WO2018174577A1 - 랜덤 접속 과정을 수행하는 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

랜덤 접속 과정을 수행하는 방법 및 이를 위한 장치 Download PDF

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WO2018174577A1
WO2018174577A1 PCT/KR2018/003324 KR2018003324W WO2018174577A1 WO 2018174577 A1 WO2018174577 A1 WO 2018174577A1 KR 2018003324 W KR2018003324 W KR 2018003324W WO 2018174577 A1 WO2018174577 A1 WO 2018174577A1
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uplink
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김재형
안준기
박창환
신석민
양석철
황승계
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엘지전자 주식회사
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    • H04W72/23—Control channels or signalling for resource management in the downlink direction of a wireless link, i.e. towards a terminal

Definitions

  • the present invention relates to a wireless communication system, and more particularly, to a method and apparatus for performing a random access procedure for efficiently transmitting and receiving data.
  • NR new RAT
  • An object of the present invention is to provide a method and apparatus for performing a random access process for efficiently transmitting and receiving data in a wireless communication system. Specifically, an object of the present invention to provide a method and apparatus for performing a random access process for efficiently transmitting and receiving uplink / downlink data in a wireless communication system that supports narrowband Internet of Things (NB-IoT) communication have.
  • NB-IoT narrowband Internet of Things
  • a method for a terminal to perform a random access procedure in a wireless communication system comprising: transmitting a random access preamble to a base station, wherein the random access preamble is an Msg3 step during the random access procedure Indicates uplink data transmission in a; And receiving second uplink grant information for uplink data transmission in the Msg3 step together with a random access response message including first uplink grant information from the base station. And transmitting a Radio Resource Control (RRC) connection request message to the base station using the first uplink grant information, and performing uplink data transmission using the second uplink grant information.
  • RRC Radio Resource Control
  • a terminal for performing a random access procedure in a wireless communication system includes: an RF transceiver; And a processor operatively connected to the RF transceiver, wherein the processor transmits a random access preamble to a base station, and the random access preamble indicates uplink data transmission in the Msg3 step during the random access procedure. And receiving second uplink grant information for uplink data transmission in the Msg3 step together with a random access response message including first uplink grant information from the base station, and receiving the first uplink grant information.
  • the RRC connection request message may be transmitted to the base station, and the uplink data transmission may be performed using the second uplink grant information.
  • transmitting the random access preamble indicates that uplink data transmission is performed in the Msg3 step by transmitting the random access preamble using a predetermined physical random access channel (PRACH) time resource and a frequency resource. It may include.
  • PRACH physical random access channel
  • transmitting the random access preamble includes indicating uplink data transmission in the Msg3 step by transmitting the random access preamble using a predetermined physical random access channel (PRACH) frequency hopping pattern.
  • PRACH physical random access channel
  • transmitting the random access preamble by transmitting the random access preamble using a predetermined physical random access channel (PRACH) non-anchor (PRB) physical resource block (PRB). It may include indicating the uplink data transmission of.
  • PRACH physical random access channel
  • PRB physical resource block
  • transmitting the random access preamble may include instructing uplink data transmission in the Msg3 step by multiplying a predetermined orthogonal cover code by a preamble symbol or a preamble symbol group of the random access preamble.
  • transmitting the random access preamble may include indicating uplink data transmission in the Msg3 step by dividing a preamble sequence of the random access preamble.
  • the transmission of the RRC connection request message and the uplink data transmission can be performed through the same PUSCH (Physical Uplink Shared Channel).
  • PUSCH Physical Uplink Shared Channel
  • the transmission of the RRC connection request message and the uplink data transmission may be performed through different physical uplink shared channels (PUSCHs).
  • PUSCHs physical uplink shared channels
  • the random access response message and the second uplink grant information may be received through a physical downlink control channel (PDCCH) that does not include a physical downlink shared channel (PDSCH).
  • PDCH physical downlink control channel
  • PDSCH physical downlink shared channel
  • the random access response message and the second uplink grant information may be received through a physical downlink shared channel (PDSCH) that does not include a physical downlink control channel (PDCCH).
  • PDSCH physical downlink shared channel
  • PDCCH physical downlink control channel
  • the method further comprises receiving an RRC connection establishment message from said base station; And performing a hybrid automatic repeat and request (HARQ) operation on the uplink data transmission when the RRC connection configuration message does not include identification information of the terminal.
  • HARQ hybrid automatic repeat and request
  • the contention resolution message when the contention resolution message includes the identification information of the terminal, may further comprise the step of entering the RRC-IDLE mode.
  • data can be efficiently transmitted and received through a random access procedure in a wireless communication system.
  • NB-IoT narrowband Internet of Things
  • FIG. 1 illustrates a control plane and a user plane of a radio interface protocol.
  • Figure 2 illustrates the physical channels that can be used in the present invention and a general signal transmission method using them.
  • FIG 3 illustrates a structure of a radio frame that can be used in the present invention.
  • FIG. 4 illustrates a resource grid for a downlink slot that can be used in the present invention.
  • FIG. 5 illustrates a structure of a downlink subframe that can be used in the present invention.
  • FIG. 6 illustrates a structure of an uplink subframe that can be used in the present invention.
  • FIG. 11 illustrates a paging cycle and a DRX cycle.
  • FIG. 12 illustrates a base station and a terminal to which the present invention can be applied.
  • CDMA code division multiple access
  • FDMA frequency division multiple access
  • TDMA time division multiple access
  • OFDMA orthogonal frequency division multiple access
  • SC-FDMA single carrier frequency division multiple access
  • CDMA may be implemented with a radio technology such as Universal Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) or CDMA2000.
  • TDMA may be implemented with wireless technologies such as Global System for Mobile communications (GSM) / General Packet Radio Service (GPRS) / Enhanced Data Rates for GSM Evolution (EDGE).
  • GSM Global System for Mobile communications
  • GPRS General Packet Radio Service
  • EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution
  • OFDMA may be implemented in a wireless technology such as IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802.20, Evolved UTRAN (E-UTRAN), and the like.
  • UTRAN is part of the Universal Mobile Telecommunications System (UMTS).
  • the 3rd Generation Partnership Project (3GPP) long term evolution (LTE) system is part of Evolved UMTS (E-UMTS) using E-UTRAN and the LTE-A (Advanced) system is an evolved version of 3GPP LTE.
  • 3GPP 3rd Generation Partnership Project
  • LTE long term evolution
  • E-UMTS Evolved UMTS
  • LTE-A Advanced
  • the present invention can be applied not only to a system according to the 3GPP LTE / LTE-A standard, but also to a system according to another 3GPP standard, an IEEE 802.xx standard, or a 3GPP2 standard, and can be applied to a next generation communication system.
  • a user equipment may be fixed or mobile, and includes various devices that communicate with a base station (BS) to transmit and receive data and / or control information.
  • the UE is a terminal, a mobile station (MS), a mobile terminal (MT), a user terminal (UT), a subscriber station (SS), a wireless device, a personal digital assistant (PDA), a wireless modem. ), Handheld devices, and the like.
  • the UE may be mixed with the terminal.
  • a base station generally refers to a fixed station that communicates with a UE and / or another BS, and communicates with the UE and another BS to exchange various data and control information.
  • the base station (BS) is an advanced base station (ABS), a node-B (NB), an evolved-NodeB (eNB), a base transceiver system (BTS), an access point, a processing server (PS), and a node.
  • TP Transmission Point
  • the base station BS may be mixed with the eNB.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a control plane and a user plane structure of a radio interface protocol between a terminal and an E-UTRAN based on a 3GPP radio access network standard.
  • the control plane means a path through which control messages used by the terminal and the network to manage a call are transmitted.
  • the user plane refers to a path through which data generated at an application layer, for example, voice data or Internet packet data, is transmitted.
  • the physical layer which is the first layer, provides an information transfer service to an upper layer by using a physical channel.
  • the physical layer is connected to the upper layer of the medium access control layer through a transport channel. Data moves between the medium access control layer and the physical layer through the transport channel. Data moves between the physical layer between the transmitting side and the receiving side through the physical channel.
  • the physical channel utilizes time and frequency as radio resources.
  • the physical channel is modulated in an Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) scheme in downlink, and modulated in a Single Carrier Frequency Division Multiple Access (SC-FDMA) scheme in uplink.
  • OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access
  • SC-FDMA Single Carrier Frequency Division Multiple Access
  • the medium access control (MAC) layer of the second layer provides a service to a radio link control (RLC) layer, which is a higher layer, through a logical channel.
  • RLC radio link control
  • the RLC layer of the second layer supports reliable data transmission.
  • the function of the RLC layer may be implemented as a functional block inside the MAC.
  • the PDCP (Packet Data Convergence Protocol) layer of the second layer performs a header compression function to reduce unnecessary control information in order to efficiently transmit IP packets such as IPv4 or IPv6 in a narrow bandwidth wireless interface.
  • IPv4 Packet Data Convergence Protocol
  • the Radio Resource Control (RRC) layer located at the bottom of the third layer is defined only in the control plane.
  • the RRC layer is responsible for controlling logical channels, transport channels, and physical channels in association with configuration, reconfiguration, and release of radio bearers (RBs).
  • RB means a service provided by the second layer for data transmission between the terminal and the network.
  • the RRC layers of the UE and the network exchange RRC messages with each other. If there is an RRC connected (RRC Connected) between the UE and the RRC layer of the network, the UE is in an RRC connected mode, otherwise it is in an RRC idle mode.
  • the non-access stratum (NAS) layer above the RRC layer performs functions such as session management and mobility management.
  • One cell constituting the eNB is configured with one of bandwidths of 1.25, 2.5, 5, 10, 15, and 20 MHz to provide downlink or uplink transmission service to multiple terminals. Different cells may be configured to provide different bandwidths.
  • the downlink transmission channel for transmitting data from the network to the UE includes a BCH (broadcast channel) for transmitting system information, a paging channel (PCH) for transmitting a paging message, and a downlink shared channel (SCH) for transmitting user traffic or control messages.
  • BCH broadcast channel
  • PCH paging channel
  • SCH downlink shared channel
  • Traffic or control messages of a downlink multicast or broadcast service may be transmitted through a downlink SCH or may be transmitted through a separate downlink multicast channel (MCH).
  • the uplink transmission channel for transmitting data from the terminal to the network includes a random access channel (RAC) for transmitting an initial control message and an uplink shared channel (SCH) for transmitting user traffic or a control message.
  • RAC random access channel
  • SCH uplink shared channel
  • BCCH Broadcast control channel
  • PCCH paging control channel
  • CCCH common control channel
  • MCCH multicast control channel
  • MTCH multicast Traffic Channel
  • a terminal receives information from a base station through downlink (DL) and transmits information to the base station through uplink (UL).
  • the information transmitted and received by the base station and the terminal includes general data information and various control information, and various physical channels exist according to the type / use of the information they transmit and receive.
  • Figure 2 illustrates the physical channels that can be used in the present invention and a general signal transmission method using them.
  • the terminal which is powered on again or enters a new cell while the power is turned off performs an initial cell search operation such as synchronizing with the base station in step S201.
  • the UE receives a Primary Synchronization Signal (PSS) and a Secondary Synchronization Signal (SSS) from the base station, synchronizes with the base station, and obtains information such as a cell identity.
  • PSS Primary Synchronization Signal
  • SSS Secondary Synchronization Signal
  • the terminal may obtain system information broadcast in the cell through a physical broadcast channel (PBCH) from the base station.
  • PBCH physical broadcast channel
  • the terminal may check a downlink channel state by receiving a downlink reference signal (DL RS) in an initial cell search step.
  • DL RS downlink reference signal
  • the UE After completing the initial cell search, the UE receives a physical downlink shared channel (PDSCH) according to physical downlink control channel (PDCCH) and physical downlink control channel information in step S202 to provide more specific information.
  • PDSCH physical downlink shared channel
  • PDCCH physical downlink control channel
  • System information can be obtained.
  • the terminal may perform a random access procedure such as steps S203 to S206 to complete the access to the base station.
  • the UE transmits a preamble through a physical random access channel (PRACH) (S203), a response message to the preamble through a physical downlink control channel and a corresponding physical downlink shared channel. It may be received (S204).
  • PRACH physical random access channel
  • contention resolution procedure such as additional physical random access channel transmission (S205) and physical downlink control channel and corresponding physical downlink shared channel reception (S206) ) Can be performed.
  • the UE After performing the above-described procedure, the UE subsequently receives a physical downlink control channel / physical downlink shared channel (S207) and a physical uplink shared channel (PUSCH) as a general uplink / downlink signal transmission procedure.
  • Physical uplink control channel (PUCCH) transmission (S208) may be performed.
