WO2009136732A2 - 자원 할당 방법 및 레인징 채널 구성 방법 - Google Patents

자원 할당 방법 및 레인징 채널 구성 방법 Download PDF

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WO2009136732A2
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ranging
ranging channel
channel
base station
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예충일
곽병재
권동승
안지환
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한국전자통신연구원
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    • H04L5/0001—Arrangements for dividing the transmission path
    • H04L5/0003—Two-dimensional division
    • H04L5/0005—Time-frequency
    • H04L5/0007—Time-frequency the frequencies being orthogonal, e.g. OFDM(A), DMT
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04L5/003—Arrangements for allocating sub-channels of the transmission path
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    • H04L5/003—Arrangements for allocating sub-channels of the transmission path
    • H04L5/0053—Allocation of signaling, i.e. of overhead other than pilot signals
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/04—Wireless resource allocation

Definitions

  • the present invention relates to a method for identifying a terminal belonging to a base station from a base station and measuring a round trip delay of the terminal.
  • a terminal belonging to a base station adjusts a transmission time point of a signal to be transmitted to the base station in consideration of a round trip delay generated according to a distance between each terminal and the base station, thereby transmitting signals transmitted by the terminals belonging to the base station. Allow simultaneous reception at the base station.
  • uplink synchronization a series of processes in which the UE recognizes its round trip delay and adjusts a transmission time point
  • a ranging channel for supporting this
  • the ranging is initial ranging performed when the terminal enters an initial network, handover ranging for uplink synchronization with a target base station during handover, and uplink continuously after initial ranging. It is classified into periodic ranging for maintaining synchronization, and an uplink control channel for supporting the synchronization is classified into an initial ranging channel, a handover ranging channel, and a periodic ranging. It is called a channel (periodic ranging channel).
  • 1 is a diagram illustrating a general ranging method.
  • each terminal randomly selects one of the channels allocated for ranging, and randomly selects one of frequency domain ranging codes designed for round trip delay measurement using the same, and transmits it to the base station.
  • the ranging channel is defined in the uplink, and the terminal can know the location and number of the ranging channel by using a parameter previously received from the base station.
  • ranging information received from the base station is mixed with ranging information of the plurality of terminals. Even if a plurality of terminals select and transmit the same channel, when the code selected by the terminal is different, the base station can measure the round trip delay for each terminal.
  • the base station After measuring the round trip delay, the base station broadcasts a value indicating that a code is detected in a certain ranging channel, and a value indicating a successful round trip delay value and ranging (RNG_RSP).
  • the terminal repeats the above process until the value indicating whether the ranging is successful is success.
  • the ranging procedure is terminated and the terminal has its own Media Access Control (MAC) address, MAC version RNGREQ messages, including Requested Downlink Burst Profile, Hash Function Authentication Code / Cyper-based Message Authentication Code (HMAC) / Cipherbierised Mess Fromge Authentication Code (CMAC) Tuple, etc. ) Is transmitted to the base station.
  • MAC Media Access Control
  • HMAC Hash Function Authentication Code
  • CMAC Cipherb
  • a general communication system acquires uplink synchronization of a terminal belonging to a base station through the above procedure.
  • a ranging procedure has a problem in that it is difficult to implement fast, and the frequency usage efficiency decreases according to a complicated procedure because it needs to exchange information with the terminal and the base station several times.
  • the present invention is to provide a method for identifying a terminal belonging to a base station from the base station by a simplified procedure, and measuring the round trip delay of the terminal.
  • a resource allocation method is provided.
  • a method for allocating a resource for a ranging channel from a base station to a terminal includes: allocating a resource for ranging to the terminal; Receiving a ranging channel including a separator and a plurality of pilots of the terminal from a terminal belonging to the base station; Identifying the terminal based on the delimiter of the terminal; And measuring channel estimation and round-trip delay of the terminal based on the pilot.
  • a ranging channel configuration method is provided.
  • a method for configuring a ranging channel by a terminal includes: performing channel coding on ranging channel information; Mapping and modulating the channel coded ranging channel information and pilot to a subcarrier; And generating a ranging channel by performing an inverse fast Fourier transform on the modulated signal, wherein the ranging channel information includes an identifier of the terminal.
  • the method for configuring a periodic ranging channel by the terminal does not include the identifier of the terminal and the identifier of the serving base station, and includes at least one pair of pilots for the round trip delay measurement.
  • the spectrum resource efficiency can be increased by reducing radio resources required for complex procedure support and radio resources directly required for initial ranging, handover ranging, and periodic ranging channels. It also simplifies the procedure so that network entry and handover can be performed quickly.
  • 1 is a diagram illustrating a general ranging method.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a resource allocation method for a ranging channel according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a view for explaining a method of configuring a ranging channel in a terminal according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 illustrates a ranging signal in a frequency domain.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a fast Fourier transform window set in a base station according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view showing the configuration of a frame according to an embodiment of the present invention.
  • a terminal is an access terminal (AT), a mobile station (Mobile Station, MS), a mobile terminal (Mobile Terminal, MT), a subscriber station (SS), a portable subscriber station (Portable Subscriber Station) , PSS), a user equipment (UE), and the like, and may include all or some functions of a terminal, a mobile terminal, a subscriber station, a portable subscriber station, a user device, an access terminal, and the like.
