WO2012165715A1 - 무선 통신 시스템에서 레인징 방법 및 장치 - Google Patents

무선 통신 시스템에서 레인징 방법 및 장치 Download PDF

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WO2012165715A1
WO2012165715A1 PCT/KR2011/006700 KR2011006700W WO2012165715A1 WO 2012165715 A1 WO2012165715 A1 WO 2012165715A1 KR 2011006700 W KR2011006700 W KR 2011006700W WO 2012165715 A1 WO2012165715 A1 WO 2012165715A1
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WO
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ranging
value
random value
base station
generated
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PCT/KR2011/006700
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English (en)
French (fr)
Inventor
이진
육영수
곽진삼
김정기
박기원
류기선
Original Assignee
엘지전자 주식회사
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W74/00—Wireless channel access
    • H04W74/002—Transmission of channel access control information
    • H04W74/006—Transmission of channel access control information in the downlink, i.e. towards the terminal
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W74/00—Wireless channel access
    • H04W74/08—Non-scheduled access, e.g. ALOHA
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00—Network topologies
    • H04W84/18—Self-organising networks, e.g. ad-hoc networks or sensor networks

Definitions

  • the present invention relates to wireless communications, and more particularly to a ranging method and apparatus in a wireless communication system.
  • the Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 802.16e standard is the sixth standard for the International Mobile Telecommunications (IMT-2000) in the ITU-Radiocommunication Sector (ITU-R) under the International Telecommunication Union (ITU) in 2007. It was adopted under the name OFDMA TDD '. ITU-R is preparing the IMT-Advanced system as the next generation 4G mobile communication standard after IMT-2000.
  • the IEEE 802.16 Working Group (WG) decided to implement the IEEE 802.16m project in late 2006 with the aim of creating an amendment specification for the existing IEEE 802.16e as a standard for IMT-Advanced systems.
  • the IEEE 802.16m standard implies two aspects: the past continuity of modification of the IEEE 802.16e standard and the future continuity of the specification for next generation IMT-Advanced systems. Therefore, the IEEE 802.16m standard is required to satisfy all the advanced requirements for the IMT-Advanced system while maintaining compatibility with the Mobile WiMAX system based on the IEEE 802.16e standard.
  • the IEEE 802.16p specification which is based on the IEEE 802.16e standard and the IEEE 802.16m standard and optimized for machine-to-machine communication (M2M), is being developed.
  • M2M communication may be defined as an information exchange performed between a subscriber station and a server or between subscriber stations in a core network without any interaction with a person.
  • the IEEE 802.16p specification is a minimal change in the Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) physical layer (PHY) within the enhancements of Medium Access Control (MAC) and licensed bands of the IEEE 802.16 specification. Is under discussion. As the IEEE 802.16p specification is discussed, wide area wireless coverage is required within the licensed band, and the scope of application of automated M2M communications for the purpose of observation and control is wide. Can lose.
  • OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access
  • PHY Physical layer
  • MAC Medium Access Control
  • M2M applications have significantly different requirements for network access, typically human-initiated or human-controlled network access. Require. M2M applications include vehicular telematics for vehicles, healthcare monitoring of bio-sensors, remote maintenance and control, smart metering, and consumer devices Automated services, etc. M2M application requirements include very lower power consumption, large numbers of devices, short bursts, etc. transmission, device tampering detection and reporting, improved device authentication, and the like.
  • Ranging means a series of processes for maintaining the quality of the RF communication between the terminal and the base station.
  • the plurality of M2M devices may perform contention-based ranging with each other, and collision may occur between M2M devices during the ranging attempt.
  • each M2M device may attempt ranging by a predetermined number of times.
  • An efficient ranging method of the M2M device may be proposed.
  • An object of the present invention is to provide a ranging method and apparatus in a wireless communication system.
  • a ranging method by a machine-to-machine apparatus in a wireless communication system.
  • the ranging method receives an initial probability value from a base station, generates a random value by repeating an access retries value at a maximum, and generates the random value every time the random value is generated. And comparing the probability values based on the initial probability values and performing ranging to the base station when the generated random value is smaller than the probability value.
  • the number of connection retries may increase by one.
  • the ranging method may further include performing ranging to the base station when the number of connection retries is equal to the connection retry value.
  • the initial probability value may be received through an uplink channel descriptor (UCD) message or a superframe header (SFH).
  • UCD uplink channel descriptor
  • SCH superframe header
  • the access retry value may be allocated for each M2M device or for each service flow (SF).
  • the random value is generated within a random value generating range, and the random value generating range may change whenever the random value is generated.
  • the random value generating range may be reduced.
  • the probability value may be obtained by multiplying the initial probability value by a scaling factor according to the number of connection retries.
  • the scaling factor according to the access retries may be broadcast from the base station.
  • the range method may further include determining a ranging window for performing ranging each time the random value is generated.
  • the size of the ranging window determined each time the random value is generated may be the same.
  • an M2M apparatus in a wireless communication system.
  • the M2M device includes a radio frequency (RF) unit for transmitting or receiving a radio signal, and a processor connected to the RF unit, wherein the processor receives an initial probability value from a base station and retries the connection to the maximum.
  • RF radio frequency
  • the processor receives an initial probability value from a base station and retries the connection to the maximum.
  • the random value is generated by repeating an access retries value and each time the random value is generated, the random value is compared with a probability value based on the initial probability value, and the generated random value is smaller than the probability value. Then, ranging is performed to the base station.
  • M2M machine-to-machine
  • 1 illustrates a wireless communication system
  • FIGS. 2 and 3 illustrate an example of a system architecture of IEEE 802.16 supporting machine-to-machine communication.
  • FIG. 4 shows an example of a frame structure of IEEE 802.16e.
  • FIG 5 shows an example of a frame structure of IEEE 802.16m.
  • FIG. 6 shows an example of a ranging process of IEEE 802.16e.
  • FIG. 7 shows an example of a ranging process of IEEE 802.1m.
  • FIG. 8 illustrates an embodiment of a ranging method of an M2M device.
  • FIG. 11 shows a ranging window section set as the number of connection retries increases in the proposed ranging method.
  • FIG. 12 is a block diagram of a wireless communication system in which an embodiment of the present invention is implemented.
  • CDMA code division multiple access
  • FDMA frequency division multiple access
  • TDMA time division multiple access
  • OFDMA orthogonal frequency division multiple access
  • SC-FDMA single carrier frequency division multiple access
  • CDMA may be implemented with a radio technology such as Universal Terrestrial Radio Access (UTRA) or CDMA2000.
  • TDMA may be implemented with wireless technologies such as Global System for Mobile communications (GSM) / General Packet Radio Service (GPRS) / Enhanced Data Rates for GSM Evolution (EDGE).
  • GSM Global System for Mobile communications
  • GPRS General Packet Radio Service
  • EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution
  • OFDMA may be implemented in a wireless technology such as IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802-20, Evolved UTRA (E-UTRA), or the like.
  • IEEE 802.16m is an evolution of IEEE 802.16e and provides backward compatibility with systems based on IEEE 802.16e.
  • UTRA is part of the Universal Mobile Telecommunications System (UMTS).
  • 3rd Generation Partnership Project (3GPP) Long Term Evolution (LTE) is part of Evolved UMTS (E-UMTS) using Evolved-UMTS Terrestrial Radio Access (E-UTRA), which employs OFDMA in downlink and SC in uplink -FDMA is adopted.
  • LTE-A Advanced
  • 3GPP LTE Advanced
  • 1 illustrates a wireless communication system
  • the wireless communication system 10 includes at least one base station (BS) 11.
  • Each base station 11 provides a communication service for a particular geographic area (generally called a cell) 15a, 15b, 15c.
  • the cell can in turn be divided into a number of regions (called sectors).
  • the UE 12 may be fixed or mobile, and may have a mobile station (MS), a mobile terminal (MS), a mobile terminal (MT), a user terminal (UT), a subscriber station (SS), a wireless device, a PDA ( Other terms may be referred to as a personal digital assistant, a wireless modem, a handheld device, etc.
  • the base station 11 generally refers to a fixed station that communicates with the terminal 12. It may be called other terms such as an evolved-NodeB (eNB), a base transceiver system (BTS), and an access point.
  • eNB evolved-NodeB
  • BTS base transceiver system
  • the UE belongs to one cell, and the cell to which the UE belongs is called a serving cell.
  • a base station that provides a communication service for a serving cell is called a serving BS. Since the wireless communication system is a cellular system, there are other cells adjacent to the serving cell. Another cell adjacent to the serving cell is called a neighbor cell.
  • a base station that provides communication service for a neighbor cell is called a neighbor BS.
  • the serving cell and the neighbor cell are relatively determined based on the terminal.
  • downlink means communication from the base station 11 to the terminal 12
  • uplink means communication from the terminal 12 to the base station 11.
  • the transmitter may be part of the base station 11 and the receiver may be part of the terminal 12.
  • the transmitter may be part of the terminal 12 and the receiver may be part of the base station 11.
  • FIGS. 2 and 3 illustrate an example of a system architecture of IEEE 802.16 supporting machine-to-machine communication.
  • the basic M2M service system architecture 20 may include a mobile network operator (MNO) 21, an M2M service consumer 24, at least one IEEE 802.16 M2M device (hereinafter, 802.16 M2M device, 28), at least One non-IEEE 802.16 M2M device 29 is included.
  • the MNO 21 includes an access service network (ASN) and a connectivity service network (CSN).
  • the 802.16 M2M device 28 is an IEEE 802.16 terminal with M2M functionality.
  • the M2M server 23 is an entity that communicates with one or more 802.16 M2M devices 28.
  • the M2M server 23 has an interface to which the M2M service consumer 24 can connect.
  • the M2M service consumer 24 is a user of the M2M service.
  • the M2M server 23 may be inside or outside a connectivity service network (CSN) and may provide specific M2M services to one or more 802.16 M2M devices 28.
  • the ASN may include an IEEE 802.16 base station 22.
  • the M2M application is operated based on the 802.16 M2M device 28 and the M2M server 23.
  • the basic M2M service system architecture 20 supports two kinds of M2M communication: M2M communication between one or more 802.16 M2M devices and an M2M server or point-to-multipoint communication between 802.16 M2M devices and an IEEE 802.16 base station. do.
  • the basic M2M service system architecture of FIG. 2 allows an 802.16 M2M device to act as an aggregation point for a non-IEEE 802.16 M2M device.
  • Non-IEEE 802.16 M2M devices use a wireless interface different from IEEE 802.16, such as IEEE 802.11, IEEE 802.15 or PLC. At this time, the change of the air interface of the non-IEEE 802.16 M2M device to IEEE 802.16 is not allowed.
  • an 802.16 M2M device may operate as an aggregation point for a non-IEEE 802.16 M2M device and may also operate as an aggregation point for an 802.16 M2M device.
  • the wireless interface may be changed to IEEE 802.16 in order to perform the aggregation function for the 802.16 M2M device and the non-802.16 M2M device.
  • an enhanced M2M service system architecture may support peer-to-peer (P2P) connections between 802.16 M2M devices, where the P2P connections may be over IEEE 802.16 or over another wireless interface such as IEEE 802.11, IEEE 802.15, or PLC. Can be connected.
