KR20180137285A - 차세대 이동 통신 시스템에서 안테나빔별 망혼잡을 제어하는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 개시는 4G 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 5G 통신 시스템을 IoT 기술과 융합하는 통신 기법 및 그 시스템에 관한 것이다. 본 개시는 5G 통신 기술 및 IoT 관련 기술을 기반으로 지능형 서비스 (예를 들어, 스마트 홈, 스마트 빌딩, 스마트 시티, 스마트 카 혹은 커넥티드 카, 헬스 케어, 디지털 교육, 소매업, 보안 및 안전 관련 서비스 등)에 적용될 수 있다. 본 발명은 차세대 이동통신 시스템에서 넓은 주파수대역폭을 확보하기 위해 고주파수 영역에서 빔을 생성하여 데이터를 전송하는데 있어서, 단말이 송수신점과 어떤 빔을 사용해서 통신하는지를 결정하기 위해 오버헤드서브프레임을 측정하여 빔별로 backoff 지시자를 제공함으로써, 안테나빔별로 망혼잡을 효율적으로 제어할 수 있는 방법을 개시한다.

Description

차세대 이동 통신 시스템에서 안테나빔별 망혼잡을 제어하는 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING NETWORK CONNECTION BY ANTENNA IN THE NEXT GENERATION MOBILE COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 차세대 이동 통신 시스템에서 안테나빔별 망혼잡을 제어하는 단말과 기지국 동작에 대한 방법 및 장치에 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.

한편, 인터넷은 인간이 정보를 생성하고 소비하는 인간 중심의 연결 망에서, 사물 등 분산된 구성 요소들 간에 정보를 주고 받아 처리하는 IoT(Internet of Things, 사물인터넷) 망으로 진화하고 있다. 클라우드 서버 등과의 연결을 통한 빅데이터(Big data) 처리 기술 등이 IoT 기술에 결합된 IoE (Internet of Everything) 기술도 대두되고 있다. IoT를 구현하기 위해서, 센싱 기술, 유무선 통신 및 네트워크 인프라, 서비스 인터페이스 기술, 및 보안 기술과 같은 기술 요소 들이 요구되어, 최근에는 사물간의 연결을 위한 센서 네트워크(sensor network), 사물 통신(Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication)등의 기술이 연구되고 있다. IoT 환경에서는 연결된 사물들에서 생성된 데이터를 수집, 분석하여 인간의 삶에 새로운 가치를 창출하는 지능형 IT(Internet Technology) 서비스가 제공될 수 있다. IoT는 기존의 IT(information technology)기술과 다양한 산업 간의 융합 및 복합을 통하여 스마트홈, 스마트 빌딩, 스마트 시티, 스마트 카 혹은 커넥티드 카, 스마트 그리드, 헬스 케어, 스마트 가전, 첨단의료서비스 등의 분야에 응용될 수 있다.

이에, 5G 통신 시스템을 IoT 망에 적용하기 위한 다양한 시도들이 이루어지고 있다. 예를 들어, 센서 네트워크(sensor network), 사물 통신(Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication)등의 기술이 5G 통신 기술이 빔 포밍, MIMO, 및 어레이 안테나 등의 기법에 의해 구현되고 있는 것이다. 앞서 설명한 빅데이터 처리 기술로써 클라우드 무선 액세스 네트워크(cloud RAN)가 적용되는 것도 5G 기술과 IoT 기술 융합의 일 예라고 할 수 있을 것이다.

차세대 이동통신 시스템은 기존 LTE 대비 초고속 데이터 전송을 구현하기 위해서 기존의 최대 대역폭 이상을 가질 필요가 있고, 또한, 넓은 주파수대역폭을 확보하기 위해 고주파수에서 동작하는 시나리오를 고려할 수 있다. 또한, 차세대 이동통신 시스템은 고주파수 대역에서 통신을 수행할 수 있는데, 상기 고주파 대역의 통신에서는 신호 전달에 어려움이 발생할 수 있기 때문에 빔을 생성하여 데이터를 전송하는 시나리오를 고려할 수 있다. 이때 안테나빔별 망혼잡을 제어하는 방법 및 장치가 필요하다.

본 발명의 목적은 차세대 이동통신 시스템에서 넓은 주파수대역폭을 확보하기 위해 고주파수 영역에서 빔을 생성하여 데이터를 전송하는데 있어서, 단말이 송수신점과 어떤 빔을 사용해서 통신하는지를 결정하기 위해 오버헤드서브프레임(overhead subframe, osf)을 측정하여 빔별로 backoff 지시자를 제공함으로써, 안테나빔별로 망혼잡을 효율적으로 제어할 수 있는 방법을 제안한다.

본 발명의 다른 목적은 차세대 이동통신 시스템에서 캐리어 직접 기술 혹은 다중 연결 기술이 설정될 때, 각 셀마다 다른 안테나 시스템이 적용될 수 있고, 각 셀마다 TTI의 길이가 달라질 수 있어 SCell의 preamble 전송 완료 시점과 PCell의 RAR window 시작 시점이 불명확해지는 것을 방지하기 위해서 캐리어 집적 기술 혹은 다중 연결 기술에서 SCell에서 비경쟁 기반 랜덤 엑세스가 수행될 때, PCell (혹은 PSCell)과 SCell에 적용된 안테나 시스템 (single beam 혹은 multi-beam)에 따라, RAR을 PCell (혹은 PSCell) 혹은 SCell에서 수신하도록 설정함으로써, 랜덤 엑세스 응답 메시지를 보다 효율적으로 전송하는 방법을 제안한다.

또한 본 발명의 또다른 목적은 차세대 이동통신 시스템에서 고속으로 전송되는 패킷을 처리하기 위해 L2 계층에서 복잡도를 야기시키는 RLC concatenation 동작을 배제시키고, RLC 계층에서는 단말이 UL grant을 수신하기 이전에 미리 RLC SDU와 이에 대응하는 헤더를 미리 생성하여, UL grant 수신 시 바로 하위 계층으로 전달하고, MAC 계층에서는 MAC SDU에 대응하는 서브헤더와 이에 대응하는 MAC SDU가 하나의 쌍을 이루어 순서대로 삽입한 형태인 dispersed format을 랜덤 엑세스 응답 MAC PDU에도 적용함으로써 랜덤 엑세스 응답 메시지를 보다 효율적으로 구성하는 방법을 제안한다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 무선 통신 시스템에서 제어 신호 처리 방법에 있어서, 기지국으로부터 전송되는 제1 제어 신호를 수신하는 단계; 상기 수신된 제1 제어 신호를 처리하는 단계; 및 상기 처리에 기반하여 생성된 제2 제어 신호를 상기 기지국으로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 단말이 송수신점과 어떤 빔을 사용해서 통신하는지를 결정하기 위해 오버헤드서브프레임을 측정하여 빔별로 backoff 지시자를 제공함으로써, 안테나빔별로 망혼잡을 효율적으로 제어할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 캐리어 집적 기술 혹은 다중 연결 기술에서 SCell에서 비경쟁 기반 랜덤 엑세스가 수행될 때, PCell (혹은 PSCell)과 SCell에 적용된 안테나 시스템 (single beam 혹은 multi-beam)에 따라, RAR을 PCell (혹은 PSCell) 혹은 SCell에서 수신하도록 설정함으로써, 랜덤 엑세스 응답 메시지를 보다 효율적으로 전송 할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에 따르면, RLC 계층에서는 단말이 UL grant을 수신하기 이전에 미리 RLC SDU와 이에 대응하는 헤더를 미리 생성하여, UL grant 수신 시 바로 하위 계층으로 전달하고, MAC 계층에서는 MAC SDU에 대응하는 서브헤더와 이에 대응하는 MAC SDU가 하나의 쌍을 이루어 순서대로 삽입한 형태인 dispersed format을 랜덤 엑세스 응답 MAC PDU에도 적용함으로써 랜덤 엑세스 응답 메시지를 보다 효율적으로 구성 할 수 있다.

도 1a은 차세대 이동통신 시스템의 구조를 도시하는 도면이다.
도 1b는 기존 LTE 시스템에서의 랜덤 엑세스 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 1c는 본 발명이 적용되는 NR 시스템이 사용하는 프레임 구조의 예시 도면이다.
도 1d는 차세대 이동통신 시스템에서 안테나빔당 SS 블록이 전송되는 구조이다.
도 1e는 차세대 이동통신 시스템에서 안테나빔별 Backoff 지시자를 포함하는 BI 서브헤더를 설명하기 위한 도면이다.
도 1f는 차세대 이동통신 시스템에서 안테나빔별 Backoff 지시자를 적용하여 랜덤 엑세스 과정을 수행하는 흐름도이다.
도 1g은 본 발명을 적용한 단말의 내부 구조를 도시하는 블록도이다.
도 1h는 본 발명에 따른 기지국의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2a은 차세대 이동통신 시스템의 구조를 도시하는 도면이다.
도 2b는 기존 LTE 시스템에서의 랜덤 엑세스 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2c는 기존 LTE 시스템에서 랜덤 엑세스 관련 메시지의 전송 타이밍을 설명하기 위한 도면이다.
도 2d는 차세대 이동통신 시스템에서 numerology에 따른 다양한 길이의 TTI을 설명하기 위한 도면이다.
도 2e는 차세대 이동통신 시스템에서 랜덤 엑세스 과정을 수행하는 흐름도를 설명하기 위한 도면이다.
도 2f는 차세대 이동통신 시스템에서 캐리어 집적 시, 랜덤 엑세스 과정을 수행하는 단말의 동작 흐름도를 설명하기 위한 도면이다.
도 2g는 차세대 이동통신 시스템에서 다중 연결 시, 랜덤 엑세스 과정을 수행하는 단말의 동작 흐름도를 설명하기 위한 도면이다.
도 2h은 본 발명을 적용한 단말의 내부 구조를 도시하는 블록도이다.
도 2i는 본 발명에 따른 기지국의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3a은 차세대 이동통신 시스템의 구조를 도시하는 도면이다.
도 3b는 기존 LTE 시스템에서의 랜덤 엑세스 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3c는 본 발명에서 랜덤 엑세스 응답 메시지 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3d는 차세대 이동통신 시스템에서 MAC PDU 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3e는 차세대 이동통신 시스템에서 랜덤 엑세스 응답 메시지 구성의 두 가지 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3f는 차세대 이동통신 시스템에서 MAC PDU와 랜덤 엑세스 응답 메시지를 처리하는 단말의 동작(랜덤 엑세스 응답 메시지 구성의 두번째 실시 예 적용)이다.
도 3g는 LTE-차세대 이동통신 시스템 다중 연결 시나리오에서 랜덤 엑세스 응답 메시지를 처리하는 단말의 동작(랜덤 엑세스 응답 메시지 구성의 첫번째 실시 예 적용)이다.
도 3h은 본 발명을 적용한 단말의 내부 구조를 도시하는 블록도이다.
도 3i는 본 발명에 따른 기지국의 구성을 나타낸 블록도이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세히 설명한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

<제1실시예>

도 1a은 차세대 이동통신 시스템의 구조를 도시하는 도면이다.