  • AT access terminal
  • MS mobile station
  • MT mobile terminal
  • SS subscriber station
  • PSS portable subscriber station
  • UE user equipment
  • a base station is an access point (AP), a radio access station (Radio Access Station, RAS), a Node B (Node B), a base transceiver station (Base Transceiver Station, BTS), MMR ( Mobile Multihop Relay) BS and the like, and may include all or part of functions such as an access point, a wireless access station, a NodeB, a base transceiver station, and an MMRBS.
  • AP access point
  • RAS Radio Access Station
  • Node B Node B
  • BTS Base Transceiver Station
  • MMR Mobile Multihop Relay
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a resource allocation method for a ranging channel according to an embodiment of the present invention.
  • the base station allocates a resource for ranging to a terminal belonging to the base station.
  • the base station allocates an uplink ranging channel so that terminals belonging to the base station transmit their terminal identifiers (hereinafter, “terminal identifiers” are “ATIDs”) and a plurality of pilots.
  • terminal identifiers are “ATIDs”
  • the ranging channel is not assigned to a specific terminal, but is allocated to be used by all terminals belonging to the base station.
  • the terminal When the terminal enters the initial network, the terminal transmits its ATID using the ranging channel to inform the base station who it is. In addition, the terminal transmits a pilot having a specific pattern for measuring the round trip delay of the terminal with the ATID.
  • the base station uses the demodulated ATID to identify which terminal, demodulates a ranging channel using a pilot pattern, and measures a round trip delay of the corresponding terminal.
  • the terminal targets not only the ATID of the terminal but also a base station identifier (hereinafter referred to as “base station identifier” as “APID”) for a serving base station together with a pilot having a specific pattern. Transmit to a target AP.
  • the target base station may request a serving base station information (profile) of the terminal to attempt handover, and in this case, the target base station can measure the round trip delay of the terminal.
  • a ranging channel may cause a collision when a plurality of terminals are used at the same time. In this case, the terminal may retry transmission of the ranging channel according to a predetermined algorithm.
  • FIG 3 is a view for explaining a method of configuring a ranging channel in a terminal according to an embodiment of the present invention.
  • the terminal multiplexes information on a ranging channel (“ATID (for initial ranging)” or “ATID and APID (for handover ranging)”) and multiplexes the ranging channel (S301).
  • ATID for initial ranging
  • ATID and APID for handover ranging
  • channel coding is performed (S303).
  • the UE maps the channel coded ranging channel information, CRC, and pilot to the subcarriers of the ranging channel (S304), and after subcarrier modulation (S305), performs an inverse fast Fourier transform (IFFT). (S306) and transmit to the base station.
  • IFFT inverse fast Fourier transform
  • the ranging channel is composed of a plurality of physical resource units (hereinafter, “physical resource units” are referred to as “PRUs”), and packet collision probability generated when terminals belonging to a base station simultaneously transmit a ranging channel.
  • PRUs physical resource units
  • the number of ranging channels allocated to reduce the number may be flexibly adjusted.
  • the number of required PRUs is determined according to the pilot overhead and the information amount of the ranging channel.
  • the information on the initial ranging channel is 16 bits as bits for the ATID, and the information on the handover ranging channel is 16 bits (at ATID).
  • Bit) + 24 bit (bit for APID) 40 bit.
  • BPSK binary phase shift keying
  • a pair of pilots is required for the round trip delay measurement of the terminal.
  • a subcarrier for a pair of pilot transmissions for round trip delay measurement means (kth, k + 1th) or (kth, k + nth).
  • a pair of pilots If is given, the base station can measure the round trip delay of the corresponding terminal using Equation 1.
  • Equation 1 Is the Fast Fourier Transform (FFT) output value of the base station for the subcarriers allocated to the pilot, subscript k is the subcarrier separator, n is the value representing the subcarrier difference between the paired pilots, and n is Can be changed according to environment as a design parameter. It must be small enough to maintain coherency between subcarriers.
  • FFT Fast Fourier Transform
  • the round trip delay measurement is obtained by averaging round trip delays obtained from all pilot pairs (10 pilot pairs for initial ranging and 16 pilot pairs for handover) and using one pilot pair having the largest reception power. It can be implemented in various ways such as.
  • FIG. 4 illustrates a ranging signal in a time domain
  • FIG. 5 illustrates a ranging signal in a frequency domain.
  • the CP length of the ranging symbol is longer than the CP length of the data symbol.
  • the CP length of the ranging symbol is set to be equal to the length of the useful symbol section. This is because the terminal transmits the ranging signal so that the base station can measure the round trip delay of the terminal in the state that the terminal does not acquire the uplink synchronization, the cyclic prefix (hereinafter, referred to as "cyclic prefix") of the ranging signal Is referred to as “CP”) because it should be set large enough to reflect the round trip delay and the maximum channel delay of the terminal.
  • the radio resources required for transmission of one PRU (14 subcarriers for transmitting ranging channel information (ATID or ATID + APID) and 4 subcarriers for pilot transmission) are allocated to 18 adjacent subcarriers and 2 adjacent carriers. Symbols.
  • FIG. 6 is a diagram for describing a fast Fourier transform window (hereinafter, referred to as an "FFT window") set in a base station according to an embodiment of the present invention.
