WO2016195346A1 - 랜덤 액세스 처리 방법 및 그 장치 - Google Patents

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WO2016195346A1
WO2016195346A1 PCT/KR2016/005686 KR2016005686W WO2016195346A1 WO 2016195346 A1 WO2016195346 A1 WO 2016195346A1 KR 2016005686 W KR2016005686 W KR 2016005686W WO 2016195346 A1 WO2016195346 A1 WO 2016195346A1
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random access
base station
beams
terminal
determined
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류선희
박성진
김남이
조동호
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삼성전자주식회사
한국과학기술원
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    • H04W74/006—Transmission of channel access control information in the downlink, i.e. towards the terminal

Definitions

  • Various embodiments of the present disclosure relate to an apparatus for performing random access and a method of controlling the operation thereof.
  • a 5G communication system or a pre-5G communication system is called a system after a 4G network (Beyond 4G Network) or a system after an LTE system (Post LTE).
  • 5G communication systems are being considered for implementation in the ultra-high frequency (mmWave) band (eg, such as the 60 Gigabit (60 GHz) band).
  • mmWave ultra-high frequency
  • FD-MIMO massive array multiple input / output
  • FD-MIMO massive array multiple input / output
  • Array antenna, analog beam-forming, and large scale antenna techniques are discussed.
  • 5G communication systems have advanced small cells, advanced small cells, cloud radio access network (cloud RAN), ultra-dense network (ultra-dense network) , Device to Device communication (D2D), wireless backhaul, moving network, cooperative communication, Coordinated Multi-Points (CoMP), and interference cancellation
  • cloud RAN cloud radio access network
  • ultra-dense network ultra-dense network
  • D2D Device to Device communication
  • wireless backhaul moving network
  • cooperative communication Coordinated Multi-Points (CoMP), and interference cancellation
  • Hybrid FSK and QAM Modulation FQAM
  • SWSC Slide Window Superposition Coding
  • ACM Advanced Coding Modulation
  • FBMC Fan Bank Multi Carrier
  • NOMA non orthogonal multiple access
  • SCMA sparse code multiple access
  • the random access operation of the terminal in the mobile communication system may be performed at the time of implementing uplink synchronization.
  • the content-based random access method is a method in which a UE randomly selects and transmits a preamble, and collision may occur when two or more UEs simultaneously transmit the same preamble.
  • the UE attempts random access (transmit preamble through an access channel) when uplink synchronization is to be implemented, and the base station apparatus sends a random access response message to the random access. It can be transmitted to the corresponding terminal.
  • the terminal transmits a random access procedure message (L2 / L3 message) such as an RRC connection request, a tracking area update, a scheduling request, and the like to the base station apparatus, and the base station apparatus is configured to distinguish the terminal from which the preamble is recognized.
  • the contention cancellation message may be generated and transmitted to the corresponding UE in a HARQ scheme.
  • the terminal When attempting the contention random access, the terminal selects a preamble that can be used by a plurality of terminals to perform random access. In this case, when a plurality of terminals attempt random access, a collision occurs and the random access fails. If the terminal does not receive a random access response (RAR) message within a set time (random access response window) after attempting random access, it may determine that the random access has failed. Then, the terminal may retry random access by increasing the transmission power of the preamble. The terminal may transmit the preamble while increasing the transmission power until the RAR message is received from the base station apparatus. When the preamble is transmitted at the maximum transmission power, the terminal device may lower the initial transmission power again to transmit the preamble.
  • RAR random access response
  • the fourth generation mobile communication does not use multiple access communication for random access. Therefore, the Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) used in the 4th generation mobile communication system has a limited resource (for example, a preamble, etc.) although there is no interference between terminals that select different resources. The maximum achievable communication capacity may be limited. Therefore, applying a multiple access technique in random access can improve the success rate of random access with limited random access resources.
  • OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access
  • next generation (for example, fifth generation) mobile communication technology is expected to require a non-orthogonal multiple access technology beyond the orthogonal method of the fourth generation communication.
  • the non-orthogonal multiple access technique is used, there is some interference between terminals that select different resources, but the communication capacity can be significantly increased compared to the orthogonal scheme.
  • Non-orthogonal multiple access technology is also indispensable for fifth-generation mobile communications, where electronic devices that use the Internet of Things (IoT) and machine-to-machine (M2M) will explode.
  • IoT Internet of Things
  • M2M machine-to-machine
  • an embodiment of the present invention proposes an apparatus, a system, and a control method thereof that can maximize limited resource utilization by using a multiple access technology in random access.
  • an apparatus and method for transmitting non-overlapping beams or overlapping beams capable of multiple access by a plurality of terminals when a plurality of terminals attempt random access using a limited preamble are provided. Suggest.
  • a terminal device determines a random access participation condition based on a non-overlapping beam or a superimposed beam transmitted in a communication system, and enables a multi-access to a communication system according to the determined random access participation condition during random access. And a method.
  • a base station evaluates performance of beam-based random access, determines beam width and number of beams of random access based on the performance evaluation, and assigns different pilot signals to each of the determined beams.
  • a communication processor for communicating a signal allocated by the communication processor, an antenna controller for controlling beamforming of the antenna according to the beam width and the number of beams determined by the communication processor, and transmitting and receiving signals. It may include.
  • a base station establishes at least one level for overlapping beams, determines a beam gain based on the level, and allocates different pilot signals to the determined beams.
  • a processing unit a communication unit communicating the signals allocated by the communication processing unit, a random access resource information and a base station reference signal of the base station, and transmitting the beams so that the beams overlap according to the gain of the beam determined by the communication processing unit. It may include an antenna controller for controlling the forming (beam forming) to transmit the allocated signals.
  • a terminal may include a receiver configured to receive pilot signals, a reception strength of the pilot signals, determine beam-based random access participation based on the measured reception strength, and beam at random access. And a processor for controlling beam-based random access if not based on random access, and for transmitting a random access signal according to the random access attempt.
  • a terminal may include a receiver configured to receive random access resource information, level information, a base station reference signal and a pilot signal from a base station, and the level information and reference of the base station. Determine a level based on the signal, measure reception strength of pilot signals corresponding to the determined level, select the random access resource based on the reception strength of the measured pilot signals, and select the selected random access resource. It may include a processor for controlling to perform beam-based random access by using, and a transmitter for transmitting the random access information output from the processor.
  • an operation method of a base station may include: evaluating performance of beam-based random access; determining beam width and number of beams of random access based on the performance evaluation; and determining the determined beams. And forming and transmitting different pilot signals to each of the beamforming signals.
  • an operation method of a base station may include: setting at least one level for overlapping beams; transmitting random access resource information and a base station reference signal; Determining a gain of overlapping beams based on the level, and forming beams so as to overlap each other according to the determined gain of the beam, and assigning and transmitting different pilot signals to the overlapping beams. can do.
  • a random access method of a terminal may include receiving pilot signals, measuring reception strengths of the pilot signals, and determining beam-based random access participation based on the measured reception strengths. And beam-based random access when the beam-based random access is involved in the random access, and otherwise, attempts to perform a normal random access.
  • a random access method of a terminal may include receiving random access resource information, level information, a base station reference signal and a pilot signal from a base station, Determining a level based on a reference signal of the base station, measuring a reception strength of pilot signals corresponding to the determined level, and selecting the random access resource based on the reception strength of the measured pilot signals And beam-based random access using the selected random access resource.
  • a base station may efficiently determine a beam width and the number of beams by evaluating a random access performance of a plurality of terminals in coverage. Accordingly, the terminals can efficiently use limited random access resources. The terminals may simultaneously attempt random access to the base station using the same random access resource according to the beam width and the number of beams determined by the base station. As a result, the terminals can improve uplink synchronization performance.
  • the base station may support a superimposed beam-based random access beam by forming a plurality of beams having different intensities in the set beam area, and random access of the terminal by assigning different random access resources to each of the superimposed beams It can improve performance.
  • the UE may determine a random access resource by analyzing downlink information received in an overlapping beam based random access environment, and may attempt random access using the random access resource determined at the random access attempt.
  • a base station may implement a non-overlapping beam-based or overlapping beam-based random access environment, and a plurality of terminals may use the same random access resource in a non-overlapping beam-based or overlapping beam-based random access environment. Can be used to perform random access without collision.