도 1a을 참조하면, 도시한 바와 같이 차세대 이동통신 시스템의 무선 액세스 네트워크는 차세대 기지국(New Radio Node B, 이하NR NB)(1a-10) 과 NR CN (1a-05, New Radio Core Network)로 구성된다. 사용자 단말(New Radio User Equipment, 이하 NR UE 또는 단말)(1a-15)은 NR NB(1a-10) 및 NR CN (1a-05)를 통해 외부 네트워크에 접속한다.

도 1a에서 NR NB(1a-10)는 기존 LTE 시스템의 eNB (Evolved Node B)에 대응된다. NR NB는 NR UE(1a-15)와 무선 채널로 연결되며 기존 노드 B 보다 더 월등한 서비스를 제공해줄 수 있다. 차세대 이동통신 시스템에서는 모든 사용자 트래픽이 공용 채널(shared channel)을 통해 서비스 되므로, UE들의 버퍼 상태, 가용 전송 전력 상태, 채널 상태 등의 상태 정보를 취합해서 스케줄링을 하는 장치가 필요하며, 이를 NR NB(1a-10)가 담당한다. 하나의 NR NB는 통상 다수의 셀들을 제어한다. 기존 LTE 대비 초고속 데이터 전송을 구현하기 위해서 기존 최대 대역폭 이상을 가질 수 있고, 직교 주파수 분할 다중 방식(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 OFDM이라 한다)을 무선 접속 기술로 하여 추가적으로 빔포밍 기술이 접목될 수 있다. 또한 단말의 채널 상태에 맞춰 변조 방식(modulation scheme)과 채널 코딩률(channel coding rate)을 결정하는 적응 변조 코딩(Adaptive Modulation & Coding, 이하 AMC라 한다) 방식을 적용한다. NR CN (1a-05)는 이동성 지원, 베어러 설정, QoS 설정 등의 기능을 수행한다. NR CN는 단말에 대한 이동성 관리 기능은 물론 각종 제어 기능을 담당하는 장치로 다수의 기지국 들과 연결된다. 또한 차세대 이동통신 시스템은 기존 LTE 시스템과도 연동될 수 있으며, NR CN이 MME (1a-25)와 네트워크 인터페이스를 통해 연결된다. MME는 기존 기지국인 eNB (1a-30)과 연결된다.

도 1b는 기존 LTE 시스템에서의 랜덤 엑세스 과정을 설명하기 위한 도면이다.

랜덤 엑세스는 상향링크 동기화를 맞추거나, 네트워크로 데이터를 전송할 때 수행된다. 좀 더 상세하게, 대기 모드에서 연결 모드로 전환 시, RRC re-establishment 수행 시, 핸드오버 수행 시, 상, 하향링크 데이터 시작 시 수행될 수 있다. 단말 (1b-05)은 기지국 (1b-10)으로부터 dedicated 프리엠블을 제공받으면, 상기 프리엠블을 적용하여, 프리엠블을 전송한다. 그렇지 않으면, 상기 단말은 두 프리엠블 그룹 중 한 그룹을 선택하고, 상기 선택된 그룹에 속한 프리엠블을 선택한다. 상기 그룹을 group A 와 group B라고 칭한다. 채널 품질 상태가 특정 임계값보다 양호하고, msg 3의 크기가 특정 임계값보다 크면, group B에 속한 프리엠블을 선택하며, 그렇지 않으면 group B에 속한 프리엠블을 선택한다. 상기 프리엠블을 n번째 서브프레임에서 전송하였다면 (1b-15), n+3번째 서브프레임부터 RAR 윈도우를 시작하고, 상기 윈도우 시간 구간 내에서 RAR이 전송되는지 여부를 모니터링한다 (1b-20). RAR의 스케줄링 정보는 PDCCH의 RA-RNTI에 의해 지시된다. 상기 RA-RNTI는 상기 프리엠블을 전송하는데 사용되었던 시간, 주파수 축에서의 무선 자원 위치를 이용하여 유도된다. 상기 RAR에는 Timing Advance Command, UL grant, temporary C-RNTI가 포함된다. 상기 RAR을 상기 RAR 윈도우에서 성공적으로 수신하였다면, RAR 에 포함된 UL grant을 정보를 이용하여, msg3을 전송한다 (1b-25). Msg3에는 상기 랜덤 엑세스의 목적에 따라, 다른 정보가 포함된다. 하기 표 1는 msg 3에 실리는 정보의 예시이다.

[표 1] msg3에 포함되는 정보의 예

Msg3는 RAR을 n 번째 서브프레임에서 수신하였다면, n+6 번째 서브프레임에서 전송된다. Msg3부터는 HARQ가 적용된다. Msg3 전송 후, 상기 단말은 특정 타이머를 구동시키며, 상기 타이머가 만료되기 전까지 Contention Resolution (CR) 메시지를 모니터링한다 (1b-30). 상기 CR 메시지는 CR MAC CE 외에도, 랜덤 엑세스 목적에 따라 RRC Connection Setup 혹은 RRC Connection Reestablishment 메시지 등을 포함한다.

도 1c는 본 발명이 적용되는 NR 시스템이 사용하는 프레임 구조의 예시 도면이다.

NR 시스템은 높은 전송속도를 위해 넓은 주파수대역폭을 확보하기 위해 고주파수에서 동작하는 시나리오를 고려할 수 있으며, 고주파수에서는 신호전달에 어려움 때문에 빔 (Beam)을 생성하여 데이터를 전송하는 시나리오를 고려할 수 있다.

이에 따라, 기지국, 혹은 송수신점 (Transmission Reception Point, 이하 TRP) (1c-01)가 셀 내의 단말들 (1c-71)(1c-73)(1c-75)(1c-77)(1c-79)과 통신할 때 서로 다른 빔을 사용하여 통신하는 시나리오를 고려할 수 있다. 즉, 본 예시도면에서는 단말1 (1c-71)은 빔 #1 (1c-51)을 활용하여 통신하며, 단말2 (1c-73)은 빔 #5 (1c-55)을 활용하여 통신하며, 단말3, 4, 5 (1c-75) (1c-77) (1c-79)는 빔 #7 (1c-57)을 통해 통신하는 시나리오를 가정한다.

단말이 TRP와 어떠한 빔을 사용해서 통신하는지를 측정하기 위해, 오버헤드서브프레임 (overhead subframe, osf) (1c-03) 이 시간상으로 존재하며, 상기 osf에서 기지국은 심볼별로 (혹은 여러 심볼에 걸쳐) 각기 다른 빔을 사용하여 기준신호 (reference signal)을 전송한다. 상기 기준신호로부터 각 빔을 구별하기 위한 빔 인덱스 (Index) 값을 도출할 수도 있다. 본 예시도면에서는 기지국이 전송하는 빔이 #1 (1c-51) 부터 #12 (1c-62)까지 12개의 빔이 있는 것을 가정하며, 상기 osf에서 매 심볼마다 각기 다른 빔이 스위핑 (sweeping)되어 전송되는 경우를 가정한다. 즉, osf 내에서 각 심볼 별로 (예를 들어 첫번째 심볼 (1c-31)에서 빔#1 (1c-51) 전송) 각각의 빔이 전송되어, 단말은 osf를 측정하여, osf 내에 전송되는 어떤 빔으로부터의 신호가 가장 센지를 측정할 수 있게 된다.

본 예시도면에서는 해당 osf가 25 서브프레임 마다 반복되는 시나리오를 가정하며, 나머지 24개의 서브프레임은 일반 데이터가 송수신되는 데이터 서브프레임 (data subframe, dsf) (1c-05) 이다.

이에 따라, 기지국의 스케쥴링에 따라 상기 단말3, 4, 5 (1c-75) (1c-77) (1c-79)는 빔 #7을 공통으로 사용하여 통신하고 (1c-11), 상기 단말1 (1c-71)은 빔 #1을 사용하여 통신하며 (1c-13), 단말2 (1c-73)은 빔 #5을 활용하여 통신하는 시나리오를 가정한다 (1c-15).

본 예시 도면에서는 기지국의 송신 빔 #1 (1c-51) 부터 #12 (1c-62)에 대해 주로 도식화 하였으나, 상기 기지국의 송신 빔을 수신하기 위한 단말의 수신 빔 (예를 들어, 상기 단말1 (1c-71)의 (1c-81) (1c-83) (1c-85) (1c-87))을 추가로 고려할 수 있다. 본 예시 도면에서 상기 단말1은 4개의 빔 (1c-81) (1c-83) (1c-85) (1c-87)을 갖고 있으며, 어떠한 빔이 가장 좋은 수신 성능을 내는지를 판단하기 위해 빔 스위핑을 수행한다. 이 때, 동시에 여러 빔을 사용할 수 없는 경우, 각 osf에 대해 하나의 수신 빔을 사용하여, 수신 빔 개수 만큼 여러 osf를 수신하여 최적의 기지국의 송신 빔과 단말의 수신 빔을 찾을 수 있다.

본 발명에서는 빔별로 망혼잡 상황을 제어할 수 있도록 빔별로 backoff 지시자를 제공하는 것을 특징으로 한다. 각 빔은 셀 내의 특정 지역을 커버하기 때문에, 특정 빔에 더 많은 사용자가 위치할 수 있다. 예를 들어, 제 5 빔 (1c-55)에는 하나의 단말 (1c-73)만이 위치하고 있으나, 제 7 빔 (1c-57)에는 3 개의 단말들 (1c-75, 1c-77, 1c-79)이 위치하고 있다. 따라서, 빔별로, 랜덤 엑세스 발생 빈도는 상이할 것이다. 따라서, 셀단위가 아니라 빔별로 혼잡 상황을 제어하는 것이 더 바람직하다. 망 혼잡 상황을 제어할 수 있는 방법은 다양하다. 그 중에 하나는 backoff 지시자를 이용하는 것이다. 상기 backoff 지시자는 랜덤 엑세스 과정에서 랜덤 엑세스 응답 메시지의 서브헤더에 포함되어 셀 내 단말들에게 제공된다. 랜덤 엑세스를 실패한 단말은 0 부터 상기 backoff 지시자 사이에서 하나의 랜덤 값을 도출하고, 상기 도출된 랜덤 값까지 기다렸다가 다시 랜덤 엑세스를 시도한다. 즉, 상기 backoff 지시자는 시간적으로 충돌한 단말들을 재분포시키는 효과를 제공한다.

도 1d는 차세대 이동통신 시스템에서 안테나빔당 SS 블록이 전송되는 구조이다.