  • FFT window a fast Fourier transform window
  • the sum of the lengths of the CP and the useful symbol interval is a symbol length
  • the ranging signal is the length of the CP equal to the length of the effective symbol interval. Longer than CP
  • 610 shows a ranging signal received from the terminal closest to the base station
  • 620 shows a ranging signal received from the terminal at the cell boundary.
  • the base station sets the FFT window to be equal to the useful symbol interval of the ranging signal received from the terminal at the cell boundary, regardless of the location of the cell in the terminal (630).
  • FIG. 7 is a view showing the configuration of a frame according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 illustrates how an initial ranging channel, a handover ranging channel, and a periodic ranging channel are configured in a frame according to an embodiment of the present invention.
  • the present invention is applicable regardless of frequency division duplex (FDD) and time division duplex (TDD), and in the present specification, a case of time division will be described.
  • FDD frequency division duplex
  • TDD time division duplex
  • the frame 700 includes a downlink period (DL subframe, 710) and an uplink period (UL subframe, 720), and a portion of the uplink period 720 is allocated for configuration of a ranging channel (730).
  • Channels transmitted in the DL subframe 710 include a preamble, a DL control channel, a DL traffic channel, and the like.
  • Channels transmitted in 720 include initial, handover, periodic ranging channels, other uplink control channels (UL control channels), uplink traffic channels (UL traffic channels), and the like. .
  • the region 730 allocated for the configuration of the ranging channel is divided into a periodic ranging channel region 731, an initial ranging channel region 732, and a handover ranging channel region 733.
  • FIG. 7 Since the initial ranging and handover ranging channel requires a large CP, it is illustrated in FIG. 7 to transmit the ranging channel using two symbols. In the case of the periodic ranging channel, the spectrum use efficiency can be improved by using a short CP compared to the CP used for initial ranging or handover ranging. However, since the bandwidth required for periodic ranging channel configuration is very small, The two subcarriers do not need to be complicated by controlling CP. Therefore, FIG. 7 assumes the same size as the CP used for initial ranging or handover ranging.
  • handover ranging is also applicable to network reentry of a terminal.
  • the CP is equal to the length of the useful symbol section, but the length of the CP can be flexibly used according to the radius of the cell. If the cell radius is large, the reciprocating delay is large, so that a large CP may be used to accommodate this, and if the cell radius is small, a small CP may be used.
  • a large CP may be used for a macro cell with a large cell radius
  • a small CP may be used for a micro cell with a small cell radius. It is also possible to set only one large CP and use it regardless of the cell size.
  • a base station connected to a backhaul and a backhaul that are not connected to a network are not connected.
  • Relay stations often share a resource by dividing a frame.
  • the concept of the present invention may be applied only to resources occupied by relay stations not connected to the backhaul (parts allocated to relay station transmission and reception in a frame). That is, a base station connected to the backhaul operates a general ranging channel, and a relay station not connected to the backhaul may operate a ranging channel as in the embodiment of the present invention.
  • the maximum channel delay and round trip delay are smaller than the maximum channel delay in a macro cell environment.
  • the uplink synchronization is no longer required in the femtocell.
  • a ranging channel for uplink synchronization it is not necessary to define a ranging channel for uplink synchronization, and a channel for transmitting an ATID (or an ATID + APID of a base station of a serving femtocell) is required for the terminal to inform itself of the base station. That is, in a femtocell, ranging does not need to transmit a pilot having a specific pattern using neighboring subcarriers for supporting round trip delay measurement of the base station, and only a pilot capable of “coherent detection” may be transmitted by the base station.
  • the periodic ranging channel is a channel necessary for continuously maintaining the uplink synchronization after the UE acquires uplink synchronization using the initial ranging channel.
  • the terminal does not need to transmit specific information using a periodic ranging channel, but only a pilot having a specific pattern so that the base station can measure the round trip delay.
  • the periodic ranging channel is used not to acquire uplink synchronization but to continuously maintain the uplink synchronization, the length of the CP does not need to be as large as in the initial ranging channel.
  • the ranging procedure is simplified to reduce the implementation complexity and can be implemented at high speed. Specifically, since the UE and the base station do not need to generate and manage codes related to initial ranging, handover ranging, and periodic ranging, and in particular, the base station does not need to understand code correlation, thus greatly implementing complexity. Is reduced.
  • the bandwidth required for complex procedure support and bandwidth directly required for initial ranging, handover ranging, and periodic ranging channels can be drastically reduced to increase spectrum use efficiency.

Abstract

기지국은 기지국에 속한 단말에게 레인징을 위한 자원을 할당하고, 단말로부터 상기 단말의 구분자 및 복수의 파일롯을 포함하는 레인징 채널을 수신한다. 이후, 기지국은 수신한 구분자를 이용하여 단말을 파악하고, 수신한 파일롯을 기초로 해당 단말의 왕복지연을 측정한다.

Description

자원 할당 방법 및 레인징 채널 구성 방법
본 발명은 기지국에서 기지국에 속한 단말을 파악하고, 해당 단말의 왕복지연을 측정하는 방법에 관한 것이다.
통신 시스템에서 기지국에 속한 단말은, 각 단말과 기지국 사이의 거리에 따라 발생되는 왕복지연(round trip delay)을 고려하여 기지국으로 전송할 신호의 전송 시점을 조절함으로써, 해당 기지국에 속하는 단말들이 전송하는 신호들이 기지국에 동시에 수신되도록 한다.