  • FIG. 1 illustrates a system for performing general random access in a mobile communication system.
  • FIG. 2 is a block diagram of a base station of a mobile communication system according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram of a communication processing unit according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram of a terminal according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 illustrates a communication system for performing non-overlapping beam based random access according to an embodiment of the present invention.
  • 6A and 6B illustrate a communication system for performing overlapping beam based random access according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating the overall operation of a base station in a non-overlapping beam based random access according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 illustrates a base station for transmitting a non-overlapping beam according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 9A illustrates a random access resource according to an embodiment of the present invention.
  • 9B is a graph illustrating reception strength of pilot signals received by a terminal according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating an operation of a base station in non-overlapping beam based random access according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a flowchart illustrating an operation of a terminal performing random access according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 illustrates a terminal and a base station corresponding thereto for determining whether to join a non-overlapping beam based random access according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a flowchart illustrating an operation of a base station in an overlapping beam based random access according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a conceptual diagram illustrating an overlapping beam according to an embodiment of the present invention.
  • 15 is a flowchart illustrating an operation of a terminal for performing overlapping beam based random access according to an embodiment of the present invention.
  • 16A and 16B are flowcharts illustrating operations of a terminal for selecting random access resources according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 illustrates a terminal performing random access in a partial contention scheme according to an embodiment of the present invention and a resource distribution corresponding thereto.
  • FIG. 18 is a flowchart illustrating an operation flowchart and a random access resource of a terminal in a partial contention scheme according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 illustrates a terminal performing random access and a resource distribution corresponding thereto in a total contention scheme according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 illustrates a system for performing general random access in a mobile communication system.
  • the mobile communication system 100 may include a base station 110 and terminals 120 to 160.
  • the base station 110 may provide a communication service to the terminals 120 to 160 located in the coverage 190.
  • the terminals 120 to 160 may attempt random access to obtain uplink synchronization with the base station 110.
  • the terminals 120 to 160 do not always maintain uplink synchronization with the base station 110, and may implement uplink synchronization by random access when necessary.
  • the random access may succeed even if the terminal attempts random access at the same time.
  • the terminal 150 and 160 transmit the same random access resource (preamble 2 in FIG. 1), the random access may fail.
  • the probability of random access failure may increase.
  • a technique may be required in which multiple terminals can multiplex access to the same resource to a base station of a mobile communication system.
  • One of the multiple access technologies may be a technique in which a base station beamforms and simultaneously accesses a plurality of terminals.
  • a base station can be multi-connected with terminals selecting different resources to service communication functions of the terminals, thereby significantly increasing communication capacity.
  • non-orthogonal multiple access technology may be indispensable since the terminals that will perform mobile communication such as IoT and M2M will explode.
  • a communication system may service a non-overlapping beam based random access.
  • the base station may adjust the beam width and the number of beams in consideration of the number of terminals capable of supporting simultaneous random access, the number of terminals satisfying the random access participation condition, and / or the total number of random access collisions.
  • the terminal may determine whether to participate in the non-overlapping beam based random access by measuring the same transmission beam as the reception beam used for the random access in a comparison method or an absolute method.
  • the communication system may service the overlapping beam based random access.
  • the overlapping beam based random access service method may be a partial contention based or a full contention based random access method.
  • the base station may transmit the beam according to a predefined level. After determining the received signal strength for each level, the terminal may determine whether to participate in the corresponding random access.
  • the base station 200 may always transmit beams defined in all directions. The UE may determine whether to participate in the random access by measuring only the received beam signal strength corresponding to the level to which the UE belongs.
  • UEs When participating in the non-overlapping or overlapping beam based random access, UEs may use the corresponding beam based random access resource only when the participation condition is satisfied.
  • the base station may download (eg, broadcast) the random access resource information including the beam-based random access resource information and the general random access resource information to the terminals in the coverage area.
  • the UE may determine whether to perform beam-based random access or general random access by sensing the strength of a random access received signal (for example, a pilot signal).
  • FIG. 2 is a block diagram of a base station of a mobile communication system according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the base station 200 may include a bus 210, a communication processor 220, a storage 230, a transmitter 240, a receiver 250, an antenna controller 260, and an antenna 270.
  • the bus 210 may connect the above-described components to each other and may transfer communication (eg, a control message) between the above-described components.
  • the communication processor 220 may perform the following operations and functions.
  • the communication processor 220 may perform a function of controlling the components of the base station 200. That is, the communication processor 220 may transmit a control message so that the transmitter 240, the receiver 250, and the antenna controller 260 perform appropriate functions.
  • the communication processor 220 may perform a function of generating a signal.
  • the communication processor 220 may generate a pilot signal, a signal including random access resource information, and the like.
  • the communication processor 220 may perform a function of allocating or mapping a signal. For example, the communication processor 220 may allocate the generated pilot signal for each beam, and may map random access resource information allocated to the terminal to the broadcast message.
  • the communication processor 220 may perform a function of extracting or detecting necessary information from the received signal. For example, when the terminal performs random access, the communication processor 220 may extract and detect a random access resource (eg, a preamble).
  • a random access resource eg, a preamble
  • the communication processor 220 may evaluate the beam based random access. For example, the communication processor 220 may evaluate how many UEs have succeeded in random access among the UEs that have performed beam-based random access based on the random access resource.
  • the communication processor 220 may perform a function of determining a transmission or reception beam. For example, the communication processor 220 may determine the width of the beam and the number of beams based on the beam-based random access evaluation. The communication processor 220 may transmit the determined beam width and the number of beam information to the antenna controller 260.
  • the communication processor 220 may have a modulation / demodulation function for modulating the transmission signal and demodulating the reception signal.
  • the modulation / demodulation may be a modulation / demodulator of an orthogonal scheme (for example, OFDM) or a non-orthogonal scheme (for example, FBMC: Filter Bank Multi-Carrier).
  • the storage unit 230 may store a command, a program, and the like necessary for the communication processor 220. In addition, the storage unit 230 may store beam-based random access performance evaluation information evaluated by the communication control unit 220.
  • the transmitter 240 may be a radio frequency transmitter (RF TX) for upconverting and power amplifying a transmission signal into an RF band.
  • RF TX radio frequency transmitter
  • the receiver 250 may be a radio frequency receiver (RF RX) that amplifies the received RF signal with low noise and then down-converts the baseband.
  • RF RX radio frequency receiver
  • the transmitter 240 and the receiver 250 may be a communication unit.
  • the antenna controller 260 may control the width, number, and direction of beams of the antenna 270 under the control of the communication processor 220. For example, the antenna controller 260 may control the antenna 270 to transmit a signal in a predetermined beam forming by uniformly distributing a magnitude value of each antenna signal and uniformly distributing phase values.
  • the antenna controller 260 may control the antenna 270 to transmit a beam.
  • the antenna controller 260 may control the antenna to transmit a beam in a specific direction by changing a magnitude value of a signal for each antenna and changing a phase value.
  • the magnitude value and the phase value of the signal for each antenna may be determined based on information on beams determined by the communication controller 210.
  • Antenna 270 may include one or more antennas.
  • the antenna 270 may be configured to be suitable for a MIMO technique.
  • FIG. 3 is a block diagram of a communication processor 220 according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the communication processor 220 may include a bus 310, a generator 320, an allocation and mapping unit 330, an extraction and detection unit 340, a performance evaluation unit 350, and a beam determination unit 360.
  • the bus 310 may connect the above-described components to each other and may transfer communication (eg, a control message) between the above-described components.
  • the generation unit 320 may generate a signal to be transmitted from the base station 200.
  • the signal may include a signal including a pilot signal and / or random access resource information.
  • the generator 320 may generate a pilot signal.
  • the pilot signal may be used as a carrier phase synchronization for demodulation of another channel signal in the terminal.
  • the pilot signal may have a different phase offset for each base station so that the terminal can obtain the base station information.
  • the pilot signal may have a different phase offset for each beam so that the terminal can identify different transmission beams of the base station 200.
  • the pilot signal may have a high output so that terminals in the coverage area can receive it.
  • the generation unit 320 may generate a signal including the random access resource information.
  • the random access resource may mean a preamble.
  • the random access resource may include a beam based random access resource and / or a general random access resource.