  • P2P peer-to-peer
  • FIG. 4 shows an example of a frame structure of IEEE 802.16e.
  • the TDD frame includes a DL transmission period and a UL transmission period.
  • the downlink transmission period is preceded in time by the uplink transmission period.
  • the DL transmission period includes a preamble, a frame control header (FCH), a DL-MAP, a UL-MAP, and a DL burst region.
  • the UL transmission period includes a ranging subchannel and an UL burst region.
  • a guard time for distinguishing the DL transmission period from the UL transmission period is inserted in the middle part (between the DL transmission period and the UL transmission period) and the last part (after the UL transmission period) of the frame.
  • TGT Transmit / Receive Transition Gap
  • RMG Receive / Transmit Transition Gap
  • the preamble is used for initial synchronization, cell search, frequency offset, and channel estimation between the base station and the terminal.
  • the FCH includes the length of the DL-MAP message and the coding scheme information of the DL-MAP.
  • DL-MAP is an area where a DL-MAP message is transmitted.
  • DL-MAP messages define a connection to a DL channel. This means that the DL-MAP message defines the indication and / or control information for the DL channel.
  • the DL-MAP message includes a configuration change count of the downlink channel descriptor (DDC) and a base station identifier (ID). DCD describes a DL burst profile that is applied to the current map.
  • DDC downlink channel descriptor
  • ID base station identifier
  • the DL burst profile refers to the characteristics of the DL physical channel, and the DCD is transmitted by the base station periodically through the DCD message.
  • the UL-MAP is an area in which the UL-MAP message is transmitted.
  • the UL-MAP message defines a connection to a UL channel. This means that the UL-MAP message defines the indication and / or control information for the UL channel.
  • the UL-MAP message includes a configuration change count of an uplink channel descriptor (UCD) and an allocation start time of UL allocation defined by UL-MAP.
  • UCD describes an UL burst profile.
  • the UL burst profile refers to the characteristics of the UL physical channel, and the UCD is periodically transmitted by the base station through a UCD message.
  • the DL burst is an area in which data transmitted from the base station to the terminal is transmitted
  • the UL burst is an area in which data transmitted from the base station to the terminal is transmitted.
  • the fast feedback region is included in the UL burst region of the frame.
  • the fast feedback area is used for transmission of information requiring a fast response from the base station.
  • the fast feedback region may be used for CQI transmission.
  • the position of the fast feedback region is determined by UL-MAP.
  • the position of the fast feedback region may be a fixed position within the frame or may be a variable position.
  • FIG 5 shows an example of a frame structure of IEEE 802.16m.
  • a superframe includes a superframe header (SFH) and four frames (frames, F0, F1, F2, and F3).
  • Each frame in the superframe may have the same length.
  • the size of each superframe is 20ms and the size of each frame is illustrated as 5ms, but is not limited thereto.
  • the length of the superframe, the number of frames included in the superframe, the number of subframes included in the frame, and the like may be variously changed.
  • the number of subframes included in the frame may be variously changed according to the channel bandwidth and the length of the cyclic prefix (CP).
  • CP cyclic prefix
  • One frame includes a plurality of subframes (subframe, SF0, SF1, SF2, SF3, SF4, SF5, SF6, SF7). Each subframe may be used for uplink or downlink transmission.
  • One subframe includes a plurality of orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) symbols or an orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) in a time domain, and includes a plurality of subcarriers in the frequency domain. do.
  • the OFDM symbol is used to represent one symbol period, and may be called another name such as an OFDMA symbol or an SC-FDMA symbol according to a multiple access scheme.
  • the subframe may be composed of 5, 6, 7 or 9 OFDMA symbols, but this is only an example and the number of OFDMA symbols included in the subframe is not limited.
  • the number of OFDMA symbols included in the subframe may be variously changed according to the channel bandwidth and the length of the CP.
  • a type of a subframe may be defined according to the number of OFDMA symbols included in the subframe.
  • the type-1 subframe may be defined to include 6 OFDMA symbols
  • the type-2 subframe includes 7 OFDMA symbols
  • the type-3 subframe includes 5 OFDMA symbols
  • the type-4 subframe includes 9 OFDMA symbols.
  • One frame may include subframes of the same type. Alternatively, one frame may include different types of subframes.
  • the number of OFDMA symbols included in each subframe in one frame may be the same or different.
  • the number of OFDMA symbols of at least one subframe in one frame may be different from the number of OFDMA symbols of the remaining subframes in the frame.
  • a TDD scheme or a frequency division duplex (FDD) scheme may be applied to the frame.
  • each subframe is used for uplink transmission or downlink transmission at different times at the same frequency. That is, subframes in a frame of the TDD scheme are classified into an uplink subframe and a downlink subframe in the time domain.
  • each subframe is used for uplink transmission or downlink transmission at different frequencies at the same time. That is, subframes in the frame of the FDD scheme are divided into an uplink subframe and a downlink subframe in the frequency domain. Uplink transmission and downlink transmission occupy different frequency bands and may be simultaneously performed.
  • the SFH may carry essential system parameters and system configuration information.
  • the SFH may be located in the first subframe in the superframe.
  • SFH may occupy the last five OFDMA symbols of the first subframe.
  • the superframe header may be classified into primary SFH (P-SFH) and secondary SFH (S-SFH; secondary-SFH).
  • P-SFH primary SFH
  • S-SFH secondary SFH
  • the P-SFH may be transmitted every superframe.
  • Information transmitted to the S-SFH can be divided into three subpackets (S-SFH SP1, S-SFH SP2, S-SFH SP3). Each subpacket may be transmitted periodically with a different period. The importance of information transmitted through S-SFH SP1, S-SFH SP2, and S-SFH SP3 may be different from each other.
  • S-SFH SP1 may be transmitted in the shortest period, and S-SFH SP3 may be transmitted in the longest period.
  • S-SFH SP1 includes information on network re-entry, and the transmission period of S-SFH SP1 may be 40 ms.
  • S-SFH SP2 includes information about initial network entry and network discovery, and the transmission period of S-SFH SP2 may be 80 ms.
  • S-SFH SP3 includes the remaining important system information, and the transmission period of S-SFH SP3 may be either 160 ms or 320 ms.
  • One OFDMA symbol includes a plurality of subcarriers, and the number of subcarriers is determined according to the FFT size.
  • the types of subcarriers can be divided into data subcarriers for data transmission, pilot subcarriers for various measurements, guard bands and null carriers for DC carriers.
  • Parameters that characterize an OFDMA symbol are BW, N used , n, G, and the like.
  • BW is the nominal channel bandwidth.
  • N used is the number of subcarriers used (including DC subcarriers).
  • n is a sampling factor. This parameter is combined with BW and N used to determine subcarrier spacing and useful symbol time.
  • G is the ratio of CP time to useful time.
  • Table 1 below shows OFDMA parameters.
  • the OFDMA parameters of Table 1 may be equally used for the frame structure of 802.16e of FIG. 4.
  • T s ( ⁇ s) 102.857 144 115.2 102.857 102.857 FDD Number of ODFMA symbols per 5ms frame 48 34 43 48 48 Idle time ( ⁇ s) 62.857 104 46.40 62.857 62.857 TDD Number of ODFMA symbols per 5ms frame 47 33 42 47 47 TTG + RTG ( ⁇ s) 165.714 248 161.6 165.714 165.714 G 1/16 Symbol time, T s ( ⁇ s) 97.143 136 108.8 97.143 97.143 97.143
  • Ranging means a series of processes for maintaining the quality of the RF communication between the terminal and the base station.
  • FIG. 6 shows an example of a ranging process of IEEE 802.16e.
  • step S100 the terminal receives a UCD message from the base station.
  • a ranging subchannel and a set of special pseudonoises may be defined.
  • a subset of the specific pseudonoise codes in the UCD message may be allocated for initial initial ranging, periodic ranging or bandwidth request (BR).
  • the base station may determine the purpose of the codes according to the subset to which the codes belong.
  • a subset of codes for initial ranging may be allocated in a UCD message.
  • step S110 the terminal selects one of the ranging codes in the appropriate subset with an equal probability.
  • the UE selects one ranging slot with the same probability among available ranging slots on the uplink subframe.
  • the UE may use random selection or random backoff. When random selection is used, the terminal selects one ranging slot among all slots available in one frame through a uniform random process. When random backoff is used, the terminal selects one ranging slot among all slots available in the corresponding backoff window through a uniform random process.
  • step S120 the terminal transmits the selected ranging code to the base station through the selected ranging slot.
  • step S130 the base station broadcasts a ranging response message including the received ranging code and the ranging slot in which the base station has received the ranging code.
  • the base station does not know which terminal transmitted the ranging code.
  • the terminal transmitting the ranging code by the ranging response message may check the ranging response message corresponding to the ranging code transmitted by the terminal.
  • step S140 the base station transmits a CDMA allocation element (IE) to the terminal.
  • the base station may provide a bandwidth for the terminal to transmit a ranging request message by the CDMA assignment IE.
  • step S150 the terminal transmits a ranging request message to the base station.
  • step S160 the base station transmits a ranging response message to the terminal, and thus the ranging process ends.
  • IE CDMA allocation element
  • the contention ranging retries may be defined in the ranging process of FIG. 6.
  • the timer may operate while the terminal waits to receive the ranging response message in step S130 or step S160 or while waiting for the CDMA allocation IE in step S140.
  • the timer may expire when the ranging code transmitted by the terminal collides with the ranging code transmitted by another terminal or is not correctly received from the base station. If the timer expires, the number of contention ranging retries is increased by 1, and the terminal performs the ranging process again from step S100. If the ranging continues to fail and the number of contention retry attempts reaches a predetermined value, the terminal searches for a new channel.
  • the UCD message may be transmitted by a base station at regular intervals.
  • the UCD message may include a configuration change count, and the configuration change count in the UCD message does not change unless the UCD message changes.
  • a UL-MAP message that assigns a transmission or reception using a burst profile defined in a UCD message with a given configuration change count has the same UCD count value as the configuration change count in the corresponding UCD message.
  • the configuration change count in the UCD message is incremented by 1 modulo 256 each time a new set of channel descriptors, ie, burst profiles, are created.
  • FIG. 7 shows an example of a ranging process of IEEE 802.1m.
  • step S200 the terminal receives the SFH from the base station.
  • the UE may obtain system information including DL and UL parameters for initial network entry through the SFH.
  • step S210 the UE selects one ranging channel by using a random backoff.
  • the terminal selects one ranging channel among all the ranging channels available in the corresponding backoff window through a uniform random process.
  • step S220 the terminal selects the ranging preamble code through a uniform random process.
  • step S230 the terminal transmits the selected ranging preamble code to the base station through the selected ranging channel.
  • the base station transmits a ranging acknowledgment (ACK) message when at least one ranging preamble code is detected.
  • the ranging ACK message provides a response to the ranging preamble codes that have been successfully received and detected for every ranging opportunity in the frame.
  • the ranging ACK message includes three ranging status responses, 'continue', 'success', and 'abort'. If the ranging status response is 'Continue', the terminal adjusts the parameter according to the ranging ACK message and continues the ranging process. If the ranging status response is 'fail', the terminal operates a ranging failure timer and does not perform a ranging process until the ranging failure timer expires.
  • step S250 the base station transmits a CDMA assignment A-MAP IE to the terminal.