이와 같이 단말이 자신의 왕복지연을 인지하고 전송 시점을 조절하는 일련의 과정을 상향링크 동기화(uplink synchronization) 또는 레인징(ranging)이라고 하며, 이를 지원하기 위한 상향링크 제어채널을 레인징 채널이라 한다.
레인징은 단말의 초기 망 진입 시에 수행되는 초기 레인징(initial ranging), 핸드오버 시에 타겟 기지국과의 상향링크 동기를 위한 핸드오버 레인징(handover ranging) 및 초기 레인징 이후 지속적으로 상향링크 동기를 유지하기 위한 주기적 레인징(periodic ranging)으로 분류되고, 이를 지원하기 위한 상향링크 제어채널을 각각 초기 레인징 채널(initial ranging channel), 핸드오버 레인징 채널(handover ranging channel) 및 주기적 레인징 채널(periodic ranging channel)이라 한다.
도 1은 일반적인 레인징 방법을 나타낸 도면이다.
먼저 단말이 하향링크 동기를 획득하고 기지국이 전송하는 레인징에 필요한 파라미터(UL_MAP[UIUC=12])를 수신한다.
이후, 각 단말은 레인징을 위해 할당된 채널들 중 하나를 임의로 선택하고 이를 이용하여 왕복지연 측정을 위하여 설계된, 주파수 영역 레인징 코드(frequency domain ranging code)들 중에 하나를 임의로 선택하여 기지국으로 전송한다. 이 경우 레인징 채널은 상향링크에서 정의되며, 단말은 기지국으로부터 미리 수신한 파라미터를 이용하여 레인징 채널의 위치 및 수를 알 수 있다.
만일 다수의 단말이 동일 채널을 선택할 경우, 기지국에서 수신된 레인징 채널에는 다수 단말의 레인징 정보가 섞여 있다. 다수의 단말이 동일한 채널을 선택하여 전송하더라도, 단말이 선택한 코드가 다를 경우 기지국에서는 각 단말 별로 왕복지연의 측정이 가능하다.
기지국은 왕복지연을 측정한 후, 어느 레인징 채널에서 어떤 코드가 검출되었고, 그와 관련된 왕복지연 값과 레인징 성공 여부를 표시하는 값을 방송한다(RNG_RSP).
레인징 성공 여부를 표시하는 값이 실패(continue)인 경우, 단말은 레인징 성공 여부를 표시하는 값이 성공(success)일 때까지 위의 과정을 반복한다.
반면, 단말이 기지국으로부터 수신한 레인징 성공 여부를 표시하는 값이 성공(success)인 경우, 레인징 절차가 종료되고 단말은 자신의 매체 접근 제어 주소(Media Access Control(MAC) address), MAC 버전, 요청 하향링크 버스트 프로파일(Requested Downlink Burst Profile), 해쉬 기능 메시지 인증 코드/사이퍼 기반 메시지 인증 코드 터플(Hash Message Authentication Code(HMAC)/Cipherbаsed Messаge Authenticаtion Code(CMAC) Tuple) 등을 포함한 메시지(RNGREQ message)를 기지국으로 전송한다.
일반적인 통신 시스템은 이상의 절차를 거쳐서 기지국에 속한 단말의 상향링크 동기를 획득한다. 그런데 이와 같은 레인징 절차는 단말과 기지국 간에 여러번 정보를 주고 받아야 하기 때문에, 빠른 구현이 어려우며, 복잡한 절차에 따라 주파수 사용 효율이 떨어진다는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 간소화된 절차에 의하여 기지국에서 기지국에 속한 단말을 파악하고, 해당 단말의 왕복지연을 측정하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시예에 의하면, 자원 할당 방법이 제공된다.
기지국에서 단말로 레인징 채널을 위한 자원을 할당하는 방법은, 상기 단말로 레인징을 위한 자원을 할당하는 단계; 상기 기지국에 속한 단말로부터 상기 단말의 구분자 및 복수의 파일롯을 포함하는 레인징 채널을 수신하는 단계; 상기 단말의 구분자를 기초로 상기 단말을 파악하는 단계; 및 상기 파일롯을 기초로 채널 추정 및 상기 단말의 왕복지연을 측정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 레인징 채널 구성 방법이 제공된다.
단말이 레인징 채널을 구성하는 방법은, 레인징 채널 정보에 대하여 채널 코딩을 수행하는 단계; 채널 코딩된 상기 레인징 채널 정보와 파일롯을 부반송파에 매핑시키고 변조시키는 단계; 및 상기 변조된 신호에 대해 역고속퓨리에변환을 수행하여 레인징 채널을 생성하는 단계를 포함하며, 상기 레인징 채널 정보는 상기 단말의 구분자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
단말이 주기적 레인징 채널을 구성하는 방법은, 상기 단말의 구분자 및 상기 서빙 기지국의 구분자 정보를 포함하지 않고, 왕복 지연 측정을 위한 적어도 한 쌍의 파일롯을 포함한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 복잡한 절차 지원에 필요한 전파자원 및 초기 레인징, 핸드오버 레인징 및 주기적 레인징 채널에 직접적으로 소요되는 전파자원을 줄여 스펙트럼 사용 효율을 증대 시킬 수 있다. 또한, 절차를 간소화하여 망진입, 핸드오버를 신속히 수행되도록 한다.