차세대 이동통신 시스템에서는 안테나 빔마다 하향링크 동기화 및 하향링크 신호 품질 평가를 위해, SS block (1d-15)을 전송한다. 하나의 SS block은 하나의 안테나 빔에 대응되며, 시간적으로 겹쳐지지 않게 대응되는 안테나 빔에서 전송된다. 또한, SS block은 이에 대응하는 index 값을 가지고 있다. 상기 index 값은 상기 SS block을 디코딩하여, 도출될 수도 있으며, 상기 SS block이 전송되는 시간 혹은 주파수 자원에 따라 implicit하게 도출될 수도 있다. 하나 이상의 SS block이 특정 시간 구간 안에서 연집하여 전송될 수 있으며, 상기 SS block의 군집을 SS burst (1d-05)라고 칭한다. 상기 SS burst는 특정 주기 (1d-10)를 가지고 반복 전송될 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 SS block을 지시하는 index 정보를 활용하여, 빔별 backoff 지시자를 address하는 것을 특징으로 한다.

도 1e는 차세대 이동통신 시스템에서 안테나빔별 Backoff 지시자를 포함하는 BI 서브헤더를 설명하기 위한 도면이다.

도 1e (a)는 종래의 LTE 기술에서 E/T/R/R/BI MAC 서브헤더를 나타낸다. E 필드 (1e-05)는 다른 MAC 서브헤더가 존재하는지 여부를 지시한다. T 필드 (1e-10)는 해당 서브헤더가 BI (1e-15)을 포함하는 서브헤더인지 혹은 RAPID (Random Access ID)을 포함한 서브헤더인지를 지시하는데 이용된다. R 필드는 Reserved bit이다. BI 필드 (1e-20)는 backoff 시간을 도출하는데 이용되며, 총 4 비트 크기를 가진다. LTE 기술에서는 하나의 랜덤 엑세스 응답 메시지에는 BI 필드를 포함한 하나의 서브헤더만 존재한다.

도 1e (b)는 본 발명에서 제안하는 BI 필드를 포함하는 제 1 포맷을 나타낸다. E 필드 (1e-25)와 T 필드 (1e-30)의 목적은 상기 LTE에서의 동명 필드와 동일하다. 상기 E 필드와 T 필드 다음에 SS block index 값을 포함한 필드 (1e-35)가 따른다. 상기 SS block index가 지시하는 빔에 적용되는 Backoff 지시자를 포함하는 BI필드 (1e-40)가 그 뒤를 따른다.

도 1e (c)는 본 발명에서 제안하는 BI 필드를 포함하는 제 2 포맷을 나타낸다. 상기 제 1 포맷에서는 SS block index을 지시하기 위해, 2 비트만을 사용할 수 있다. 따라서, 지시할 수 있는 총 빔의 수는 4이다. 그러나, 실제 망에서 4을 초과하는 빔이 존재할 수 있다. 따라서, 제 2 포맷에서는 SS block index을 지시하기 위해, 더 많은 비트를 할당하고 있다. 예를 들어, 2 바이트를 갖는 BI 필드를 포함한 서브헤더를 정의하고, 이 중, 10 비트를 SS block index에 할당한다. 그 외, 제 1 포맷에서와 같이, E 필드 (1e-45)와 T 필드 (1e-50)의 목적은 상기 LTE에서의 동명 필드와 동일하다. 상기 E 필드와 T 필드 다음에 SS block index 값을 포함한 필드 (1e-55)가 따른다. 상기 SS block index가 지시하는 빔에 적용되는 Backoff 지시자를 포함하는 BI필드 (1e-60)가 그 뒤를 따른다.

도 1e (d)는 본 발명에서 제안하는 BI 필드를 포함하는 제 3 포맷을 나타낸다. 제 2 포맷과 달리, 필드의 순서를 재배열한 새로운 포맷을 정의할 수 있다. 예를 들어, 2 바이트로 구성된 서브헤더에서 첫번째 1 바이트 (1d-65, 1d-70, 1d-75)는 기존 LTE와 동일하며, 두번째 1 바이트 (1e-80)는 SS block index을 지시하는데 이용된다.

본 발명에서는 하나의 랜덤 엑세스 응답 메시지에 복수 개의 BI 필드를 포함하는 서브헤더를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 기지국은 하나의 랜덤 엑세스 응답 메시지를 이용하여, 여러 빔들에 대한 Backoff 지시자를 단말들에게 제공해줄 수 있다.

SS block index로 지시되지 않은 빔이 존재할 수도 있다. 이 경우, 미리 정의된 특정 SS block index에 대응하는 BI 필드를 적용하거나, default index를 따로 정의하여, 상기 index을 포함한 서브헤더에 포함된 BI 필드를 적용할 수도 있다.

상기 포맷들은 단일 빔별로 BI 필드를 제공하고 있지만, 복수 개의 빔들로 구성된 빔그룹별로 BI 필드를 제공할 수도 있다. 즉, 상기 포맷에서 SS block index 대신에 특정 빔 그룹을 지시하는 index 값을 대신 대입할 수 있다. 특정 빔 그룹에 어떤 빔이 포함되는지는 기지국이 시스템 정보를 통해, 단말에게 제공해준다.

도 1f는 차세대 이동통신 시스템에서 안테나빔별 Backoff 지시자를 적용하여 랜덤 엑세스 과정을 수행하는 흐름도이다.

단말 (1f-05)은 기지국 (1f-10)으로 시스템 정보를 통해, 빔 그룹 정보를 제공받는다 (1f-13). 상기 빔 그룹 정보는 특정 빔 그룹에 어떤 빔들이 포함되는지 지시한다. 본 발명에서 상기 빔 그룹 정보는 Backoff 지시자가 특정 빔 그룹별로 제공되는 경우에만 유효하다. 상기 단말은 랜덤 엑세스를 트리거하고 (1f-15), 상기 기지국으로 프리엠블을 전송한다 (1f-20). 프리엠블 전송 후, 특정 시간 구간, RAR window 동안 상기 프리엠블에 대응하는 랜덤 엑세스 응답 메시지가 수신되는지 모니터링한다 (1f-25). 상기 단말은 상기 RAR window에서 RA-RNTI로 지시되는 MAC PDU, 즉 랜덤 엑세스 응답 메시지를 수신한다 (1f-30). 상기 단말은 상기 MAC PDU에 BI 필드를 포함한 서브헤더가 있는지 여부를 판단한다. 또한, BI 필드에 포함된 Backoff 지시자를 적용할지 여부를 결정한다 (1f-35). 만약 BI가 포함되어 있으며, SS block index가 preamble을 전송한 PRACH resource와 대응되는 SS block과 일치하면 상기 Backoff 정보를 저장한다. 상기 MAC PDU에 단말이 전송한 preamble과 일치하는 RAPID가 포함되어 있으면 메시지 3 전송 과정으로 진행된다. 메시지 3 전송 (1f-40)과 함께, contention resolution timer을 구동시킨다. 상기 타이머가 만료되기 전에 msg4 (1f-45)을 성공적으로 수신하면, 랜덤 엑세스 과정을 종료하고 backoff variable reset한다 (1f-50). 만약 단말이 전송한 preamble과 일치하는 RAPID가 포함되어 있지 않으면, RAR window가 종료될 때까지 RA-RNTI로 어드레스된 MAC PDU 감시 계속한다. RAPID가 포함된 RAR이 수신되지 않으면, bakcoff variable에 저장된 BI를 적용해서 다음 프리앰블 전송 시점을 결정한다. 상기 타이머 만료 시까지 CR 메시지가 수신되지 않은 경우에도 BO variable에 저장된 BI를 적용해서 다음 프리앰블 전송 시점을 결정한다.

빔 그룹별로 backoff 지시자를 제공하는 경우엔, BI가 포함되어 있으며, SS block index가 preamble을 전송한 PRACH resource와 대응되는 SS block을 포함하는 빔 그룹과 일치하면 상기 Backoff 정보를 저장한다.

도 1g에 단말의 구조를 도시하였다.

상기 도면을 참고하면, 상기 단말은 RF(Radio Frequency)처리부(1g-10), 기저대역(baseband)처리부(1g-20), 저장부(1g-30), 제어부(1g-40)를 포함한다.

상기 RF처리부(1g-10)는 신호의 대역 변환, 증폭 등 무선 채널을 통해 신호를 송수신하기 위한 기능을 수행한다. 즉, 상기 RF처리부(1g-10)는 상기 기저대역처리부(1g-20)로부터 제공되는 기저대역 신호를 RF 대역 신호로 상향 변환한 후 안테나를 통해 송신하고, 상기 안테나를 통해 수신되는 RF 대역 신호를 기저대역 신호로 하향 변환한다. 예를 들어, 상기 RF처리부(1g-10)는 송신 필터, 수신 필터, 증폭기, 믹서(mixer), 오실레이터(oscillator), DAC(digital to analog convertor), ADC(analog to digital convertor) 등을 포함할 수 있다. 상기 도면에서, 하나의 안테나만이 도시되었으나, 상기 단말은 다수의 안테나들을 구비할 수 있다. 또한, 상기 RF처리부(1g-10)는 다수의 RF 체인들을 포함할 수 있다. 나아가, 상기 RF처리부(1g-10)는 빔포밍(beamforming)을 수행할 수 있다. 상기 빔포밍을 위해, 상기 RF처리부(1g-10)는 다수의 안테나들 또는 안테나 요소(element)들을 통해 송수신되는 신호들 각각의 위상 및 크기를 조절할 수 있다. 또한 상기 RF 처리부는 MIMO를 수행할 수 있으며, MIMO 동작 수행 시 여러 개의 레이어를 수신할 수 있다.

상기 기저대역처리부(1g-20)은 시스템의 물리 계층 규격에 따라 기저대역 신호 및 비트열 간 변환 기능을 수행한다. 예를 들어, 데이터 송신 시, 상기 기저대역처리부(1g-20)은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성한다. 또한, 데이터 수신 시, 상기 기저대역처리부(1g-20)은 상기 RF처리부(1g-10)로부터 제공되는 기저대역 신호를 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다. 예를 들어, OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 방식에 따르는 경우, 데이터 송신 시, 상기 기저대역처리부(1g-20)는 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성하고, 상기 복소 심벌들을 부반송파들에 매핑한 후, IFFT(inverse fast Fourier transform) 연산 및 CP(cyclic prefix) 삽입을 통해 OFDM 심벌들을 구성한다. 또한, 데이터 수신 시, 상기 기저대역처리부(1g-20)은 상기 RF처리부(1g-10)로부터 제공되는 기저대역 신호를 OFDM 심벌 단위로 분할하고, FFT(fast Fourier transform) 연산을 통해 부반송파들에 매핑된 신호들을 복원한 후, 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다.