  • the base station may provide a bandwidth for the terminal to transmit the ranging request message by the CDMA allocation A-MAP IE.
  • step S260 the terminal transmits a ranging request message to the base station.
  • step S270 the base station transmits a ranging response message to the terminal, and thus the ranging process ends.
  • the ranging retry count may be defined in the ranging process of FIG. 7.
  • the timer may operate while the terminal waits to receive the ranging ACK message of step S240 or the CDMA allocation A-MAP IE of step S250 or the ranging response message of step S270. If the ranging ACK message, the CDMA allocation A-MAP IE or the ranging response message is not received until the timer expires, the terminal performs the ranging process from the beginning again, and the ranging retry count is increased by one. do. If the ranging continues to fail and the number of ranging retries reaches a predetermined value, the terminal retries DL PHY synchronization.
  • the P-SFH holds S-SFH scheduling information, S-SFH change count, S-SFH subpacket change bitmap, and S-SFH application hold. It includes an application hold indicator.
  • the S-SFH change count does not change unless the values in the S-SFH SP IE change.
  • the S-SFH change count may change only within a specific superframe in which the remainder obtained by dividing the superframe number (SFN) by the S-SFH change cycle is zero.
  • S-SFH change cycle can be indicated by S-SFH IE SP3.
  • the changed S-SFH change cycle is maintained until the superframe satisfying the following condition.
  • the S-SFH change count increases by 1 modulo 16 each time the value in the S-SFH IE changes.
  • the S-SFH SP change bitmap in conjunction with the S-SFH change count, indicates the state change of the corresponding S-SFH SP IE.
  • the S-SFH SP change bitmap can be 3 bits, the first bit (LSB; Least Significant Bit) is S-SFH SP1 IE, the second bit is S-SFH SP2 IE, and the third bit (MSB; Most Significant Bit) ) Are mapped to S-SFH SP3 IE respectively. If any value in the S-SFH SP IE has changed, the value of the bit corresponding to the changed S-SFH SP IE in the S-SFH SP change bitmap is set to one. The value of the S-SFH SP change bitmap may change only when the S-SFH change count changes.
  • FIG. 8 illustrates an embodiment of a ranging method of an M2M device.
  • the base station transmits a UCD message or SFH to the M2M device.
  • the UCD message or SFH can be broadcast.
  • the base station operates in IEEE 802.16e, it transmits a UCD message and SFH when operating in IEEE 802.16m.
  • the UCD message or SFH includes a predetermined probability value. The probability value may be determined by the base station and may change according to circumstances.
  • the M2M device can be notified again of the probability value to be changed by changing the configuration change count in the UCD message or by changing the S-SFH change count in the P-SFH, the S-SFH SP change bitmap, and the S-SFH change cycle. have.
  • step S310 the M2M device generates a random value.
  • step S320 the M2M device compares whether the generated random value is smaller than the received probability value. The random value may be generated within a predetermined range. If the generated random value is smaller than the received probability value, the M2M device attempts ranging to the base station. If the generated random value is greater than the received probability value, the M2M device increases the number of contention ranging retries by 1 and increases the size of the backoff window in step S330. At this time, the size of the back-off window can be doubled.
  • step S340 the M2M device generates a random value again.
  • step S350 the M2M device compares the received probability value with the received probability value to determine whether a ranging attempt is possible. If the generated random value is smaller than the received probability value, the M2M device attempts ranging to the base station. If the generated random value is greater than the received probability value, the M2M device increases the number of contention ranging retries by 1 again in step S360, and increases the size of the backoff window.
  • the ranging attempt is determined by simply comparing the received probability value with the generated random value, if the random value generated by the M2M device continues to be larger than the probability value, the corresponding M2M device does not even attempt the ranging attempt and delay occurs. Problems may arise. Accordingly, a ranging method of the M2M device is required to solve this problem.
  • An access retries value may be defined to prevent the M2M device from continuously attempting ranging when the random value is greater than the probability value.
  • the M2M device may regenerate a random value by the designated access retry value if the generated random value is greater than the probability value and attempt to range, and if the M2M device fails to attempt ranging within the specified access retry value, Try ranging. That is, to give an opportunity of ranging attempt for the M2M device that has not attempted ranging for too much time.
  • the access retry value may be a value defined as a system parameter by a base station for all M2M devices, or may be a value specifically assigned for each M2M device or service flow. When the access retry value is allocated for each M2M device or for each service flow, the access retry value may be assigned through a subscriber basic capability (SBC) or a dynamic service (DSx) procedure.
  • SBC subscriber basic capability
  • DSx dynamic service
  • connection retry value is 3.
  • step S400 the base station transmits a UCD message or SFH including a probability value to the M2M device.
  • the UCD message or SFH can be broadcast.
  • step S410 the M2M device generates a random value.
  • step S420 the M2M device compares whether the generated random value is smaller than the received probability value. If the generated random value is smaller than the received probability value, the M2M device attempts ranging to the base station.
  • the M2M device If the generated random value is greater than the received probability value, the M2M device generates the random value again in step S430. At this time, the number of connection retries increases. In step S440, the M2M device compares whether the newly generated random value is smaller than the received probability value. If the generated random value is smaller than the received probability value, the M2M device attempts ranging to the base station. At this time, the size of the backoff window is the same as the size of the backoff window initially set.
  • the M2M device If the generated random value is greater than the received probability value, the M2M device generates the random value again in step S450. At this time, the number of connection retries increases. In step S460, the M2M device compares whether the newly created random value is smaller than the received probability value. If the generated random value is smaller than the received probability value, the M2M device attempts ranging to the base station. At this time, the size of the backoff window is the same as the size of the backoff window initially set.
  • the M2M device When the generated random value is greater than the received probability value, since the random value has already been generated three times, the M2M device performs a general ranging according to the designated connection retry value. At this time, the size of the backoff window is the same as the size of the backoff window initially set. That is, the size of the original backoff window does not change while random values continue to be generated. If a response according to the ranging attempt is not received from the base station, the M2M device increases the number of contention ranging retries in step S470.
  • the random value may be generated by being weighted based on the probability value. That is, by generating a random value based on the probability value, whenever the random value is continuously generated, the probability of the ranging attempt opportunity of the M2M device may be increased.
  • the initial random value generation range is [0, 15].
  • the probability value received from the base station is assumed to be 8. If the random value generated by the M2M device is less than 8, the M2M device may attempt ranging. If the random value is greater than 8, the M2M device increases the number of connection retries by 1 and regenerates the random value. In this case, in order to increase the ranging attempt probability of the M2M device that misses the ranging attempt, the random value generation range may decrease whenever the number of access retries increases. Table 2 shows that the random value generation range decreases as the number of connection retries increases.
  • the probability value does not change, but the random value generation range decreases. Accordingly, as the number of retries increases, the probability that the random value generated by the M2M device is smaller than the probability value increases, and the probability of the ranging attempt of the M2M device increases.
  • the information on the random value generation range may be predefined as a system parameter.
  • a value obtained by multiplying a probability value received by the M2M device with a specific scaling factor may be a new probability value. Accordingly, the probability that the random value generated by the M2M device becomes smaller than the new probability value increases, and the probability of the ranging attempt of the M2M device also increases.
  • Table 3 shows a case in which the probability value multiplied by the scaling factor is used whenever the number of connection retries is increased.
  • mapping information on the probability value multiplied by the number of access retries and the scaling factor as described above may be predefined as a system parameter, or only the scaling factor according to the initial probability value and the number of access retries may be signaled from the base station. Alternatively, the probability value according to the number of access retries may be changed according to a service class of the M2M device.
  • step S500 the M2M device receives an initial probability value from the base station.
  • step S510 the M2M device generates the random value by repeating the connection retry value at the maximum. Each time the random value is generated, the number of connection retries is increased by one.
  • operation S520 whenever the random value is generated, the M2M device compares the random value with a probability value based on the initial probability value and performs ranging to the base station when the generated random value is smaller than the probability value.
  • FIG. 11 shows a ranging window section set as the number of connection retries increases in the proposed ranging method.
  • the horizontal axis represents the time domain. It is assumed that a first ranging window section is determined according to the first ranging attempt, and a randomization value generated in the first ranging attempt is greater than a probability value, so that the ranging attempt is not performed. Accordingly, the second ranging window section is determined according to the second ranging attempt. In this case, in FIG. 11- (a), the second ranging window section starts after the ranging opportunity selected in the first ranging window section. Accordingly, the first ranging window section and the second ranging window section may overlap each other. In FIG. 11- (b), it is determined that the second ranging window section does not overlap the first ranging section regardless of the ranging opportunity selected in the first ranging window section.
  • the M2M device may calculate and transmit the number of transmission of the ranging code when the ranging request message is transmitted.
  • the base station may predict a collision situation when a plurality of M2M devices attempts ranging based on the number of transmission of the ranging code, and may also determine an initial probability value based on the number of transmission of the ranging code.
  • the ranging method described above may not be applied when the ranging status response is 'continued' during the ranging process. That is, when the ranging status response is 'continued' state, the existing ranging process may be followed without comparing the random value with the generated value.
  • FIG. 12 is a block diagram of a wireless communication system in which an embodiment of the present invention is implemented.
  • the base station 800 includes a processor 810, a memory 820, and a radio frequency unit (RF) 830.
  • Processor 810 implements the proposed functions, processes, and / or methods. Layers of the air interface protocol may be implemented by the processor 810.
  • the memory 820 is connected to the processor 810 and stores various information for driving the processor 810.
  • the RF unit 830 is connected to the processor 810 to transmit and / or receive a radio signal.
  • the M2M device 900 includes a processor 910, a memory 920, and an RF unit 930.
  • Processor 910 implements the proposed functions, processes, and / or methods. Layers of the air interface protocol may be implemented by the processor 910.
  • the memory 920 is connected to the processor 910 and stores various information for driving the processor 910.
  • the RF unit 930 is connected to the processor 910 to transmit and / or receive a radio signal.
  • Processors 810 and 910 may include application-specific integrated circuits (ASICs), other chipsets, logic circuits, and / or data processing devices.
  • the memory 820, 920 may include read-only memory (ROM), random access memory (RAM), flash memory, memory card, storage medium, and / or other storage device.
  • the RF unit 830 and 930 may include a baseband circuit for processing a radio signal.
  • the above-described technique may be implemented as a module (process, function, etc.) for performing the above-described function.
  • the module may be stored in the memory 820, 920 and executed by the processor 810, 910.
  • the memories 820 and 920 may be inside or outside the processors 810 and 910, and may be connected to the processors 810 and 910 by various well-known means.

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Abstract

무선 통신 시스템에서 레인징(ranging) 방법 및 장치가 제공된다. M2M(Machine-to-Machine) 장치는 초기 확률값(probability value)을 기지국으로부터 수신하고, 최대로 접속 재시도 값(access retries value)만큼 반복하여 상기 임의값을 생성하고, 상기 임의값이 생성될 때마다 상기 임의값과 상기 초기 확률값을 기반으로 하는 확률값을 비교하여 상기 생성된 임의값이 상기 확률값보다 작은 경우, 기지국으로 레인징을 수행한다.

Description

무선 통신 시스템에서 레인징 방법 및 장치
본 발명은 무선 통신에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선 통신 시스템에서 레인징 방법 및 장치에 관한 것이다.
IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16e 규격은 2007년 ITU(International Telecommunication Union) 산하의 ITU-R(ITU-Radiocommunication Sector)에서 IMT(International Mobile Telecommunication)-2000을 위한 여섯 번째 규격으로 'WMAN-OFDMA TDD'라는 이름으로 채택된 바 있다. ITU-R은 IMT-2000 이후의 차세대 4G 이동통신 규격으로 IMT-Advanced 시스템을 준비하고 있다. IEEE 802.16 WG(Working Group)은 2006년 말 IMT-Advanced 시스템을 위한 규격으로 기존 IEEE 802.16e의 수정(amendment) 규격을 작성하는 것을 목표로 IEEE 802.16m 프로젝트의 추진을 결정하였다. 상기 목표에서 알 수 있듯이, IEEE 802.16m 규격은 IEEE 802.16e 규격의 수정이라는 과거의 연속성과 차세대 IMT-Advanced 시스템을 위한 규격이라는 미래의 연속성인 두 가지 측면을 내포하고 있다. 따라서, IEEE 802.16m 규격은 IEEE 802.16e 규격에 기반한 Mobile WiMAX 시스템과의 호환성(compatibility)을 유지하면서 IMT-Advanced 시스템을 위한 진보된 요구 사항을 모두 만족시킬 것을 요구하고 있다.
IEEE 802.16e 규격 및 IEEE 802.16m 규격을 기반으로 하며 기계 대 기계(M2M; Machine-to-Machine) 통신을 위하여 최적화된 IEEE 802.16p 규격이 개발 중에 있다. M2M 통신은 사람과의 어떤 상호 작용(interaction) 없이 핵심 망(core network) 내에서 가입자 국(subscriber station)과 서버(server) 간 또는 가입자국 간에 수행되는 정보 교환(information exchange)으로 정의될 수 있다. IEEE 802.16p 규격은 IEEE 802.16 규격의 MAC(Medium Access Control)의 향상(enhancement)과 허가된 대역(licensed bands) 내에서 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 물리 계층(PHY; physical layer)의 최소한의 변화를 논의 중에 있다. IEEE 802.16p 규격이 논의됨에 따라, 허가된 대역 내에서 광대역 무선 커버리지(wide area wireless coverage)를 요구하며 감시 및 제어(observation and control)의 목적을 위하여 자동화된(automated) M2M 통신의 적용 범위가 넓어질 수 있다.
수많은 M2M 어플리케이션(application)은 네트워크 접속(network access) 접속 시에, 일반적으로 사람에 의하여 개시되거나 제어되는(human-initiated or human-controlled) 네트워크 접속을 위한 요구 사항(requirements)과 상당히 다른 요구 사항을 요구한다. M2M 어플리케이션은 차량을 위한 통신(vehicular telematics), 생체 센서(bio-sensors)의 헬스 케어 모니터링(healthcare monitoring, 원격 유지 및 제어(remote maintenance and control), 스마트 계량기(smart metering) 및 소비자 장치(consumer device)의 자동화된 서비스(automated service) 등을 포함할 수 있다. M2M 어플리케이션의 요구 사항은 초저전력 소모(very lower power consumption), 많은 수의 장치 단말(larger numbers of devices), 짧은 버스트 전송(short burst transmission), 장치의 변경 검출 및 보고(device tampering detection and reporting) 향상된 장치 인증(improved device authentication) 등을 포함할 수 있다.
레인징은 단말과 기지국 간의 RF 통신의 품질을 유지하기 위한 일련의 과정을 의미한다. 레인징에 의하여 정확한 타이밍 오프셋(timing offset), 주파수 오프셋(frequency offset)및 전력 조정(power adjustment)값을 얻을 수 있으며, 단말의 전송이 기지국과 정렬(aligned)될 수 있다. 복수의 M2M 장치는 서로 경쟁 기반(contention-based) 레인징을 수행할 수 있으며, 레인징 시도 중 M2M 장치끼리 충돌이 발생할 수도 있다. 충돌에 의하여 레인징을 수행하지 못하는 것을 피하기 위하여 각 M2M 장치는 미리 지정된 횟수만큼 레인징을 시도할 수 있다.
M2M 장치의 효율적인 레인징 방법이 제안될 수 있다.
본 발명의 기술적 과제는 무선 통신 시스템에서 레인징 방법 및 장치를 제공하는 데에 있다.
일 양태에 있어서, 무선 통신 시스템에서 M2M(Machine-to-Machine) 장치에 의한 레인징(ranging) 방법이 제공된다. 상기 레인징 방법은 초기 확률값(probability value)을 기지국으로부터 수신하고, 최대로 접속 재시도 값(access retries value)만큼 반복하여 상기 임의값을 생성하고, 상기 임의값이 생성될 때마다 상기 임의값과 상기 초기 확률값을 기반으로 하는 확률값을 비교하여 상기 생성된 임의값이 상기 확률값보다 작은 경우, 기지국으로 레인징을 수행하는 것을 포함한다.
상기 임의값의 생성될 때마다 접속 재시도 횟수가 1씩 증가할 수 있다.
상기 레인징 방법은 상기 접속 재시도 횟수가 상기 접속 재시도 값과 같아지는 경우, 상기 기지국으로 레인징을 수행하는 것을 더 포함할 수 있다.
상기 초기 확률값은 UCD(Uplink Channel Descriptor) 메시지 또는 SFH(Superframe Header)를 통해 수신될 수 있다.
상기 접속 재시도 값은 M2M 장치 별로 또는 서비스 플로우(SF; Service Flow) 별로 할당될 수 있다.
상기 임의값은 임의값 생성 범위 내에서 생성되며, 상기 임의값이 생성될 때마다 상기 임의값 생성 범위가 변화할 수 있다.
상기 임의값이 생성될 때마다 상기 임의값 생성 범위가 작아질 수 있다.
상기 확률값은 상기 초기 확률값에 접속 재시도 횟수에 따른 스케일링 인자(scaling factor)를 곱한 것일 수 있다.
상기 접속 재시도 횟수에 따른 스케일링 인자는 기지국으로부터 브로드캐스트(broadcast) 될 수 있다.
상기 레인지 방법은 상기 임의값을 생성할 때마다 레인징 수행을 위한 레인징 창(ranging window)을 결정하는 것을 더 포함할 수 있다.
상기 임의값이 생성될 때마다 결정되는 레인징 창의 크기는 동일할 수 있다.
다른 양태에 있어서, 무선 통신 시스템에서 M2M 장치가 제공된다. 상기 M2M 장치는 무선 신호를 송신 또는 수신하는 RF(Radio Frequency)부, 및 상기 RF부와 연결되는 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는 초기 확률값(probability value)을 기지국으로부터 수신하고, 최대로 접속 재시도 값(access retries value)만큼 반복하여 상기 임의값을 생성하고, 상기 임의값이 생성될 때마다 상기 임의값과 상기 초기 확률값을 기반으로 하는 확률값을 비교하여 상기 생성된 임의값이 상기 확률값보다 작은 경우, 기지국으로 레인징을 수행하도록 된다.
M2M(Machine-to-Machine) 장치가 레인징을 시도할 때 실패하여 지나치게 지연되는 것을 방지한다.
도 1은 무선 통신 시스템을 나타낸다.
도 2 및 도 3은 M2M(Machine-to-Machine) 통신을 지원하는 IEEE 802.16의 시스템 구조(system architecture)의 일 예를 나타낸다.
도 4는 IEEE 802.16e의 프레임 구조의 일 예를 나타낸다.
도 5는 IEEE 802.16m의 프레임 구조의 일 예를 나타낸다.
도 6은 IEEE 802.16e의 레인징 과정의 일 예를 나타낸다.
도 7은 IEEE 802.1m의 레인징 과정의 일 예를 나타낸다.
도 8은 M2M 장치의 레인징 방법의 일 실시예를 나타낸다.
도 9는 제안된 레인징 방법의 일 실시예를 나타낸다.
도 10은 제안된 레인징 방법의 또 다른 실시예를 나타낸다.
도 11은 제안된 레인징 방법에서 접속 재시도 횟수가 증가함에 따라 설정되는 레인징 창(ranging window) 구간을 나타낸다.
도 12는 본 발명의 실시예가 구현되는 무선 통신 시스템의 블록도이다.
이하의 기술은 CDMA(Code Division Multiple Access), FDMA(Frequency Division Multiple Access), TDMA(Time Division Multiple Access), OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access), SC-FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access) 등과 같은 다양한 무선 통신 시스템에 사용될 수 있다. CDMA는 UTRA(Universal Terrestrial Radio Access)나 CDMA2000과 같은 무선 기술(radio technology)로 구현될 수 있다. TDMA는 GSM(Global System for Mobile communications)/GPRS(General Packet Radio Service)/EDGE(Enhanced Data Rates for GSM Evolution)와 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. OFDMA는 IEEE 802.11(Wi-Fi), IEEE 802.16(WiMAX), IEEE 802-20, E-UTRA(Evolved UTRA) 등과 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. IEEE 802.16m은 IEEE 802.16e의 진화로, IEEE 802.16e에 기반한 시스템과의 하위 호환성(backward compatibility)를 제공한다. UTRA는 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)의 일부이다. 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(Long Term Evolution)은 E-UTRA(Evolved-UMTS Terrestrial Radio Access)를 사용하는 E-UMTS(Evolved UMTS)의 일부로써, 하향링크에서 OFDMA를 채용하고 상향링크에서 SC-FDMA를 채용한다. LTE-A(Advanced)는 3GPP LTE의 진화이다.
설명을 명확하게 하기 위해, IEEE 802.16m을 위주로 기술하지만 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1은 무선 통신 시스템을 나타낸다.
무선 통신 시스템(10)은 적어도 하나의 기지국(11; Base Station, BS)을 포함한다. 각 기지국(11)은 특정한 지리적 영역(일반적으로 셀이라고 함)(15a, 15b, 15c)에 대해 통신 서비스를 제공한다. 셀은 다시 다수의 영역(섹터라고 함)으로 나누어질 수 있다. 단말(12; User Equipment, UE은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, MS(Mobile Station), MT(Mobile Terminal), UT(User Terminal), SS(Subscriber Station), 무선기기(wireless device), PDA(Personal Digital Assistant), 무선 모뎀(wireless modem), 휴대기기(handheld device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 기지국(11)은 일반적으로 단말(12)과 통신하는 고정된 지점(fixed station)을 말하며, eNB(evolved-NodeB), BTS(Base Transceiver System), 액세스 포인트(Access Point) 등 다른 용어로 불릴 수 있다.
단말은 하나의 셀에 속하는데, 단말이 속한 셀을 서빙 셀(serving cell)이라 한다. 서빙 셀에 대해 통신 서비스를 제공하는 기지국을 서빙 기지국(serving BS)이라 한다. 무선통신 시스템은 셀룰러 시스템(cellular system)이므로, 서빙 셀에 인접하는 다른 셀이 존재한다. 서빙 셀에 인접하는 다른 셀을 인접 셀(neighbor cell)이라 한다. 인접 셀에 대해 통신 서비스를 제공하는 기지국을 인접 기지국(neighbor BS)이라 한다. 서빙 셀 및 인접 셀은 단말을 기준으로 상대적으로 결정된다.