도 1은 일반적인 레인징 방법을 나타낸 도면이다.
도 2은 본 발명의 한 실시예에 따른 레인징 채널을 위한 자원 할당 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3는 본 발명의 한 실시예에 따른 단말에서 레인징 채널을 구성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4은 시간 영역에서 레인징 신호를 나타낸 도면이다.
도 5는 주파수 영역에서 레인징 신호를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 기지국에서 설정되는 고속퓨리에변환 윈도우를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 프레임의 구성을 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
본 명세서에서 단말(terminal)은 접근 단말(Access Terminal, AT), 이동국(Mobile Station, MS), 이동 단말(Mobile Terminal, MT), 가입자국(Subscriber Station, SS), 휴대 가입자국(Portable Subscriber Station, PSS), 사용자 장치(User Equipment, UE) 등을 지칭할 수도 있고, 단말, 이동 단말, 가입자국, 휴대 가입자 국, 사용자 장치, 접근 단말 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
본 명세서에서 기지국(Base Station, BS)은 접근점(Access Point, AP), 무선 접근국(Radio Access Station, RAS), 노드B(Node B), 송수신 기지국(Base Transceiver Station, BTS), MMR(Mobile Multihop Relay)BS 등을 지칭할 수도 있고, 접근점, 무선 접근국, 노드B, 송수신 기지국, MMRBS 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
이제, 본 발명의 실시예에 따른 자원 할당 방법 및 레인징 채널 구성 방법에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 2은 본 발명의 한 실시예에 따른 레인징 채널을 위한 자원 할당 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2을 참고하면, 기지국은 기지국에 속한 단말에게 레인징을 위한 자원을 할당한다. 기지국은 기지국에 속한 단말들이 자신의 단말구분자(Access Terminal Identification, 이하, “단말구분자”는 “ATID”라 한다.) 및 복수의 파일롯을 전송하도록 상향링크인 레인징 채널을 할당한다. 이때, 레인징 채널은 특정 단말에게 할당되지 않고, 기지국에 속한 모든 단말들이 사용할 수 있도록 할당된다.
단말의 초기 망 진입 시에, 단말은 기지국에게 자신이 누구인지를 알리기 위하여, 레인징 채널을 이용하여 자신의 ATID을 전송한다. 또한, 단말은 ATID와 함께 단말의 왕복지연 측정을 위해 특정 패턴을 가지는 파일롯을 전송한다.
기지국은 복조된 ATID를 이용하여 어떤 단말인지를 파악하고, 파일롯 패턴을 이용하여 레인징 채널을 복조하고(coherent detection) 해당 단말의 왕복지연(round trip delay)을 측정한다.
핸드오버 시에 단말은, 단말의 ATID 뿐만 아니라 서빙 기지국(serving AP)에 대한 기지국 구분자(Access Point Identification, 이하, “기지국 구분자”는 “APID”라 한다.)를 특정 패턴을 가지는 파일롯과 함께 타겟 기지국(target AP)으로 전송한다. 이를 통해, 타겟 기지국이 핸드오버를 시도하는 해당 단말의 정보(profile)을 서빙 기지국에 요구할 수 있으며, 이 경우 타겟 기지국에서도 해당 단말의 왕복지연 측정이 가능하다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 레인징 채널은 다수의 단말이 동시에 이용할 경우 충돌이 발생될 수 있으며, 이 경우 정해진 알고리즘에 따라 단말은 레인징 채널 전송을 재시도할 수 있다.
도 3는 본 발명의 한 실시예에 따른 단말에서 레인징 채널을 구성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3를 참고하면, 단말은 레인징 채널의 정보(“ATID(초기 레인징의 경우)” 또는 “ATID 및 APID(핸드오버 레인징의 경우)”)를 다중화하고(S301), 레인징 채널의 정보(ATID 또는 ATID+APID)에 데이터 오류 확인을 위한 CRC(cyclic redundancy check)를 삽입한 후(S302), 채널 코딩을 수행한다(S303).
이후, 단말은 채널 코딩된 레인징 채널의 정보, CRC 및 파일롯을 레인징 채널의 부반송파에 매핑시키고(S304), 부반송파 변조 후(S305), 역고속퓨리에변환(inverse Fast Fourier Transform, IFFT)를 수행하여(S306) 기지국으로 전송한다.
레인징 채널은 다수의 물리적 자원 유닛(Physical Resource Unit, 이하, “물리적 자원 유닛”은 “PRU”라 한다.)으로 구성되며, 기지국에 속하는 단말들이 동시에 레인징 채널을 전송할 경우 발생되는 패킷 충돌확률을 줄이기 위해 할당되는 레인징 채널의 수는 신축적으로 조정될 수 있다.
PRU가 Psc개의 인접 부반송파와 Nsym개의 인접 심볼로 구성된다고 가정하면, 파일롯 오버헤드와 레인징 채널의 정보량에 따라 필요한 PRU의 수가 결정된다.
예를 들어, ATID, APID, CRC가 각각 16, 24, 16 bit라고 가정하면 초기 레인징 채널의 정보는 ATID에 대한 bit로 16 bit이고, 핸드오버 레인징 채널의 정보는, 16 bit (ATID에 대한 bit) + 24 bit (APID에 대한 bit) = 40 bit 가 된다.