  • the control information transmitted from the terminal to the base station is collectively referred to as uplink control information (UCI).
  • UCI includes Hybrid Automatic Repeat and reQuest Acknowledgment / Negative-ACK (HARQ ACK / NACK), Scheduling Request (SR), Channel State Information (CSI), and the like.
  • HARQ ACK / NACK Hybrid Automatic Repeat and reQuest Acknowledgment / Negative-ACK
  • SR Scheduling Request
  • CSI Channel State Information
  • the CSI includes a Channel Quality Indicator (CQI), a Precoding Matrix Indicator (PMI), a Rank Indication (RI), and the like.
  • CQI Channel Quality Indicator
  • PMI Precoding Matrix Indicator
  • RI Rank Indication
  • UCI is generally transmitted through PUCCH, but may be transmitted through PUSCH when control information and traffic data should be transmitted at the same time. In addition, the UCI may be aperiodically transmitted through the PUSCH by the request / instruction of the network.
  • FIG. 3 illustrates a structure of a radio frame that can be used in the present invention.
  • OFDM orthogonal frequency division multiplexing
  • SFs subframes
  • a subframe is defined as a predetermined time interval including a plurality of OFDM symbols.
  • the LTE (-A) system supports a type 1 radio frame structure applicable to frequency division duplex (FDD) and a type 2 radio frame structure applicable to time division duplex (TDD).
  • FDD frequency division duplex
  • TDD time division duplex
  • a downlink radio frame consists of 10 subframes, and one subframe consists of two slots in the time domain.
  • the time taken for one subframe to be transmitted is called a Transmission Time Interval (TTI).
  • TTI may refer to the time taken for one slot to be transmitted.
  • one subframe may have a length of 1 ms, and one slot may have a length of 0.5 ms.
  • One slot includes a plurality of OFDM symbols in the time domain and a plurality of resource blocks (RBs) in the frequency domain.
  • RBs resource blocks
  • an OFDM symbol represents one symbol period.
  • An OFDM symbol may also be referred to as an SC-FDMA symbol or symbol period.
  • the resource block RB as a resource allocation unit may include a plurality of consecutive subcarriers in one slot.
  • the number of OFDM symbols included in one slot may vary depending on the configuration of a cyclic prefix (CP).
  • CP has an extended CP (normal CP) and a normal (normal CP).
  • normal CP when an OFDM symbol is configured by a normal CP, the number of OFDM symbols included in one slot may be seven.
  • the OFDM symbol is configured by the extended CP, since the length of one OFDM symbol is increased, the number of OFDM symbols included in one slot is smaller than that of the normal CP.
  • the number of OFDM symbols included in one slot may be six.
  • an extended CP may be used to further reduce intersymbol interference.
  • Type 2 radio frame is composed of two half frames, each half frame is composed of five subframes, downlink period (eg, downlink pilot time slot (DwPTS), guard period, GP) ), And an uplink period (eg, UpPTS (Uplink Pilot Time Slot)).
  • Downlink period eg, downlink pilot time slot (DwPTS), guard period, GP
  • UpPTS Uplink Pilot Time Slot
  • One subframe consists of two slots.
  • the downlink period eg, DwPTS
  • the downlink period is used for initial cell search, synchronization, or channel estimation in the terminal.
  • an uplink period eg, UpPTS
  • UpPTS is used to synchronize channel estimation at the base station with uplink transmission synchronization of the terminal.
  • a SRS Sounding Reference Signal
  • PRACH transport random access preamble
  • Physical Random Access Channel Physical Random Access Channel
  • the structure of the radio frame described above is merely an example, and the number of subframes included in the radio frame, the number of slots included in the subframe, and the number of symbols included in the slot may be variously changed.
  • FIG. 4 illustrates a resource grid for a downlink slot that can be used in the present invention.
  • the downlink slot includes a plurality of OFDM symbols in the time domain.
  • one downlink slot includes 7 OFDM symbols and one resource block (RB) is illustrated as including 12 subcarriers in the frequency domain.
  • Each element on the resource grid is referred to as a resource element (RE).
  • One RB contains 12x7 REs.
  • the number NDL of RBs included in the downlink slot depends on the downlink transmission band.
  • the structure of the uplink slot may be the same as the structure of the downlink slot.
  • the resource grid of the slot described above is merely an example, and the number of symbols, resource elements, and RBs included in the slot may vary.
  • FIG. 5 illustrates a structure of a downlink subframe that can be used in the present invention.
  • up to three (or four) OFDM symbols located in front of the first slot in a subframe correspond to a control region for control channel allocation.
  • the remaining OFDM symbols correspond to a data region to which a Physical Downlink Shared Channel (PDSCH) is allocated, and the basic resource unit of the data region is RB.
  • PDSCH Physical Downlink Shared Channel
  • Examples of the downlink control channel used in the LTE (-A) system include a Physical Control Format Indicator Channel (PCFICH), a Physical Downlink Control Channel (PDCCH), a Physical Hybrid ARQ Indicator Channel (PHICH), and the like.
  • the PCFICH is transmitted in the first OFDM symbol of a subframe and carries information about the number of OFDM symbols used for transmission of a control channel within the subframe.
  • the PCFICH is composed of four Resource Element Groups (REGs), and each REG is evenly distributed in the control region based on the cell ID.
  • REG Resource Element Group
  • One REG may be composed of four resource elements.
  • PCFICH indicates a value of 1 to 3 (or 2 to 4) and is modulated by Quadrature Phase Shift Keying (QPSK).
  • PHICH carries a HARQ ACK / NACK signal in response to the uplink transmission.
  • the PHICH is allocated on the remaining REG except for the CRS and the PCFICH (first OFDM symbol).
  • the PHICH is allocated to three REGs that are distributed as much as possible in the frequency domain. The PHICH will be described in more detail below.
  • the PDCCH is allocated within the first n OFDM symbols (hereinafter, control regions) of the subframe.
  • n is indicated by the PCFICH as an integer of 1 or more.
  • Control information transmitted through the PDCCH is referred to as downlink control information (DCI).
  • the PDCCH includes a transmission format and resource allocation information of a downlink shared channel (DL-SCH), a transmission format and resource allocation information of an uplink shared channel (UL-SCH), a paging channel, Resource allocation information of higher layer control messages such as paging information on PCH), system information on DL-SCH, random access response transmitted on PDSCH, Tx power control command set for individual terminals in a terminal group, Tx power control command, It carries information on activation instruction of VoIP (Voice over IP).
  • DL-SCH downlink shared channel
  • UL-SCH uplink shared channel
  • paging channel Resource allocation information of higher layer control messages
  • system information on DL-SCH random access response transmitted on PDSCH
  • the DCI format includes a hopping flag, RB allocation, Modulation Coding Scheme (MCS), Redundancy Version (RV), New Data Indicator (NDI), Transmit Power Control (TPC), and cyclic shift depending on the purpose. It optionally includes information such as a DM-RS (DeModulation Reference Signal), a CQI (Channel Quality Information) request, a HARQ process number, a transmitted precoding matrix indicator (TPMI), and a precoding matrix indicator (PMI) confirmation.
  • MCS Modulation Coding Scheme
  • RV Redundancy Version
  • NDI New Data Indicator
  • TPC Transmit Power Control
  • a plurality of PDCCHs may be transmitted in the control region.
  • the terminal may monitor the plurality of PDCCHs.
  • the PDCCH is transmitted on an aggregation of one or a plurality of consecutive control channel elements (CCEs).
  • CCEs control channel elements
  • the number of CCEs constituting the PDCCH is referred to as a CCE aggregation level.
  • CCE is a logical allocation unit used to provide a PDCCH with a coding rate based on radio channel conditions.
  • the CCE corresponds to a plurality of resource element groups (REGs).
  • the format of the PDCCH and the number of PDCCH bits are determined according to the number of CCEs.
  • the base station determines the PDCCH format according to the DCI to be transmitted to the terminal, and adds a cyclic redundancy check (CRC) to the control information.
  • the CRC is masked with an identifier (eg, a radio network temporary identifier (RNTI)) according to the owner or purpose of use of the PDCCH.
  • RNTI radio network temporary identifier
  • an identifier eg, cell-RNTI (C-RNTI)
  • C-RNTI cell-RNTI
  • a paging identifier eg, paging-RNTI (P-RNTI)
  • P-RNTI paging-RNTI
  • a system information RNTI (SI-RNTI) may be masked to the CRC. If the PDCCH is for a random access response, a random access-RNTI (RA-RNTI) may be masked to the CRC.
  • a TPC-RNTI Transmit Power Control-RNTI
  • the TPC-RNTI is a TPC-PUCCH-RNTI for PUCCH power control and a TPC-PUSCH- for PUSCH power control.
  • RNTI may be included.
  • MCCH multicast control channel
  • M-RNTI multimedia broadcast multicast service-RNTI
  • DCI downlink control information
  • Various DCI formats are defined depending on the application. Specifically, DCI formats 0 and 4 (hereinafter, UL grants) are defined for uplink scheduling, and DCI formats 1, 1A, 1B, 1C, 1D, 2, 2A, 2B, and 2C (hereinafter, DL grant) is defined.
  • the DCI format includes a hopping flag, RB allocation, Modulation Coding Scheme (MCS), Redundancy Version (RV), New Data Indicator (NDI), Transmit Power Control (TPC), and cyclic shift DM-RS ( It optionally includes information such as a DeModulation Reference Signal (CQI), Channel Quality Information (CQI) request, HARQ process number, Transmitted Precoding Matrix Indicator (TPMI), Precoding Matrix Indicator (PMI) confirmation.
  • MCS Modulation Coding Scheme
  • RV Redundancy Version
  • NDI New Data Indicator
  • TPC Transmit Power Control
  • cyclic shift DM-RS It optionally includes information such as a DeModulation Reference Signal (CQI), Channel Quality Information (CQI) request, HARQ process number, Transmitted Precoding Matrix Indicator (TPMI), Precoding Matrix Indicator (PMI) confirmation.
  • CQI DeModulation Reference Signal
  • CQI Channel Quality Information
  • TPMI Transmitted
  • the base station determines the PDCCH format according to the control information to be transmitted to the terminal, and adds a cyclic redundancy check (CRC) for error detection to the control information.
  • CRC cyclic redundancy check
  • the CRC is masked with an identifier (eg, a radio network temporary identifier (RNTI)) according to the owner or purpose of the PDCCH.
  • RNTI radio network temporary identifier
  • the PDCCH is CRC scrambled with an identifier (eg, RNTI).
  • a limited set of CCE locations where a PDCCH can be located for each UE is defined.
  • the limited set of CCE locations where the UE can find its own PDCCH may be referred to as a search space (SS).
  • the search space has a different size according to each PDCCH format.
  • UE-specific and common search spaces are defined separately. Since the base station does not provide the terminal with information about where the PDCCH is in the search space, the terminal finds its own PDCCH by monitoring a set of PDCCH candidates in the search space. Here, monitoring means that the UE attempts to decode the received PDCCH candidates according to each DCI format.
  • Finding the PDCCH in the search space is called blind decoding or blind detection.
  • blind detection the UE simultaneously performs identification of the PDCCH transmitted to itself and decoding of control information transmitted through the corresponding PDCCH. For example, when de-masking the PDCCH with C-RNTI, if there is no CRC error, the UE detects its own PDCCH.
  • the UE-Specific Search Space (USS) is set individually for each terminal, and the range of the Common Search Space (CSS) is known to all terminals. USS and CSS can overlap.
  • the base station may not find CCE resources for transmitting the PDCCH to all possible UEs.
  • the starting position of the USS is hopped in a terminal-specific manner.
  • FIG. 6 illustrates a structure of an uplink subframe that can be used in the present invention.
  • an uplink subframe includes a plurality of slots (eg, two).
  • the slot may include different numbers of SC-FDMA symbols according to the CP length. For example, in case of a normal CP, a slot may include 7 SC-FDMA symbols.
  • the uplink subframe is divided into a data region and a control region in the frequency domain.
  • the data area includes a PUSCH and is used to transmit data signals such as voice.
  • the control region contains a PUCCH and is used to transmit control information.
  • PUCCH may be used to transmit the following control information.
  • SR Service Request: Information used to request an uplink UL-SCH resource. It is transmitted using OOK (On-Off Keying) method.
  • HARQ ACK / NACK This is a response signal for a downlink data packet on a PDSCH. Indicates whether the downlink data packet was successfully received.
  • One bit of ACK / NACK is transmitted in response to a single downlink codeword (CodeWord, CW), and two bits of ACK / NACK are transmitted in response to two downlink codewords.