  • the general random access resource may refer to a resource that can be used for random access by a terminal that cannot perform random access by multiple access.
  • the beam-based random access resource may mean a resource transmitted by a terminal performing beam-based random access.
  • the general random access resource and the beam based random access resource generated by the generator 320 may be transmitted to the terminals in the coverage area by a method such as broadcasting. After receiving the normal and beam-based random access resources, the terminal located in the coverage area may attempt random access by selecting random access resources according to its environment when uplink synchronization with the base station is required.
  • the generation unit 320 may generate level information.
  • the level may be determined differentially according to the distance between the base station 200 and the terminal.
  • the beam based random access resource may include level information.
  • the level information may include information such as the position, width, or intensity of the overlapping beam during beam-based random access.
  • the allocation and mapping unit 330 may allocate and map signals.
  • the allocation and mapping unit 330 may allocate the pilot signal generated by the generation unit 320 for each transmission beam. Typical pilot signals may have different values for each base station. However, in an embodiment of the present invention, the communication processor 220 may allocate and map different pilot signals to the determined beams. Accordingly, the allocation and mapping unit 330 may allocate each pilot signal generated by the generation unit 320 to each of the transmission beams determined according to the beam determination unit 360.
  • the allocation and mapping unit 330 may map a signal including the random access resource information to the broadcast signal.
  • the random access resource information may be general random access resource information and beam-based random access resource information in which random access according to a multiple access technology is not serviced.
  • the terminal may download the signal including the random access resource information through a broadcast, and at a point in time when random access is needed, randomly by using a general or beam based random access resource according to the situation (eg, location) of the terminal. Access can be performed.
  • the extraction and detection unit 340 may perform a function of extracting and detecting necessary information from signals received by the base station 200.
  • the extraction and detection unit 340 may extract and detect a random access resource from a terminal that performs random access according to an embodiment of the present invention.
  • the performance evaluator 350 may evaluate the performance of the beam-based random access based on the detected information.
  • the RA performance evaluator 350 may identify whether the terminal which performed the random access has performed the beam-based random access or the general random access to evaluate the random access.
  • the performance evaluator 350 may evaluate how many UEs have succeeded in random access among the UEs that have performed beam-based random access.
  • the beam determiner 360 may determine a characteristic of a beam for transmitting through the antenna 270 based on the RA evaluation.
  • the beam determiner 360 may determine the width of the beam, the number of beams, the gain of the beam, and the like based on the RA evaluation. For example, when the RA evaluator 350 estimates that the number of terminals performing beam-based random access is small, the beam determiner 360 may widen the transmission beam and reduce the number of transmission beams. In addition, when the performance evaluator 350 estimates that the number of successful terminals based on the beam-based random access is small, the beam determiner 360 may narrow the width of the transmission beam and increase the number of transmission beams.
  • the beam determiner 360 may transmit the determined beam information to the antenna controller 260 to transmit / receive the determined beam through the antenna 270.
  • FIG. 4 is a block diagram of a terminal 400 according to an embodiment of the present invention.
  • the terminal 400 may include a bus 410, a processor 420, a transmitter 430, a receiver 440, and an antenna 450.
  • the bus 410 may connect the above-described components with each other and may transfer communication (eg, a control message) between the above-described components.
  • the processor 420 may measure the strength of the received pilot signals to determine whether to perform beam-based random access.
  • the processor 420 may receive pilot signals having different values for each beam and measure the strength of each signal.
  • the processor 420 may determine whether the terminal is located in a specific beam based on the measured intensity. Thereafter, when it is determined that the UE is located in a specific beam, the processor 420 may determine to perform beam-based random access. On the other hand, if it is determined that the terminal is not located in a specific beam, the processor 420 may determine to perform a general random access.
  • the processor 420 may also determine how to perform beam-based random access.
  • the processor 420 may determine whether to perform beam-based random access based on the received random access resource information.
  • the processor 420 may recognize an allocated random access resource (eg, a preamble).
  • the random access resource may be divided into a general random access resource and a beam-based random access resource.
  • the terminal may perform random access by selecting one of a general random access resource and a beam based random access resource according to the determination based on the measured strength of the pilot signal.
  • the processor 420 may recognize level information included in the beam-based random access resource information.
  • the level information may be differentially determined according to the distance from the base station (in other words, the strength of the base station reference signal). For example, when the coverage area of the base station is divided into three sections according to the distance, the level information may be set to information that the section closest to the base station is level 1, the middle section is level 2, and the outermost section is level 3. .
  • the processor 420 may determine the level of the terminal by measuring the strength of the received reference signal of the base station. Assume that the level is divided into three stages. The processor 420 measures the strength of the received reference signal and compares the received reference signal with a predetermined threshold to classify the signal into three strengths. The processor 420 may determine that the location of the terminal is level 1 when the reference signal is strong (first strength), and may determine that the location of the terminal is level 2 when the reference signal is medium (second strength), and when the reference signal is weak ( 3rd century) It can be seen that the location of the terminal is level 3.
  • the transmitter 430 may be a radio frequency transmitter (RF TX) for upconverting and power amplifying a transmission signal into an RF band.
  • the transmitter 430 may further include a modulator.
  • the modulator may be a modulator in an orthogonal (eg OFDM) or non-orthogonal manner (eg FBMC: Filter Bank Multi-Carrier).
  • the receiver 440 may be a radio frequency receiver (RF RX) that amplifies the received RF signal with low noise and then down-converts the baseband.
  • the receiver 440 may further include a demodulator.
  • the demodulator may be an orthogonal or non-orthogonal demodulator.
  • the antenna 450 may receive a signal from the base station and may transmit a signal to the base station.
  • the antenna 450 may receive a pilot signal, a signal including random access resource information, a reference signal of the base station, and the like from the base station.
  • the antenna 450 may transmit a random access resource to the base station.
  • FIG. 5 illustrates a communication system for performing non-overlapping beam based random access according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 illustrates an example in which a communication system providing a non-overlapping beam based random access performs a random access service by forming three beams.
  • the communication system 500 may include a base station 510 and terminals 520 to 540.
  • the base station 510 may perform the function of the base station 200.
  • the base station 510 may transmit three beams as shown in FIG. 5. Regions of the three beams transmitted by the base station 510 do not overlap each other, which can be referred to as a non-overlapping beam in this document.
  • the terminals 520 to 540 may perform a function of the terminal 400.
  • the terminals 520 to 540 may be terminals that perform random access to the base station 200 using the same random access resources (preamble 2 shown in FIG. 5). Therefore, in a communication system for serving non-overlapping beam based random access, when a plurality of terminals located in different beam forming areas attempt random access using random access resources, the base station 200 corresponds to a corresponding terminal. Can detect random access. That is, in the case of the non-overlapping beam-based random access illustrated in FIG. 5, the terminals 520, 530, and 540 perform random access using the same resources but may successfully perform random access without collision. This is because the base station 510 can distinguish a random access resource for each beam. This can be clarified through graph 560.
  • Graph 560 may indicate the random access resource received at the base station 510.
  • the reception intensity of the random access resource received in the S1 region of the user 1 of the graph 560 may be equal to or greater than the threshold interference level, while the reception intensity of the random access resource received in the S2 and S3 regions of the user 1 may be equal to or less than the threshold interference level.
  • the reception intensity of the random access resource received in the S2 region of the user 2 may be equal to or greater than the threshold interference level, while the reception intensity of the random access resource received in the S1 and S3 regions of the user 2 may be equal to or less than the threshold interference level. Therefore, even if the user 1 and the user 2 use the same resources, the base station 510 can receive them separately. Even though the user 1 and the user 2 use the same resources, the base station 510 can succeed in random access without collision.
  • the overlapping beam based random access method at least two beams may overlap to serve random access.
  • the overlapping beams may have different widths or the same widths.
  • the overlapping beams may have different gains.
  • the overlapping beam based random access may be a partial contention scheme or a full contention scheme.
  • the partial contention beam-based random access method sets different beam widths when setting the properties of overlapping beams (for example, a beam at a short distance from a base station has a wide beam width and a beam at a far distance from a base station).
  • the width of the beam can be set relatively narrow), and the gain of the beams can be set differently according to the corresponding level.
  • the beam-based random access method of the all-competition method may set the widths of the beams to be equal to each other and the intensity of the beams according to the level when determining the properties of overlapping beams.