만일 코딩방식으로 BPSK(binary phase shift keying)를 사용하고 1/2 부호화율(code rate)을 사용한다면, 초기 레인징의 경우는 CRC를 포함하여 2(16 + 16) = 64 개의 부반송파가 필요하고, 핸드오버 레인징의 경우에는 2(40 + 16) = 112 개의 부반송파를 필요로 한다.
또한, PRU가 18개의 인접 부반송파와 1 개의 심볼로 구성된다고 가정하고 (Psc=18, Nsym=1), 왕복지연 측정을 위해 PRU 마다 4개의 파일롯이 필요하다고 가정하면, 초기 레인징 채널 1 개를 할당하기 위하여, 64/(184)= 4.57, 즉, 5 개의 PRU가 필요하고, 핸드오버 레인징 채널 1 개를 할당하려면 112/(184)= 8 개의 PRU가 필요하다.
단말의 왕복지연 측정을 위해서는 한 쌍의 파일롯이 필요하다. 왕복지연 측정을 위한 한 쌍의 파일롯 전송을 위한 부반송파는 (k번째, k+1번째) 혹은 (k번째, k+n 번째)를 의미한다. 한 쌍의 파일롯
Figure PCTKR2009002378-appb-I000001
이 주어졌을 경우, 기지국은 수학식 1을 이용하여 해당 단말의 왕복지연을 측정할 수 있다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2009002378-appb-I000002
Figure PCTKR2009002378-appb-I000003
수학식 1에서
Figure PCTKR2009002378-appb-I000004
는 파일롯으로 할당된 부반송파에 대한 기지국의 고속퓨리에변환(Fast Fourier Transform, FFT) 출력 값이고, 아래첨자 k는 부반송파 구분자이고, n은 한 쌍을 이루는 파일롯 사이의 부반송파 차이를 나타내는 값으로, n은 설계 파라미터로 환경에 따라 변경 가능하나. 부반송파 간의 코히어런시(coherency)를 유지할 만큼 충분히 작아야 한다.
왕복지연 측정은 모든 파일롯 쌍으로부터 (초기 레인징의 경우 10개의 파일롯 쌍, 핸드오버의 경우 16개의 파일롯 쌍) 구한 왕복지연을 평균하여 구하는 방법과 가장 수신전력이 큰 하나의 파일롯 쌍을 이용하여 구하는 방법 등 다양한 방법으로 구현 가능하다.
도 4는 시간 영역에서 레인징 신호를 나타낸 도면이고, 도 5는 주파수 영역에서 레인징 신호를 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5를 참고하면, 레인징 심볼의 CP의 길이는 데이터 심볼의 CP길이 보다 길다. 여기서는 일례로 레인징 심볼의 CP 길이를 유효 심볼(useful symbol) 구간의 길이와 같게 설정하였다. 이는 단말이 상향링크 동기를 획득하지 못한 상태에서 기지국이 단말의 왕복지연을 측정할 수 있도록 단말이 레인징 신호를 전송하므로, 레인징 신호의 사이클릭 프리픽스(Cyclic prefix, 이하, “사이클릭 프리픽스”는 “CP”라 한다.)는 해당 단말의 왕복지연 및 최대 채널 지연(maximum channel delay)을 반영하도록 충분히 크게 설정되어야 하기 때문이다.
CP의 길이를 고려하면 하나의 PRU(레인징 채널의 정보(ATID 또는 ATID+APID) 전송을 위한 부반송파 14개, 파일롯 전송을 위한 부반송파 4개) 전송에 필요한 무선자원은 인접한 18개의 부반송파와 인접한 2개의 심볼이다.
도 5는 단말의 왕복지연 측정을 위해 한 쌍을 이루는 파일롯 사이의 부반송파 차이가 1인 경우(n=1)를 나타내고 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 기지국에서 설정되는 고속퓨리에변환 윈도우(FFT window, 이하, “고속퓨리에변환 윈도우”는 “FFT window”라 한다.)를 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참고하면, 일반 신호는 CP와 유효 심볼(useful symbol) 구간의 길이의 합이 심볼 길이(symbol length)이고, 레인징 신호는 CP의 길이가 유효 심볼 구간의 길이와 동일하여 일반 신호의 CP에 비해 길다.
도 6의 610은 기지국과 가장 가까운 곳의 단말로부터 수신된 레인징 신호를 나타내고, 620은 셀의 경계에 있는 단말로부터 수신된 레인징 신호를 나타낸다.
기지국은 FFT window를 단말의 셀 내 위치에 무관하게, 셀의 경계에 있는 단말로부터 수신된 레인징 신호의 유효 심볼(useful symbol) 구간과 동일하게 설정한다(630).
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 프레임의 구성을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따라 프레임 내에서 초기 레인징 채널, 핸드오버 레인징 채널 및 주기적 레인징 채널이 어떻게 구성되는지를 나타낸 도면이다.
본 발명은 주파수 분할(Frequency Division Duplex, FDD) 및 시분할(Time Division Duplex, TDD)에 관계없이 적용가능하며, 본 명세서에서는 시분할의 경우를 예로 들어 설명한다.
프레임(700)은 하향링크 구간(DL subframe, 710) 및 상향링크 구간(UL subframe, 720)을 포함하며, 상향링크 구간(720)의 일부가 레인징 채널의 구성을 위해 할당된다(730).