  • CQI Channel Quality Indicator
  • MIMO Multiple input multiple output
  • RI rank indicator
  • PMI precoding matrix indicator
  • PTI precoding type indicator
  • the structure of the radio frame described above is merely an example, and the number of subframes included in the radio frame, the number of slots included in the subframe, and the number of symbols included in the slot may be variously changed.
  • the random access procedure is used to transmit data (short length) on the uplink.
  • the random access procedure is performed at the initial access in the RRC_IDLE state, the initial access after the radio link failure, the handover requiring the random access process, and the generation of uplink / downlink data requiring the random access process in the RRC_CONNECTED state.
  • Some RRC messages such as an RRC connection request message, a cell update message, and an URA update message, are also transmitted using a random access procedure.
  • the logical channels Common Control Channel (CCCH), Dedicated Control Channel (DCCH), and Dedicated Traffic Channel (DTCH) may be mapped to the transport channel RACH.
  • the transport channel RACH is mapped to the physical channel physical random access channel (PRACH).
  • the terminal physical layer When the MAC layer of the terminal instructs the terminal physical layer to transmit PRACH, the terminal physical layer first selects one access slot and one signature and transmits the PRACH preamble in uplink.
  • the random access process is divided into a contention based process and a non-contention based process.
  • the terminal receives and stores information about a random access from a base station through system information. After that, if a random access is required, the UE transmits a random access preamble (also referred to as message 1 or Msg1) to the base station (S710).
  • a random access preamble also referred to as message 1 or Msg1
  • the base station transmits a random access response message (also referred to as message 2 or Msg2) to the terminal (S720).
  • the downlink scheduling information on the random access response message may be CRC masked with a random access-RNTI (RA-RNTI) and transmitted on an L1 / L2 control channel (PDCCH).
  • RA-RNTI random access-RNTI
  • PDCCH L1 / L2 control channel
  • the UE may receive and decode a random access response message from a physical downlink shared channel (PDSCH). Thereafter, the terminal checks whether the random access response message includes random access response information indicated to the terminal. Whether the random access response information indicated to the presence of the self may be determined by whether there is a random access preamble ID (RAID) for the preamble transmitted by the terminal.
  • the random access response information includes a timing advance (TA) indicating timing offset information for synchronization, radio resource allocation information used for uplink, and a temporary identifier (eg, Temporary C-RNTI) for identifying a terminal. do.
  • the UE When the UE receives the random access response information, the UE performs uplink transmission (also referred to as message 3 or Msg3) including an RRC connection request message on an uplink shared channel (SCH) according to radio resource allocation information included in the response information. Perform (S730).
  • the base station After receiving the uplink transmission from the terminal, the base station transmits a message for contention resolution (also referred to as message 4 or Msg4) to the terminal (S740).
  • the message for contention resolution may be referred to as a contention resolution message and may include an RRC connection establishment message.
  • the terminal After receiving the contention resolution message from the base station, the terminal completes the connection setup and transmits a connection setup complete message (also called message 5 or Msg5) to the base station (S750).
  • the base station may allocate a non-contention random access preamble to the UE before the UE transmits the random access preamble (S710).
  • the non-competitive random access preamble may be allocated through dedicated signaling such as a handover command or a PDCCH.
  • the UE may transmit the allocated non-competitive random access preamble to the base station similarly to step S710.
  • the base station may transmit a random access response to the terminal similarly to step S720.
  • HARQ is not applied to the random access response (S720) in the above-described random access procedure, but HARQ may be applied to a message for uplink transmission or contention resolution for the random access response. Therefore, the UE does not need to transmit ACK / NACK for the random access response.
  • next generation system it is considered to configure a low-cost / low-spec terminal mainly for data communication such as meter reading, water level measurement, surveillance camera utilization, and inventory reporting of a vending machine.
  • these terminals have low device complexity and low power consumption, they seek to provide appropriate throughput between connected devices, and may be referred to as machine type communication (MTC) or Internet of Things (IoT) terminals for convenience.
  • MTC machine type communication
  • IoT Internet of Things
  • the terminal will be referred to collectively as UE.
  • the next generation system may perform narrowband communication (or NB-IoT communication) in utilizing a cellular network or a third network.
  • the narrow band may be 180 kHz.
  • the UE (or NB-IoT UE) or eNB may transmit multiplexed single or multiple physical channels in the corresponding area.
  • the NB-IoT UE may perform communication in an area where a channel environment is poor, such as under a bridge, under the sea, or at sea, and in this case, to compensate for this, the NB-IoT UE may repeatedly transmit a specific channel (for example, repeatedly transmit for several TTI) And / or perform power boosting.
  • An example of power amplification may be in the form of further reducing the frequency resource area to be transmitted in a specific band to drive power per hour to a specific resource.
  • a specific channel is transmitted through a resource block (RB) consisting of 12 REs
  • a specific RE (s) is allocated to power to be distributed through the entire RB by selecting and allocating a specific RE instead of an RB unit. You can also drive.
  • a method of performing communication by concentrating data and power in one RE in an RB may be referred to as a single-tone transmission method.
  • the physical channel for NB-IoT may be referred to by adding 'N', which means narrowband, to the physical channel of the existing system.
  • the PUSCH for the NB-IoT may be referred to as a narrowband physical uplink shared channel (NPUSCH)
  • the PRACH for the NB-IoT may be referred to as a narrowband physical random access channel (NPRACH)
  • NPRACH narrowband physical random access channel
  • the PBCH for NB-IoT may be referred to as a narrowband physical broadcast channel (NPBCH)
  • the PDCCH for NB-IoT may be referred to as a narrowband physical downlink control channel (NPDCCH)
  • the PDSCH for the NB-IoT is a narrowband physical downlink shared NPDSCH.
  • NPUSCH, NPRACH, NPBCH, NPDCCH, and NPDSCH may be mixed with PUSCH, PRACH, PBCH, PDCCH, and PDSCH, respectively.
  • NB-IoT may be mixed with cellular IoT (or cIoT).
  • the present invention is described based on a terminal / base station / system supporting NB-IoT, but the present invention is not limited thereto.
  • the present invention can be equally applied to a terminal / base station / system that does not support NB-IoT communication.
  • the present invention may be equally applicable to terminals / base stations / systems supporting mMTC (massive machine type communication) as well as general terminals / base stations / systems not supporting IoT and MTC.
  • a terminal / base station / system may collectively refer to a terminal / base station / system supporting NB-IoT and a terminal / base station / system not supporting NB-IoT.
  • the random access procedure for NB-IoT supports a 4-step contention based random access process (or 4-step contention based RACH process) similar to legacy LTE as follows.
  • the 4-step contention based random access procedure may be performed through the process described in FIG. 7 and the related description.
  • Msg1 RA preamble (random access preamble) transmission from the terminal (for example, see step S710 of Figure 7)
  • Msg2 Receive a random access response (RAR) from the terminal (eg, see step S720 of FIG. 7).
  • the RAR includes a timing advance command (TA command), UL grant information for transmitting an L2 / L3 message, and the like.
  • the UL grant information is used for (N) PUSCH transmission in the Msg3 step and may be referred to as (N) PUSCH grant information.
  • Msg3 L2 / L3 message transmission from the terminal (for example, see step S730 of Figure 7).
  • the L2 / L3 message includes an RRC connection request, a tracking area update (TAU), UE identification information (or UE ID), and the like.
  • TAU tracking area update
  • UE identification information or UE ID
  • Msg4 Receive a contention resolution message (contention resolution message) at the terminal (eg, see step S740 of FIG. 7).
  • the contention resolution message includes an RRC connection setup, UE identification information (or UE ID), and the like.
  • Msg5 The terminal transmits an RRC connection setup complete message (for example, see S750 of FIG. 7).
  • the RRC connection establishment complete message includes HARQ-ACK (Hybrid Automatic Repeat and reQuest Acknowledgement) information for Msg4.
  • HARQ-ACK Hybrid Automatic Repeat and reQuest Acknowledgement
  • the standard specification after 3rd Generation Partnership Project (3GPP) Release-13 supports NB-IoT communication.
  • 3GPP Release-13 supports NB-IoT communication.
  • a radio access technology between an NB-IoT terminal and a base station supports repeated transmission of a physical channel for coverage enhancement or coverage extension, and core
  • the core network optimization technology for intermittent data transmission and reception of an NB-IoT terminal dedicated to voiceless data is supported.
  • EPS Evolved Packet System
  • NB-IoT the random access process for NB-IoT is as follows. Supports random access procedure.
  • Msg2 RAR (including TA command, Msg3 scheduling information, etc.)
  • Msg5 RRC connection setup complete (NAS PDU with data)
  • Msg2 RAR (including TA command, Msg3 scheduling information, etc.)
  • the first UL data transmission is possible in Msg5 for control plane EPS optimization, and the first UL data transmission after Msg5 for user plane EPS optimization. It is possible.
  • excessive delay may occur due to repetitive transmission of a physical channel.
  • repeated transmission of the same signal may be performed up to 128 times, and a delay of several tens of seconds to several hundreds of seconds may occur until transmission of uplink data is completed.
  • repeated transmission of the same signal may be performed up to 2048 times. In this case, a delay of about tens of seconds to several hundreds of seconds may occur until the transmission and reception of downlink data is completed.
  • the present invention proposes a method for early transmission / reception of data through a random access procedure to solve this technical problem. More specifically, the present invention prematurely accesses data in a random access process in order to reduce latency and power consumption, which are main requirements of NB-IoT or mMTC (massive machine type communication).
  • a method of transmitting / receiving a message More specifically, as described above, in the conventional contention-based random access process, data transmission / reception is possible after Msg5 or later, whereas the present invention enables Msg3 or earlier for UL data and Msg4 for DL data. Or to enable transmission and reception before that.
  • early UL data refers to UL data transmitted by a UE before Msg3 or earlier in a random access procedure
  • early DL data is transmitted by a base station before Msg4 in a random access procedure.
  • DL data refers to DL data.
  • DL HARQ-ACK refers to HARQ-ACK information transmitted from a UE to a base station for DL data
  • UL HARQ-ACK refers to HARQ-ACK information transmitted from a base station to a UE for UL data. do.
  • 1) and 2) are types in which the UE initiates and reports UL data periodically or aperiodically.
  • 3) and 4) are cases where the base station eNB commands the UE to transmit DL data or report UL data.
  • the present invention relates to a method for transmitting DL data or additionally transmitting UL data during a random access procedure for the purpose of reducing delay and power consumption for cases 3) and 4) initiated by a base station.
  • the cellular IoT basically stays in a battery efficient state when there is no send / receive data, and then performs a RRC through a random access process when necessary. -Transmit and receive data after switching to CONNECTED state.
  • the RRC-IDLE or RRC-SUSPENDED state corresponds to the battery efficiency state.
  • a paging occasion set in the UE is generated.
  • Paging refers to an operation used to induce an RRC connection from a UE in an RRC-IDLE state or to inform a UE of an RRC-IDLE state of a system information change.
  • the terminal checks whether a paging message is transmitted at a paging opportunity (eg, a specific subframe) set by the base station at regular intervals, and the paging is performed.
  • the paging message When the message is sent, it is checked whether the paging message includes its UE identification information (or UE ID) (eg, SAE Temporary Mobile Subscriber Identity (S-TMSI) or International Mobile Subscriber Identity (IMSI)).
  • UE ID eg, SAE Temporary Mobile Subscriber Identity (S-TMSI) or International Mobile Subscriber Identity (IMSI)
  • S-TMSI SAE Temporary Mobile Subscriber Identity
  • IMSI International Mobile Subscriber Identity
  • PO paging occasion
  • This information is determined by IMSI, the terminal's unique number.
  • the base station may use a paging opportunity to transmit DL data or request UL data transmission to the terminal, and instructs the terminal to RRC connection by transmitting a paging message including the UE identification information (or UE ID) of the terminal in the paging opportunity do.
  • a terminal receives a paging message including its UE identification information (or UE ID) at a paging opportunity, the terminal may perform a random access procedure to establish an RRC connection and then transmit and receive DL / UL data.
  • the base station initiates the transmission of DL data or requires UL data transmission, for the early UL data transmission and / or early DL data transmission and reception at each stage of the random access process to reduce delay and power consumption Suggest methods
  • the random access procedure may be transmitted to the UL after completing the random access procedure. Therefore, even when transmitting a small data packet to the UL may cause excessive latency (latency) and power consumption (power consumption).
  • a method of transmitting data in the Msg3 step of the random access process before the completion of the random access process may be considered.
  • early UL data may refer to data of a higher layer.
  • the higher layer may be an RLC, PDCP layer, or higher layer (eg, application layer), and early UL data may refer to user data for the higher layer.