  • 6A and 6B illustrate a communication system for performing overlapping beam based random access according to an embodiment of the present invention.
  • 6A and 6B illustrate an example of a partially contention random access access method, and an example in which beams having three different intensities are overlapped and beam formed by three levels. have.
  • Users 1 to 3 of FIG. 6A may perform random access using the same resources for the wide beam, the middle beam, and the narrow beams, respectively.
  • users 2 and 3 may perform random access using limited resources as compared to user 1. That is, when beamforming is performed by overlapping beams, the random access contention scheme may be set differently according to the distance from the base station where the terminal is located. Accordingly, the random access method of FIG. 6A may be set to a competition composition among users having similar distances from the base station, and the random access method of FIG. 6B may be set to a composition where all users compete with each other regardless of distance. Therefore, when overlapping beams are delivered to users located in the same direction as shown in FIG. 6B, a random access frame structure may be needed to control random access collisions of a plurality of users located in the same direction.
  • the communication system 600 may include a base station 200 and terminals 620 to 640.
  • the base station 200 may transmit three beams as shown in FIG. 6B.
  • the three beams transmitted by the base station 200 may include different pilot signals. Regions of the three beams transmitted by the base station 200 overlap each other, which will be referred to as an overlapping beam in an embodiment of the present invention.
  • the terminals 620 to 640 may be terminals located in overlapping beams having different levels.
  • the terminal 620 may receive three beams (ie, S1, S2 and S3) superimposed by the base station, and the terminal 630 may receive two beams (ie, S2 and S3) superimposed by the base station.
  • the terminal 640 may receive one beam S3 transmitted by the base station. If the terminal 620 and the terminal 630 attempt random access through the same resource at the same time, since the base station 200 cannot distinguish between the random access resource used by the terminal 620 and the random access resource used by the terminal 630, the random access of the terminals 620 and 630 It can fail because of the crash.
  • the terminal 620 may use other than the random access resources (that is, the random access resources of the beams S2 and S3) that the terminal 630 and the terminal 640 may use based on their level (eg, level 1).
  • a random access may be performed by selecting a possible random access resource (that is, selecting a random access resource of the beam S1).
  • the terminal 630 selects available random access resources other than random access resources (ie, random access resources of the beam S3) that the terminal 640 may use based on its level (eg, level 2) (ie Random access resources of beam S2) to perform random access.
  • 6A and 6B illustrate overlapping beams based on three levels, for illustrative purposes only. If necessary, the overlapping beams according to various embodiments of the present disclosure may be based on N levels.
  • the base station evaluates the performance of the beam-based random access, determines the beam width and the number of beams of the random access based on the performance evaluation, and different pilots to each of the determined beams.
  • a communication processor for allocating signals, a communication unit for communicating signals allocated by the communication processor, and beamforming of the antenna according to the beam width and the number of beams determined by the communication processor to transmit and receive signals. It includes an antenna control unit.
  • the communication processor includes a performance evaluator and a beam determiner, wherein the performance evaluator evaluates the performance of the beam based random access based on the number of terminals participating in the beam based random access, and the beam determiner performs the beam based random access.
  • the width of the beam and the number of beams are adjusted according to the number of terminals participating in the access.
  • the performance evaluator further evaluates the performance of the beam-based random access based on the number of terminals in which collision occurs among the terminals participating in the beam-based random access, and the beam determination unit performs the evaluation of the terminals participating in the beam-based random access.
  • the width of the beam and the number of beams are adjusted according to the number and the number of terminals where the random access collision occurs.
  • the communication processing unit may further include a generating unit, wherein the generating unit generates random access resource information, and the random access resource information includes the beam-based random access resource information and general random access resource information. do.
  • the random access resource information further includes beam level information, the beam determiner determines a gain of a beam overlapping at least a portion of the determined beam width according to the level information, and the antenna controller Beamforming is controlled by the beam width and the number of beams, and the beam is overlapped and transmitted in the beam area corresponding to the level.
  • a base station sets at least one level for overlapping beams, determines a beam gain based on the level, and allocates different pilot signals to the determined beams.
  • a communication unit for communicating the signals allocated by the communication processor, a random access resource information and a base station reference signal of the base station, and beamforming so that the beams overlap with each other according to the gain of the beam determined by the communication processor. and an antenna controller for controlling the beam forming to transmit the allocated signals.
  • the antenna controller receives beam-based random access information of the terminal received through the overlapped beam regions and applies it to the communication unit.
  • a terminal may include a receiver configured to receive pilot signals, a reception strength of the pilot signals, determine beam-based random access participation based on the measured reception strength, and beam-based at random access. And a processor for controlling beam-based random access if not participating in random access, and otherwise, attempting to perform normal random access, and a transmitter for transmitting a random access signal according to the random access attempt.
  • the processor determines the beam-based random access participation if there is a maximum value among the received strengths of the measured pilot signals.
  • the processor determines that the maximum reception strength of the pilot signal among the measured reception strengths of the pilot signals is greater than the sum of the reception strengths of the remaining pilot signals.
  • the processor determines that the maximum reception strength among the measured reception strengths of the pilot signals is greater than or equal to a predetermined threshold and the remaining reception strengths are beam-based random access participation.
  • the processor determines that the maximum reception strength among the measured reception strengths of the pilot signals is greater than or equal to a predetermined threshold and the sum of the remaining reception intensities is beam-based random access participation. .
  • the receiver receives beam-based random access resource information and general random access resource information from a base station.
  • the processor determines that the beam-based random access is participating, the processor performs random access using beam-based random access resources. If it is not based on random access participation, control is performed to perform random access using a general random access resource.
  • the receiver further receives level information and a base station reference signal of the base station from the base station, and the processor may generate a level based on the reference signal of the base station and the level information. Determine the beam-based random access participation based on the identified level and the measured reception strength.
  • a terminal may include a receiver configured to receive random access resource information, level information, a base station reference signal, and a pilot signal from a base station, the level information, and a reference signal of the base station. Determine a level based on the signal, measure reception strength of pilot signals corresponding to the determined level, select the random access resource based on the reception strength of the measured pilot signals, and use the selected random access resource And a processor for controlling to perform beam-based random access, and a transmitter for transmitting random access information output from the processor.
  • the processor selects a pilot signal having the largest reception strength among the second pilot signals from which the first pilot signal is excluded except the first pilot signal among the measured pilot signals and randomly corresponds to the selected pilot signal. Select an access resource.
  • the first pilot signal is a pilot signal having the largest reception strength at another level
  • the second pilot signal is a pilot signal excluding first pilot signals among the received pilot signals.
  • the processor selects a random access resource corresponding to a pilot signal having a maximum reception strength among the measured pilot signals.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating the overall operation of the base station 200 in a non-overlapping beam based random access according to an embodiment of the present invention.
  • the base station 200 may transmit random access resource information to terminals in the coverage area.
  • the random access resource information transmitted here may be information generated by the generation unit 320 of the communication processor 220.
  • the random access resource information may include both beam-based random access resource information and general random access resource information.
  • the base station apparatus may transmit the random access resource information through a broadcast channel.
  • the terminals may receive and store the random access resource information.
  • the base station 200 may form a plurality of beams so that terminals (eg, the terminal 400, etc.) in the coverage area may be multiplexed in different directions (locations).
  • the base station 200 may generate a plurality of beams having different directions in operation 710, and may include different pilot signals in each of the generated beams.
  • the pilot signal included in the transmission beam may be a signal generated by the generation unit 320 of the communication processor 220 and allocated and mapped to each beam by the allocation and mapping unit 330.
  • the base station 200 may transmit a general beam signal (for example, an omni-directional signal having no directivity) that the terminal may attempt to perform general random access.
  • a general beam signal for example, an omni-directional signal having no directivity
  • Terminals located in the coverage area of the base station 200 may attempt random access at a point in time when uplink synchronization is required for the base station 200.
  • the base station 200 forms a plurality of beams in different directions and transmits signals, and correspondingly, the terminals may receive beams including different pilot signals according to their positions. That is, the plurality of terminals may be multiplexed to the base station 200, and the multiplexed terminals may receive different pilot signals.
  • the terminal can then analyze the signal received at its location.
