프리앰블 시퀀스가 송신될 때 사용되는 시퀀스 길이보다 길다.
바람직하게는, 프리앰블 시퀀스 세트는 복수의 분리된 서브세트들을 포함하고, 제4 송신 유닛은 구체적으로 UE 빔 방향들 각각에 대해 서로 다른 서브세트들로부터 임의의 프리앰블 시퀀스들을 선택하고 프리앰블 시퀀스를 송신하도록 구성된다.
프리앰블 시퀀스는 합산 빔 및 차등 빔을 통해 기지국에 의해 수신된다.
랜덤 액세스 응답 신호는 검출된 기지국 빔 방향 각도 편차에 따라 조정된 기지국 빔을 통해 기지국에 의해 송신된다. 전술한 실시 예들을 구현하기 위한 방법의 모든 단계 또는 일부 단계들은 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장될 수 있는 프로그램에 의해 관련된 하드웨어를 지시함으로써 수행될 수 있음이 당업자에 의해 이해될 수 있고 이는, 실행될 때, 방법 실시 예에서 하나 또는 그 이상의 단계들의 조합을 포함한다.
상술한 본 개시의 상세한 설명에서, 본 개시에 포함된 구성 요소는 제시된 상세한 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현된다. 그러나, 제시된 상황에 적합한 설명의 편의를 위해 단수 형태 또는 복수 형태가 선택되며, 본 개시의 다양한 실시 예는 단일 요소 또는 복수 요소로 제한되지 않는다. 또한, 설명에서 표현된 복수의 요소 중 어느 하나가 단일 요소로 구성될 수도 있고, 설명 내의 단일 요소가 복수의 요소로 구성될 수도 있다.
청구 범위 및 명세서의 설명에 따라 본 발명의 실시 예들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합의 형태로 실현될 수 있다.
이러한 소프트웨어는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는 하나 이상의 프로그램(소프트웨어 모듈)을 저장하고, 하나 이상의 프로그램은 전자 장치의 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때 전자 장치가 본 발명의 방법을 수행하게 하는 명령을 포함한다.
이러한 소프트웨어는 휘발성 또는 비 휘발성 저장 장치의 형태로 저장될 수 있으며, 예를 들어, ROM(read only memory)과 같은 저장 장치, 또는 메모리의 형태로, 예를 들어, RAM(random access memory), 메모리 칩, 디바이스 또는 집적 회로 또는 광학적으로 또는 자기적으로 판독 가능한 매체, 예를 들어, CD(compact disc), DVD(digital video disc), 자기 디스크 또는 자기 테이프 등일 수 있다. 상기 저장 장치들 및 저장 매체는, 실행될 때, 본 발명의 실시 예들을 구현하는 명령들을 포함하는 프로그램 또는 프로그램들을 저장하기에 적합한 기계-판독 가능 저장 장치의 실시 예들임을 알 수 있을 것이다. 실시 예들은 본 명세서의 청구항들 중 어느 한 항에 청구된 바와 같은 장치 또는 방법을 구현하기 위한 코드를 포함하는 프로그램을 제공하고 그러한 프로그램을 저장하는 기계-판독 가능 저장 장치 제공한다. 또한, 이러한 프로그램은 유선 또는 무선 접속을 통해 전달되는 통신 신호와 같은 임의의 매체를 통해 전자적으로 전달될 수 있으며, 실시 예는 이를 적절하게 포함한다.
상기 설명은 본 개시의 일부 구현 예일 뿐이다. 본 기술 분야의 당업자에게 있어서, 본 개시의 원리를 벗어나지 않고 다양한 개선(improvements) 및 수식(embellishments)을 만들 수 있으며, 이러한 개선 및 수식은 본 개시의 보호 범위에 속하는 것으로 간주되어야 하는 것을 알아야 한다.
본 개시가 예시적인 실시 예로 설명되었지만, 다양한 변경 및 수정이 당업자에게 제안될 수 있다. 본 개시는 첨부된 청구 범위의 범주 내에 속하는 그러한 변경 및 수정을 포함하는 것으로 의미된다.