이 기술은 하향링크(downlink) 또는 상향링크(uplink)에 사용될 수 있다. 일반적으로 하향링크는 기지국(11)에서 단말(12)로의 통신을 의미하며, 상향링크는 단말(12)에서 기지국(11)으로의 통신을 의미한다. 하향링크에서 송신기는 기지국(11)의 일부분이고, 수신기는 단말(12)의 일부분일 수 있다. 상향링크에서 송신기는 단말(12)의 일부분이고, 수신기는 기지국(11)의 일부분일 수 있다.
도 2 및 도 3은 M2M(Machine-to-Machine) 통신을 지원하는 IEEE 802.16의 시스템 구조(system architecture)의 일 예를 나타낸다.
도 2는 기본 M2M 서비스 시스템 구조를 나타낸다. 기본 M2M 서비스 시스템 구조(20)는 이동 네트워크 오퍼레이터(MNO; Mobile Network Operator, 21), M2M 서비스 소비자(service consumer, 24), 적어도 하나의 IEEE 802.16 M2M 장치(이하, 802.16 M2M 장치, 28), 적어도 하나의 비 IEEE 802.16 M2M 장치(29)를 포함한다. MNO(21)는 접속 서비스 네트워크(ASN; Access Service Network)와 연결 서비스 네트워크(CSN; Connectivity Service Network)를 포함한다. 802.16 M2M 장치(28)는 M2M 기능(functionality)을 가진 IEEE 802.16 단말이다. M2M 서버(23)는 하나 이상의 802.16 M2M 장치(28)와 통신하는 개체(entity)이다. M2M 서버(23)는 M2M 서비스 소비자(24)가 접속할 수 있는 인터페이스(interface)를 가진다. M2M 서비스 소비자(24)는 M2M 서비스의 사용자이다. M2M 서버(23)는 연결 서비스 네트워크(CSN; Connectivity Service Network) 내부 또는 외부에 있을 수 있으며, 하나 이상의 802.16 M2M 장치(28)에 특정 M2M 서비스를 제공할 수 있다. ASN은 IEEE 802.16 기지국(22)를 포함할 수 있다. M2M 어플리케이션(application)은 802.16 M2M 장치(28) 및 M2M 서버(23)를 기반으로 운영된다.
기본 M2M 서비스 시스템 구조(20)는 하나 이상의 802.16 M2M 장치들과 M2M 서버 간의 M2M 통신 또는 802.16 M2M 장치들과 IEEE 802.16 기지국 간의 점대다(point-to-multipoint) 통신의 2가지 종류의 M2M 통신을 지원한다. 도 2의 기본 M2M 서비스 시스템 구조는 802.16 M2M 장치가 비 IEEE 802.16 M2M 장치를 위한 집합점(aggregation point)으로 동작하는 것을 허용한다. 비 IEEE 802.16 M2M 장치는 IEEE 802.11, IEEE 802.15 또는 PLC 등의 IEEE 802.16과 다른 무선 인터페이스를 사용한다. 이때 비 IEEE 802.16 M2M 장치의 IEEE 802.16으로의 무선 인터페이스의 변경은 허용되지 않는다.
도 3은 향상된(advanced) M2M 서비스 시스템 구조를 나타낸다. 향상된 M2M 서비스 시스템 구조에서도 마찬가지로 802.16 M2M 장치가 비 IEEE 802.16 M2M 장치를 위한 집합점으로 동작할 수 있으며, 또한, 802.16 M2M 장치를 위한 집합점으로 동작할 수도 있다. 이때 802.16 M2M 장치 및 비 802.16 M2M 장치를 위한 집합 기능을 수행하기 위하여, 무선 인터페이스가 IEEE 802.16으로 변경될 수 있다. 또한 향상된 M2M 서비스 시스템 구조에서 802.16 M2M 장치들 간의 P2P(Peer-to-Peer) 연결이 지원될 수 있으며, 이때 P2P 연결은 IEEE 802.16 상으로 또는 IEEE 802.11, IEEE 802.15 또는 PLC 등의 다른 무선 인터페이스 상으로 연결될 수 있다.
이하, IEEE 802.16e 및 IEEE 802.16m의 프레임 구조를 설명한다.
도 4는 IEEE 802.16e의 프레임 구조의 일 예를 나타낸다.
도 4는 IEEE 802.16e에서의 TDD(Time Division Duplex) 프레임 구조를 나타낸다. TDD 프레임은 DL 전송 주기(transmission period) 및 UL 전송 주기를 포함한다. 하향링크 전송 주기는 상향링크 전송 주기보다 시간적으로 앞선다. DL 전송 주기는 프리앰블(preamble), FCH(Frame Control Header), DL-MAP, UL-MAP, DL 버스트(burst) 영역을 포함한다. UL 전송 주기는 레인징 서브채널(subchannel), UL 버스트 영역을 포함한다. DL 전송 주기와 UL 전송 주기를 구분하기 위한 보호 시간(guard time)이 프레임의 중간 부분(DL 전송 주기와 UL 전송 주기 사이)과 마지막 부분(UL 전송 주기 다음)에 삽입된다. TTG(Transmit/Receive Transition Gap)는 DL 버스트와 계속되는(subsequent) UL 버스트 사이의 갭이다. RTG(Receive/Transmit Transition Gap)는 UL 버스트와 계속되는 DL 버스트 사이의 갭이다.
프리앰블은 기지국과 단말 간의 초기 동기, 셀 탐색, 주파수 오프셋 및 채널 추정에 사용된다. FCH는 DL-MAP 메시지의 길이와 DL-MAP의 코딩 방식(coding scheme) 정보를 포함한다. DL-MAP은 DL-MAP 메시지가 전송되는 영역이다. DL-MAP 메시지는 DL 채널에의 접속을 정의한다. 이는 DL-MAP 메시지는 DL 채널에 대한 지시 및/또는 제어 정보를 정의함을 의미한다. DL-MAP 메시지는 DCD(Downlink Channel Descriptor)의 구성 변화 카운트 및 기지국 ID(identifier)를 포함한다. DCD는 현재 맵에 적용되는 DL 버스트 프로파일(downlink burst profile)을 기술한다. DL 버스트 프로파일은 DL 물리 채널의 특성을 말하며, DCD는 DCD 메시지를 통해 주기적으로 기지국에 의해 전송된다. UL-MAP은 UL-MAP 메시지가 전송되는 영역이다. UL-MAP 메시지는 UL 채널에의 접속을 정의한다. 이는 UL-MAP 메시지는 UL 채널에 대한 지시 및/또는 제어 정보를 정의함을 의미한다. UL-MAP 메시지는 UCD(Uplink Channel Descriptor)의 구성 변화 카운트, UL-MAP에 의해 정의되는 UL 할당의 유효 시작 시각(allocation start time)을 포함한다. UCD는 UL 버스트 프로파일(uplink burst profile)을 기술한다. UL 버스트 프로파일은 UL 물리 채널의 특성을 말하며, UCD는 UCD 메시지를 통해 주기적으로 기지국에 의해 전송된다. DL 버스트는 기지국이 단말에게 보내는 데이터가 전송되는 영역이고, UL 버스트는 단말이 기지국에 보내는 데이터가 전송되는 영역이다. 패스트 피드백 영역은 프레임의 UL 버스트 영역에 포함된다. 패스트 피드백 영역은 기지국으로부터 빠른 응답(fast response)이 요구되는 정보의 전송을 위하여 사용된다. 패스트 피드백 영역은 CQI 전송을 위하여 사용될 수 있다. 패스트 피드백 영역의 위치는 UL-MAP에 의해 결정된다. 패스트 피드백 영역의 위치는 프레임 내에서 고정된 위치일 수 있고, 변동되는 위치일 수 있다.
도 5는 IEEE 802.16m의 프레임 구조의 일 예를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 슈퍼프레임(SF; Superframe)은 슈퍼프레임 헤더(SFH; Superframe Header)와 4개의 프레임(frame, F0, F1, F2, F3)을 포함한다. 슈퍼프레임 내 각 프레임의 길이는 모두 동일할 수 있다. 각 슈퍼프레임의 크기는 20ms이고, 각 프레임의 크기는 5ms인 것으로 예시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 슈퍼프레임의 길이, 슈퍼프레임에 포함되는 프레임의 수, 프레임에 포함되는 서브프레임의 수 등은 다양하게 변경될 수 있다. 프레임에 포함되는 서브프레임의 수는 채널 대역폭(channel bandwidth), CP(Cyclic Prefix)의 길이에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
하나의 프레임은 다수의 서브프레임(subframe, SF0, SF1, SF2, SF3, SF4, SF5, SF6, SF7)을 포함한다. 각 서브프레임은 상향링크 또는 하향링크 전송을 위하여 사용될 수 있다. 하나의 서브프레임은 시간 영역(time domain)에서 복수의 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 심벌 또는 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)을 포함하고, 주파수 영역(frequency domain)에서 복수의 부반송파(subcarrier)를 포함한다. OFDM 심벌은 하나의 심벌 구간(symbol period)을 표현하기 위한 것으로, 다중 접속 방식에 따라 OFDMA 심벌, SC-FDMA 심벌 등 다른 명칭으로 불릴 수 있다. 서브프레임은 5, 6, 7 또는 9개의 OFDMA 심벌로 구성될 수 있으나, 이는 예시에 불과하며 서브프레임에 포함되는 OFDMA 심벌의 수는 제한되지 않는다. 서브프레임에 포함되는 OFDMA 심벌의 수는 채널 대역폭, CP의 길이에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 서브프레임이 포함하는 OFDMA 심벌의 수에 따라 서브프레임의 타입(type)이 정의될 수 있다. 예를 들어, 타입-1 서브프레임은 6 OFDMA 심벌, 타입-2 서브프레임은 7 OFDMA 심벌, 타입-3 서브프레임은 5 OFDMA 심벌, 타입-4 서브프레임은 9 OFDMA 심벌을 포함하는 것으로 정의될 수 있다. 하나의 프레임은 모두 동일한 타입의 서브프레임을 포함할 수 있다. 또는 하나의 프레임은 서로 다른 타입의 서브프레임을 포함할 수 있다. 즉, 하나의 프레임 내 각 서브프레임마다 포함하는 OFDMA 심벌의 개수는 모두 동일하거나, 각각 다를 수 있다. 또는, 하나의 프레임 내 적어도 하나의 서브프레임의 OFDMA 심벌의 개수는 상기 프레임 내 나머지 서브프레임의 OFDMA 심벌의 개수와 다를 수 있다.
프레임에는 TDD 방식 또는 FDD(Frequency Division Duplex) 방식이 적용될 수 있다. TDD 방식에서 각 서브프레임이 동일한 주파수에서 서로 다른 시간에 상향링크 전송 또는 하향링크 전송을 위해 사용된다. 즉, TDD 방식의 프레임 내의 서브프레임들은 시간 영역에서 상향링크 서브프레임과 하향링크 서브프레임으로 구분된다. FDD 방식에서 각 서브프레임이 동일한 시간의 서로 다른 주파수에서 상향링크 전송 또는 하향링크 전송을 위해 사용된다. 즉, FDD 방식의 프레임 내의 서브프레임들은 주파수 영역에서 상향링크 서브프레임과 하향링크 서브프레임으로 구분된다. 상향링크 전송과 하향링크 전송은 서로 다른 주파수 대역을 차지하고, 동시에 이루어질 수 있다.