  • the terminal may attempt random access using beam-based random access resource information or general random access resource information stored in advance according to the analysis result.
  • the base station 200 may service the random access of the terminals in operation 720. At this time, even if terminals using different beams attempt random access using the same resources at the same time, the base station can service the random access of the corresponding terminals without collision.
  • the base station 200 may store the successful random access resource in the storage unit 230 or the like.
  • the base station 200 may evaluate the performance of the beam-based random access based on the random access resource succeeded in operation 730. That is, the base station 200 may analyze the service ratios of the beam-based random access and the general random access, and may evaluate the performance of the random access attempted in each beam. Performance evaluation of the beam based random access may be performed by the performance evaluator 350 of the communication processor 220.
  • the base station 200 may determine the width of the beam and the number of beams to be used for later random access based on the performance evaluation in operation 740.
  • the beam width and the number of beams may be determined by the beam determiner 360 of the communication processor 220.
  • the base station 200 may transmit a beam according to the determined width of the beam and the number of beams (ie, perform operation 710).
  • the number of terminals performing beam-based random access and the number of terminals successful in beam-based random access may be increased.
  • FIG. 8 illustrates a base station 200 for transmitting a non-overlapping beam according to an embodiment of the present invention.
  • the base station 200 may transmit three non-overlapping beams at the reference 810 and may transmit nine narrow beams at non-overlapping at the reference 860.
  • the base station 200 transmits three wide beams as shown in reference 810, since the beam area becomes the majority of the coverage area of the base station 200, a large number of terminals may participate in the beam-based random access. However, since the same random access resource that can be distinguished by the base station 200 is limited to three, the probability that the terminal succeeds in random access may be lower than that of a narrow beam (such as reference 860).
  • the base station 200 transmits 9 narrow beams, such as the reference 860, a relatively small amount of terminals (for example, compared to the case of the reference 810) may participate in the beam-based random access because the beam area is narrow. . However, since there are nine identical random access resources that can be distinguished by the base station 200, the probability that the terminal succeeds in random access can be increased as compared to the case of a wide beam (such as reference 810).
  • FIG. 9A illustrates a random access resource according to an embodiment of the present invention.
  • the number of bits of the random access resource and the classification scheme of the resource region illustrated in FIG. 9 are merely examples for description, and various modifications are possible without departing from the scope of the present invention.
  • the random access resource 900 may include a resource 910 for beam-based random access and a resource 920 for general random access.
  • the resource 910 for beam-based random access may be used by a terminal performing beam-based random access.
  • the resource 920 for general random access may be used by a terminal that cannot perform random access by multiple access.
  • the base station 200 may detect the random access resource 900 through the extraction and detection unit 340.
  • the base station 200 may evaluate the random access performance using the detected random access resource 900 as follows.
  • the base station 200 may calculate the ratio of terminals participating in the beam-based random access by comparing the number of terminals using the beam-based random access resource 910 with the number of the terminals using the general random access resource 920. In addition, the base station 200 may calculate the ratio of the terminal that does not participate in the random access due to the collision among the terminals using the beam-based random access resource 910. Thereafter, the base station 200 may evaluate the beam-based random access performance by appropriately combining the calculated ratio of the terminals participating in the beam-based random access and the ratio of the terminals not participating in the random access.
  • 9B is a graph illustrating reception strength of pilot signals received by a terminal according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • graphs 940 and 950 indicate pilot reception strengths of terminals performing random access.
  • Terminals 1 and 2 of the graphs 940 and 950 may perform the functions of the terminal 400.
  • the terminal 1 receives the pilot signal P 1 with a strong intensity, while receiving the pilot signals P 2 to P n with a weak intensity. That is, the terminal 1 may be a terminal located in an area of the beam including P 1 (in other words, an environment in which interference of the beams including P 2 to P n is low). Accordingly, the terminal 1 may be a terminal that satisfies the beam-based random access participation condition, and may perform random access using the beam-based random access resource 910.
  • the terminal 2 received the pilot signals P 1 to P n with similar strength. That is, the terminal 2 may be located outside the beam area, or may be a terminal located at a beam area boundary (in other words, an environment in which interference of beams including P 2 to P n is large). Accordingly, the terminal 2 may not perform random access by multiple access, but may perform random access using a general random access resource 920.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating the operation of a base station 200 in a non-overlapping beam based random access according to an embodiment of the present invention.
  • the base station 200 may set the initial beam width and the number of beams in operation 1005.
  • the width of the initial beam can be set wide (correspondingly, the number of beams decreases). This is because, as in reference 810, the wider the beam, the more terminals can participate in the beam-based random access.
  • the base station 200 may insert and transmit a pilot signal for each beam set in operation 1010.
  • the base station 200 may evaluate the performance of the beam-based random access in operation 1015 (hereinafter, referred to as A).
  • the base station 200 may reduce the beam width (correspondingly, increase the number of beams) in operation 1020. This is because in operation 1005 the initial beam width was first set to a wide beam.
  • the base station 200 may insert and transmit a pilot signal for each narrower beam in operation 1025. After that, if the UE performs the random access corresponding thereto, the base station 200 may evaluate the performance of the beam-based random access in operation 1030 (hereinafter referred to as B).
  • the base station 200 may compare A and B in operation 1035.
  • the base station 200 may store B in the storage unit 230 (hereinafter, referred to as C1) in operation 1040. Thereafter, the base station 200 may decrease the beam width (correspondingly, increase the number of beams) in operation 1045. Thereafter, the base station 200 may perform operation 1050, and operation 1050 may correspond to operation 1025. Thereafter, the base station 200 may evaluate the performance of the beam-based random access in operation 1055 (hereinafter, referred to as C2). Thereafter, the base station 200 may compare C1 and C2 in operation 1035.
  • the base station 200 may store A in the storage unit 230 (hereinafter, referred to as D1) in operation 1060. Thereafter, the base station 200 may increase the beam width (correspondingly, reduce the number of beams) in operation 1065. Thereafter, the base station 200 may perform operation 1070, and operation 1070 may correspond to operation 1025. Thereafter, the base station 200 may evaluate the performance of the beam-based random access (hereinafter referred to as D2) in operation 1075. Thereafter, the base station 200 may compare D1 and D2 in operation 1035.
  • D1 and D2 the storage unit 230
  • the base station 200 repeatedly performs operations 1035 to 1075 and may determine an optimal beam width and the number of beams for performing random access.
  • FIG. 11 is a flowchart illustrating an operation of a terminal performing random access according to an embodiment of the present invention.
  • the base station may transmit resource information on which terminals may perform random access.
  • the resource information may be beam-based random access resource information and general random access resource information. Terminals may download and store the random access resource information.
  • the base station 200 may service the non-overlapping beam based random access as shown in FIG. 8. That is, the base station 200 may transmit a signal by forming a plurality of beams in different directions, and may include different pilot signals in each beam.
  • the terminal 400 may attempt random access to the base station 200. Then, the terminal 400 may receive downlink signals through the antenna 450 in operation 1110. In addition, the terminal 400 may measure reception strength of pilot signals received in operation 1120.
  • the signal received by the terminal may be a beam signal formed in a specific direction, or may be a general beam signal (for example, a signal in all directions).
  • the beams may include different pilot signals. Accordingly, the terminal may receive one pilot signal or a plurality of pilot signals according to its location.
  • reception strengths of the received pilot signals may be different. For example, if the terminal is located at the boundary of the areas where different beams are formed, the terminal will receive different pilot signals having similar reception strengths. When the terminal is located in the area of a specific beam, the terminal may strongly receive a pilot signal included in the beam area.
  • the terminal 400 may determine whether to participate in the beam-based random access based on the reception strength of the pilot signals measured in operation 1130.
  • the strength of the pilot signal included in a particular beam is significantly stronger than that of the pilot signal included in other beams (ie, when there is less interference from other beams)
  • the UE 400 performs non-overlapping beam based random access in operation 1140. can do.
  • the strength of the pilot signal included in a particular beam is similar to that of the pilot signal included in other beams (that is, when the interference of other beams is severe)
  • the UE 400 may perform a general random access in operation 1150. have.
  • the terminals may attempt random access according to the beam received at their location.
  • the UE may attempt to select a non-overlapping beam based random access or a general random access by analyzing the strength of the received pilot signal.