  • Early UL data may be delivered to a higher layer through a dedicated traffic channel (DTCH), which is a traffic channel.
  • DTCH dedicated traffic channel
  • FIG. 8 illustrates a random access procedure for early UL data transmission in the Msg3 step according to the present invention.
  • the UE may transmit a random access preamble (RA preamble).
  • RA preamble a random access preamble
  • the present invention proposes that the UE instructs the eNB to perform early UL data transmission in the Msg1 step (eg, S810) of the random access process. .
  • the present invention proposes various methods for the UE to instruct early eNB data transmission in the Msg3 phase in the Msg1 phase.
  • a method of dividing into time / frequency resources of PRACH or NPRACH may be considered. For example, it may be distinguished through a start point or region (in OFDM symbols or subframe units) on the time domain for transmitting (N) PRACH, or through a start point or region (in RB or subcarrier units) on the frequency domain.
  • the UE may instruct early UL data transmission in the Msg3 phase by transmitting the (N) PRACH preamble by using the time / frequency resources separated by dividing the time / frequency resources between the UE and the eNB in advance (referred to as Opt1 for convenience). .
  • the NPRACH may be transmitted in the indicated number of subcarriers through system information (eg, System Information Block Type 2 (SIB2)), and the transmission position in the frequency domain may hop in subcarriers according to a predetermined rule.
  • SIB2 System Information Block Type 2
  • specific non-anchor physical resource block (PRB) may be allocated to an NPRACH transmission region for indicating early UL data transmission.
  • PRB physical resource block
  • a synchronization signal Narrowband Primary Synchronization Signal (NPSS), Narrowband Secondary Synchronization Signal (NSSS)
  • NPBCH Narrowband Physical Resource Block
  • the NPRACH preamble may consist of a cyclic prefix (CP) and a sequence part, and the sequence part may consist of five subblocks. Each subblock is referred to as a preamble symbol, and the CP and five preamble symbols
  • An NPRACH preamble including a is called a preamble symbol group.
  • early UL data transmission in the Msg3 step may be indicated by multiplying a preamble symbol or a symbol group by a predetermined orthogonal cover code (for example, (orthogonal) signal such as “101010...”) on a symbol or symbol group basis. (Op4 for convenience).
  • the preamble sequence may be divided and partitioned (referred to as Opt5 for convenience).
  • the above-described methods may be applied to a method of additionally transmitting a few bits using a random access preamble for another purpose.
  • a plurality of time / frequency resources for (N) PRACH transmission may be specified in advance so that each predetermined time / frequency resource represents one bit.
  • a plurality of frequency hopping patterns may be pre-designated so that each predetermined frequency hopping pattern represents one bit
  • a plurality of non-anchor PRBs are pre-designated.
  • the anchor PRB may indicate one bit
  • a plurality of orthogonal cover codes may be previously designated so that each predetermined orthogonal cover code represents one bit.
  • Opt1 to Opt5 to represent at least N bits or N-bit information.
  • one bit is indicated depending on whether Opt1 is used for (N) PRACH transmission
  • one bit is indicated depending on whether Opt2 is used for (N) PRACH transmission
  • At least two bits can be transmitted. For example, if (N) PRACH is transmitted using a time / frequency resource predetermined according to Opt1, one bit value is interpreted as 1 (or 0), and (N) using a frequency hopping pattern predetermined according to Opt2
  • another bit value may be interpreted as 1 (or 0), and two-bit information may be additionally transmitted using a random access preamble.
  • the present invention can be equally applied to the case where other combinations of Opt1 to Opt5 are used.
  • the base station may transmit a random access response (RAR) message.
  • the random access response message may include a timing advance (TA) command, UL grant information for the L2 / L3 message of the Msg3 step, and the like.
  • TA timing advance
  • the UL grant information for the L2 / L3 message of the Msg3 step may be referred to as first UL grant information.
  • the eNB When the UE sends an early UL data transmission indication to the eNB in the Msg1 phase, the eNB transmits UL grant information for the early UL data transmission in the Msg2 phase (eg, to allow the UE to transmit UL data in addition to the L2 / L3 message in the Msg3 phase). In step S820, it is proposed to further transmit.
  • UL grant information for early UL data transmission may be referred to as second UL grant information.
  • Two methods may be considered as a method of transmitting early UL data in the Msg3 step (eg, step S830).
  • First it may be transmitted in the same PUSCH as the L2 / L3 message.
  • In the first method it uses the same power / repeat / resource unit (RU) as the L2 / L3 message.
  • RU resource unit
  • a PUSCH region and power / repetition count / RU independent of (or different from) the L2 / L3 message may be configured.
  • the RU may include whether it is a single-tone transmission or a multi-tone transmission.
  • the eNB may include a coverage level (or a coverage enhancement level or coverage extension level and may correspond to the number of repetitive transmissions), UE capability, size of early UL data, and the like. Or, based on some, it is proposed to perform power / repeat count / RU configuration and resource allocation of L2 / L3 message and early UL data. More specifically, field interpretation of (N) PUSCH scheduling information transmitted through Msg2 may vary depending on whether the UE has indicated an early UL data transmission indication. For example, when instructing early UL data transmission, a larger transport block size (TBS), a larger number of RBs, a larger number of repetitions, a higher modulation order, etc. are set for field values of the same scheduling information. You can do that.
  • TBS transport block size
  • the eNB When the UE sends an early UL data transmission indication to the eNB in the Msg1 step (eg, S810), the eNB further transmits UL grant information for early UL data transmission in the Msg2 step (eg, S820), or the early UL data. You can decline the transfer. If the eNB rejects the early UL data transmission, the eNB transmits the rejection intention to the UE in the Msg2 step, and the UE stops the early UL data transmission or performs a normal random access procedure to perform UL data after the RRC connection.
  • the eNB may determine whether to allow early UL data transmission by referring to reference signal received power (RSRP) information or coverage level measured by the UE, resources available at the eNB, and traffic load.
  • RSRP reference signal received power
  • the early UL data transmission rejection doctor of the eNB may transmit using the RNTI, the reserved bit of the DCI in the NPDCCH, or transmit the flag to the UE by adding a flag in the RAR message.
  • the conventional RAR message can be received only after decoding both (N) PDCCH and (N) PDSCH, which is a factor of delay or power consumption considering that (N) PDCCH and (N) PDSCH are repeatedly transmitted.
  • a method of transmitting a RAR message (and / or UL grant information for early UL data transmission) in the (N) PDCCH or (N) PDSCH may be considered. Transmitting on (N) PDCCH only may refer to transmitting without the corresponding (N) PDSCH, and transmitting on (N) PDSCH only may refer to transmitting without the corresponding (N) PDCCH. have.
  • the UE When performing the Msg2 step using only (N) PDCCH, it is suggested that the UE perform blind detection (BD) without any special indication, or indicate in step Msg1 that Msg2 is transmitted using (N) PDCCH only to avoid BD. do.
  • BD blind detection
  • the UE may instruct the eNB to perform the Msg2 step with only (N) PDCCH using the same method as the UE instructing the eNB to transmit early UL data of Msg3 (eg, Opt1 to Opt5).
  • Msg3 eg, Opt1 to Opt5
  • it may be informed that the Msg2 step is performed using only (N) PDCCH using RRC configuration information.
  • RRC configuration information in the initial access (initial access) process, the RRC connection is performed by a conventional method using both (N) PDCCH and (N) PDSCH, and then the corresponding information is stored to store (N) PDCCH. Msg2 transmission can be performed only.
  • Msg2 transmission is to be performed using only (N) PDSCH
  • information necessary for decoding such as MCS information and resource allocation information of (N) PDSCH in Msg2 step may be received and used through RRC configuration information.
  • the UE may instruct the eNB to perform Msg2 transmission using only (N) PDSCH in the Msg1 step.
  • the UE may transmit an L2 / L3 message.
  • the L2 / L3 message in step S830 may include an RRC connection request message, and UE identification information (or UE ID) may be transmitted to the eNB through the RRC connection request message.
  • the UE identification information (or UE ID) may include a random number.
  • the UE transmits early UL data in addition to the L2 / L3 message transmission.
  • Early UL data is transmitted using UL grant information for early UL data received in the Msg2 step (eg, step S820).
  • the UE sets power / repetition counts / RU and allocates and transmits resources.
  • the eNB determines scheduling information.
  • Another method proposes a method in which a UE sets scheduling information autonomously.
  • the UE sets power / repetition count / RU setting, determines whether to use multi-tones, resources based on the coverage level calculated by the receiver, such as RSRP method, UE capability (with or without multi-tone transmission support), and size of early UL data.
  • Msg3 can be transmitted by performing allocation or the like.
  • the UE instructs the eNB in the Msg1 step (eg, S810) about the Msg3 transmission method determined by the UE, and the eNB transmits UL grant information to the UE in the Msg2 step (eg, S820) according to the UE's notification. Can be.
  • the eNB may transmit a contention resolution message.
  • the contention resolution message in step S840 may include an RRC connection setup message, and may transmit UE identification information (or UE ID) through the RRC connection setup message.
  • the UE identification information (or UE ID) may include UE identification information (or UE ID) transmitted in step S830.
  • the eNB may perform decoding on the early UL data. If the eNB succeeds in decoding, it may replace the UL HARQ-ACK by transmitting a contention resolution message including UE identification information (or UE ID) to the UE in the Msg4 step (eg, S840 step).
  • UE identification information or UE ID
  • the UE regards the successful UL data transmission and returns to RRC-IDLE / RRC-SUSPENDED to wait for the next UL data generation in order to reduce power consumption.
  • the UE may perform HARQ operation (eg, HARQ retransmission).
  • HARQ operation eg, HARQ retransmission
  • N limited PRACH resource allocation
  • HARQ operation may continuously collide in the Msg3 phase, which may be a problem in terms of delay or power consumption.
  • UE identification information may be used as the UE identification information (or UE ID) transmitted in step S830.
  • UE ID may be used as the UE identification information (or UE ID) transmitted in step S830.
  • a plurality of resources pre-allocated for Msg3 HARQ collision resolution may be configured to use resources previously promised between the eNB and the UEs, or may be configured through SIB information.
  • a plurality of resources pre-allocated for Msg3 HARQ collision resolution may be set through the Msg2 step.
  • Method 1 in order to reduce delay and power consumption when transmitting a small data packet to UL, a method of transmitting data in the Msg3 step of the random access procedure is advanced ahead of the existing random access procedure.
  • the data size to be transmitted in the Msg3 step is larger than the resource allocated by the UL grant information for the early UL data received in the Msg2 step, the entire early UL data may not be transmitted through the Msg3. have.
  • Method 2 in order to apply Method 1 to large data packets, in Method 2 according to the present invention, a portion of the early UL data (conventionally referred to as the first UL data) is transmitted in the Msg3 stage, and after or after the Msg5 stage.
  • Send additional UL data (referred to as second UL data for convenience).
  • the first UL data and the second UL data may refer to higher layer data.
  • the upper layer may be an RLC, PDCP layer, or higher layer (eg, application layer), and the first UL data and the second UL data may refer to user data for the higher layer.
  • the first UL data and the second UL data may be delivered to a higher layer through a dedicated traffic channel (DTCH) which is a traffic channel.
  • DTCH dedicated traffic channel
  • steps S910 and S920 correspond to steps S810 and S820 of FIG. 8, respectively, and may be performed in the same / similar manner as steps S810 and S820 of FIG. 8.
  • step S930 the UE may transmit early UL data together with the L2 / L3 message. If the early UL data size to be transmitted in step S930 is larger than the resources allocated through Msg2 step (eg, UL grant information for early UL data transmission in step S920), the UE may select some data (or first UL data) of the early UL data. ) Can be transmitted in step S930. Data having a size smaller than the resource allocated through the Msg2 step (eg, UL grant information for early UL data transmission in step S920) may be referred to as small UL data. Data having a size larger than the resource allocated through the Msg2 step (eg, UL grant information for early UL data transmission in step S920) may be referred to as large UL data.
  • Msg2 step eg, UL grant information for early UL data transmission in step S920
  • the UE In the Msg3 step, small UL data is transmitted together with the existing L2 / L3 message transmission.
  • the UE additionally adds flag information indicating that there is UL data (or second UL data) to be transmitted. Send in step.
  • the flag information may be transmitted through an L2 / L3 message transmitted in the Msg3 step.
  • the UE may take the role of the flag information by transmitting a buffer status report (BSR) along with the L2 / L3 message.
  • BSR buffer status report
  • the flag information and the BSR through the L2 / L3 message may be operated independently. In this case, the UE may transmit the flag information and the BSR through the L2 / L3 message together in the Msg3 step.