SFH는 필수 시스템 파라미터(essential system parameter) 및 시스템 설정 정보(system configuration information)를 나를 수 있다. SFH는 슈퍼프레임 내 첫 번째 서브프레임 안에 위치할 수 있다. SFH는 상기 첫 번째 서브프레임의 마지막 5개의 OFDMA 심벌을 차지할 수 있다. 슈퍼프레임 헤더는 1차 SFH(P-SFH; primary-SFH) 및 2차 SFH(S-SFH; secondary-SFH)로 분류될 수 있다. P-SFH는 매 슈퍼프레임마다 전송될 수 있다. S-SFH로 전송되는 정보는 S-SFH SP1, S-SFH SP2, S-SFH SP3의 3개의 서브패킷(sub-packet)으로 나뉠 수 있다. 각 서브패킷은 서로 다른 주기를 가지고 주기적으로 전송될 수 있다. S-SFH SP1, S-SFH SP2 및 S-SFH SP3을 통해 전송되는 정보의 중요도는 서로 다를 수 있으며, S-SFH SP1이 가장 짧은 주기로, S-SFH SP3이 가장 긴 주기로 전송될 수 있다. S-SFH SP1은 네트워크 재진입(network re-entry)에 관한 정보를 포함하며, S-SFH SP1의 전송 주기는 40 ms일 수 있다. S-SFH SP2는 초기 네트워크 진입(initial network entry) 및 네트워크 탐색(network discovery)에 관한 정보를 포함하며, S-SFH SP2의 전송 주기는 80 ms일 수 있다. S-SFH SP3는 나머지 중요한 시스템 정보를 포함하며, S-SFH SP3의 전송 주기는 160 ms 또는 320 ms 중 어느 하나일 수 있다..
하나의 OFDMA 심벌은 복수의 부반송파를 포함하고, FFT 크기에 따라 부반송파의 개수가 결정된다. 몇 가지 유형의 부반송파가 있다. 부반송파의 유형은 데이터 전송을 위한 데이터 부반송파, 다양한 측정(estimation)을 위한 파일롯 부반송파, 가드 밴드(guard band) 및 DC 캐리어를 위한 널 캐리어로 나뉠 수 있다. OFDMA 심벌을 특징짓는 파라미터는 BW, Nused, n, G 등이다. BW는 명목상의 채널 대역폭(nominal channel bandwidth)이다. Nused는 (DC 부반송파를 포함하는) 사용되는 부반송파의 개수이다. n은 샘플링 인자이다. 이 파라미터는 BW 및 Nused와 결합하여 부반송파 스페이싱(spacing) 및 유효 심벌 시간(useful symbol time)을 결정한다. G는 CP 시간과 유효 시간(useful time)의 비율이다.
아래 표 1은 OFDMA 파라미터를 나타낸다. 표 1의 OFDMA 파라미터는 도 4의 802.16e의 프레임 구조에도 동일하게 사용될 수 있다.
Channel bandwidth, BW(MHz) 5 7 8.75 10 20
Sampling factor, n 28/25 8/7 8/7 28/25 28/25
Sampling frequency, Fs(MHz) 5.6 8 10 11.2 22.4
FFT size, NFFT 512 1024 1024 1024 2048
Subcarrier spacing, Δf(kHz) 10.94 7.81 9.77 10.94 10.94
Useful symbol time, Tb(μs) 91.4 128 102.4 91.4 91.4
G=1/8 Symbol time, Ts(μs) 102.857 144 115.2 102.857 102.857
FDD Number of
ODFMA symbols
per 5ms frame		 48 34 43 48 48
Idle time(μs) 62.857 104 46.40 62.857 62.857
TDD Number of
ODFMA symbols
per 5ms frame		 47 33 42 47 47
TTG+RTG(μs) 165.714 248 161.6 165.714 165.714
G=1/16 Symbol time, Ts(μs) 97.143 136 108.8 97.143 97.143
FDD Number of
ODFMA symbols
per 5ms frame		 51 36 45 51 51
Idle time(μs) 45.71 104 104 45.71 45.71
TDD Number of
ODFMA symbols
per 5ms frame		 50 35 44 50 50
TTG+RTG(μs) 142.853 240 212.8 142.853 142.853
G=1/4 Symbol time, Ts(μs) 114.286 160 128 114.286 114.286
FDD Number of
ODFMA symbols
per 5ms frame		 43 31 39 43 43
Idle time(μs) 85.694 40 8 85.694 85.694
TDD Number of
ODFMA symbols
per 5ms frame		 42 30 38 42 42
TTG+RTG(μs) 199.98 200 136 199.98 199.98
Number of Guard subcarriers Left 40 80 80 80 160
Right 39 79 79 79 159
Number of used subcarriers 433 865 865 865 1729
Number of PRU in type-1 subframe 24 48 48 48 96
표 1에서, NFFT는 Nused보다 큰 수 중에서 가장 작은 2n 가운데 가장 작은 파워(Smallest power of two greater than Nused)이고, 샘플링 인자 Fs=floor(n·BW/8000)×8000이며, 부반송파 스페이싱 Δf=Fs/NFFT이고, 유효 심벌 시간 Tb=1/Δf이며, CP 시간 Tg=G·Tb이고, OFDMA 심벌 시간 Ts=Tb+Tg이며, 샘플링 시간은 Tb/NFFT이다.
이하, 레인징(ranging)에 대해서 설명한다. 레인징은 단말과 기지국 간의 RF 통신의 품질을 유지하기 위한 일련의 과정을 의미한다. 레인징에 의하여 정확한 타이밍 오프셋(timing offset), 주파수 오프셋(frequency offset)및 전력 조정(power adjustment)값을 얻을 수 있으며, 단말의 전송이 기지국과 정렬(aligned)될 수 있다.
도 6은 IEEE 802.16e의 레인징 과정의 일 예를 나타낸다.
단계 S100에서 단말은 기지국으로부터 UCD 메시지를 수신한다. 시스템에서 레인징 서브채널과 특정 의사잡음 코드(special pseudonoise)들의 집합이 정의될 수 있다. 상기 UCD 메시지 내에 상기 특정 의사잡음 코드들의 부집합(subset)이 초기 초기 레인징(initial ranging), 주기적 레인징(periodic ranging) 또는 대역폭 요청(BR; Bandwidth Request)을 위하여 할당될 수 있다. 기지국은 코드들이 속해있는 부집합에 따라 코드들의 목적을 결정할 수 있다. 본 실시예에서는 초기 레인징을 위한 코드들의 부집합이 UCD 메시지 내에 할당될 수 있다.
단계 S110에서 단말은 적절한 부집합 내의 레인징 코드들 중 하나를 동일한 확률(equal probability)로 선택한다. 또한, 단말은 상향링크 서브프레임 상의 사용 가능한 레인징 슬롯(ranging slot)들 중 동일 확률로 하나의 레인징 슬롯을 서택한다. 하나의 레인징 슬롯을 선택함에 있어 단말은 임의 선택(random selection) 또는 임의 백오프(random backoff)를 사용할 수 있다. 임의 선택이 사용되는 경우, 단말은 균일 임의 과정(uniform random process)를 통해 하나의 프레임 내에서 사용 가능한 모든 슬롯 중 하나의 레인징 슬롯을 선택한다. 임의 백오프가 사용되는 경우, 단말은 균일 임의 과정을 통해 대응되는 백오프 창(backoff window) 내에서 사용 가능한 모든 슬롯 중 하나의 레인징 슬롯을 선택한다. 단계 S120에서 단말은 상기 선택된 레인징 코드를 상기 선택된 레인징 슬롯을 통해 기지국으로 전송한다.
단계 S130에서 기지국은 레인징 코드를 성공적으로 수신했다는 것을 알리기 위하여, 수신한 레인징 코드와 이를 수신한 레인징 슬롯을 포함하는 레인징 응답 메시지(ranging response message)를 브로드캐스트(broadcast)한다. 기지국은 어떤 단말이 레인징 코드를 전송하였는지 알지 못한다. 레인징 응답 메시지에 의해 레인징 코드를 전송한 단말은 자신이 전송한 레인징 코드에 대응되는 레인징 응답 메시지를 확인할 수 있다.
단계 S140에서 기지국은 단말에 CDMA 할당(allocation) IE(Information Element)를 전송한다. 기지국은 상기 CDMA 할당 IE에 의하여 단말이 레인징 요청 메시지(ranging request message)를 전송할 대역폭을 제공할 수 있다. 단계 S150에서 단말은 레인징 요청 메시지를 기지국에 전송한다. 단계 S160에서 기지국은 레인징 응답 메시지를 단말에 전송하며, 이에 따라 레인징 과정이 종료된다.
한편, 도 6의 레인징 과정에서 경쟁 레인징 재시도(contention ranging retries) 횟수가 정의될 수 있다. 단말이 단계 S130 또는 단계 S160에서 레인징 응답 메시지를 수신하기 위하여 대기하는 동안 또는 단계 S140 에서 CDMA 할당 IE를 수신하기 위하여 대기하는 동안 타이머가 동작할 수 있다. 타이머는 단말이 전송한 레인징 코드가 다른 단말이 전송한 레인징 코드와 충돌하거나 기지국으로부터 정확하게 수신되지 못하는 경우 만료될 수 있다. 타이머가 만료되는 경우 경쟁 레인징 재시도 횟수가 1씩 증가하며, 단말은 다시 단계 S100부터 레인징 과정을 수행한다. 계속 레인징에 실패하여 경쟁 레인징 재시도 횟수가 미리 지정된 일정한 값에 도달하는 경우, 단말은 새로운 채널을 검색한다.
또한, 상기 UCD 메시지는 기지국에 의해서 일정한 주기로 전송될 수 있다. UCD 메시지는 구성 변화 카운트(configuration change count)를 포함할 수 있으며, UCD 메시지가 변화하지 않는 이상 UCD 메시지 내의 구성 변화 카운트도 변화하지 않는다. 주어진 구성 변화 카운트를 가진 UCD 메시지 내에 정의된 버스트 프로파일을 사용하여 전송 또는 수신을 할당하는 UL-MAP 메시지는 대응되는 UCD 메시지 내의 구성 변화 카운트와 동일한 UCD 카운트 값을 가진다. UCD 메시지 내의 구성 변화 카운트는 채널 기술자(channel descriptor), 즉 버스트 프로파일의 집합이 새롭게 생성될 때마다 1 modulo 256만큼 증가된다.
도 7은 IEEE 802.1m의 레인징 과정의 일 예를 나타낸다.
단계 S200에서 단말은 기지국으로부터 SFH를 수신한다. 단말은 SFH를 통해 초기 네트워크 진입을 위한 DL 및 UL 파라미터를 포함하는 시스템 정보를 얻을 수 있다.
단계 S210에서 단말은 임의 백오프를 사용하여 하나의 레인징 채널을 선택한다. 이때 단말은 균일 임의 과정을 통해 대응되는 백오프 창 내에서 사용 가능한 모든 레인징 채널 중 하나의 레인징 채널을 선택한다. 단계 S220에서 단말은 균일 임의 과정을 통해 레인징 프리앰블 코드를 선택한다. 단계 S230에서 단말은 선택된 레인징 프리앰블 코드를 선택된 레인징 채널을 통해 기지국으로 전송한다.