하향링크 구간(DL subframe, 710)에서 전송되는 채널로는 프리앰블(preamble), 하향링크 제어 채널(DL control channel), 하향링크 트래픽 채널(DL traffic channel) 등이 있고, 상향링크 구간(UL subframe, 720)에서 전송되는 채널로는 초기, 핸드오버, 주기적 레인징 채널(initial, handover, periodic ranging channel) 이외에 다른 상향링크 제어 채널(UL control channel), 상향링크 트래픽 채널(UL traffic channel) 등이 있다.
레인징 채널의 구성을 위해 할당되는 영역(730)은 주기적 레인징 채널 영역(731), 초기 레인징 채널 영역(732) 및 핸드오버 레인징 채널 영역(733)으로 나뉜다.
예를 들어, ATID를 16 bit, APID를 24 bit, CRC를 16bit를 사용하고, BPSK 코딩방식, 1/2 부호화율을 사용할 경우, 초기 레인징 및 핸드오버 레인징 채널에 각각 5개, 8개의 PRU가 소모되므로, 초기 레인징 채널 구성에 90개의 부반송파, 핸드오버 레인징 채널 구성에 144 개의 부반송파, 주기적 레인징 채널 구성에 2개의 부반송파가 사용된다.
초기 레인징 및 핸드오버 레인징 채널은 큰 CP를 요구하므로, 도 7에서 2개의 심볼을 이용하여 레인징 채널을 전송하도록 도시하였다. 주기적 레인징 채널의 경우는 초기 레인징이나 핸드오버 레인징에 사용되는 CP에 비하여 짧은 CP를 사용하여 스펙트럼 사용 효율을 향상시킬 수 있으나, 실제적으로 주기적 레인징 채널 구성에 소요되는 대역폭은 매우 작으므로 2개의 부반송파 굳이 CP를 달리하여 제어를 복잡하게 할 필요가 없다. 따라서, 도 7에서는 초기 레인징이나 핸드오버 레인징에 사용된 CP와 동일한 크기로 가정 하였다.
본 발명의 실시예에서 핸드오버 레인징은 단말의 망 재진입(network reentry)에도 적용 가능하다.
또한, 이상에서는 CP가 유효 심볼(useful symbol) 구간의 길이와 동일한 경우를 설명하였으나, CP의 길이는 셀의 반경에 따라 신축적 사용이 가능하다. 셀 반경이 클 경우 왕복지연이 크므로 이를 수용하기 위하여 큰 CP를 사용하고, 셀 반경이 작으면 작은 CP를 사용할 수 있다.
따라서 셀의 반경이 큰 매크로 셀(Macro cell)의 경우는 큰 CP를 사용하고, 셀의 반경이 작은 마이크로 셀(micro cell)의 경우에는 작은 CP을 사용하도록 설정할 수도 있고, 설계 시에 편의를 위해 큰 CP을 하나만 설정하고 셀 크기에 관계없이 사용하는 것도 가능하다.
일반적으로 네트워크에서 커버리지 확장 및 시스템 성능 향상 등을 위하여 디코딩(decoding) 기능을 보유한 릴레이 스테이션(relay station)을 도입할 경우 백홀(backhaul)에 연결된 기지국(base station)과 백홀(backhaul)에 연결되지 않은 릴레이 스테이션(relay station)은 프레임(frame)을 나누어 자원을 공유하는 경우가 많다.
이 경우 백홀에 연결되지 않은 릴레이 스테이션(relay station)이 차지하는 자원(프레임에서 릴레이 스테이션 송수신에 할당된 부분)에 대해서만 본 발명의 개념이 적용될 수도 있다. 즉, 백홀에 연결된 기지국(base station)은 일반적인 레인징 채널을 운영하고, 백홀에 연결되지 않은 릴레이 스테이션(relay station)은 본 발명의 실시예와 같이 레인징 채널을 운영할 수도 있다.
또한 펨토셀(femto cell)과 같이 커버리지가 작은 저전력 환경에서는 최대 채널지연 및 왕복지연을 합쳐도 매크로 셀(macro cell) 환경의 최대 채널지연보다 작다. 이 경우, 매크로 셀에서 상향링크 동기를 수행한 후, 왕복지연을 고려하지 않은 최대 채널지연만을 수용하도록 정해진 일반 데이터 채널의 CP를 펨토셀에서도 동일하게 적용할 경우, 펨토셀에서는 더 이상 상향링크 동기가 필요하지 않다.
따라서 펨토셀에서는 상향링크 동기를 위한 레인징 채널을 정의할 필요는 없고, 단말이 자신을 기지국에 알리기 위해 ATID (또는 ATID + 서빙 펨토셀의 기지국의 APID)를 전송하는 채널이 필요하다. 즉, 펨토셀에서 레인징은 기지국의 왕복지연 측정을 지원하기 위한 인접 부반송파들을 이용한 특정 패턴을 가지는 파일롯을 전송할 필요가 없고, 단지 전송 정보를 기지국이 “coherent detection”할 수 있는 파일롯만 전송하면 된다.
이제, 본 발명의 한 실시예에 따른 주기적 레인징 채널(Periodic ranging channel)에 대하여 살펴본다.