상기 기저대역처리부(1g-20) 및 상기 RF처리부(1g-10)는 상술한 바와 같이 신호를 송신 및 수신한다. 이에 따라, 상기 기저대역처리부(1g-20) 및 상기 RF처리부(1g-10)는 송신부, 수신부, 송수신부 또는 통신부로 지칭될 수 있다. 나아가, 상기 기저대역처리부(1g-20) 및 상기 RF처리부(1g-10) 중 적어도 하나는 서로 다른 다수의 무선 접속 기술들을 지원하기 위해 다수의 통신 모듈들을 포함할 수 있다. 또한, 상기 기저대역처리부(1g-20) 및 상기 RF처리부(1g-10) 중 적어도 하나는 서로 다른 주파수 대역의 신호들을 처리하기 위해 서로 다른 통신 모듈들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 서로 다른 무선 접속 기술들은 무선 랜(예: IEEE 802.11), 셀룰러 망(예: LTE) 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 서로 다른 주파수 대역들은 극고단파(SHF:super high frequency)(예: 2.NRHz, NRhz) 대역, mm파(millimeter wave)(예: 60GHz) 대역을 포함할 수 있다.

상기 저장부(1g-30)는 상기 단말의 동작을 위한 기본 프로그램, 응용 프로그램, 설정 정보 등의 데이터를 저장한다. 특히, 상기 저장부(1g-30)는 제2무선 접속 기술을 이용하여 무선 통신을 수행하는 제2접속 노드에 관련된 정보를 저장할 수 있다. 그리고, 상기 저장부(1g-30)는 상기 제어부(1g-40)의 요청에 따라 저장된 데이터를 제공한다.

상기 제어부(1g-40)는 상기 단말의 전반적인 동작들을 제어한다. 예를 들어, 상기 제어부(1g-40)는 상기 기저대역처리부(1g-20) 및 상기 RF처리부(1g-10)을 통해 신호를 송수신한다. 또한, 상기 제어부(1g-40)는 상기 저장부(1g-40)에 데이터를 기록하고, 읽는다. 이를 위해, 상기 제어부(1g-40)는 적어도 하나의 프로세서(processor)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어부(1g-40)는 통신을 위한 제어를 수행하는 CP(communication processor) 및 응용 프로그램 등 상위 계층을 제어하는 AP(application processor)를 포함할 수 있다.

도 1h는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 주기지국의 블록 구성을 도시한다.

상기 도면에 도시된 바와 같이, 상기 기지국은 RF처리부(1h-10), 기저대역처리부(1h-20), 백홀통신부(1h-30), 저장부(1h-40), 제어부(1h-50)를 포함하여 구성된다.

상기 RF처리부(1h-10)는 신호의 대역 변환, 증폭 등 무선 채널을 통해 신호를 송수신하기 위한 기능을 수행한다. 즉, 상기 RF처리부(1h-10)는 상기 기저대역처리부(1h-20)로부터 제공되는 기저대역 신호를 RF 대역 신호로 상향변환한 후 안테나를 통해 송신하고, 상기 안테나를 통해 수신되는 RF 대역 신호를 기저대역 신호로 하향변환한다. 예를 들어, 상기 RF처리부(1h-10)는 송신 필터, 수신 필터, 증폭기, 믹서, 오실레이터, DAC, ADC 등을 포함할 수 있다. 상기 도면에서, 하나의 안테나만이 도시되었으나, 상기 제1접속 노드는 다수의 안테나들을 구비할 수 있다. 또한, 상기 RF처리부(1h-10)는 다수의 RF 체인들을 포함할 수 있다. 나아가, 상기 RF처리부(1h-10)는 빔포밍을 수행할 수 있다. 상기 빔포밍을 위해, 상기 RF처리부(1h-10)는 다수의 안테나들 또는 안테나 요소들을 통해 송수신되는 신호들 각각의 위상 및 크기를 조절할 수 있다. 상기 RF 처리부는 하나 이상의 레이어를 전송함으로써 하향 MIMO 동작을 수행할 수 있다.

상기 기저대역처리부(1h-20)는 제1무선 접속 기술의 물리 계층 규격에 따라 기저대역 신호 및 비트열 간 변환 기능을 수행한다. 예를 들어, 데이터 송신 시, 상기 기저대역처리부(1h-20)은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성한다. 또한, 데이터 수신 시, 상기 기저대역처리부(1h-20)은 상기 RF처리부(1h-10)로부터 제공되는 기저대역 신호를 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다. 예를 들어, OFDM 방식에 따르는 경우, 데이터 송신 시, 상기 기저대역처리부(1h-20)은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성하고, 상기 복소 심벌들을 부반송파들에 매핑한 후, IFFT 연산 및 CP 삽입을 통해 OFDM 심벌들을 구성한다. 또한, 데이터 수신 시, 상기 기저대역처리부(1h-20)은 상기 RF처리부(1h-10)로부터 제공되는 기저대역 신호를 OFDM 심벌 단위로 분할하고, FFT 연산을 통해 부반송파들에 매핑된 신호들을 복원한 후, 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다. 상기 기저대역처리부(1h-20) 및 상기 RF처리부(1h-10)는 상술한 바와 같이 신호를 송신 및 수신한다. 이에 따라, 상기 기저대역처리부(1h-20) 및 상기 RF처리부(1h-10)는 송신부, 수신부, 송수신부, 통신부 또는 무선 통신부로 지칭될 수 있다.

상기 백홀통신부(1h-30)는 네트워크 내 다른 노드들과 통신을 수행하기 위한 인터페이스를 제공한다. 즉, 상기 백홀통신부(1h-30)는 상기 주기지국에서 다른 노드, 예를 들어, 보조기지국, 코어망 등으로 송신되는 비트열을 물리적 신호로 변환하고, 상기 다른 노드로부터 수신되는 물리적 신호를 비트열로 변환한다.

상기 저장부(1h-40)는 상기 주기지국의 동작을 위한 기본 프로그램, 응용 프로그램, 설정 정보 등의 데이터를 저장한다. 특히, 상기 저장부(1h-40)는 접속된 단말에 할당된 베어러에 대한 정보, 접속된 단말로부터 보고된 측정 결과 등을 저장할 수 있다. 또한, 상기 저장부(1h-40)는 단말에게 다중 연결을 제공하거나, 중단할지 여부의 판단 기준이 되는 정보를 저장할 수 있다. 그리고, 상기 저장부(1h-40)는 상기 제어부(1h-50)의 요청에 따라 저장된 데이터를 제공한다.

상기 제어부(1h-50)는 상기 주기지국의 전반적인 동작들을 제어한다. 예를 들어, 상기 제어부(1h-50)는 상기 기저대역처리부(1h-20) 및 상기 RF처리부(1h-10)을 통해 또는 상기 백홀통신부(1h-30)을 통해 신호를 송수신한다. 또한, 상기 제어부(1h-50)는 상기 저장부(1h-40)에 데이터를 기록하고, 읽는다. 이를 위해, 상기 제어부(1h-50)는 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다.

<제2실시예>

도 2a은 차세대 이동통신 시스템의 구조를 도시하는 도면이다.

도 2a을 참조하면, 도시한 바와 같이 차세대 이동통신 시스템의 무선 액세스 네트워크는 차세대 기지국(New Radio Node B, 이하NR NB)(2a-10) 과 NR CN (2a-05, New Radio Core Network)로 구성된다. 사용자 단말(New Radio User Equipment, 이하 NR UE 또는 단말)(2a-15)은 NR NB(2a-10) 및 NR CN (2a-05)를 통해 외부 네트워크에 접속한다.

도 2a에서 NR NB(2a-10)는 기존 LTE 시스템의 eNB (Evolved Node B)에 대응된다. NR NB는 NR UE(2a-15)와 무선 채널로 연결되며 기존 노드 B 보다 더 월등한 서비스를 제공해줄 수 있다. 차세대 이동통신 시스템에서는 모든 사용자 트래픽이 공용 채널(shared channel)을 통해 서비스 되므로, UE들의 버퍼 상태, 가용 전송 전력 상태, 채널 상태 등의 상태 정보를 취합해서 스케줄링을 하는 장치가 필요하며, 이를 NR NB(2a-10)가 담당한다. 하나의 NR NB는 통상 다수의 셀들을 제어한다. 기존 LTE 대비 초고속 데이터 전송을 구현하기 위해서 기존 최대 대역폭 이상을 가질 수 있고, 직교 주파수 분할 다중 방식(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 OFDM이라 한다)을 무선 접속 기술로 하여 추가적으로 빔포밍 기술이 접목될 수 있다. 또한 단말의 채널 상태에 맞춰 변조 방식(modulation scheme)과 채널 코딩률(channel coding rate)을 결정하는 적응 변조 코딩(Adaptive Modulation & Coding, 이하 AMC라 한다) 방식을 적용한다. NR CN (2a-05)는 이동성 지원, 베어러 설정, QoS 설정 등의 기능을 수행한다. NR CN는 단말에 대한 이동성 관리 기능은 물론 각종 제어 기능을 담당하는 장치로 다수의 기지국 들과 연결된다. 또한 차세대 이동통신 시스템은 기존 LTE 시스템과도 연동될 수 있으며, NR CN이 MME (2a-25)와 네트워크 인터페이스를 통해 연결된다. MME는 기존 기지국인 eNB (2a-30)과 연결된다.

도 2b는 기존 LTE 시스템에서의 랜덤 엑세스 과정을 설명하기 위한 도면이다.

랜덤 엑세스는 상향링크 동기화를 맞추거나, 네트워크로 데이터를 전송할 때 수행된다. 좀 더 상세하게, 대기 모드에서 연결 모드로 전환 시, RRC re-establishment 수행 시, 핸드오버 수행 시, 상, 하향링크 데이터 시작 시 수행될 수 있다. 랜덤 엑세스는 크게 경쟁 기반 랜덤 엑세스 (contention based random access procedure)와 비경쟁 기반 랜덤 엑세스 (non-contention based random access procedure)로 구분된다. 도 2b (a)는 경쟁 기반 랜덤 엑세스 과정이다. 단말 (2b-05)은 기지국 (2b-10)으로부터 dedicated 프리엠블을 제공받으면, 상기 프리엠블을 적용하여, 프리엠블을 전송한다. 그렇지 않으면, 상기 단말은 두 프리엠블 그룹 중 한 그룹을 선택하고, 상기 선택된 그룹에 속한 프리엠블을 선택한다. 상기 그룹을 group A 와 group B라고 칭한다. 채널 품질 상태가 특정 임계값보다 양호하고, msg 3의 크기가 특정 임계값보다 크면, group B에 속한 프리엠블을 선택하며, 그렇지 않으면 group B에 속한 프리엠블을 선택한다. 상기 프리엠블을 n번째 서브프레임에서 전송하였다면 (2b-15), n+3번째 서브프레임부터 RAR 윈도우를 시작하고, 상기 윈도우 시간 구간 내에서 RAR이 전송되는지 여부를 모니터링한다 (2b-20). RAR의 스케줄링 정보는 PDCCH의 RA-RNTI에 의해 지시된다. 상기 RA-RNTI는 상기 프리엠블을 전송하는데 사용되었던 시간, 주파수 축에서의 무선 자원 위치를 이용하여 유도된다. 상기 RAR에는 Timing Advance Command, UL grant, temporary C-RNTI가 포함된다. 상기 RAR을 상기 RAR 윈도우에서 성공적으로 수신하였다면, RAR 에 포함된 UL grant을 정보를 이용하여, msg3을 전송한다 (2b-25). Msg3에는 상기 랜덤 엑세스의 목적에 따라, 다른 정보가 포함된다. 하기 표 2는 msg 3에 실리는 정보의 예시이다.