  • the BSR indicates a MAC message indicating information on the amount of data existing in the buffer of the terminal, and the BSR may include information indicating the buffer size of the terminal. If the BSR indicates a buffer size other than zero, the BSR may indicate that there is additional UL data to be transmitted. If the BSR indicates a buffer size of zero, the BSR may indicate that there is no UL data to be transmitted. If the BSR indicates that there is no additional UL data to be transmitted, the operation after the Msg4 step may be performed in the same manner as described with reference to FIG. 8.
  • the eNB When the eNB receives flag information (and / or BSR) indicating whether there is additional UL data (or second UL data), the eNB confirms that there is UL data to be further transmitted, and identifies the UE identification information (or UE Transmit UL grant information for additional UL data with a contention resolution message (ID).
  • the UE receives its UE identification information (or UE ID) in Msg4, the additional UL data is transmitted in Msg step 5 (eg, S950) by using the UL grant information received together.
  • an RRC connection setup request or an RRC connection resume request may be performed instead of flag information indicating that there is additional UL data in the Msg3 step.
  • Two proposed methods are a method in which a UE transmits a large data packet into small data packets (or first UL data) and additional data packets (or second UL data), and transmits urgent data in the Msg3 step.
  • the remaining additional information may also be used for the purpose of transmitting Msg5 or later.
  • Method 3 may be performed in addition to Method 1 or Method 2 according to the present invention or may be performed in place of Method 1 or Method 2.
  • early UL data may be transmitted through the (N) PUSCH together with the RA preamble.
  • the eNB transmits a UL HARQ-ACK together with the RAR in the Msg2 step (eg, step 1020), and when the UE receives the ACK normally in the Msg2 step, the eNB performs an operation of returning to a battery efficient state or additional UL data. You can try to transfer.
  • steps S1030 to S1050 of FIG. 10 are not performed.
  • steps S1030 to S1050 of FIG. 10 may be performed, and steps S1030 to S1050 may be performed in the same manner as steps S930 to S950, respectively.
  • the same method as the method in which the UE instructs the eNB early transmission of UL data of Msg3 in the Msg1 step can be used.
  • (N) PUSCH MCS / TBS information may be configured by SIB information.
  • the eNB transmits early DL data in the Msg2 step (eg, step S1020) of FIG. 10.
  • the same method as the UE instructing the eNB to transmit the UL data of the Msg3 to the eNB in the Msg1 step (for example, see Opt1 to Opt5).
  • Method can be used.
  • a reserved bit in (N) PDCCH DCI corresponding to (N) PDSCH that informs using a specific RNTI in Msg2 transmission or indicates an early DL data transmission to indicate early DL data transmission in the Msg2 phase.
  • power / repetition / RU for early DL data transmission may be determined in conjunction with an RSRP value measured by the UE or a coverage level based thereon.
  • an RNTI value not designated for a specific purpose may be used.
  • an RNTI value can be expressed as four hexa-decimal values, in which the values of FFF4 through FFF9 are reserved for use rather than for specific purposes. Therefore, one of FFF4 to FFF9 may be assigned to a specific RNTI.
  • one of the reserved bits may be designated in advance, and the designated reserved bits may be set to a specific value to indicate the early DL data transmission to the UE.
  • a specific bit of the reserved bits of DCI format 1A eg, the first or last bit of the reserved bits, or a HARQ processor number field, or a downlink assignment index field
  • a specific value eg, 1) may be set to instruct the UE to transmit early DL data.
  • a specific bit eg, a New Data Indicator (NDI) bit or an ACK / NACK Resource Indictor (ARI) field
  • NDI New Data Indicator
  • ARI ACK / NACK Resource Indictor
  • the above-described method for instructing the eNB to transmit the early DL data may be equally applied to the Msg2 step (eg, step S820 or step S920) of FIG. 8 or FIG. 9.
  • Requirements for reducing delay and power consumption may vary depending on the use case, cell size, or UE situation.
  • UL data transmission is possible after Msg1 / Msg3 / Msg5 or later, and DL data transmission is possible after DL data transmission after Msg2 / Msg4 or Msg5.
  • the threshold of RSRP or coverage level that determines early UL / DL data transmission may be configured using a predetermined value or via SIB.
  • the UE may be configured to perform early UL / DL data transmission during the random access procedure only for a UE having a RSRP of a certain level (eg, a threshold value) or only for a UE having a coverage level corresponding thereto.
  • the UE may instruct the eNB in the Msg1 step.
  • the indication method may use the same method as the method in which the UE instructs the eNB to early transmission of UL data of Msg3 in Msg1 (see, eg, Opt1 to Opt5).
  • the eNB may transmit (N) PUSCH scheduling information for the Msg3 step in the Msg2 step.
  • the PUSCH scheduling field interpretation through Msg2 may vary depending on the RSRP or coverage level selected by the UE or whether the UE has indicated an early UL data transmission indication. That is, when performing the early UL data transmission, it can be set to have a larger TBS, a larger number of RBs, a larger number of repetitions, higher modulation order than when the early UL data transmission.
  • a grant-free random access procedure may be selected in which no grant information is used to reduce delay and power consumption or to accommodate high connection density, in which the UE may perform RSRP or The coverage level may be used to select a grant-free random access procedure.
  • the aforementioned methods may be applied to a method of additionally transmitting a few bits using a random access preamble for another purpose. It may be considered to deliver the following information to the eNB using the above methods of transmitting a few bits using a random access preamble.
  • Random access method whether contention-based or contention-free
  • Msg3 transmission method (UE-determined Msg3 transmission method, e.g. single-tone / multi-tone, power / repetition / RU setting, resource allocation)
  • Method 4 random access method for mobile exception report
  • the UE may support operations such as mobile exception report, mobile periodic report, network command, software update / reset, and the like. For example, the UE may need to simultaneously perform aperiodic and delay critical mobile exception report and periodic mobile periodic report. In this case, in order to perform the mobile exception report and the mobile periodic report efficiently, the UE stays in a battery efficiency state and wakes up when an event occurs or in a specific subframe (s) within a certain period to perform UL / DL data transmission and reception. Can be set.
  • the above-mentioned specific subframe (s) may be UE-specifically set by using the IMSI of the UE, and the paging opportunity (PO) is mainly used for periodic paging confirmation. It is called).
  • a UE configured to periodically report to a PO suddenly needs to report a mobile exception report, a random access method (aperiodic / periodic / grant-free, etc.) may be selectively used according to a situation.
  • Figure 11 (a) illustrates the paging cycle
  • Figure 11 (b) illustrates the (e) DRX cycle.
  • the eNB sets at least one paging opportunity PO for a specific paging period, and enables the UE to obtain a paging message at a paging opportunity set for the UE.
  • the paging period may refer to a period during which the paging message is transmitted.
  • the UE in the RRC-IDLE or RRC-SUSPENDED state may recover from the paging opportunity set up to the connected state and receive the paging message.
  • UE specific paging opportunity may be determined using parameters signaled via SIB2 and UE identification information (eg, IMSI).
  • discontinuous reception may be configured by the eNB to reduce power consumption.
  • the UE may repeat the sleep mode and the wakeup mode according to the DRX cycle set by the eNB.
  • the DRX cycle may not be aligned with the paging cycle.
  • the UE may switch to the wake-up mode to receive the paging message.
  • a DRX cycle having a significantly increased sleep period may be applied to reduce power consumption, and may be referred to as extended DRX or enhanced DRX.
  • Method 4 of the present invention when (e) DRX is applied to reduce power consumption, a method of performing a random access process (aperiodic / periodic / grant-free, etc.) when a mobile exception report is generated is proposed.
  • Method 4 of the present invention can be applied to Method 1 to Method 3 of the present invention.
  • the UE may report UL data immediately even if the UE is not in its PO and / or wake-up period for such event reporting.
  • the PO may allocate resources through a scheduling request (SR) and report UL data. Since the PO reports UL data, this is a periodic method.
  • SR scheduling request
  • the threshold may be a fixed value or may be configured via SIB.
  • the periodic reporting terminal may be suitable for the periodic reporting terminal. Therefore, a UE, such as a periodic reporting terminal, may transmit UL data in a PO set therein.
  • the terminal for the Exception (urgent) report may be suitable for the aperiodic method, and thus may immediately transmit UL data regardless of the PO set in the terminal.
  • FIG. 12 illustrates a base station and a terminal that can be applied to the present invention.
  • a wireless communication system includes a base station (BS) 1210 and a terminal (UE) 1220.
  • BS base station
  • UE terminal
  • the wireless communication system includes a relay
  • the base station or the terminal may be replaced with a relay.
  • Base station 1210 includes a processor 1212, a memory 1214, and a radio frequency (RF) transceiver 1216.
  • the processor 1212 may be configured to implement the procedures and / or methods proposed by the present invention.
  • the memory 1214 is connected with the processor 1212 and stores various information related to the operation of the processor 1212.
  • the RF transceiver 1216 is coupled to the processor 1212 and transmits and / or receives wireless signals.
  • Terminal 1220 includes a processor 1222, a memory 1224, and a radio frequency unit 1226.
  • the processor 1222 may be configured to implement the procedures and / or methods proposed by the present invention.
  • the memory 1224 is connected to the processor 1222 and stores various information related to the operation of the processor 1222.
  • the RF transceiver 1226 is coupled with the processor 1222 and transmits and / or receives wireless signals.
  • Embodiments according to the present invention may be implemented by various means, for example, hardware, firmware, software, or a combination thereof.
  • an embodiment of the present invention may include one or more application specific integrated circuits (ASICs), digital signal processors (DSPs), digital signal processing devices (DSPDs), programmable logic devices (PLDs), FPGAs ( field programmable gate arrays), processors, controllers, microcontrollers, microprocessors, and the like.
  • ASICs application specific integrated circuits
  • DSPs digital signal processors
  • DSPDs digital signal processing devices
  • PLDs programmable logic devices
  • FPGAs field programmable gate arrays
  • processors controllers, microcontrollers, microprocessors, and the like.
  • the methods according to the invention may be implemented in software code such as modules, procedures, functions, etc. that perform the functions or operations described above.
  • the software code may be stored on a computer readable medium in the form of instructions and / or data and driven by the processor.
  • the computer readable medium may be located inside or outside the processor to exchange data with the processor by various means known in the art.
  • the present invention can be used in a wireless communication device such as a terminal, a base station, and the like.

Landscapes

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

Abstract

본 발명은 무선 통신 시스템에서 랜덤 접속 과정을 수행하는 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것으로서, 기지국으로 랜덤 접속 프리앰블을 전송하는 단계, 상기 랜덤 접속 프리앰블은 상기 랜덤 접속 과정 중 Msg3 단계에서의 상향링크 데이터 전송을 지시하며; 및 상기 기지국으로부터 제1 상향링크 그랜트 정보를 포함하는 랜덤 접속 응답 메시지와 함께 상기 Msg3 단계에서의 상향링크 데이터 전송을 위한 제2 상향링크 그랜트 정보를 수신하는 단계; 및 상기 제1 상향링크 그랜트 정보를 이용하여 RRC(Radio Resource Control) 연결 요청 메시지를 상기 기지국으로 전송하고, 상기 제2 상향링크 그랜트 정보를 이용하여 상향링크 데이터 전송을 수행하는 단계를 포함하는 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.

Description

랜덤 접속 과정을 수행하는 방법 및 이를 위한 장치
본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 데이터를 효율적으로 송수신하기 위한 랜덤 접속 과정 수행 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.
더욱 많은 통신 기기들이 더욱 큰 통신 용량을 요구하게 됨에 따라 기존의 무선 접속 기술(radio access technology, RAT)에 비해 향상된 광대역 이동 통신(mobile broadband communication)에 대한 필요성이 대두되고 있다. 또한 다수의 기기 및 사물들을 연결하여 언제 어디서나 다양한 서비스를 제공하는 대규모 MTC(massive Machine Type Communications) 역시 차세대 통신에서 고려될 주요 이슈 중 하나이다. 뿐만 아니라 신뢰성(reliability) 및 지연(latency)에 민감한 서비스/단말(UE)를 고려한 통신 시스템 디자인이 논의되고 있다. 이와 같이 향상된 광대역 이동 통신(enhanced mobile broadband communication), 대규모 MTC(massive MTC, mMTC), URLLC(Ultra-Reliable and Low Latency Communication) 등을 고려한 차세대 무선 접속 기술의 도입이 논의되고 있으며, 편의상 이러한 기술을 NR(new RAT)이라고 지칭한다.