  • a plurality of terminals receiving different beams may be multiplexed and attempt random access with the same resource.
  • FIG. 12 illustrates a terminal and a base station corresponding thereto for determining whether to join a non-overlapping beam based random access according to an embodiment of the present invention.
  • reference 1210 illustrates a terminal 400 located in an area of a beam S1
  • a graph 1220 indicates the strength of a pilot signal received by the terminal 400.
  • the reception strength of the pilot signal P 1 received by the terminal 400 is different from other pilot signals (for example, P 2 , P 3 ,... ., it may be stronger than the strength of the received P n).
  • pilot signals P 1 and the remaining pilot signals e.g., P 2 , P 3 , ..., P n.
  • the terminal 400 may determine the beam-based random access participation.
  • the specific condition may be one of the following conditions.
  • a condition may be that a pilot signal having the largest signal strength among pilot signals received by the terminal 400 exists.
  • the number of terminals satisfying the beam-based random access participation condition may increase.
  • the difference in reception strength between the strongest pilot signal and the remaining pilot signal is small, it may be difficult for the base station 200 to distinguish random access resources for each beam due to interference between beams.
  • a condition may be that the pilot signal having the largest signal strength among the pilot signals received by the terminal 400 is greater than the sum of the strengths of the remaining pilot signals.
  • the number of terminals satisfying the second condition may be smaller than the number of terminals satisfying the first condition.
  • the base station 200 can easily distinguish the random access resources for each beam.
  • the number of terminals satisfying the beam-based random access participation condition may increase.
  • the difference in reception strength between the strongest pilot signal and the remaining pilot signal is small, it may be difficult for the base station 200 to distinguish random access resources for each beam due to interference between beams.
  • the condition (fourth condition) may be that the reception strength of the pilot signal having the largest signal strength among the pilot signals received by the terminal 400 is greater than or equal to a threshold value and the sum of the reception strengths of the remaining pilot signals is less than the threshold value.
  • the number of terminals satisfying the fourth condition may be smaller than the number of terminals satisfying the third condition.
  • the base station 200 can easily distinguish the random access resources for each beam.
  • the terminal 400 may flexibly select the above four conditions according to a communication environment to determine whether to perform non-overlapping beam based random access. In addition, the terminal 400 may determine whether to perform the non-overlapping beam based random access by a method other than the above four conditions.
  • FIG. 13 is a flowchart illustrating an operation of a base station in an overlapping beam based random access according to an embodiment of the present invention.
  • the base station 200 may service the overlapping beam based random access.
  • the base station 200 sets level information in operation 1310 and sets a beam width, a number of beams, and a beam gain according to the set level.
  • the level information may be information for setting sections of beams overlapping within the coverage area of the base station 200.
  • the terminal may be located at a distance close to the base station, or may be located at a far distance from the base station.
  • the base station may form beams at different levels to communicate with terminals located at a short distance and terminals located at a far distance.
  • the base station 200 may divide the distance of the coverage area into a plurality of sections, and may form beams to communicate at different levels with the terminals located in the divided section regions.
  • the beams formed in the low level section may overlap the beams formed in the high level section.
  • the base station 200 may set a beam width and a gain of the corresponding beam for each level.
  • the level information may be set in the generation unit 320 of the communication processor 220. For example, as in the case of FIG. 6, the base station 200 may set different beam widths for each level.
  • the base station 200 may transmit random access resource information including the level information and a base station reference signal in operation 1320.
  • the random access resource information may include level information and preamble information.
  • the base station 200 may transmit signals by forming corresponding beams according to the level and beam width set in operation 1330.
  • the base station 200 may include different pilot signals in each of the formed beams.
  • the beams may overlap in a predetermined area.
  • the beam of the second level can be transmitted at a greater distance than the beam of the first level, and the beam width can be narrower.
  • the beams of the second level may overlap in some areas where the beams of the first level are formed.
  • the base station 200 may include different pilot signals in beams formed according to the levels. Accordingly, the terminals may receive overlapping beam signals or non-overlapping signals during random access.
  • the terminal may analyze the pilot signal to determine a random beam participation condition based on the overlapped beam. Since the base station transmits different pilot signals for each beam in operation 1330, the terminal receiving the pilot signals may identify a set of beams with less interference.
  • the base station 200 may service the random access. In operation 1330, the base station 200 may service the overlapping beam based random access. In this case, when random access is required, the terminal may measure a base station reference signal of the base station to determine the level of the location, and may attempt random access by measuring the pilot signal.
  • FIG. 14 is a conceptual diagram illustrating an overlapping beam according to an embodiment of the present invention.
  • a reference 1410 is a conceptual view of a service area for each overlapping beam in an environment divided into three levels
  • the reference 1420 is a conceptual diagram of a random access resource in an overlapping beam environment divided into three levels.
  • the beam A1 may provide a service to the terminal without interference in the area 1430.
  • the beam B1 may provide a service to the terminal without interference in the region 1440.
  • the beam C1 may provide a service to the terminal without interference in the region 1450.
  • resources allocated to beam A1 may be R1 to R4.
  • the resources allocated to the beam B1 may be R1 and R2, and the resources allocated to the beam B2 may be R3 and R4.
  • the resource allocated to beam C1 may be R1, the resource allocated to beam C2 may be R2, the resource allocated to beam C3 may be R3, and the resource allocated to beam C4 may be R4. That is, unlike the resources R3 and R4, the resources R1 and R2 may overlap each other in random access. Accordingly, various embodiments of the present invention propose two methods for controlling random access of terminals in a similar direction area (for example, areas 1430 to 1450) in an overlapping beam environment.
  • the first is partial competition.
  • terminals performing overlapping beam random access may select random access resources in consideration of resources to be used by terminals of the next level of the corresponding level.
  • the terminal located in the area 1430 may perform random access using one of the resources R3 and R4 other than the resources R1 and R2 that can be used by the terminal located in the area 1440 as a resource. That is, when random access is performed by the partial contention scheme, the terminals may succeed in random access evenly without collision.
  • Second is the overall competition method.
  • UEs performing the overlapped beam random access may select an optimal random access resource at a corresponding level.
  • the terminal located in the area 1430 may perform random access by selecting an optimal resource R1 without considering the terminal located in the area 1440. Details of the partial contention scheme and the full contention scheme in the overlapping beam environment will be described later in the drawings.
  • 15 is a flowchart illustrating an operation of a terminal for performing overlapping beam based random access according to an embodiment of the present invention.
  • the terminal 400 may receive random access resource information and a base station reference signal of the base station in operation 1510.
  • the terminal 400 may store the random access resource information for use in random access.
  • the terminal 400 may determine its level in operation 1520.
  • the terminal 400 may determine its level by comparing the reception information of the reference signal of the base station and the level information included in the random access resource information. For example, the terminal 400 located in the area 1430 may determine its level as 1, the terminal located in the area 1440 may identify its level as 2, and the terminal 400 located in the area 1450 may have its level Can be identified as 3.
  • the level determined by the terminal 400 may be one criterion for selecting a random access resource in a later procedure.
  • the terminal 400 may determine whether to perform random access in operation 1530. If the terminal 400 determines to perform random access, the terminal 400 may measure the reception strength of the pilot signals of the respective beams in operation 1540.
  • the terminal 400 may select a random access resource in operation 1550.
  • the method of selecting a random access resource may vary according to a competition method (for example, a partial competition method or an entire competition method).
  • the terminal 400 may perform random access using the selected random access resource in operation 1560.
  • FIG. 16A and 16B are flowcharts illustrating operations of a terminal for selecting random access resources according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 16A may be a flowchart illustrating an operation of a terminal selecting a random access resource according to a partial contention scheme
  • FIG. 16B may be a flowchart illustrating an operation of the terminal selecting a random access resource according to the entire contention scheme. have.
  • the UE 400 may select random access resources of a beam pattern including a pilot signal having a strong reception strength among beam patterns belonging to its level.
  • the pilot signal having the strongest reception strength may be one of the pilot signal of the beam B1 and the pilot signals included in the beams C1 and C2.
  • the terminal 400 may select random access resources R1 and R2 allocated to one of the beam B1, the beam C1, and the beam C2.
  • the condition for distinguishing the pilot signal having the strong reception strength may be one of the first to fourth conditions described above.