[표 2] msg3에 포함되는 정보의 예

Msg3는 RAR을 n 번째 서브프레임에서 수신하였다면, n+6 번째 서브프레임에서 전송된다. Msg3부터는 HARQ가 적용된다. Msg3 전송 후, 상기 단말은 특정 타이머를 구동시키며, 상기 타이머가 만료되기 전까지 Contention Resolution (CR) 메시지를 모니터링한다 (2b-30). 상기 CR 메시지는 CR MAC CE 외에도, 랜덤 엑세스 목적에 따라 RRC Connection Setup 혹은 RRC Connection Reestablishment 메시지 등을 포함한다.

상기 경쟁 기반 랜덤 엑세스는 캐리어 직접 기술 (carrier aggregation)과 다중 연결 기술 (dual connectivity)에서 설정될 수 있다. 다만, 캐리어 직접 기술에서는 PCell에서만 수행된다. 즉, 단말은 PCell에게만 프리엠블을 전송할 수 있으며, PCell로부터 RAR을 수신받는다. Msg3 역시 상기 PCell로 전송한다. 다만, msg4의 경우엔, cross-scheduled 되는 다른 셀에서 수신가능하다. 다중 연결 기술에서는 PCell 혹은 PSCell에서만 수행된다. 즉, 단말은 PCell 혹은 PSCell에게만 프리엠블을 전송할 수 있으며, PCell 혹은 PSCell로부터 RAR을 수신받는다. Msg3 역시 상기 PCell 혹은 PSCell로 전송한다. 다만, msg4의 경우엔, cross-scheduled 되는 다른 셀에서 수신 가능하다.

도 2b (b)는 비경쟁 기반 랜덤 엑세스 과정이다. 기지국은 특정 단말만 사용할 수 있는 프리엠블과 상기 프리엠블을 전송하는 무선 자원 정보를 상기 단말에게 제공한다 (2b-25). 상기 단말은 상기 할당된 프리엠블을 상기 무선 자원을 이용하여, 기지국에게 프리엠블을 전송한다 (2b-30). 상기 기지국은 상기 단말에게 RAR을 전송한다 (2b-35). 비경쟁이므로, contention resolution 과정이 필요하지 않다.

상기 비경쟁 기반 랜덤 엑세스는 캐리어 직접 기술 (carrier aggregation)과 다중 연결 기술 (dual connectivity)에서 설정될 수 있다. 캐리어 직접 기술에서는 PCell 및 SCell에서 수행된다. 즉, 단말은 PCell 및 SCell에게 프리엠블과 msg3을 전송할 수 있다. 그러나, 단말은 PCell로부터만 RAR을 수신받는다. 다중 연결 기술에서는 PCell, PSCell 혹은 SCell 에서 수행된다. 즉, 단말은 PCell, PSCell 혹은 SCell 에서 프리엠블과 msg3을 전송할 수 있다. 그러나, 단말이 MCG에 속한 셀에서 프리엠블을 전송했다면, PCell에서만 RAR을 수신하며, SCG에 속한 셀에서 프리엠블을 전송했다면, PSCell로부터만 RAR을 수신받는다.

도 2c는 기존 LTE 시스템에서 랜덤 엑세스 관련 메시지의 전송 타이밍을 설명하기 위한 도면이다.

단말은 특정 서브프레임 (2c-05)에서 프리엠블을 전송한다 (2c-15). 프리엠블이 전송된 서브프레임을 포함하여, 3 서브프레임 후부터 RAR window (2c-10)가 시작된다. 상기 RAR window 구간 동안 상기 프리엠블에 대응되는 RAPID을 포함한 랜덤 엑세스 응답 메시지 (RAR)를 수신하면 (2c-20), 상기 RAR을 수신한 서브프레임을 포함하여, 5 서브프레임 다음 서브프레임에서 msg3을 전송한다 (2c-25). 상기 단말은 상기 msg3을 전송하면서, contention resolution timer을 구동시킨다. 상기 타이머가 만료되기 전에 유효한 msg4을 수신하면 (2c-30), 랜덤 엑세스 과정이 성공적으로 종료된다. 상기 랜덤 엑세스 과정을 살펴볼 때, 메시지 수신 타이밍은 TTI 단위로 결정됨을 알 수 있다.

도 2d는 차세대 이동통신 시스템에서 numerology에 따른 다양한 길이의 TTI을 설명하기 위한 도면이다.

차세대 이동통신 시스템에서는 주파수 영역에서 다양한 subcarrier spacing을 적용할 수 있다. 이는 시간 축에서 다양한 TTI (Transmission Time interval)이 존재함을 의미한다 (2d-05, 2d-10, 2d-15). TTI는 하나의 MAC PDU을 전송하는 시간 단위이다. 캐리어 직접 기술 혹은 다중 연결 기술이 설정될 때, 각 셀마다 적용되는 TTI의 길이가 달라질 수 있다. 이는 SCell에서 non-contention RA을 설정하고, PCell과 SCell이 다른 TTI 길이 (즉, 상이한 numerology)를 사용하는 경우, TTI 단위가 다르기 때문에 SCell의 preamble 전송 완료 시점과 PCell의 RAR window 시작 시점이 불명확해진다.

캐리어 직접 기술 혹은 다중 연결 기술이 설정될 때, 각 셀마다 다른 안테나 시스템이 적용될 수 있다. 예를 들어, PCell은 single beam인데 반해, SCell은 multi-beam 시스템일 수 있다. SCell에서 non-contention RA을 설정하고, SCell은 multi-beam이지만 PCell은 single beam인 경우, RAR을 통해서 SCell의 UL beam 정보를 전달해야 하지만 PCell이 single beam이면 전달할 수 없다.

따라서 본 발명에서는 캐리어 집적 기술 혹은 다중 연결 기술에서 SCell에서 비경쟁 기반 랜덤 엑세스가 수행될 때, PCell (혹은 PSCell)과 SCell에 적용된 안테나 시스템 (single beam 혹은 multi-beam)에 따라, RAR을 PCell (혹은 PSCell) 혹은 SCell에서 수신하는 것을 특징으로 한다. 또한, 단말은 SCell에서는 dedicated search space만 감시하지만, 제 1 절차를 사용하는 랜덤 액세스 동작 중, 특히 프리앰블 전송 후 RAR 수신 시까지는 common search space를 감시한다.

도 2e는 차세대 이동통신 시스템에서 랜덤 엑세스 과정을 수행하는 흐름도를 설명하기 위한 도면이다.

단말 (2e-05)은 기지국으로부터 SCell 설정 정보를 포함한 RRC 제어 메시지를 수신한다 (2e-20). 상기 SCell 설정 정보에는 PRACH 무선 자원 정보 등 랜덤 엑세스 설정 정보와 제 1 절차, 제 2 절차를 지시하는 정보를 포함한다. 상기 제 1 절차는 RAR을 PCell/PSCell에서 수신하는 절차, 제 2 절차는 RAR을 SCell에서 수신하는 절차이다. 상기 설정 정보를 수신한 상기 단말은 상기 정보를 설정한다 (2e-25). 상기 단말은 PCell (2e-10)과 SCell (2e-15)에서 제어 채널 (PDCCH)을 모니터링한다. PCell에서는 dedicated search space와 common search space을 적용하며, SCell에서는 dedicated search space을 적용한다. 상기 단말은 상기 SCell로부터 랜덤 엑세스를 초기화하는 PDCCH order을 수신한다 (2e-30). 상기 PDCCH order에 따라 상기 단말은 상기 SCell에 프리엠블을 전송한다 (2e-35). 만약 제 1 절차라면 PCell의 RAR window 구간 동안 PCell의 common search space 을 감시한다 (2e-40). 만약 제 2 절차라면 SCell의 RAR window 구간 동안 SCell의 common search space을 감시한다. 상기 PCell의 RAR window는 PCell의 시스템 정보를 통해 획득되며, 상기 SCell의 RAR window는 SCell 설정 정보를 포함한 RRC 제어 메시지를 통해 획득된다. 상기 단말은 상기 절차에 대응하는 셀의 RAR window 내에서 RAR을 수신한다 (2e-45). 상기 단말은 상기 SCell로 msg3을 전송한다 (2e-50).

도 2f는 차세대 이동통신 시스템에서 캐리어 집적 시, 랜덤 엑세스 과정을 수행하는 단말의 동작 흐름도를 설명하기 위한 도면이다.

캐리어 집적 기술 혹은 다중 연결 기술에서 SCell에서 비경쟁 기반 랜덤 엑세스가 수행될 때, 상기 적용하는 절차는 PDCCH order에서 지정해줄 수도 있지만, 특정 조건에 따라 단말이 결정하게 된다. 캐리어 집적 기술에서 PCell과 SCell에서 적용하는 빔 시스템이 동일하다면, 제 1 절차 (2f-10), 그렇지 않다면, 제 2 절차가 선택된다 (2f-15).

도 2g는 차세대 이동통신 시스템에서 다중 연결 시, 랜덤 엑세스 과정을 수행하는 단말의 동작 흐름도를 설명하기 위한 도면이다.

LTE와 차세대 이동통신 시스템이 다중 연결 기술로 동시에 연결하는 경우, LTE의 SCell에서 비경쟁 기반 랜덤 엑세스가 수행되면, 제 1 절차 (2g-10), 차세대 이동통신 시스템의 SCell에서 비경쟁 기반 랜덤 엑세스가 수행되면, 제 2 절차가 선택된다 (2g-15). 상기 LTE와 차세대 이동통신 시스템이 다중 연결 기술로 동시에 연결하는 시나리오에서 PCell은 LTE 셀이다.

도 2h에 단말의 구조를 도시하였다.

상기 도면을 참고하면, 상기 단말은 RF(Radio Frequency)처리부(2h-10), 기저대역(baseband)처리부(2h-20), 저장부(2h-30), 제어부(2h-40)를 포함한다.

상기 RF처리부(2h-10)는 신호의 대역 변환, 증폭 등 무선 채널을 통해 신호를 송수신하기 위한 기능을 수행한다. 즉, 상기 RF처리부(2h-10)는 상기 기저대역처리부(2h-20)로부터 제공되는 기저대역 신호를 RF 대역 신호로 상향 변환한 후 안테나를 통해 송신하고, 상기 안테나를 통해 수신되는 RF 대역 신호를 기저대역 신호로 하향 변환한다. 예를 들어, 상기 RF처리부(2h-10)는 송신 필터, 수신 필터, 증폭기, 믹서(mixer), 오실레이터(oscillator), DAC(digital to analog convertor), ADC(analog to digital convertor) 등을 포함할 수 있다. 상기 도면에서, 하나의 안테나만이 도시되었으나, 상기 단말은 다수의 안테나들을 구비할 수 있다. 또한, 상기 RF처리부(2h-10)는 다수의 RF 체인들을 포함할 수 있다. 나아가, 상기 RF처리부(2h-10)는 빔포밍(beamforming)을 수행할 수 있다. 상기 빔포밍을 위해, 상기 RF처리부(2h-10)는 다수의 안테나들 또는 안테나 요소(element)들을 통해 송수신되는 신호들 각각의 위상 및 크기를 조절할 수 있다. 또한 상기 RF 처리부는 MIMO를 수행할 수 있으며, MIMO 동작 수행 시 여러 개의 레이어를 수신할 수 있다.