본 발명의 목적은 무선 통신 시스템에서 효율적으로 데이터를 효율적으로 송수신하기 위한 랜덤 접속 과정 수행 방법 및 이를 위한 장치를 제공하는 데 있다. 구체적으로, 본 발명의 목적은 협대역 사물인터넷(NB-IoT) 통신을 지원하는 무선 통신 시스템에서 상향링크/하향링크 데이터를 효율적으로 송수신하기 위한 랜덤 접속 과정 수행 방법 및 이를 위한 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 상기 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 제1 양상으로, 무선 통신 시스템에서 단말이 랜덤 접속 과정을 수행하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 기지국으로 랜덤 접속 프리앰블을 전송하는 단계, 상기 랜덤 접속 프리앰블은 상기 랜덤 접속 과정 중 Msg3 단계에서의 상향링크 데이터 전송을 지시하며; 및 상기 기지국으로부터 제1 상향링크 그랜트 정보를 포함하는 랜덤 접속 응답 메시지와 함께 상기 Msg3 단계에서의 상향링크 데이터 전송을 위한 제2 상향링크 그랜트 정보를 수신하는 단계; 및 상기 제1 상향링크 그랜트 정보를 이용하여 RRC(Radio Resource Control) 연결 요청 메시지를 상기 기지국으로 전송하고, 상기 제2 상향링크 그랜트 정보를 이용하여 상향링크 데이터 전송을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 양상으로, 무선 통신 시스템에서 랜덤 접속 과정을 수행하는 단말이 제공되며, 상기 단말은 RF 송수신기(Radio Frequency transceiver); 및 상기 RF 송수신기에 동작시 연결되는(operatively connected) 프로세서를 포함하며, 상기 프로세서는 기지국으로 랜덤 접속 프리앰블을 전송하고, 상기 랜덤 접속 프리앰블은 상기 랜덤 접속 과정 중 Msg3 단계에서의 상향링크 데이터 전송을 지시하며, 및 상기 기지국으로부터 제1 상향링크 그랜트 정보를 포함하는 랜덤 접속 응답 메시지와 함께 상기 Msg3 단계에서의 상향링크 데이터 전송을 위한 제2 상향링크 그랜트 정보를 수신하고, 상기 제1 상향링크 그랜트 정보를 이용하여 RRC(Radio Resource Control) 연결 요청 메시지를 상기 기지국으로 전송하고, 상기 제2 상향링크 그랜트 정보를 이용하여 상향링크 데이터 전송을 수행할 수 있다.
바람직하게는, 상기 랜덤 접속 프리앰블을 전송하는 것은, 미리 지정된 PRACH(Physical Random Access Channel) 시간 자원 및 주파수 자원을 이용하여 상기 랜덤 액세스 프리앰블을 전송함으로써 상기 Msg3 단계에서의 상향링크 데이터 전송을 지시하는 것을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 랜덤 접속 프리앰블을 전송하는 것은, 미리 지정된 PRACH(Physical Random Access Channel) 주파수 호핑 패턴을 이용하여 상기 랜덤 액세스 프리앰블을 전송함으로써 상기 Msg3 단계에서의 상향링크 데이터 전송을 지시하는 것을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 랜덤 접속 프리앰블을 전송하는 것은, 미리 지정된 PRACH(Physical Random Access Channel) 비-앵커(non-anchor) PRB(Physical Resource Block)을 이용하여 상기 랜덤 액세스 프리앰블을 전송함으로써 상기 Msg3 단계에서의 상향링크 데이터 전송을 지시하는 것을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 랜덤 접속 프리앰블을 전송하는 것은, 미리 지정된 직교 커버 코드를 상기 랜덤 접속 프리앰블의 프리앰블 심볼 또는 프리앰블 심볼 그룹에 곱함으로써 상기 Msg3 단계에서의 상향링크 데이터 전송을 지시하는 것을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 랜덤 접속 프리앰블을 전송하는 것은, 상기 랜덤 접속 프리앰블의 프리앰블 시퀀스를 분할함으로써 상기 Msg3 단계에서의 상향링크 데이터 전송을 지시하는 것을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 RRC 연결 요청 메시지의 전송과 상기 상향링크 데이터 전송은 동일한 PUSCH(Physical Uplink Shared Channel)을 통해 수행될 수 있다.
바람직하게는, 상기 RRC 연결 요청 메시지의 전송과 상기 상향링크 데이터 전송은 상이한 PUSCH(Physical Uplink Shared Channel)을 통해 수행될 수 있다.
바람직하게는, 상기 랜덤 접속 응답 메시지와 상기 제2 상향링크 그랜트 정보는 PDSCH(Physical Downlink Shared Channel)을 수반하지 않는 PDCCH(Physical Downlink Control Channel)을 통해 수신될 수 있다.
바람직하게는, 상기 랜덤 접속 응답 메시지와 상기 제2 상향링크 그랜트 정보는 PDCCH(Physical Downlink Control Channel)을 수반하지 않는 PDSCH(Physical Downlink Shared Channel)을 통해 수신될 수 있다.
바람직하게는, 상기 방법은 상기 기지국으로부터 RRC 연결 설정 메시지를 수신하는 단계; 및 상기 RRC 연결 설정 메시지가 상기 단말의 식별 정보를 포함하지 않는 경우, 상기 상향링크 데이터 전송에 대해 HARQ(Hybrid Automatic Repeat and reQuest) 동작을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 경쟁 해결 메시지가 상기 단말의 식별 정보를 포함하는 경우, RRC-IDLE 모드로 들어가는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 무선 통신 시스템에서 랜덤 접속 과정을 통해 효율적으로 데이터를 송수신할 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따르면, 협대역 사물인터넷(NB-IoT) 통신을 지원하는 무선 통신 시스템에서 랜덤 접속 과정을 통해 효율적으로 데이터를 송수신할 수 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 상기 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
첨부 도면은 본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되며, 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 무선 인터페이스 프로토콜(Radio Interface Protocol)의 제어평면(Control Plane) 및 사용자평면(User Plane)을 예시한다.
도 2는 본 발명에서 이용될 수 있는 물리 채널들 및 이들을 이용한 일반적인 신호 전송 방법을 예시한다.
도 3은 본 발명에서 이용될 수 있는 무선 프레임(radio frame)의 구조를 예시한다.
도 4는 본 발명에서 이용될 수 있는 하향링크 슬롯을 위한 자원 그리드를 예시한다.
도 5는 본 발명에서 이용될 수 있는 하향링크 서브프레임의 구조를 예시한다.
도 6은 본 발명에서 이용될 수 있는 상향링크 서브프레임의 구조를 예시한다.
도 7은 랜덤 접속 과정(Random Access Procedure)을 예시한다.
도 8 내지 도 10은 본 발명에 따른 랜덤 접속 과정을 예시한다.
도 11은 페이징 사이클과 DRX 사이클을 예시한다.
도 12는 본 발명이 적용될 수 있는 기지국 및 단말을 예시한다.
이하의 기술은 CDMA(Code Division Multiple Access), FDMA(Frequency Division Multiple Access), TDMA(Time Division Multiple Access), OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access), SC-FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access) 등과 같은 다양한 무선 접속 시스템에 사용될 수 있다. CDMA는 UTRAN(Universal Terrestrial Radio Access Network)나 CDMA2000과 같은 무선 기술(radio technology)로 구현될 수 있다. TDMA는 GSM(Global System for Mobile communications)/GPRS(General Packet Radio Service)/EDGE(Enhanced Data Rates for GSM Evolution)와 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. OFDMA는 IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802.20, E-UTRAN(Evolved UTRAN) 등과 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. UTRAN는 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)의 일부이다. 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(long term evolution) 시스템은 E-UTRAN을 사용하는 E-UMTS(Evolved UMTS)의 일부이고 LTE-A(Advanced) 시스템은 3GPP LTE의 진화된 버전이다.
설명을 명확하게 하기 위해, 3GPP LTE/LTE-A를 위주로 기술하지만 본 발명의 기술적 원리가 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 이하의 설명에서 사용되는 특정(特定) 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 이러한 특정 용어의 사용은 본 발명의 기술적 원리를 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 3GPP LTE/LTE-A 표준에 따른 시스템 뿐만 아니라 다른 3GPP 표준, IEEE 802.xx 표준 또는 3GPP2 표준에 따른 시스템에도 적용될 수 있으며, 차세대 통신 시스템에도 적용될 수 있다.
본 명세서에서, 사용자기기(user equipment, UE)는 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, 기지국(base station, BS)과 통신하여 데이터 및/또는 제어 정보를 송수신하는 각종 기기들을 포함한다. UE는 단말(Terminal), MS(Mobile Station), MT(Mobile Terminal), UT(User Terminal), SS(Subscribe Station), 무선기기(wireless device), PDA(Personal Digital Assistant), 무선 모뎀(wireless modem), 휴대기기(handheld device) 등으로 지칭될 수 있다. 이하에서, UE는 단말과 혼용될 수 있다.
본 명세서에서, 기지국(BS)은 일반적으로 UE 및/또는 다른 BS와 통신하는 고정국(fixed station)을 말하며, UE 및 다른 BS와 통신하여 각종 데이터 및 제어정보를 교환한다. 기지국(BS)은 ABS(Advanced Base Station), NB(Node-B), eNB(evolved-NodeB), BTS(Base Transceiver System), 액세스 포인트(Access Point), PS(Processing Server), 노드(node), TP(Transmission Point) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 이하에서, 기지국(BS)은 eNB와 혼용될 수 있다.
도 1은 3GPP 무선 접속망 규격을 기반으로 한 단말과 E-UTRAN 사이의 무선 인터페이스 프로토콜(Radio Interface Protocol)의 제어평면(Control Plane) 및 사용자평면(User Plane) 구조를 나타내는 도면이다. 제어평면은 단말과 네트워크가 호를 관리하기 위하여 이용하는 제어 메시지들이 전송되는 통로를 의미한다. 사용자평면은 애플리케이션 계층에서 생성된 데이터, 예를 들어, 음성 데이터 또는 인터넷 패킷 데이터 등이 전송되는 통로를 의미한다.
제1계층인 물리계층은 물리채널(Physical Channel)을 이용하여 상위 계층에게 정보 전송 서비스(Information Transfer Service)를 제공한다. 물리계층은 상위에 있는 매체접속제어(Medium Access Control) 계층과는 전송채널(Transport Channel)을 통해 연결되어 있다. 상기 전송채널을 통해 매체접속제어 계층과 물리계층 사이에 데이터가 이동한다. 전송측과 수신측의 물리계층 사이는 물리채널을 통해 데이터가 이동한다. 상기 물리채널은 시간과 주파수를 무선 자원으로 활용한다. 구체적으로, 물리채널은 하향링크에서 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 방식으로 변조되고, 상향링크에서 SC-FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access) 방식으로 변조된다.
제2계층의 매체접속제어(Medium Access Control; MAC) 계층은 논리채널(Logical Channel)을 통해 상위계층인 무선링크제어(Radio Link Control; RLC) 계층에 서비스를 제공한다. 제2계층의 RLC 계층은 신뢰성 있는 데이터 전송을 지원한다. RLC 계층의 기능은 MAC 내부의 기능 블록으로 구현될 수도 있다. 제2계층의 PDCP(Packet 데이터 Convergence Protocol) 계층은 대역폭이 좁은 무선 인터페이스에서 IPv4나 IPv6와 같은 IP 패킷을 효율적으로 전송하기 위해 불필요한 제어정보를 줄여주는 헤더 압축(Header Compression) 기능을 수행한다.
제3계층의 최하부에 위치한 무선 자원제어(Radio Resource Control; RRC) 계층은 제어평면에서만 정의된다. RRC 계층은 무선 베어러(Radio Bearer; RB)들의 설정(Configuration), 재설정(Re-configuration) 및 해제(Release)와 관련되어 논리채널, 전송채널 및 물리채널들의 제어를 담당한다. RB는 단말과 네트워크 간의 데이터 전달을 위해 제2계층에 의해 제공되는 서비스를 의미한다. 이를 위해, 단말과 네트워크의 RRC 계층은 서로 RRC 메시지를 교환한다. 단말과 네트워크의 RRC 계층 사이에 RRC 연결(RRC Connected)이 있을 경우, 단말은 RRC 연결 상태(Connected Mode)에 있게 되고, 그렇지 못할 경우 RRC 휴지 상태(Idle Mode)에 있게 된다. RRC 계층의 상위에 있는 NAS(Non-Access Stratum) 계층은 세션 관리(Session Management)와 이동성 관리(Mobility Management) 등의 기능을 수행한다.
기지국(eNB)을 구성하는 하나의 셀은 1.25, 2.5, 5, 10, 15, 20Mhz 등의 대역폭 중 하나로 설정(configure)되어 여러 단말에게 하향링크 또는 상향링크 전송 서비스를 제공한다. 서로 다른 셀은 서로 다른 대역폭을 제공하도록 설정될 수 있다.