  • the terminal 400 selects an optimal resource among the remaining resources except for the resource used by the terminal located at the next level and performs random access.
  • the terminal 400 located in the region 1440 may select the resource R2 in consideration of the fact that the terminal (eg, the terminal belonging to the region 1450) located in the next level may select the resource R1.
  • the terminal 400 may select random access resources of a beam pattern including a pilot signal having a strong reception strength among beam patterns belonging to its level. For example, if the terminal 400 is located in the region 1440, the pilot signal having the strongest reception strength may be one of the pilot signal of the beam B1 and the pilot signals included in the beams C1 and C2. Accordingly, the terminal 400 may select random access resources R1 and R2 allocated to one of the beam B1, the beam C1, and the beam C2.
  • the terminal 400 may select an optimal random access resource in operation 1640. That is, if the terminal 400 belongs to the area 1440, the terminal 400 may select a random access resource R1 capable of performing random access at the earliest.
  • the partial competition method may be complementary rather than exclusive.
  • the terminal 400 may perform overlapping beam based random access according to the entire contention scheme. This is because, even when the overlapped beam-based random access is performed according to a partial contention scheme, collisions of more than a certain probability may occur.
  • the terminal 400 may perform overlapping beam based random access according to a partial contention scheme. This is because, if random access is performed according to the entire contention scheme, only some terminals may perform overlapping beam based random access.
  • FIG. 17 illustrates a terminal performing random access in a partial contention scheme according to an embodiment of the present invention and a resource distribution corresponding thereto.
  • reference numerals 1710 to 1740 illustrate random access resource selection schemes of terminals located at three levels and three directions, respectively.
  • the terminal located in the area of the beam C1 may select the resource R1
  • the terminal located in the area of the beam B1 may select the resource R2
  • the terminal located in the area of the beam A1 may use the resource R3 (R3). And R3) which can perform random access quickly among R4.
  • the terminal located in the area of the beam C2 may select the resource R2
  • the terminal located in the area of the beam B1 may select the resource R1
  • the terminal located in the area of the beam A1 may use the resource R3 (R3). And R3) which can perform random access quickly among R4.
  • the terminal located in the area of the beam C3 may select the resource R3, the terminal located in the area of the beam B2 may select the resource R4, and the terminal located in the area of the beam A1 may use the resource R1 (R1). And R1) which can perform random access quickly among R2.
  • the terminal located in the area of the beam C4 may select the resource R4
  • the terminal located in the area of the beam B2 may select the resource R3
  • the terminal located in the area of the beam A1 may use the resource R1 (R1). And R1) which can perform random access quickly among R2.
  • each of the terminals can select a random access resource without overlapping, and as a result, can random access without collision.
  • FIG. 18 is a flowchart illustrating an operation flowchart and a random access resource of a terminal in a partial contention scheme according to an embodiment of the present invention.
  • the terminal 400 may determine its level based on the level information received in operation 1810 and the reference signal strength of the base station. For example, in reference 1820, the terminal 400 may determine its level as two.
  • the terminal 400 may measure the reception strength of the pilot signal in operation 1830.
  • the terminal 400 may select a random access resource including beam patterns having a pilot signal having the largest reception strength. For example, at reference 1850, the terminal 400 may select random access resources R1 and R2 corresponding to one of beams B1 having the largest pilot signal strength and one of the beams C1 and C2.
  • the terminal 400 may select the remaining resources except for the random access resource including the beam pattern having the largest pilot signal strength among the beam patterns belonging to the next level among the random access resources selected in operation 1860. For example, in reference 1870, the terminal 400 may select the random access resource R1 except for the random access resource R2 included in the level C3 beam C2.
  • the terminal 400 may perform random access using the random access resource selected in operation 1880.
  • FIG. 19 illustrates a terminal performing random access and a resource distribution corresponding thereto in a total contention scheme according to an embodiment of the present invention.
  • all terminals of reference 1920 to 1940 may perform random access using the random access resource R1 as in reference 1910.
  • each UE since each UE belongs to a different beam, it can utilize one random access resource R1 without collision.
  • each terminal located in each region has a different level, but since each belongs to a different beam, one random access resource R1 may be utilized without collision.
  • terminals having various levels are located in various directions. In this case, even if the overlapped beam random access is performed according to the partial contention scheme, collision will inevitably occur. Therefore, in this case, as in reference 1940, it may be efficient to perform random access again after the random access of the low-level terminals in each direction according to the entire contention scheme.
  • the method of the base station includes an operation of evaluating the performance of the beam-based random access, an operation of determining the beam width and the number of beams of the random access based on the performance evaluation, and the determined beam. And forming and transmitting different pilot signals to each of the beamforming signals.
  • the operation of evaluating the performance evaluates the performance of the beam-based random access based on the number of terminals participating in the beam-based random access, and the operation of determining the beam width and the number of beams is performed in the beam-based random access.
  • the beam width and the number of beams are adjusted according to the number of terminals.
  • the evaluating the performance may further include evaluating the performance of the beam-based random access based on the number of terminals in which collision occurs among the terminals participating in the beam-based random access, and calculating the beam width and the number of beams.
  • the determining operation adjusts the beam width and the number of beams according to the number of terminals participating in the beam-based random access and the number of terminals in which the random access collision occurs.
  • the transmitting further includes transmitting random access resource information, wherein the random access resource information includes the beam-based random access resource information and general random access resource information.
  • the random access resource information further includes level information, and the determining of the beam width and the number of beams may include determining a gain of beams overlapping at least a portion of the determined beam width according to the level information.
  • the method may further include an operation, wherein the transmitting operation controls beamforming by the beam width and the number of beams, and transmits the beam by overlapping the beam region corresponding to the level.
  • a method of a base station may include setting at least one level for overlapping beams, transmitting random access resource information and a base station reference signal of the base station, and Determining a gain of the overlapping beams based on the overlapping, forming the beams so as to overlap each other according to the determined gain of the beams, and assigning and transmitting different pilot signals to the overlapping beams.
  • the random access method of the base station further includes receiving beam-based random access information of the terminal received through the overlapping beam regions.
  • a random access method of a terminal may include receiving pilot signals, measuring reception strengths of the pilot signals, and determining beam-based random access participation based on the measured reception strengths. And attempting beam-based random access if beam-based random access is involved in random access, otherwise attempting general random access.
  • the operation of determining the beam-based random access participation determines to participate in the beam-based random access if a maximum value among the received strengths of the measured pilot signals exists.
  • the operation of determining the beam-based random access participation may include performing beam-based random access when the maximum received strength of the pilot signal is greater than the sum of the received strengths of the remaining pilot signals. Decide to participate in.
  • the operation of determining the beam-based random access participation may be performed based on a beam-based value when the maximum received strength of the measured pilot signals is greater than or equal to a predetermined threshold and the remaining received strengths are less than or equal to the threshold. Determine to participate in random access.
  • the operation of determining the beam-based random access participation may include: when a maximum reception intensity among the measured reception strengths of the pilot signals is greater than or equal to a set threshold, and the sum of the remaining reception intensities is less than or equal to the threshold; Determine to join beam-based random access.
  • the random access method of the terminal may include receiving information of a level and a base station reference signal of the base station from a base station, and based on the reference signal and the level information of the base station. And determining the level of the beam-based random access, and determining the beam-based random access participation based on the determined level and the measured reception strength.
  • a method of random access of a terminal may include receiving random access resource information, level information, a base station reference signal, and a pilot signal from a base station; Determining a level based on a reference signal of a base station, measuring reception strength of pilot signals corresponding to the determined level, and selecting the random access resource based on the reception strength of the measured pilot signals And performing beam-based random access using the selected random access resource.
  • the selecting may include excluding a first pilot signal from among the measured pilot signals, selecting a pilot signal having the largest reception strength among second pilot signals from which the first pilot signal is excluded, and selecting the selected pilot signal. Selecting a random access resource corresponding to the pilot signal.
  • the first pilot signal is a pilot signal having the largest reception strength at another level
  • the second pilot signal is a pilot signal excluding first pilot signals among the received pilot signals.
  • the selecting operation selects a random access resource corresponding to a pilot signal having a maximum reception strength among the measured pilot signals.
  • a computer-readable storage medium for storing one or more programs (software modules) may be provided.