상기 기저대역처리부(2h-20)은 시스템의 물리 계층 규격에 따라 기저대역 신호 및 비트열 간 변환 기능을 수행한다. 예를 들어, 데이터 송신 시, 상기 기저대역처리부(2h-20)은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성한다. 또한, 데이터 수신 시, 상기 기저대역처리부(2h-20)은 상기 RF처리부(2h-10)로부터 제공되는 기저대역 신호를 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다. 예를 들어, OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 방식에 따르는 경우, 데이터 송신 시, 상기 기저대역처리부(2h-20)는 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성하고, 상기 복소 심벌들을 부반송파들에 매핑한 후, IFFT(inverse fast Fourier transform) 연산 및 CP(cyclic prefix) 삽입을 통해 OFDM 심벌들을 구성한다. 또한, 데이터 수신 시, 상기 기저대역처리부(2h-20)은 상기 RF처리부(2h-10)로부터 제공되는 기저대역 신호를 OFDM 심벌 단위로 분할하고, FFT(fast Fourier transform) 연산을 통해 부반송파들에 매핑된 신호들을 복원한 후, 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다.

상기 기저대역처리부(2h-20) 및 상기 RF처리부(2h-10)는 상술한 바와 같이 신호를 송신 및 수신한다. 이에 따라, 상기 기저대역처리부(2h-20) 및 상기 RF처리부(2h-10)는 송신부, 수신부, 송수신부 또는 통신부로 지칭될 수 있다. 나아가, 상기 기저대역처리부(2h-20) 및 상기 RF처리부(2h-10) 중 적어도 하나는 서로 다른 다수의 무선 접속 기술들을 지원하기 위해 다수의 통신 모듈들을 포함할 수 있다. 또한, 상기 기저대역처리부(2h-20) 및 상기 RF처리부(2h-10) 중 적어도 하나는 서로 다른 주파수 대역의 신호들을 처리하기 위해 서로 다른 통신 모듈들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 서로 다른 무선 접속 기술들은 무선 랜(예: IEEE 802.11), 셀룰러 망(예: LTE) 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 서로 다른 주파수 대역들은 극고단파(SHF:super high frequency)(예: 2.NRHz, NRhz) 대역, mm파(millimeter wave)(예: 60GHz) 대역을 포함할 수 있다.

상기 저장부(2h-30)는 상기 단말의 동작을 위한 기본 프로그램, 응용 프로그램, 설정 정보 등의 데이터를 저장한다. 특히, 상기 저장부(2h-30)는 제2무선 접속 기술을 이용하여 무선 통신을 수행하는 제2접속 노드에 관련된 정보를 저장할 수 있다. 그리고, 상기 저장부(2h-30)는 상기 제어부(2h-40)의 요청에 따라 저장된 데이터를 제공한다.

상기 제어부(2h-40)는 상기 단말의 전반적인 동작들을 제어한다. 예를 들어, 상기 제어부(2h-40)는 상기 기저대역처리부(2h-20) 및 상기 RF처리부(2h-10)을 통해 신호를 송수신한다. 또한, 상기 제어부(2h-40)는 상기 저장부(2h-40)에 데이터를 기록하고, 읽는다. 이를 위해, 상기 제어부(2h-40)는 적어도 하나의 프로세서(processor)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어부(2h-40)는 통신을 위한 제어를 수행하는 CP(communication processor) 및 응용 프로그램 등 상위 계층을 제어하는 AP(application processor)를 포함할 수 있다.

도 2i는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 주기지국의 블록 구성을 도시한다.

상기 도면에 도시된 바와 같이, 상기 기지국은 RF처리부(2i-10), 기저대역처리부(2i-20), 백홀통신부(2i-30), 저장부(2i-40), 제어부(2i-50)를 포함하여 구성된다.

상기 RF처리부(2i-10)는 신호의 대역 변환, 증폭 등 무선 채널을 통해 신호를 송수신하기 위한 기능을 수행한다. 즉, 상기 RF처리부(2i-10)는 상기 기저대역처리부(2i-20)로부터 제공되는 기저대역 신호를 RF 대역 신호로 상향변환한 후 안테나를 통해 송신하고, 상기 안테나를 통해 수신되는 RF 대역 신호를 기저대역 신호로 하향변환한다. 예를 들어, 상기 RF처리부(2i-10)는 송신 필터, 수신 필터, 증폭기, 믹서, 오실레이터, DAC, ADC 등을 포함할 수 있다. 상기 도면에서, 하나의 안테나만이 도시되었으나, 상기 제1접속 노드는 다수의 안테나들을 구비할 수 있다. 또한, 상기 RF처리부(2i-10)는 다수의 RF 체인들을 포함할 수 있다. 나아가, 상기 RF처리부(2i-10)는 빔포밍을 수행할 수 있다. 상기 빔포밍을 위해, 상기 RF처리부(2i-10)는 다수의 안테나들 또는 안테나 요소들을 통해 송수신되는 신호들 각각의 위상 및 크기를 조절할 수 있다. 상기 RF 처리부는 하나 이상의 레이어를 전송함으로써 하향 MIMO 동작을 수행할 수 있다.

상기 기저대역처리부(2i-20)는 제1무선 접속 기술의 물리 계층 규격에 따라 기저대역 신호 및 비트열 간 변환 기능을 수행한다. 예를 들어, 데이터 송신 시, 상기 기저대역처리부(2i-20)은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성한다. 또한, 데이터 수신 시, 상기 기저대역처리부(2i-20)은 상기 RF처리부(2i-10)로부터 제공되는 기저대역 신호를 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다. 예를 들어, OFDM 방식에 따르는 경우, 데이터 송신 시, 상기 기저대역처리부(2i-20)은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성하고, 상기 복소 심벌들을 부반송파들에 매핑한 후, IFFT 연산 및 CP 삽입을 통해 OFDM 심벌들을 구성한다. 또한, 데이터 수신 시, 상기 기저대역처리부(2i-20)은 상기 RF처리부(2i-10)로부터 제공되는 기저대역 신호를 OFDM 심벌 단위로 분할하고, FFT 연산을 통해 부반송파들에 매핑된 신호들을 복원한 후, 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다. 상기 기저대역처리부(2i-20) 및 상기 RF처리부(2i-10)는 상술한 바와 같이 신호를 송신 및 수신한다. 이에 따라, 상기 기저대역처리부(2i-20) 및 상기 RF처리부(2i-10)는 송신부, 수신부, 송수신부, 통신부 또는 무선 통신부로 지칭될 수 있다.

상기 백홀통신부(2i-30)는 네트워크 내 다른 노드들과 통신을 수행하기 위한 인터페이스를 제공한다. 즉, 상기 백홀통신부(2i-30)는 상기 주기지국에서 다른 노드, 예를 들어, 보조기지국, 코어망 등으로 송신되는 비트열을 물리적 신호로 변환하고, 상기 다른 노드로부터 수신되는 물리적 신호를 비트열로 변환한다.

상기 저장부(2i-40)는 상기 주기지국의 동작을 위한 기본 프로그램, 응용 프로그램, 설정 정보 등의 데이터를 저장한다. 특히, 상기 저장부(2i-40)는 접속된 단말에 할당된 베어러에 대한 정보, 접속된 단말로부터 보고된 측정 결과 등을 저장할 수 있다. 또한, 상기 저장부(2i-40)는 단말에게 다중 연결을 제공하거나, 중단할지 여부의 판단 기준이 되는 정보를 저장할 수 있다. 그리고, 상기 저장부(2i-40)는 상기 제어부(2i-50)의 요청에 따라 저장된 데이터를 제공한다.

상기 제어부(2i-50)는 상기 주기지국의 전반적인 동작들을 제어한다. 예를 들어, 상기 제어부(2i-50)는 상기 기저대역처리부(2i-20) 및 상기 RF처리부(2i-10)을 통해 또는 상기 백홀통신부(2i-30)을 통해 신호를 송수신한다. 또한, 상기 제어부(2i-50)는 상기 저장부(2i-40)에 데이터를 기록하고, 읽는다. 이를 위해, 상기 제어부(2i-50)는 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다.

<제3실시예>

도 3a은 차세대 이동통신 시스템의 구조를 도시하는 도면이다.

도 3a을 참조하면, 도시한 바와 같이 차세대 이동통신 시스템의 무선 액세스 네트워크는 차세대 기지국(New Radio Node B, 이하NR NB)(3a-10) 과 NR CN (3a-05, New Radio Core Network)로 구성된다. 사용자 단말(New Radio User Equipment, 이하 NR UE 또는 단말)(3a-15)은 NR NB(3a-10) 및 NR CN (3a-05)를 통해 외부 네트워크에 접속한다.

도 3a에서 NR NB(3a-10)는 기존 LTE 시스템의 eNB (Evolved Node B)에 대응된다. NR NB는 NR UE(3a-15)와 무선 채널로 연결되며 기존 노드 B 보다 더 월등한 서비스를 제공해줄 수 있다. 차세대 이동통신 시스템에서는 모든 사용자 트래픽이 공용 채널(shared channel)을 통해 서비스 되므로, UE들의 버퍼 상태, 가용 전송 전력 상태, 채널 상태 등의 상태 정보를 취합해서 스케줄링을 하는 장치가 필요하며, 이를 NR NB(3a-10)가 담당한다. 하나의 NR NB는 통상 다수의 셀들을 제어한다. 기존 LTE 대비 초고속 데이터 전송을 구현하기 위해서 기존 최대 대역폭 이상을 가질 수 있고, 직교 주파수 분할 다중 방식(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 OFDM이라 한다)을 무선 접속 기술로 하여 추가적으로 빔포밍 기술이 접목될 수 있다. 또한 단말의 채널 상태에 맞춰 변조 방식(modulation scheme)과 채널 코딩률(channel coding rate)을 결정하는 적응 변조 코딩(Adaptive Modulation & Coding, 이하 AMC라 한다) 방식을 적용한다. NR CN (3a-05)는 이동성 지원, 베어러 설정, QoS 설정 등의 기능을 수행한다. NR CN는 단말에 대한 이동성 관리 기능은 물론 각종 제어 기능을 담당하는 장치로 다수의 기지국 들과 연결된다. 또한 차세대 이동통신 시스템은 기존 LTE 시스템과도 연동될 수 있으며, NR CN이 MME (3a-25)와 네트워크 인터페이스를 통해 연결된다. MME는 기존 기지국인 eNB (3a-30)과 연결된다.