단계 S240에서 기지국은 적어도 하나의 레인징 프리앰블 코드가 검출된 경우 레인징 ACK(Acknowledgement) 메시지를 전송한다. 레인징 ACK 메시지는 프레임 내의 모든 레인징 기회(ranging opportunity)에 데해서 성공적으로 수신되고 검출된 레인징 프리앰블 코드들에 대한 응답을 제공한다. 레인징 ACK 메시지는 ‘계속’(continue), ‘성공’(success) 및 ‘실패’(abort)의 3가지 레인징 상태 응답(ranging status response)을 포함한다. 상기 레인징 상태 응답이 ‘계속’인 경우 단말은 레인징 ACK 메시지에 따라 파라미터를 조정하고 레인징 과정을 계속 수행한다. 상기 레인징 상태 응답이 ‘실패’인 경우 단말은 레인징 실패 타이머(abort timer)를 동작시키고, 상기 레인징 실패 타이머가 만료될 때까지 레인징 과정을 수행하지 않는다.
단계 S250에서 기지국은 단말에 CDMA 할당 A-MAP IE를 전송한다. 기지국은 상기 CDMA 할당 A-MAP IE에 의하여 단말이 레인징 요청 메시지를 전송할 대역폭을 제공할 수 있다. 단계 S260에서 단말은 레인징 요청 메시지를 기지국에 전송한다. 단계 S270에서 기지국은 레인징 응답 메시지를 단말에 전송하며, 이에 따라 레인징 과정이 종료된다.
도 6의 레인징 과정과 마찬가지로 도 7의 레인징 과정에서도 레인징 재시도 횟수가 정의될 수 있다. 단말이 단계 S240의 레인징 ACK 메시지 또는 단계 S250의 CDMA 할당 A-MAP IE 또는 단계 S270의 레인징 응답 메시지를 수신하기 위하여 대기하는 동안 타이머가 동작할 수 있다. 타이머가 만료될 때까지 레인징 ACK 메시지, CDMA 할당 A-MAP IE 또는 레인징 응답 메시지를 수신하지 못하는 경우, 단말은 다시 처음부터 레인징 과정을 수행하며, 이때 레인징 재시도 횟수가 1만큼 증가한다. 계속 레인징에 실패하여 레인징 재시도 횟수가 미리 지정된 일정한 값에 도달하는 경우, 단말은 하향링크 물리 계층 동기화(DL PHY synchronization)를 재시도한다.
또한, SFH가 전송되는 경우 P-SFH는 S-SFH 스케줄링 정보, S-SFH 변화 카운트(change count), S-SFH 서브패킷(SP; subpacket) 변화 비트맵(change bitmap) 및 S-SFH 적용 홀드 지시자(application hold indicator)를 포함한다. S-SFH SP IE 내의 값들이 변화하지 않는 이상 S-SFH 변화 카운트는 변화하지 않는다. S-SFH 변화 카운트는 슈퍼프레임 번호(SFN; Superframe Number)를 S-SFH 변화 사이클(change cycle)로 나눈 나머지가 0인 특정 슈퍼프레임 내에서만 변화할 수 있다. S-SFH 변화 사이클은 S-SFH IE SP3에 의해서 지시될 수 있다. 변화된 S-SFH 변화 사이클은 다음 조건을 만족하는 슈퍼프레임까지 유지된다. S-SFH 변화 카운트는 S-SFH IE 내의 값이 변화할 때마다 1 modulo 16만큼 증가한다. S-SFH SP 변화 비트맵은 S-SFH 변화 카운트와 결합하여 대응되는 S-SFH SP IE의 상태 변화를 지시한다. S-SFH SP 변화 비트맵은 3비트일 수 있으며, 첫 번째 비트(LSB; Least Significant Bit)는 S-SFH SP1 IE, 두 번째 비트는 S-SFH SP2 IE, 세 번째 비트(MSB; Most Significant Bit)는 S-SFH SP3 IE에 각각 맵핑된다. S-SFH SP IE 내의 어떤 값이 변화한 경우, S-SFH SP 변화 비트맵 내에서 변화된 S-SFH SP IE에 대응되는 비트의 값이 1로 설정된다. S-SFH 변화 카운트가 변화한 경우에만 S-SFH SP 변화 비트맵의 값이 변할 수 있다.
도 8은 M2M 장치의 레인징 방법의 일 실시예를 나타낸다.
단계 S300에서 기지국은 M2M 장치로 UCD 메시지 또는 SFH를 전송한다. UCD 메시지 또는 SFH는 브로드캐스트될 수 있다. 기지국이 IEEE 802.16e에서 동작하는 경우 UCD 메시지, IEEE 802.16m에서 동작하는 경우 SFH를 전송한다. UCD 메시지 또는 SFH는 미리 지정된 확률값(probability value)을 포함한다. 상기 확률값은 기지국에 의해서 결정될 수 있으며, 상황에 따라서 변경될 수 있다. 확률값이 변경될 때 UCD 메시지 내의 구성 변화 카운트가 변화하거나 P-SFH 내의 S-SFH 변화 카운트, S-SFH SP 변화 비트맵 및 S-SFH 변화 사이클의 변화함으로써 변경될 확률값을 다시 M2M 장치에 알릴 수 있다.
단계 S310에서 M2M 장치는 임의값을 생성한다. 단계 S320에서 M2M 장치는 상기 생성된 임의값이 상기 수신된 확률값보다 작은지 여부를 비교한다. 상기 임의값은 미리 지정된 특정 범위 내에서 생성될 수 있다. 상기 생성된 임의값이 상기 수신된 확률값보다 작은 경우, M2M 장치는 기지국으로 레인징을 시도한다. 상기 생성된 임의값이 상기 수신된 확률값보다 큰 경우, M2M 장치는 단계 S330에서 경쟁 레인징 재시도 횟수를 1만큼 증가시키고, 백오프 창의 크기를 증가시킨다. 이때 백오프 창의 크기는 2배 증가할 수 있다.
단계 S340에서 M2M 장치는 다시 임의값을 생성한다. 단계 S350에서 M2M 장치는 이를 수신된 확률값과 비교하여 레인징 시도가 가능한지 여부를 판단한다. 상기 생성된 임의값이 상기 수신된 확률값보다 작은 경우, M2M 장치는 기지국으로 레인징을 시도한다. 상기 생성된 임의값이 상기 수신된 확률값보다 큰 경우, M2M 장치는 단계 S360에서 다시 경쟁 레인징 재시도 횟수를 1만큼 증가시키고, 백오프 창의 크기를 증가시킨다.
이와 같이 수신된 확률값과 생성된 임의값을 단순 비교하여 레인징 시도를 판단하는 경우, M2M 장치가 임의로 생성한 임의값이 계속 확률값보다 큰 경우 해당 M2M 장치는 레인징 시도조차 하지 못하여 지연이 발생하는 문제점이 발생할 수 있다. 이에 따라 이러한 문제점을 해결하기 위한 M2M 장치의 레인징 방법이 요구된다.
이하, 실시예를 통해 제안된 레인징 방법을 설명하도록 한다.
임의값이 확률값보다 계속 큰 경우 M2M 장치가 계속하여 레인징 시도를 하지 못하는 것을 막기 위하여, 접속 재시도(access retries) 값이 정의될 수 있다. M2M 장치는 생성된 임의값이 확률값보다 커서 레인징을 시도하지 못하는 경우 지정된 접속 재시도 값만큼 임의값을 다시 생성할 수 있고, 지정된 접속 재시도 값 내에 레인징을 시도하지 못한 경우, 기지국으로 일반적인 레인징을 시도한다. 즉, 지나치게 많은 시간 동안 레인징을 시도하지 못한 M2M 장치에 대하여 레인징 시도의 기회를 주기 위함이다. 상기 접속 재시도 값은 모든 M2M 장치에 대하여 기지국에 의하여 시스템 파라미터(system parameter)로 정의된 값일 수 있고, 또는 M2M 장치별 또는 서비스 플로우(service flow) 별로 특정하게 할당된 값일 수 있다. 접속 재시도 값이 M2M 장치 별로 또는 서비스 플로우 별로 할당되는 경우, SBC(Subscriber Basic Capability) 또는 DSx(Dynamic Service) 절차를 통해 할당될 수 있다.
도 9는 제안된 레인징 방법의 일 실시예를 나타낸다. 도 8에서 접속 재시도 값은 3으로 가정한다.
단계 S400에서 기지국은 M2M 장치로 확률값을 포함하는 UCD 메시지 또는 SFH를 전송한다. UCD 메시지 또는 SFH는 브로드캐스트 될 수 있다.
단계 S410에서 M2M 장치는 임의값을 생성한다. 단계 S420에서 M2M 장치는 M2M 장치는 상기 생성된 임의값이 상기 수신된 확률값보다 작은지 여부를 비교한다. 상기 생성된 임의값이 상기 수신된 확률값보다 작은 경우, M2M 장치는 기지국으로 레인징을 시도한다.
상기 생성된 임의값이 상기 수신된 확률값보다 큰 경우, M2M 장치는 단계 S430에서 다시 임의값을 생성한다. 이때 접속 재시도 횟수가 증가한다. 단계 S440에서 M2M 장치는 M2M 장치는 상기 새롭게 생성된 임의값이 상기 수신된 확률값보다 작은지 여부를 비교한다. 상기 생성된 임의값이 상기 수신된 확률값보다 작은 경우, M2M 장치는 기지국으로 레인징을 시도한다. 이때 백오프 창의 크기는 최초에 설정된 백오프 창의 크기와 동일하다.
상기 생성된 임의값이 상기 수신된 확률값보다 큰 경우, M2M 장치는 단계 S450에서 다시 임의값을 생성한다. 이때 접속 재시도 횟수가 증가한다. 단계 S460에서 M2M 장치는 M2M 장치는 상기 새롭게 생성된 임의값이 상기 수신된 확률값보다 작은지 여부를 비교한다. 상기 생성된 임의값이 상기 수신된 확률값보다 작은 경우, M2M 장치는 기지국으로 레인징을 시도한다. 이때 백오프 창의 크기는 최초에 설정된 백오프 창의 크기와 동일하다.
상기 생성된 임의값이 상기 수신된 확률값보다 큰 경우, 이미 임의값이 3번 생성되었으므로, 지정된 접속 재시도 값에 따라 M2M 장치는 일반적인 레인징을 수행한다. 이때 백오프 창의 크기는 최초에 설정된 백오프 창의 크기와 동일하다. 즉, 임의값이 계속하여 생성되는 동안 최초 백오프 창의 크기는 변화하지 않는다. 레인징 시도에 따른 응답을 기지국으로부터 수신하지 못한 경우, M2M 장치는 단계 S470에서 경쟁 레인징 재시도 횟수를 증가시킨다.
임의값은 확률값을 기반으로 가중(weighted)되어 생성될 수 있다. 즉, 임의값을 확률값을 기반으로 생성함으로써, 임의값이 계속하여 생성될 때마다 M2M 장치의 레인징 시도 기회의 확률을 높일 수 있다.