네트워크에서 단말로 데이터를 전송하는 하향 전송채널은 시스템 정보를 전송하는 BCH(방송 Channel), 페이징 메시지를 전송하는 PCH(Paging Channel), 사용자 트래픽이나 제어 메시지를 전송하는 하향 SCH(Shared Channel) 등이 있다. 하향 멀티캐스트 또는 방송 서비스의 트래픽 또는 제어 메시지의 경우 하향 SCH를 통해 전송될 수도 있고, 또는 별도의 하향 MCH(Multicast Channel)을 통해 전송될 수도 있다. 한편, 단말에서 네트워크로 데이터를 전송하는 상향 전송채널로는 초기 제어 메시지를 전송하는 RACH(Random Access Channel), 사용자 트래픽이나 제어 메시지를 전송하는 상향 SCH(Shared Channel)가 있다. 전송채널의 상위에 있으며, 전송채널에 매핑되는 논리채널(Logical Channel)로는 BCCH(방송 Control Channel), PCCH(Paging Control Channel), CCCH(Common Control Channel), MCCH(Multicast Control Channel), MTCH(Multicast Traffic Channel) 등이 있다.
무선 접속 시스템에서 단말은 하향링크(DL: Downlink)를 통해 기지국으로부터 정보를 수신하고, 상향링크(UL: Uplink)를 통해 기지국으로 정보를 전송한다. 기지국과 단말이 송수신하는 정보는 일반 데이터 정보 및 다양한 제어 정보를 포함하고, 이들이 송수신 하는 정보의 종류/용도에 따라 다양한 물리 채널이 존재한다.
도 2는 본 발명에서 이용될 수 있는 물리 채널들 및 이들을 이용한 일반적인 신호 전송 방법을 예시한다.
전원이 꺼진 상태에서 다시 전원이 켜지거나, 새로이 셀에 진입한 단말은 단계 S201에서 기지국과 동기를 맞추는 등의 초기 셀 탐색(initial cell search) 작업을 수행한다. 이를 위해 단말은 기지국으로부터 주동기 채널(Primary Synchronization Signal, PSS) 및 부동기 채널(Secondary Synchronization Signal, SSS)을 수신하여 기지국과 동기를 맞추고, 셀 ID(cell identity) 등의 정보를 획득한다. 그 후, 단말은 기지국으로부터 물리 브로드캐스트 채널(Physical Broadcast Channel, PBCH)을 통해 셀 내에서 브로드캐스트되는 시스템 정보를 획득할 수 있다. 한편, 단말은 초기 셀 탐색 단계에서 하향링크 참조 신호(Downlink Reference Signal, DL RS)를 수신하여 하향링크 채널 상태를 확인할 수 있다.
초기 셀 탐색을 마친 단말은 단계 S202에서 물리 하향링크 제어 채널(Physical Downlink Control Channel, PDCCH) 및 물리 하향링크 제어 채널 정보에 따른 물리 하향링크 공유 채널(Physical Downlink Shared Channel, PDSCH)을 수신하여 좀더 구체적인 시스템 정보를 획득할 수 있다.
이후, 단말은 기지국에 접속을 완료하기 위해 단계 S203 내지 단계 S206과 같은 랜덤 접속 과정(Random Access Procedure)을 수행할 수 있다. 이를 위해 단말은 물리 랜덤 접속 채널(Physical Random Access Channel, PRACH)을 통해 프리앰블(preamble)을 전송하고(S203), 물리 하향링크 제어 채널 및 이에 대응하는 물리 하향링크 공유 채널을 통해 프리앰블에 대한 응답 메시지를 수신할 수 있다(S204). 경쟁 기반 랜덤 접속(contention based random access)의 경우 추가적인 물리 랜덤 접속 채널의 전송(S205)과 물리 하향링크 제어 채널 및 이에 대응하는 물리 하향링크 공유 채널 수신(S206)과 같은 충돌 해결 절차(contention Resolution Procedure)를 수행할 수 있다.
상술한 바와 같은 절차를 수행한 단말은 이후 일반적인 상향링크/하향링크 신호 전송 절차로서 물리 하향링크 제어 채널/물리 하향링크 공유 채널 수신(S207) 및 물리 상향링크 공유 채널(Physical Uplink Shared Channel, PUSCH)/물리 상향링크 제어 채널(Physical Uplink Control Channel, PUCCH) 전송(S208)을 수행할 수 있다. 단말이 기지국으로 전송하는 제어 정보를 통칭하여 상향링크 제어 정보(Uplink Control Information, UCI)라고 지칭한다. UCI는 HARQ ACK/NACK(Hybrid Automatic Repeat and reQuest Acknowledgement/Negative-ACK), SR(Scheduling Request), CSI(Channel State Information) 등을 포함한다. CSI는 CQI(Channel Quality Indicator), PMI(Precoding Matrix Indicator), RI(Rank Indication) 등을 포함한다. UCI는 일반적으로 PUCCH를 통해 전송되지만, 제어 정보와 트래픽 데이터가 동시에 전송되어야 할 경우 PUSCH를 통해 전송될 수 있다. 또한, 네트워크의 요청/지시에 의해 PUSCH를 통해 UCI를 비주기적으로 전송할 수 있다.
도 3은 본 발명에서 이용될 수 있는 무선 프레임(radio frame)의 구조를 예시한다. 셀룰라 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 무선 패킷 통신 시스템에서, 상향/하향링크 데이터 패킷 전송은 서브프레임(subframe, SF) 단위로 이루어지며, 서브프레임은 다수의 OFDM 심볼을 포함하는 일정 시간 구간으로 정의된다. LTE(-A) 시스템에서는 FDD(Frequency Division Duplex)에 적용 가능한 타입 1 무선 프레임(radio frame) 구조와 TDD(Time Division Duplex)에 적용 가능한 타입 2 무선 프레임 구조를 지원한다.
도 3은 타입 1 무선 프레임의 구조를 예시한다. 예를 들어, 하향링크 무선 프레임은 10개의 서브프레임으로 구성되고, 하나의 서브프레임은 시간 도메인(time domain)에서 2개의 슬롯(slot)으로 구성된다. 하나의 서브프레임이 전송되는 데 걸리는 시간을 TTI(Transmission Time Interval)라 한다. 혹은 TTI는 하나의 슬롯이 전송되는 데 걸리는 시간을 지칭할 수 있다. 예를 들어 하나의 서브프레임의 길이는 1 ms이고, 하나의 슬롯의 길이는 0.5 ms 일 수 있다. 하나의 슬롯은 시간 도메인에서 복수의 OFDM 심볼을 포함하고, 주파수 도메인(frequency domain)에서 다수의 자원 블록(resource block, RB)을 포함한다. LTE(-A) 시스템에서는 하향링크에서 OFDM을 사용하므로, OFDM 심볼이 하나의 심볼 구간을 나타낸다. OFDM 심볼은 또한 SC-FDMA 심볼 또는 심볼 구간으로 지칭될 수 있다. 자원 할당 단위로서의 자원 블록(RB)은 하나의 슬롯에서 복수의 연속적인 서브캐리어(subcarrier)를 포함할 수 있다.
하나의 슬롯에 포함되는 OFDM 심볼의 수는 순환 전치(Cyclic Prefix, CP)의 구성(configuration)에 따라 달라질 수 있다. CP에는 확장 CP(extended CP)와 표준(normal) CP(normal CP)가 있다. 예를 들어, OFDM 심볼이 표준(normal) CP에 의해 구성된 경우, 하나의 슬롯에 포함되는 OFDM 심볼의 수는 7개일 수 있다. OFDM 심볼이 확장 CP에 의해 구성된 경우, 한 OFDM 심볼의 길이가 늘어나므로, 한 슬롯에 포함되는 OFDM 심볼의 수는 표준(normal) CP인 경우보다 적다. 예를 들어, 확장 CP의 경우, 하나의 슬롯에 포함되는 OFDM 심볼의 수는 6개일 수 있다. 단말이 빠른 속도로 이동하는 등의 경우와 같이 채널상태가 불안정한 경우, 심볼간 간섭을 더욱 줄이기 위해 확장 CP가 사용될 수 있다.
타입 2 무선 프레임은 2개의 하프 프레임(half frame)으로 구성되며, 각 하프 프레임은 5개의 서브프레임으로 구성되며 하향링크 구간(예, DwPTS(Downlink Pilot Time Slot)), 보호 구간(Guard Period, GP), 상향링크 구간(예, UpPTS(Uplink Pilot Time Slot))을 포함한다. 1개의 서브프레임은 2개의 슬롯으로 구성된다. 예를 들어, 하향링크 구간(예, DwPTS)는 단말에서의 초기 셀 탐색, 동기화 또는 채널 추정에 사용된다. 예를 들어, 상향링크 구간(예, UpPTS)은 기지국에서의 채널 추정과 단말의 상향링크 전송 동기를 맞추는 데 사용된다. 예를 들어, 상향링크 구간(예, UpPTS)은 기지국에서 채널 추정을 위한 SRS(Sounding Reference Signal)이 전송될 수 있고, 상향링크 전송 동기를 맞추기 위한 랜덤 접속 프리앰블(random access preamble)을 나르는 PRACH(Physical Random Access Channel)이 전송될 수 있다. 보호 구간은 상향링크와 하향링크 사이에 하향링크 신호의 다중경로 지연으로 인해 상향링크에서 생기는 간섭을 제거하기 위한 구간이다.
상기 설명된 무선 프레임의 구조는 예시에 불과하고, 무선 프레임에 포함되는 서브프레임의 수 또는 서브프레임에 포함되는 슬롯의 수, 슬롯에 포함되는 심볼의 수는 다양하게 변경될 수 있다.
도 4는 본 발명에서 이용될 수 있는 하향링크 슬롯을 위한 자원 그리드를 예시한다.
도 4를 참조하면, 하향링크 슬롯은 시간 도메인에서 복수의 OFDM 심볼을 포함한다. 여기서, 하나의 하향링크 슬롯은 7개의 OFDM 심볼을 포함하고, 하나의 자원 블록(RB)은 주파수 도메인에서 12개의 서브캐리어를 포함하는 것으로 예시되었다. 그러나, 본 발명이 이로 제한되는 것은 아니다. 자원 그리드 상에서 각각의 요소는 자원 요소(Resource Element, RE)로 지칭된다. 하나의 RB는 12×7 RE들을 포함한다. 하향링크 슬롯에 포함된 RB의 개수 NDL는 하향링크 전송 대역에 의존한다. 상향링크 슬롯의 구조는 하향링크 슬롯의 구조와 동일할 수 있다.
상기 설명된 슬롯의 자원 그리드는 예시에 불과하고, 슬롯에 포함되는 심볼, 자원 요소, RB의 수는 다양하게 변경될 수 있다.
도 5는 본 발명에서 이용될 수 있는 하향링크 서브프레임의 구조를 예시한다.
도 5를 참조하면, 서브프레임 내에서 첫 번째 슬롯의 앞에 위치한 최대 3(또는 4)개의 OFDM 심볼이 제어 채널 할당을 위한 제어 영역에 해당한다. 나머지 OFDM 심볼은 PDSCH(Physical Downlink Shared Channel)가 할당되는 데이터 영역에 해당하며, 데이터 영역의 기본 자원 단위는 RB이다. LTE(-A) 시스템에서 사용되는 하향링크 제어 채널의 예는 PCFICH(Physical Control Format Indicator Channel), PDCCH(Physical Downlink Control Channel), PHICH(Physical Hybrid ARQ Indicator Channel) 등을 포함한다.
PCFICH는 서브프레임의 첫 번째 OFDM 심볼에서 전송되고 서브프레임 내에서 제어 채널의 전송에 사용되는 OFDM 심볼의 개수에 관한 정보를 나른다. PCFICH는 4개의 자원 요소 그룹(Resource Element Group, REG)으로 구성되고, 각각의 REG는 셀 ID에 기초하여 제어 영역 내에 균등하게 분산된다. 하나의 REG(Resource Element Group)는 4개의 자원 요소로 구성될 수 있다. PCFICH는 1 내지 3(또는 2 내지 4)의 값을 지시하며 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)로 변조된다. PHICH는 상향링크 전송에 대한 응답으로 HARQ ACK/NACK 신호를 나른다. PHICH 기간(duration)에 의해 설정된 하나 이상의 OFDM 심볼들에서 CRS 및 PCFICH(첫 번째 OFDM 심볼)를 제외하고 남은 REG 상에 PHICH가 할당된다. PHICH는 주파수 도메인 상에서 최대한 분산된 3개의 REG에 할당된다. PHICH에 대해서는 이하에서 보다 자세히 설명한다.