도 3b는 기존 LTE 시스템에서의 랜덤 엑세스 과정을 설명하기 위한 도면이다.

랜덤 엑세스는 상향링크 동기화를 맞추거나, 네트워크로 데이터를 전송할 때 수행된다. 좀 더 상세하게, 대기 모드에서 연결 모드로 전환 시, RRC re-establishment 수행 시, 핸드오버 수행 시, 상, 하향링크 데이터 시작 시 수행될 수 있다. 단말 (3b-05)은 기지국 (3b-10)으로부터 dedicated 프리엠블을 제공받으면, 상기 프리엠블을 적용하여, 프리엠블을 전송한다. 그렇지 않으면, 상기 단말은 두 프리엠블 그룹 중 한 그룹을 선택하고, 상기 선택된 그룹에 속한 프리엠블을 선택한다. 상기 그룹을 group A 와 group B라고 칭한다. 채널 품질 상태가 특정 임계값보다 양호하고, msg 3의 크기가 특정 임계값보다 크면, group B에 속한 프리엠블을 선택하며, 그렇지 않으면 group B에 속한 프리엠블을 선택한다. 상기 프리엠블을 n번째 서브프레임에서 전송하였다면 (3b-15), n+3번째 서브프레임부터 RAR 윈도우를 시작하고, 상기 윈도우 시간 구간 내에서 RAR이 전송되는지 여부를 모니터링한다 (3b-20). RAR의 스케줄링 정보는 PDCCH의 RA-RNTI에 의해 지시된다. 상기 RA-RNTI는 상기 프리엠블을 전송하는데 사용되었던 시간, 주파수 축에서의 무선 자원 위치를 이용하여 유도된다. 상기 RAR에는 Timing Advance Command, UL grant, temporary C-RNTI가 포함된다. 상기 RAR을 상기 RAR 윈도우에서 성공적으로 수신하였다면, RAR 에 포함된 UL grant을 정보를 이용하여, msg3을 전송한다 (3b-25). Msg3에는 상기 랜덤 엑세스의 목적에 따라, 다른 정보가 포함된다. 하기 표 3는 msg 3에 실리는 정보의 예시이다.

[표 3] msg3에 포함되는 정보의 예

Msg3는 RAR을 n 번째 서브프레임에서 수신하였다면, n+6 번째 서브프레임에서 전송된다. Msg3부터는 HARQ가 적용된다. Msg3 전송 후, 상기 단말은 특정 타이머를 구동시키며, 상기 타이머가 만료되기 전까지 Contention Resolution (CR) 메시지를 모니터링한다 (3b-30). 상기 CR 메시지는 CR MAC CE 외에도, 랜덤 엑세스 목적에 따라 RRC Connection Setup 혹은 RRC Connection Reestablishment 메시지 등을 포함한다.

도 3c는 LTE 기술에서 랜덤 엑세스 응답 메시지 구성을 설명하기 위한 도면이다.

LTE 이동통신 시스템에서 RAR은 하나 이상의 서브헤더와 하나 이상의 MAC RAR로 구성된다. RAR의 선두부분에는 하나 이상의 서브헤더들로 구성된 MAC 헤더 (3c-15)가 위치해 있다. 상기 서브헤더 중 일부는 BI을 포함하고 있으며 (3c-05), 상기 서브헤더와 대응하는 MAC RAR은 존재하지 않는다. 이 외, 프리엠블의 아이디를 포함한 서브헤더들 (3c-10)에는 이에 대응하는 하나의 MAC RAR (3c-20)가 존재한다.

도 3d는 차세대 이동통신 시스템에서 MAC PDU 구성을 설명하기 위한 도면이다.

차세대 이동통신 시스템에서 고속으로 전송되는 패킷을 처리하기 위해서는, L2 계층에서 복잡도를 야기시키는 동작을 배제시킬 필요가 있다. 따라서, LTE 기술에서는 가능했던 RLC concatenation 동작을 차세대 이동통신 시스템에서는 허용하지 않았다. 이로 인해, RLC 계층에서는 단말이 UL grant을 수신하기 이전에 미리 RLC SDU와 이에 대응하는 헤더를 미리 생성하여, UL grant 수신 시, 바로, 하위 계층으로 전달할 수 있게 되었다. MAC 계층에서는 수신측에서 수신 중인 MAC PDU에서 수신을 완료한 MAC SDU (3d-10)보다 바로 처리할 수 있도록, MAC SDU에 대응하는 서브헤더 (3d-05)를 상기 MAC SDU의 바로 앞부분에 삽입시킨다. 따라서, MAC PDU의 기본적인 형태는 서브헤더와 이에 대응하는 MAC SDU가 하나의 쌍을 이루어 순서대로 삽입한 형태를 보인다. 이러한 구조를 본 발명에서는 dispersed format이라고 칭한다.

MAC PDU의 특수한 형태는 랜덤 엑세스 응답 MAC PDU 이다. 상기 MAC PDU도 상기 일반적인 MAC PDU와 같이 dispersed format을 가질 수 있다. 본 발명은 랜덤 엑세스 응답 MAC PDU의 dispersed format을 소개하고, 이를 처리하는 단말 동작을 제안한다.

도 3e는 차세대 이동통신 시스템에서 랜덤 엑세스 응답 메시지 구성의 제 1 방안을 설명하기 위한 도면이다.

제 1 방안은 랜덤 엑세스 응답 MAC PDU에도 dispersed format을 적용하는 것이다. 만약 BI 필드를 가진 서브헤더 (3e-05)가 포함된다면, 상기 서브헤더는 랜덤 엑세스 응답 MAC PDU의 맨 선두에 위치시킨다. RAPID 필드 (3e-10)를 포함하는 서브헤더는 이에 대응하는 MAC RAR (3e-20)의 바로 앞에 위치시킨다. 랜덤 엑세스 응답 MAC PDU은 불특정 다수의 다양한 release의 단말들이 수신한다. 따라서 release N의 단말이 release N+1의 포맷을 이해하지 못할 수 있다. 따라서, future proof을 위해, 랜덤 엑세스 응답 MAC PDU의 상기 서브 헤더에 L 필드 (3e-15) 도입하는 것을 특징으로 한다. 랜덤 엑세스 응답 MAC PDU에 패딩이 포함되는 것을 허용한다면, L 필드가 있더라도, E 비트를 사용해서 다음 서브헤더의 존재 여부를 지시해야 한다. 만약 MAC RAR (3e-20)의 길이가 고정되어 있다면, L 필드는 필요 없으며 E 필드를 사용해서 단말이 어느 MAC subheader 까지 decoding해야 하는지 판단할 수 있다.

랜덤 엑세스 응답 메시지 구성을 위한 제 2 방안은 종래 LTE 기술에서의 포맷 (도 3c)을 따르는 것이다.

도 3f는 차세대 이동통신 시스템에서 MAC PDU와 랜덤 엑세스 응답 메시지를 처리하는 단말의 동작 (랜덤 엑세스 응답 메시지 구성의 제 2 방안 적용)이다.

만약 랜덤 엑세스 응답 메시지의 구성이 제 2 방안을 따른다면, 단말은 MAC PDU의 종류를 판단하여, 이에 대응하는 포맷을 고려하여 상기 MAC PDU을 처리해야 한다. 본 발명에서는 특정 MAC PDU을 수신하였을 때, 이를 처리하는 구체적인 단말 동작을 제안한다. 3f-05 단계에서 단말은 하나의 MAC PDU을 수신한다. 3f-10 단계에서 상기 단말은 프리엠블을 전송한다. 3f-15 단계에서 상기 단말은 상기 수신한 MAC PDU의 종류를 판단한다. MAC PDU가 제 1 타입이라면 제 1 포맷을 적용해서 상기 MAC PDU를 해석한다. MAC PDU가 제 2 타입이라면 제 2 포맷을 적용해서 상기 MAC PDU을 해석한다. 상기 제 1 타입이란, DL-SCH except transparent MAC and Random Access Response, MCH 혹은 C-RNTI 혹은 SPS C-RNTI로 address된 MAC PDU이며, 상기 제 2 타입이란, Random Access Response 혹은 RA-RNTI로 address된 MAC PDU이다. 상기 제 1 포맷이란, 하나의 MAC element는 MAC subheader only 혹은 MAC subheader + MAC CE 혹은 MAC subheader + MAC SDU로 구성되며, (padding MAC CE를 제외한) MAC CE를 위한 MAC element들이 먼저 배치되고 MAC SDU를 위한 MAC element들이 다음에 배치되고 padding을 위한 MAC element가 가장 뒤에 배치되는 것을 특징으로 한다. 상기 제 2 포맷이란, MAC subheader들이 먼저 배치되고 MAC RAR들은 MAC subheader의 순서대로 배치되는 것을 특징으로 한다. 3f-20 단계에서 상기 단말은 상기 MAC PDU을 처리한다. 제 1 타입의 MAC PDU라면 MAC SDU들을 관련된 로지컬 채널을 통해 상위 계층으로 전달한다. 제 2 타입의 MAC PDU라면, RAPID를 확인하고 메시지 3 전송을 준비한다.

도 3g는 LTE-차세대 이동통신 시스템 다중 연결 시나리오에서 랜덤 엑세스 응답 메시지를 처리하는 단말의 동작 (랜덤 엑세스 응답 메시지 구성의 제 1 방안 적용)

랜덤 엑세스 응답 메시지 구성에서 제 1 방안을 적용한다면, 일반 MAC PDU와 동일하게 처리하면 된다. 다른 한편으로, LTE-차세대 이동통신 시스템 다중 연결 시나리오를 고려한다면, LTE에서 수신되는 MAC PDU는 차세대 이동통신 시스템에서 수신되는 랜덤 엑세스 응답 메시지와 포맷이 다르기 때문에 이를 구별하여 처리하는 단말 동작이 필요하다. 3g-05 단계에서 상기 단말은 RA 과정을 트리거한다. 3g-10 단계에서 상기 단말은 프리엠블을 전송한다. 3g-15 단계에서 상기 단말은 설정된 RAR window 내에서 상기 전송한 프리엠블에 대응하는 RAR이 수신되는지 여부를 감시한다. 3g-20 단계에서 상기 단말은 RA-RNTI로 지시된 MAC PDU을 수신한다. 3g-25 단계에서 상기 단말은 상기 MAC PDU을 수신한 시스템이 제 1 시스템이라면 제 3 포맷을 적용해서 상기 수신한 MAC PDU을 해석한다. 제 2 시스템이라면 제 4 포맷을 적용해서 상기 수신한 MAC PDU을 해석한다. 상기 제 1 시스템은 LTE, 제 2 시스템은 차세대 이동통신 시스템이다. 상기 제 3 포맷은 BI 서브 헤더가 가장 먼저 위치하고 RAR 서브 헤더들이 다음에 위치하고 RAR 서브 헤더들의 순서에 따라 RAR들이 위치하는 구조이며 BO 서브 헤더에는 L 필드를 포함시키지 않는다. 제 4 포맷은 BI 서브 헤더가 가장 먼저 위치하고 RAR 서브 헤더와 관련된 RAR이 인접해서 위치하는 구조이며 BO 서브 헤더에는 L필드가 존재하지 않고 RAR 서브 헤더에는 L 필드가 존재할 수 있다. 상기 포맷을 사용하면서 E 필드도 함께 사용하며, 이는 차세대 이동통신 시스템에서의 일반 MAC PDU에서 E필드를 포함하지 않는 것과 구별된다. 3g-30 단계에서 상기 단말은 상기 RAR에 포함된 UL grant을 적용하여 메시지 3 전송을 준비한다.