주기적 레인징 채널(Periodic ranging channel)은 초기 레인징 채널을 이용하여 단말이 상향링크 동기를 획득한 후, 지속적으로 그것을 유지하기 위해 필요한 채널이다.
단말은 주기적 레인징 채널을 이용하여 특정 정보를 전송할 필요가 없고 단지 기지국이 왕복지연을 측정할 수 있도록 특정 패턴을 가지는 파일롯만 전송하면 된다. 또한, 주기적 레인징 채널은 상향링크 동기를 획득하는 단계가 아니라, 지속적으로 유지하기 위한 단계로 활용되므로 CP의 길이가 초기 레인징 채널에서와 같이 클 필요는 없다.
본 발명의 실시예에 의하면, 레인징 절차가 간소화되어 구현 복잡도가 감소되며 고속으로 구현 가능하다. 구체적으로, 단말 및 기지국에서 초기 레인징, 핸드오버 레인징 및 주기적 레인징과 관련된 코드의 생성 및 관리가 필요없고, 특히, 기지국에서 코드 상관관계(code correlation)를 파악할 필요도 없으므로 구현 복잡도가 대폭 감소된다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 복잡한 절차 지원에 필요한 대역폭 및 초기 레인징, 핸드오버 레인징 및 주기적 레인징 채널에 직접적으로 소요되는 대역폭을 획기적으로 줄여 스펙트럼 사용 효율을 증대 시킬 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (14)

  1. 기지국에서 단말로 레인징 채널을 위한 자원을 할당하는 방법에 있어서,
    상기 단말로 레인징을 위한 자원을 할당하는 단계;
    상기 기지국에 속한 단말로부터 상기 단말의 구분자 및 복수의 파일롯을 포함하는 레인징 채널을 수신하는 단계;
    상기 단말의 구분자를 기초로 상기 단말을 파악하는 단계; 및
    상기 파일롯을 기초로 채널 추정 및 상기 단말의 왕복지연을 측정하는 단계를 포함하는
    자원 할당 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단말이 상기 기지국으로 핸드오버하는 경우, 상기 레인징 채널은 상기 단말에 대한 이전 기지국의 식별자를 더 포함하는
    자원 할당 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 측정하는 단계는, 상기 복수의 파일롯 중 적어도 한 쌍의 파일롯을 기초로 상기 왕복 지연을 측정하는 것을 특징으로 하는
    자원 할당 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 왕복 지연의 측정은, 상기 복수의 파일롯의 모든 쌍으로부터 측정되는 왕복 지연을 평균하여 구하는 것을 특징으로 하는
    자원 할당 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 왕복 지연의 측정은, 상기 복수의 파일롯 중 수신전력이 가장 큰 한 쌍의 파일롯으로부터 측정되는 것을 특징으로 하는
    자원 할당 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 왕복 지연은, 상기 적어도 한 쌍의 파일롯이 매핑된 부반송파의 위상차및 고속 푸리에 변환의 윈도우 크기에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는
    자원 할당 방법.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 왕복 지연은, 상기 한 쌍의 파일롯 신호의 곱을 상기 두 반송파 사이의 간격과 2π의 곱으로 나눈 값에 대응하는 되는 것을 특징으로 하는
    자원 할당 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 레인징 채널은,
    상기 단말의 구분자 및 상기 파일롯을 포함하는 유효 심볼 구간; 및
    채널지연 및 왕복지연을 합한 것 보다 큰 크기를 가지는 사이클릭 프리픽스를 포함하는
    자원 할당 방법.
  9. 단말이 레인징 채널을 구성하는 방법에 있어서,
    레인징 채널 정보에 대하여 채널 코딩을 수행하는 단계;
    채널 코딩된 상기 레인징 채널 정보와 파일롯을 부반송파에 매핑시키고 변조시키는 단계; 및
    상기 변조된 신호에 대해 역고속퓨리에변환을 수행하여 레인징 채널을 생성하는 단계를 포함하며,
    상기 레인징 채널 정보는 상기 단말의 구분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 레인징 채널 구성 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 레인징 채널 정보는, 상기 단말에 대한 서빙 기지국의 구분자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    레인징 채널 구성 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 레인징 채널은,
    상기 단말의 구분자 및 상기 파일롯을 포함하는 초기 레인징 영역;
    상기 파일롯 만을 포함하는 주기적 레인징 영역; 및
    상기 단말의 구분자, 상기 파일롯 및 상기 서빙 기지국의 구분자를 포함하는 핸드오버 레인징 영역으로 구분되는 것을 특징으로 하는
    레인징 채널 구성 방법.
  12. 단말이 주기적 레인징 채널을 구성하는 방법에 있어서,
    상기 단말의 구분자 및 상기 서빙 기지국의 구분자 정보를 포함하지 않고,
    왕복 지연 측정을 위한 적어도 한 쌍의 파일롯을 포함하는
    레인징 채널 구성 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 왕복 지연의 측정은, 상기 한 쌍의 파일롯이 매핑된 부반송파의 위상차및 고속 푸리에 변환의 윈도우 크기에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는
    레인징 채널 구성 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 왕복 지연의 측정은, 상기 한 쌍의 파일롯 신호의 곱을 상기 두 반송파 사이의 간격과 2π의 곱으로 나눈 값에 대응하는 되는 것을 특징으로 하는
    레인징 채널 구성 방법.
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