Claims (15)

  1. 무선 통신 시스템에서 단말에 있어서,
    차등 빔포밍(differential beamforming) 송신 모드에 따라서 프리앰블 시퀀스를 기지국으로 송신하도록 구성된 송신기와,
    상기 기지국으로부터 랜덤 액세스 응답 신호를 수신하도록 구성된 수신기와,
    상기 랜덤 액세스 응답 신호는 단말 빔 방향 각도 편차 또는 최대 송신 에너지를 갖는 단말 빔 방향 중 적어도 하나를 나타내는 빔 지시 정보를 포함하고,
    상기 빔 지시 정보 및 상기 단말 빔 방향 각도 편차에 따라서 단말 빔을 조정하도록 구성된 컨트롤러를 포함하는 단말.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 송신기는 합산 빔(sum beam) 또는 차등 빔(differential beam) 중 적어도 하나를 사용하여 복수의 빔 방향들로 상기 프리앰블 시퀀스를 송신하도록 더 구성되는 단말.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 송신기는 상기 차등 빔포밍 송신 모드에 따라서 복수의 빔 방향들로 동일한 프리앰블 시퀀스들 또는 상이한 프리앰블 시퀀스들 중 적어도 하나를 송신하도록 더 구성되는 단말.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 빔 지시 정보 또는 상기 단말 빔 방향 각도 편차 중 적어도 하나에 기초하여 빔 방향 또는 빔 폭 중 적어도 하나를 조정하도록 더 구성되는 단말.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 송신기는 상기 차등 빔포밍 송신 모드에 따라서 랜덤 액세스 채널에서 프리앰블 시퀀스를 상기 기지국으로 송신하도록 더 구성되는 단말.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 송신기는 합산 빔(sum beam) 또는 차등 빔(differential beam) 중 적어도 하나를 사용하여 랜덤 액세스 채널에서 상기 프리앰블 시퀀스를 송신하도록 더 구성되는 단말.
  7. 무선 통신 시스템에서 단말의 동작 방법에 있어서,
    차등 빔포밍(differential beamforming) 송신 모드에 따라서 프리앰블 시퀀스를 기지국으로 송신하는 과정과,
    상기 기지국으로부터 랜덤 액세스 응답 신호를 수신하는 과정과,
    상기 랜덤 액세스 응답 신호는 최대 송신 에너지를 갖는 단말 빔 방향 또는 단말 빔 방향 각도 편차 중 적어도 하나를 나타내는 빔 지시 정보를 포함하고,
    상기 단말에 관련된 상기 단말 빔 방향 각도 편차 및 상기 빔 지시 정보에 따라서 단말 빔을 조정하는 과정을 포함하는 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 프리앰블 시퀀스를 송신하는 과정은, 합산 빔(sum beam) 또는 차등 빔(differential beam) 중 적어도 하나를 사용하여 복수의 빔 방향들로 상기 프리앰블 시퀀스를 송신하는 과정을 포함하는 방법.
  9. 청구항 2 또는 청구항 8에 있어서,
    상기 합산 빔은 합산 빔 가중 계수들(weight coefficients)을 빔포밍 가중 계수들로서 사용하고, 상기 차등 빔은 차등 빔 가중 계수들을 빔포밍 가중 계수들로서 사용하는 단말 또는 방법.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 프리앰블 시퀀스를 송신하는 과정은, 상기 차등 빔포밍 송신 모드에 따라서 복수의 빔 방향들로 동일한 프리앰블 시퀀스들 또는 상이한 프리앰블 시퀀스들 중 적어도 하나를 송신하는 과정을 포함하는 방법.
  11. 청구항 3 또는 청구항 10에 있어서,
    상기 동일한 프리앰블 시퀀스들에 대해 사용된 제1 시퀀스 길이는 상기 상이한 프리앰블 시퀀스들에 대해 사용된 제2 시퀀스 길이보다 큰 단말 또는 방법.
  12. 청구항 7에 있어서,
    상기 단말 빔을 조정하는 과정은, 상기 빔 지시 정보 또는 상기 단말 빔 방향 각도 편차 중 적어도 하나에 기초하여 빔 방향 또는 빔 폭 중 적어도 하나를 조정하는 과정을 포함하는 방법.
  13. 청구항 7에 있어서,
    상기 프리앰블 시퀀스를 송신하는 과정은, 상기 차등 빔포밍 송신 모드에 따라서 랜덤 액세스 채널에서 프리앰블 시퀀스를 상기 기지국으로 송신하는 과정을 포함하는 방법.
  14. 무선 통신 시스템에서 기지국에 있어서,
    차등 빔포밍(differential beamforming) 송신 모드에 따라서 송신된 프리앰블 시퀀스를 단말로부터 수신하도록 구성된 수신기와,
    상기 프리앰블 시퀀스에 기초하여 상기 단말과 관련된 빔 방향 각도 편차 및 최대 송신 에너지를 갖는 상기 단말에 대한 빔 방향을 결정하도록 구성된 컨트롤러와,
    상기 단말에게 랜덤 액세스 응답 신호를 송신하도록 구성된 송신기를 포함하고,
    상기 랜덤 액세스 응답 신호는 상기 단말과 관련된 상기 빔 방향 각도 편차 또는 상기 최대 송신 에너지를 갖는 상기 단말에 대한 빔 방향 중 적어도 하나를 나타내는 빔 지시 정보를 포함하는 기지국.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 프리앰블 시퀀스는 합산 빔(sum beam) 또는 차등 빔(differential beam) 중 적어도 하나를 사용하여 복수의 빔 방향들로 상기 단말에 의해 송신되는 기지국.
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