  • One or more programs stored in a computer readable storage medium are configured for execution by one or more processors in an electronic device.
  • One or more programs include instructions that cause an electronic device to execute methods in accordance with embodiments described in the claims or specification of the present invention.
  • Such programs may include random access memory, non-volatile memory including flash memory, read only memory (ROM), and electrically erasable programmable ROM.
  • EEPROM Electrically Erasable Programmable Read Only Memory
  • magnetic disc storage device compact disc ROM (CD-ROM), digital versatile discs (DVDs) or other forms
  • CD-ROM compact disc ROM
  • DVDs digital versatile discs
  • It can be stored in an optical storage device, a magnetic cassette. Or, it may be stored in a memory composed of some or all of these combinations.
  • each configuration memory may be included in plural.
  • the program may be configured through a communication network such as the Internet, an intranet, a local area network (LAN), a wide area network (WLAN), or a storage area network (SAN), or a combination thereof. It may be stored in an attachable storage device that is accessible. Such a storage device may be connected to a device for performing an embodiment of the present invention through an external port. In addition, a separate storage device on a communication network may be connected to a device for performing an embodiment of the present invention.
  • a communication network such as the Internet, an intranet, a local area network (LAN), a wide area network (WLAN), or a storage area network (SAN), or a combination thereof. It may be stored in an attachable storage device that is accessible. Such a storage device may be connected to a device for performing an embodiment of the present invention through an external port.
  • a separate storage device on a communication network may be connected to a device for performing an embodiment of the present invention.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

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

Description

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

Claims (15)

  1. 기지국의 랜덤 액세스(RA, random access) 방법에 있어서,
    복수의 빔들 각각을 통해 단말의 RA를 위한 파일럿 신호(pilot signal)을 송신하는 과정과,
    복수의 단말들로부터 상기 복수의 빔들을 통해 각각 송신되는 복수의 프리앰블들 중에서 상기 기지국에 충돌 없이 수신된 적어도 하나의 RA 프리앰블(preamble)의 수를 결정하는 과정과,
    상기 결정된 적어도 하나의 RA 프리앰블의 수에 기반하여 빔의 폭을 결정하는 과정과,
    상기 결정된 폭을 가지는 적어도 하나의 빔을 통해 상기 파일럿 신호를 송신하는 과정을 포함하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 적어도 하나의 빔의 수는,
    상기 결정된 폭에 대응하여 결정되는 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 RA 프리앰블을 송신하기 위한 자원 정보를 방송하는 과정을 더 포함하고,
    상기 RA 프리앰블을 송신하기 위한 자원 정보는,
    빔을 통한 RA를 위한 자원 정보 및 일반적인(normal) RA를 위한 자원 정보를 포함하는 방법.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 RA 프리앰블을 송신하기 위한 자원 정보는,
    빔의 이득(gain)과 관련된 레벨에 대한 정보를 더 포함하며,
    상기 송신 빔의 폭을 결정하는 과정은,
    상기 레벨에 대한 정보에 기반하여 상기 적어도 하나의 빔에 대한 이득(gain)을 결정하는 과정을 더 포함하고,
    상기 결정된 폭을 가지는 적어도 하나의 송신 빔을 통해 상기 파일럿 신호를 송신하는 과정은,
    상기 결정된 빔의 이득에 따라 상기 결정된 폭을 가지는 적어도 하나의 송신 빔을 통해 상기 파일럿 신호를 송신하는 과정을 포함하는 방법.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 적어도 하나의 송신 빔이 복수 개인 경우, 상기 적어도 하나의 송신 빔 중 일부는,
    상기 결정된 빔 폭 및 상기 결정된 빔의 이득에 기반하여 각각 중첩되는 방법.
  6. 기지국의 랜덤 액세스(RA, random access) 방법에 있어서,
    빔들 중 일부를 중첩시키기 위한 적어도 하나의 레벨을 결정하는 과정과,
    RA를 위한 자원 정보를 포함하는 참조 신호(Base Station Reference Signal)를 송신하는 과정과,
    상기 결정된 적어도 하나의 레벨에 기반하여 상기 빔들에 대한 이득(gain)을 결정하는 과정과,
    상기 결정된 이득에 따라, 상기 빔들을 통해 RA를 위한 파일럿 신호를 송신하는 동작을 포함하고,
    상기 빔들 중 일부는,
    상기 결정된 레벨에 기반하여 중첩된 영역을 가지는 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 빔들 중 적어도 하나를 통해, 상기 RA를 위한 파일럿 신호에 기반하여 생성된 RA 프리앰블을 각각 수신하는 과정을 더 포함하는 방법.
  8. 단말의 랜덤 액세스(RA, random access) 방법에 있어서,
    기지국의 복수의 빔들 중 일부 빔들을 통해, 파일럿 신호들을 각각 수신하는 과정과,
    상기 수신된 파일럿 신호들의 수신 강도에 기반하여 빔을 이용하는 RA를 수행할 것을 결정하는 과정과,
    상기 일부 빔들 중에서, 상기 수신 강도에 기반하여 결정된 하나의 빔을 통해, 상기 기지국에게 RA 프리앰블을 송신하는 과정을 포함하는 방법.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 빔을 이용하는 RA를 수행할 것을 결정하는 과정은,
    상기 수신된 파일럿 신호들의 수신 강도들을 각각 측정하는 과정과,
    상기 측정된 수신 강도들 중에서 최대 크기를 가지는 수신 강도가 존재하는 경우, 상기 빔을 이용하는 RA를 수행할 것을 결정하는 과정을 포함하는 방법.
  10. 청구항 8에 있어서, 상기 빔을 이용하는 RA를 수행할 것을 결정하는 과정은,
    상기 수신된 파일럿 신호들의 수신 강도들을 각각 측정하는 과정과,
    상기 측정된 수신 강도들 중 최대 수신 강도가 나머지 수신 강도들의 합보다 큰 경우, 상기 빔을 이용하는 RA를 수행할 것을 결정하는 과정을 포함하는 방법.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 수신된 파일럿 신호들의 수신 강도에 기반하여 일반적인(normal) RA를 수행할 것을 결정하는 과정과,
    상기 기지국에게 상기 RA 프리앰블을 송신하는 과정을 포함하는 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 기지국으로부터 상기 빔을 이용하는 RA를 위한 자원 정보 및 상기 일반적인 RA를 위한 자원 정보를 수신하는 과정을 더 포함하고,
    상기 결정된 하나의 빔을 통해 상기 기지국에게 RA 프리앰블을 송신하는 과정은,
    상기 빔을 이용하는 RA를 위한 자원 정보에 기반하여 상기 결정된 하나의 빔에 대응하는 RA 프리앰블을 결정하는 과정과,
    상기 결정된 하나의 빔을 통해 상기 기지국에게 상기 결정된 RA 프리앰블을 송신하는 과정을 포함하고,
    상기 기지국에게 상기 RA 프리앰블을 송신하는 과정은,
    상기 기지국에게 상기 일반적인 RA를 위한 자원 정보에 기반하여 결정된 RA 프리앰블을 송신하는 과정을 포함하는 방법.
  13. 단말의 랜덤 액세스(RA, random access) 방법에 있어서,
    기지국으로부터 상기 RA를 위한 자원 정보를 포함하는 참조 신호(Reference Signal)를 수신하는 과정과,
    상기 기지국으로부터 수신된 파일럿 신호들에 기반하여 측정된 수신 세기들 및 빔들의 레벨에 대한 정보에 기반하여 상기 빔들 중 RA를 위한 빔을 결정하는 과정과,
    상기 수신된 RA를 위한 자원 정보에 기반하여, 상기 결정된 RA를 위한 빔에 대응하는 RA 프리앰블을 결정하는 과정과,
    상기 결정된 RA를 위한 빔을 통해 상기 기지국에게 상기 결정된 RA 프리앰블을 송신하는 과정을 포함하고,
    상기 수신된 파일럿 신호들은,
    상기 빔들을 통해 상기 기지국으로부터 각각 송신되는 방법.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 레벨은,
    상기 빔들 중 일부를 중첩시키기 위하여 결정되는 방법.
  15. 청구항 1 내지 14의 방법 중 적어도 하나를 구현하기 위해 배치된(arranged) 기지국 또는 단말의 장치.
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