예를 들어 M2M 장치가 레인징 기회를 선택한 후 임의값을 생성하는 데에 있어 초기 임의값 생성 범위를 [0, 15]로 가정한다. 기지국으로부터 수신한 확률값은 8로 가정한다. M2M 장치가 생성한 임의값이 8보다 작을 경우 M2M 장치는 레인징을 시도할 수 있으며, 임의값이 8보다 큰 경우 M2M 장치는 접속 재시도 횟수를 1씩 증가시키고 임의값을 다시 생성한다. 이때 레인징 시도 기회를 놓친 M2M 장치의 레인징 시도 확률을 높이기 위하여 접속 재시도 횟수가 증가할 때마다 임의값 생성 범위가 감소할 수 있다. 표 2는 접속 재시도 횟수가 증가할 때마다 임의값 생성 범위가 감소하는 것을 나타낸다.
접속 재시도 횟수 임의값 생성 범위 확률값
제1 시도 [0, 15] 8
제2 시도 [0, 12] 8
제3 시도 [0, 10] 8
표 2를 참조하면, 접속 재시도 횟수가 증가함에 따라 확률값에는 변화가 없으나 임의값 생성 범위가 감소한다. 이에 따라 재시도 횟수가 증가할수록 M2M 장치가 생성한 임의값이 확률값보다 작을 확률이 높아지며, M2M 장치의 레인징 시도 기회의 확률이 높아진다. 임의값 생성 범위에 대한 정보는 시스템 파라미터로 미리 정의될 수 있다.
또는, 접속 재시도 횟수가 증가할 때마다 M2M 장치가 수신한 확률값에 특정 스케일링 인자(scaling factor)가 곱해진 값이 새로운 확률값이 될 수 있다. 이에 따라 M2M 장치가 생성한 임의값이 새로운 확률값보다 작아질 확률이 높아지며, M2M 장치의 레인징 시도 기회의 확률 또한 높아지게 된다. 표 3은 접속 재시도 횟수가 증가할 생성될 때마다 스케일링 인자가 곱해진 확률값이 사용되는 경우를 나타낸다.
접속 재시도 횟수 임의값 생성 범위 확률값
제1 시도 [0, 15] 8
제2 시도 [0, 15] 10(8*스케일링 인자)
제3 시도 [0, 15] 12(8*스케일링 인자)
표 3을 참조하면, 접속 재시도 횟수가 증가함에 따라 초기 확률값에 스케일링 인자가 곱해지면서 확률값이 증가한다. 이에 따라 M2M 장치의 레인징 시도 기회의 확률이 증가한다. 위와 같은 접속 재시도 횟수와 스케일링 인자가 곱해진 확률값에 대한 맵핑 정보가 시스템 파라미터로 미리 정의될 수 있고, 또는 초기 확률값과 접속 재시도 횟수에 따른 스케일링 인자만이 기지국으로부터 시그널링 될 수도 있다. 또는, 접속 재시도 횟수에 따른 확률값은 M2M 장치의 서비스 클래스(service class)에 따라 변경될 수 있다.
도 10은 제안된 레인징 방법의 또 다른 실시예를 나타낸다.
단계 S500에서 M2M 장치는 초기 확률값을 기지국으로부터 수신한다. 단계 S510에서 M2M 장치는 최대로 접속 재시도 값만큼 반복하여 상기 임의값을 생성한다. 상기 임의값의 생성될 때마다 접속 재시도 횟수가 1씩 증가한다. 단계 S520에서 M2M 장치는 상기 임의값이 생성될 때마다 상기 임의값과 상기 초기 확률값을 기반으로 하는 확률값을 비교하여 상기 생성된 임의값이 상기 확률값보다 작은 경우, 기지국으로 레인징을 수행한다.
도 11은 제안된 레인징 방법에서 접속 재시도 횟수가 증가함에 따라 설정되는 레인징 창(ranging window) 구간을 나타낸다.
도 11에서 가로축은 시간 영역을 나타낸다. 첫 번째 레인징 시도에 따른 제1 레인징 창 구간이 결정되며, 첫 번째 레인징 시도에서 생성된 임의값이 확률값보다 커서 레인징 시도를 하지 못한 경우를 가정한다. 이에 따라 2번째 레인징 시도에 따른 제2 레인징 창 구간이 결정된다. 이때 도 11-(a)에서는 제2 레인징 창 구간이 제1 레인징 창 구간에서 선택된 레인징 기회 다음부터 시작된다. 이에 따라 제1 레인징 창 구간과 제2 레인징 창 구간은 서로 겹칠 수 있다. 도 11-(b)에서는 제2 레인징 창 구간이 제1 레인징 창 구간에서 선택된 레인징 기회에 관계 없이 제1 레인징 구간과 겹치지 않도록 결정된다.
M2M 장치의 레인징 시도 결과 전송한 레인징 코드에 대한 응답을 수신한 경우, M2M 장치는 레인징 요청 메시지를 전송할 때 레인징 코드의 전송 횟수를 계산하여 함께 전송할 수 있다. 기지국은 레인징 코드의 전송 횟수를 기반으로 복수의 M2M 장치가 레인징을 시도할 때의 충돌 상황을 예측할 수 있으며, 또한 레인징 코드의 전송 횟수를 기반으로 초기 확률값을 결정할 수도 있다.
한편, 앞에서 설명한 레인징 방법은 레인징 과정에서 레인징 상태 응답이 ‘계속’상태인 경우에는 적용되지 않을 수 있다. 즉, 레인징 상태 응답이 ‘계속’ 상태인 경우에는 생성값과 임의값을 비교하지 않고 기존의 레인징 과정을 그대로 따를 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시예가 구현되는 무선 통신 시스템의 블록도이다.
기지국(800)은 프로세서(810; processor), 메모리(820; memory) 및 RF부(830; Radio Frequency unit)을 포함한다. 프로세서(810)는 제안된 기능, 과정 및/또는 방법을 구현한다. 무선 인터페이스 프로토콜의 계층들은 프로세서(810)에 의해 구현될 수 있다. 메모리(820)는 프로세서(810)와 연결되어, 프로세서(810)를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다. RF부(830)는 프로세서(810)와 연결되어, 무선 신호를 전송 및/또는 수신한다.
M2M 장치(900)는 프로세서(910), 메모리(920) 및 RF부(930)을 포함한다. 프로세서(910)는 제안된 기능, 과정 및/또는 방법을 구현한다. 무선 인터페이스 프로토콜의 계층들은 프로세서(910)에 의해 구현될 수 있다. 메모리(920)는 프로세서(910)와 연결되어, 프로세서(910)를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다. RF부(930)는 프로세서(910)와 연결되어, 무선 신호를 전송 및/또는 수신한다.
프로세서(810, 910)은 ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로 및/또는 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 메모리(820, 920)는 ROM(read-only memory), RAM(random access memory), 플래쉬 메모리, 메모리 카드, 저장 매체 및/또는 다른 저장 장치를 포함할 수 있다. RF부(830, 930)은 무선 신호를 처리하기 위한 베이스밴드 회로를 포함할 수 있다. 실시예가 소프트웨어로 구현될 때, 상술한 기법은 상술한 기능을 수행하는 모듈(과정, 기능 등)로 구현될 수 있다. 모듈은 메모리(820, 920)에 저장되고, 프로세서(810, 910)에 의해 실행될 수 있다. 메모리(820, 920)는 프로세서(810, 910) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로세서(810, 910)와 연결될 수 있다.
상술한 예시적인 시스템에서, 방법들은 일련의 단계 또는 블록으로써 순서도를 기초로 설명되고 있지만, 본 발명은 단계들의 순서에 한정되는 것은 아니며, 어떤 단계는 상술한 바와 다른 단계와 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 당업자라면 순서도에 나타낸 단계들이 배타적이지 않고, 다른 단계가 포함되거나 순서도의 하나 또는 그 이상의 단계가 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않고 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 실시예들은 다양한 양태의 예시들을 포함한다. 다양한 양태들을 나타내기 위한 모든 가능한 조합을 기술할 수는 없지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 다른 조합이 가능함을 인식할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 이하의 특허청구범위 내에 속하는 모든 다른 교체, 수정 및 변경을 포함한다고 할 것이다.

Claims (14)

  1. 무선 통신 시스템에서 M2M(Machine-to-Machine) 장치에 의한 레인징(ranging) 방법에 있어서,
    초기 확률값(probability value)을 기지국으로부터 수신하고,
    최대로 접속 재시도 값(access retries value)만큼 반복하여 상기 임의값을 생성하고,
    상기 임의값이 생성될 때마다 상기 임의값과 상기 초기 확률값을 기반으로 하는 확률값을 비교하여 상기 생성된 임의값이 상기 확률값보다 작은 경우, 기지국으로 레인징을 수행하는 것을 포함하는 레인징 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 임의값의 생성될 때마다 접속 재시도 횟수가 1씩 증가하는 것을 특징으로 하는 레인징 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 접속 재시도 횟수가 상기 접속 재시도 값과 같아지는 경우, 상기 기지국으로 레인징을 수행하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레인징 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 초기 확률값은 UCD(Uplink Channel Descriptor) 메시지 또는 SFH(Superframe Header)를 통해 수신되는 것을 특징으로 하는 레인징 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 접속 재시도 값은 M2M 장치 별로 또는 서비스 플로우(SF; Service Flow) 별로 할당되는 것을 특징으로 하는 레인징 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 임의값은 임의값 생성 범위 내에서 생성되며,
    상기 임의값이 생성될 때마다 상기 임의값 생성 범위가 변화하는 것을 특징으로 하는 레인징 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 임의값이 생성될 때마다 상기 임의값 생성 범위가 작아지는 것을 특징으로 하는 레인징 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 확률값은 상기 초기 확률값에 접속 재시도 횟수에 따른 스케일링 인자(scaling factor)를 곱한 것을 특징으로 하는 레인징 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 접속 재시도 횟수에 따른 스케일링 인자는 기지국으로부터 브로드캐스트(broadcast)되는 것을 특징으로 하는 레인징 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 임의값을 생성할 때마다 레인징 수행을 위한 레인징 창(ranging window)을 결정하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레인징 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 임의값이 생성될 때마다 결정되는 레인징 창의 크기는 동일한 것을 특징으로 하는 레인징 방법.
  12. 무선 통신 시스템에서,
    무선 신호를 송신 또는 수신하는 RF(Radio Frequency)부; 및
    상기 RF부와 연결되는 프로세서를 포함하되,
    상기 프로세서는,
    초기 확률값(probability value)을 기지국으로부터 수신하고,
    최대로 접속 재시도 값(access retries value)만큼 반복하여 상기 임의값을 생성하고,
    상기 임의값이 생성될 때마다 상기 임의값과 상기 초기 확률값을 기반으로 하는 확률값을 비교하여 상기 생성된 임의값이 상기 확률값보다 작은 경우, 기지국으로 레인징을 수행하도록 구성되는 M2M(Machine-to-Machine) 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 임의값의 생성될 때마다 접속 재시도 횟수가 1씩 증가하는 것을 특징으로 하는 M2M 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 프로세서는 접속 재시도 횟수가 상기 접속 재시도 값과 같아지는 경우, 상기 기지국으로 레인징을 수행하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 M2M 장치.
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Non-Patent Citations (4)

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