도 3h에 단말의 구조를 도시하였다.

상기 도면을 참고하면, 상기 단말은 RF(Radio Frequency)처리부(3h-10), 기저대역(baseband)처리부(3h-20), 저장부(3h-30), 제어부(3h-40)를 포함한다.

상기 RF처리부(3h-10)는 신호의 대역 변환, 증폭 등 무선 채널을 통해 신호를 송수신하기 위한 기능을 수행한다. 즉, 상기 RF처리부(3h-10)는 상기 기저대역처리부(3h-20)로부터 제공되는 기저대역 신호를 RF 대역 신호로 상향 변환한 후 안테나를 통해 송신하고, 상기 안테나를 통해 수신되는 RF 대역 신호를 기저대역 신호로 하향 변환한다. 예를 들어, 상기 RF처리부(3h-10)는 송신 필터, 수신 필터, 증폭기, 믹서(mixer), 오실레이터(oscillator), DAC(digital to analog convertor), ADC(analog to digital convertor) 등을 포함할 수 있다. 상기 도면에서, 하나의 안테나만이 도시되었으나, 상기 단말은 다수의 안테나들을 구비할 수 있다. 또한, 상기 RF처리부(3h-10)는 다수의 RF 체인들을 포함할 수 있다. 나아가, 상기 RF처리부(3h-10)는 빔포밍(beamforming)을 수행할 수 있다. 상기 빔포밍을 위해, 상기 RF처리부(3h-10)는 다수의 안테나들 또는 안테나 요소(element)들을 통해 송수신되는 신호들 각각의 위상 및 크기를 조절할 수 있다. 또한 상기 RF 처리부는 MIMO를 수행할 수 있으며, MIMO 동작 수행 시 여러 개의 레이어를 수신할 수 있다.

상기 기저대역처리부(3h-20)은 시스템의 물리 계층 규격에 따라 기저대역 신호 및 비트열 간 변환 기능을 수행한다. 예를 들어, 데이터 송신 시, 상기 기저대역처리부(3h-20)은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성한다. 또한, 데이터 수신 시, 상기 기저대역처리부(3h-20)은 상기 RF처리부(3h-10)로부터 제공되는 기저대역 신호를 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다. 예를 들어, OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 방식에 따르는 경우, 데이터 송신 시, 상기 기저대역처리부(3h-20)는 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성하고, 상기 복소 심벌들을 부반송파들에 매핑한 후, IFFT(inverse fast Fourier transform) 연산 및 CP(cyclic prefix) 삽입을 통해 OFDM 심벌들을 구성한다. 또한, 데이터 수신 시, 상기 기저대역처리부(3h-20)은 상기 RF처리부(3h-10)로부터 제공되는 기저대역 신호를 OFDM 심벌 단위로 분할하고, FFT(fast Fourier transform) 연산을 통해 부반송파들에 매핑된 신호들을 복원한 후, 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다.

상기 기저대역처리부(3h-20) 및 상기 RF처리부(3h-10)는 상술한 바와 같이 신호를 송신 및 수신한다. 이에 따라, 상기 기저대역처리부(3h-20) 및 상기 RF처리부(3h-10)는 송신부, 수신부, 송수신부 또는 통신부로 지칭될 수 있다. 나아가, 상기 기저대역처리부(3h-20) 및 상기 RF처리부(3h-10) 중 적어도 하나는 서로 다른 다수의 무선 접속 기술들을 지원하기 위해 다수의 통신 모듈들을 포함할 수 있다. 또한, 상기 기저대역처리부(3h-20) 및 상기 RF처리부(3h-10) 중 적어도 하나는 서로 다른 주파수 대역의 신호들을 처리하기 위해 서로 다른 통신 모듈들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 서로 다른 무선 접속 기술들은 무선 랜(예: IEEE 802.11), 셀룰러 망(예: LTE) 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 서로 다른 주파수 대역들은 극고단파(SHF:super high frequency)(예: 2.NRHz, NRhz) 대역, mm파(millimeter wave)(예: 60GHz) 대역을 포함할 수 있다.

상기 저장부(3h-30)는 상기 단말의 동작을 위한 기본 프로그램, 응용 프로그램, 설정 정보 등의 데이터를 저장한다. 특히, 상기 저장부(3h-30)는 제2무선 접속 기술을 이용하여 무선 통신을 수행하는 제2접속 노드에 관련된 정보를 저장할 수 있다. 그리고, 상기 저장부(3h-30)는 상기 제어부(3h-40)의 요청에 따라 저장된 데이터를 제공한다.

상기 제어부(3h-40)는 상기 단말의 전반적인 동작들을 제어한다. 예를 들어, 상기 제어부(3h-40)는 상기 기저대역처리부(3h-20) 및 상기 RF처리부(3h-10)을 통해 신호를 송수신한다. 또한, 상기 제어부(3h-40)는 상기 저장부(3h-40)에 데이터를 기록하고, 읽는다. 이를 위해, 상기 제어부(3h-40)는 적어도 하나의 프로세서(processor)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어부(3h-40)는 통신을 위한 제어를 수행하는 CP(communication processor) 및 응용 프로그램 등 상위 계층을 제어하는 AP(application processor)를 포함할 수 있다.

도 3i는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 주기지국의 블록 구성을 도시한다.

상기 도면에 도시된 바와 같이, 상기 기지국은 RF처리부(3i-10), 기저대역처리부(3i-20), 백홀통신부(3i-30), 저장부(3i-40), 제어부(3i-50)를 포함하여 구성된다.

상기 RF처리부(3i-10)는 신호의 대역 변환, 증폭 등 무선 채널을 통해 신호를 송수신하기 위한 기능을 수행한다. 즉, 상기 RF처리부(3i-10)는 상기 기저대역처리부(3i-20)로부터 제공되는 기저대역 신호를 RF 대역 신호로 상향변환한 후 안테나를 통해 송신하고, 상기 안테나를 통해 수신되는 RF 대역 신호를 기저대역 신호로 하향변환한다. 예를 들어, 상기 RF처리부(3i-10)는 송신 필터, 수신 필터, 증폭기, 믹서, 오실레이터, DAC, ADC 등을 포함할 수 있다. 상기 도면에서, 하나의 안테나만이 도시되었으나, 상기 제1접속 노드는 다수의 안테나들을 구비할 수 있다. 또한, 상기 RF처리부(3i-10)는 다수의 RF 체인들을 포함할 수 있다. 나아가, 상기 RF처리부(3i-10)는 빔포밍을 수행할 수 있다. 상기 빔포밍을 위해, 상기 RF처리부(3i-10)는 다수의 안테나들 또는 안테나 요소들을 통해 송수신되는 신호들 각각의 위상 및 크기를 조절할 수 있다. 상기 RF 처리부는 하나 이상의 레이어를 전송함으로써 하향 MIMO 동작을 수행할 수 있다.

상기 기저대역처리부(3i-20)는 제1무선 접속 기술의 물리 계층 규격에 따라 기저대역 신호 및 비트열 간 변환 기능을 수행한다. 예를 들어, 데이터 송신 시, 상기 기저대역처리부(3i-20)은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성한다. 또한, 데이터 수신 시, 상기 기저대역처리부(3i-20)은 상기 RF처리부(3i-10)로부터 제공되는 기저대역 신호를 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다. 예를 들어, OFDM 방식에 따르는 경우, 데이터 송신 시, 상기 기저대역처리부(3i-20)은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성하고, 상기 복소 심벌들을 부반송파들에 매핑한 후, IFFT 연산 및 CP 삽입을 통해 OFDM 심벌들을 구성한다. 또한, 데이터 수신 시, 상기 기저대역처리부(3i-20)은 상기 RF처리부(3i-10)로부터 제공되는 기저대역 신호를 OFDM 심벌 단위로 분할하고, FFT 연산을 통해 부반송파들에 매핑된 신호들을 복원한 후, 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다. 상기 기저대역처리부(3i-20) 및 상기 RF처리부(3i-10)는 상술한 바와 같이 신호를 송신 및 수신한다. 이에 따라, 상기 기저대역처리부(3i-20) 및 상기 RF처리부(3i-10)는 송신부, 수신부, 송수신부, 통신부 또는 무선 통신부로 지칭될 수 있다.

상기 백홀통신부(3i-30)는 네트워크 내 다른 노드들과 통신을 수행하기 위한 인터페이스를 제공한다. 즉, 상기 백홀통신부(3i-30)는 상기 주기지국에서 다른 노드, 예를 들어, 보조기지국, 코어망 등으로 송신되는 비트열을 물리적 신호로 변환하고, 상기 다른 노드로부터 수신되는 물리적 신호를 비트열로 변환한다.

상기 저장부(3i-40)는 상기 주기지국의 동작을 위한 기본 프로그램, 응용 프로그램, 설정 정보 등의 데이터를 저장한다. 특히, 상기 저장부(3i-40)는 접속된 단말에 할당된 베어러에 대한 정보, 접속된 단말로부터 보고된 측정 결과 등을 저장할 수 있다. 또한, 상기 저장부(3i-40)는 단말에게 다중 연결을 제공하거나, 중단할지 여부의 판단 기준이 되는 정보를 저장할 수 있다. 그리고, 상기 저장부(3i-40)는 상기 제어부(3i-50)의 요청에 따라 저장된 데이터를 제공한다.

상기 제어부(3i-50)는 상기 주기지국의 전반적인 동작들을 제어한다. 예를 들어, 상기 제어부(3i-50)는 상기 기저대역처리부(3i-20) 및 상기 RF처리부(3i-10)을 통해 또는 상기 백홀통신부(3i-30)을 통해 신호를 송수신한다. 또한, 상기 제어부(3i-50)는 상기 저장부(3i-40)에 데이터를 기록하고, 읽는다. 이를 위해, 상기 제어부(3i-50)는 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다.

Claims (1)

1. 무선 통신 시스템에서 제어 신호 처리 방법에 있어서,
   기지국으로부터 전송되는 제1 제어 신호를 수신하는 단계;
   상기 수신된 제1 제어 신호를 처리하는 단계; 및
   상기 처리에 기반하여 생성된 제2 제어 신호를 상기 기지국으로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 신호 처리 방법.
   

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