PDCCH는 서브프레임의 처음 n개 OFDM 심볼(이하, 제어 영역) 내에 할당된다. 여기에서, n은 1 이상의 정수로서 PCFICH에 의해 지시된다. PDCCH를 통해 전송되는 제어 정보를 DCI(Downlink Control Information)라고 한다. PDCCH는 하향링크 공유 채널(downlink shared channel, DL-SCH)의 전송 포맷 및 자원 할당 정보, 상향링크 공유 채널(uplink shared channel, UL-SCH)의 전송 포맷 및 자원 할당 정보, 페이징 채널(paging channel, PCH) 상의 페이징 정보, DL-SCH 상의 시스템 정보, PDSCH 상에서 전송되는 랜덤 접속 응답과 같은 상위 계층 제어 메시지의 자원 할당 정보, 단말 그룹 내의 개별 단말들에 대한 Tx 파워 제어 명령 세트, Tx 파워 제어 명령, VoIP(Voice over IP)의 활성화 지시 정보 등을 나른다. 더욱 구체적으로, DCI 포맷은 용도에 따라 호핑 플래그(hopping flag), RB 할당, MCS(Modulation Coding Scheme), RV(Redundancy Version), NDI(New Data Indicator), TPC(Transmit Power Control), 사이클릭 쉬프트 DM-RS(DeModulation Reference Signal), CQI(Channel Quality Information) 요청, HARQ 프로세스 번호, TPMI(Transmitted Precoding Matrix Indicator), PMI(Precoding Matrix Indicator) 확인(confirmation) 등의 정보를 선택적으로 포함한다.
복수의 PDCCH가 제어 영역 내에서 전송될 수 있다. 단말은 복수의 PDCCH를 모니터링 할 수 있다. PDCCH는 하나 또는 복수의 연속된 제어 채널 요소(control channel element, CCE)들의 집합(aggregation) 상에서 전송된다. PDCCH를 구성하는 CCE 개수를 CCE 집합 레벨(aggregation level)이라고 지칭한다. CCE는 PDCCH에 무선 채널 상태에 기초한 코딩 레이트를 제공하는데 사용되는 논리적 할당 유닛이다. CCE는 복수의 자원 요소 그룹(resource element group, REG)에 대응한다. PDCCH의 포맷 및 PDCCH 비트의 개수는 CCE의 개수에 따라 결정된다. 기지국은 단말에게 전송될 DCI에 따라 PDCCH 포맷을 결정하고, 제어 정보에 CRC(cyclic redundancy check)를 부가한다. CRC는 PDCCH의 소유자 또는 사용 목적에 따라 식별자(예, RNTI(radio network temporary identifier))로 마스킹 된다. 예를 들어, PDCCH가 특정 단말을 위한 것일 경우, 해당 단말의 식별자(예, cell-RNTI (C-RNTI))가 CRC에 마스킹 될 수 있다. PDCCH가 페이징 메시지를 위한 것일 경우, 페이징 식별자(예, paging-RNTI (P-RNTI))가 CRC에 마스킹 될 수 있다. PDCCH가 시스템 정보(보다 구체적으로, 시스템 정보 블록(system information block, SIC))를 위한 것일 경우, SI-RNTI(system information RNTI)가 CRC에 마스킹 될 수 있다. PDCCH가 랜덤 접속 응답을 위한 것일 경우, RA-RNTI(random access-RNTI)가 CRC에 마스킹 될 수 있다. PDCCH가 상향링크 전력 제어를 위한 것일 경우, TPC-RNTI(Transmit Power Control-RNTI)가 이용될 수 있으며 TPC-RNTI는 PUCCH 전력 제어를 위한 TPC-PUCCH-RNTI와 PUSCH 전력 제어를 위한 TPC-PUSCH-RNTI를 포함할 수 있다. PDCCH가 멀티캐스트 제어 채널(Multicast Control Channel, MCCH)을 위한 것일 경우, M-RNTI(Multimedia Broadcast Multicast Service-RNTI)가 이용될 수 있다.
PDCCH를 통해 전송되는 제어 정보는 DCI(Downlink Control Information)라고 지칭된다. 다양한 DCI 포맷이 용도에 따라 정의된다. 구체적으로, 상향링크 스케줄링을 위해 DCI 포맷 0, 4(이하, UL 그랜트)가 정의되고, 하향링크 스케줄링을 위해 DCI 포맷 1, 1A, 1B, 1C, 1D, 2, 2A, 2B, 2C(이하, DL 그랜트)가 정의된다. DCI 포맷은 용도에 따라 호핑 플래그(hopping flag), RB 할당, MCS(Modulation Coding Scheme), RV(Redundancy Version), NDI(New Data Indicator), TPC(Transmit Power Control), 사이클릭 쉬프트 DM-RS(DeModulation Reference Signal), CQI(Channel Quality Information) 요청, HARQ 프로세스 번호, TPMI(Transmitted Precoding Matrix Indicator), PMI(Precoding Matrix Indicator) 확인(confirmation) 등의 정보를 선택적으로 포함한다.
기지국은 단말에게 전송될 제어 정보에 따라 PDCCH 포맷을 결정하고, 제어 정보에 에러 검출을 위한 CRC(cyclic redundancy check)를 부가한다. CRC는 PDCCH의 소유자나 용도에 따라 식별자(예, RNTI(radio network temporary identifier))로 마스킹 된다. 다른 말로, PDCCH는 식별자(예, RNTI)로 CRC 스크램블 된다.
LTE(-A) 시스템에서는 각각의 단말을 위해 PDCCH가 위치할 수 있는 제한된 세트의 CCE 위치를 정의한다. 단말이 자신의 PDCCH를 찾을 수 있는 제한된 세트의 CCE 위치는 검색 공간(Search Space, SS)으로 지칭될 수 있다. LTE(-A) 시스템에서, 검색 공간은 각각의 PDCCH 포맷에 따라 다른 사이즈를 갖는다. 또한, UE-특정(UE-specific) 및 공통(common) 검색 공간이 별도로 정의된다. 기지국은 단말에게 PDCCH가 검색 공간의 어디에 있는지에 관한 정보를 제공하지 않기 때문에 단말은 검색 공간 내에서 PDCCH 후보(candidate)들의 집합을 모니터링 하여 자신의 PDCCH를 찾는다. 여기서, 모니터링(monitoring)이란 단말이 수신된 PDCCH 후보들을 각각의 DCI 포맷에 따라 복호화를 시도하는 것을 말한다. 검색 공간에서 PDCCH를 찾는 것을 블라인드 검출(blind decoding 또는 blind detection)이라 한다. 블라인드 검출을 통해, 단말은 자신에게 전송된 PDCCH의 식별(identification)과 해당 PDCCH를 통해 전송되는 제어 정보의 복호화를 동시에 수행한다. 예를 들어, C-RNTI로 PDCCH를 디마스킹(de-masking) 한 경우, CRC 에러가 없으면 단말은 자신의 PDCCH를 검출한 것이다. UE-특정 검색 공간(UE-Specific Search Space, USS)은 각 단말을 위해 개별적으로 설정되고, 공통 검색 공간(Common Search Space, CSS)의 범위는 모든 단말에게 알려진다. USS 및 CSS는 오버랩 될 수 있다. 상당히 작은 검색 공간을 가진 경우, 특정 단말을 위한 검색 공간에서 일부 CCE 위치가 할당된 경우 남는 CCE가 없기 때문에, 주어진 서브프레임 내에서 기지국은 가능한 모든 단말에게 PDCCH를 전송할 CCE 자원들을 찾지 못할 수 있다. 위와 같은 블록킹이 다음 서브프레임으로 이어질 가능성을 최소화하기 위하여 USS의 시작 위치는 단말-특정 방식으로 호핑된다.
도 6은 본 발명에서 이용될 수 있는 상향링크 서브프레임의 구조를 예시한다.
도 6을 참조하면, 상향링크 서브프레임은 복수(예, 2개)의 슬롯을 포함한다. 슬롯은 CP 길이에 따라 서로 다른 수의 SC-FDMA 심볼을 포함할 수 있다. 일 예로, 표준(normal) CP의 경우 슬롯은 7개의 SC-FDMA 심볼을 포함할 수 있다. 상향링크 서브프레임은 주파수 도메인에서 데이터 영역과 제어 영역으로 구분된다. 데이터 영역은 PUSCH를 포함하고 음성 등의 데이터 신호를 전송하는 데 사용된다. 제어 영역은 PUCCH를 포함하고 제어 정보를 전송하는 데 사용된다. PUCCH는 주파수 축에서 데이터 영역의 양끝 부분에 위치한 RB 쌍(RB pair)(예, m=0,1,2,3)을 포함하며 슬롯을 경계로 호핑한다.
PUCCH는 다음의 제어 정보를 전송하는 데 사용될 수 있다.
- SR(Scheduling Request): 상향링크 UL-SCH 자원을 요청하는 데 사용되는 정보이다. OOK(On-Off Keying) 방식을 이용하여 전송된다.
- HARQ ACK/NACK: PDSCH 상의 하향링크 데이터 패킷에 대한 응답 신호이다. 하향링크 데이터 패킷이 성공적으로 수신되었는지 여부를 나타낸다. 단일 하향링크 코드워드(CodeWord, CW)에 대한 응답으로 ACK/NACK 1비트가 전송되고, 두 개의 하향링크 코드워드에 대한 응답으로 ACK/NACK 2비트가 전송된다.
- CQI(Channel Quality Indicator): 하향링크 채널에 대한 피드백 정보이다. MIMO(Multiple Input Multiple Output)관련 피드백 정보는 RI(Rank Indicator), PMI(Precoding Matrix Indicator), PTI(Precoding Type Indicator) 등을 포함한다. 서브프레임 당 20비트가 사용된다.
상기 설명된 무선 프레임의 구조는 예시에 불과하고, 무선 프레임에 포함되는 서브프레임의 수 또는 서브프레임에 포함되는 슬롯의 수, 슬롯에 포함되는 심볼의 수는 다양하게 변경될 수 있다.
도 7은 랜덤 접속 과정(Random Access Procedure)을 예시한다.
랜덤 접속 과정은 상향링크로 (짧은 길이의) 데이터를 전송하기 위해 사용된다. 예를 들어, 랜덤 접속 과정은 RRC_IDLE 상태에서의 초기 접속, 무선 링크 실패 후의 초기 접속, 랜덤 접속 과정을 요구하는 핸드오버, RRC_CONNECTED 상태 중에 랜덤 접속 과정이 요구되는 상향링크/하향링크 데이터 발생시에 수행된다. RRC 연결 요청 메시지(RRC Connection Request Message)와 셀 갱신 메시지(Cell Update Message), URA 갱신 메시지(URA Update Message) 등의 일부 RRC 메시지도 랜덤 접속 과정을 이용하여 전송된다. 논리채널 CCCH(Common Control Channel), DCCH(Dedicated Control Channel), DTCH(Dedicated Traffic Channel)가 전송채널 RACH에 매핑될 수 있다. 전송채널 RACH는 물리채널 PRACH(Physical Random Access Channel)에 매핑된다. 단말의 MAC 계층이 단말 물리계층에 PRACH 전송을 지시하면, 단말 물리계층은 먼저 하나의 접속 슬롯(access slot)과 하나의 시그너처(signature)를 선택하여 PRACH 프리앰블을 상향링크로 전송한다. 랜덤 접속 과정은 경쟁 기반(contention based) 과정과 비경쟁 기반(non-contention based) 과정으로 구분된다.
도 7을 참조하면, 단말은 시스템 정보를 통해 기지국으로부터 랜덤 접속에 관한 정보를 수신하여 저장한다. 그 후, 랜덤 접속이 필요하면, 단말은 랜덤 접속 프리앰블(Random Access Preamble; 메시지 1 또는 Msg1이라고도 함)을 기지국으로 전송한다(S710). 기지국이 상기 단말로부터 랜덤 접속 프리앰블을 수신하면, 상기 기지국은 랜덤 접속 응답 메시지(Random Access Response; 메시지 2 또는 Msg2라고도 함)를 단말에게 전송한다(S720). 구체적으로, 상기 랜덤 접속 응답 메시지에 대한 하향 스케줄링 정보는 RA-RNTI(Random Access-RNTI)로 CRC 마스킹되어 L1/L2 제어 채널(PDCCH) 상에서 전송될 수 있다. RA-RNTI로 마스킹된 하향 스케줄링 신호를 수신한 단말은 PDSCH(Physical Downlink Shared Channel)로부터 랜덤 접속 응답 메시지를 수신하여 디코딩할 수 있다. 그 후, 단말은 상기 랜덤 접속 응답 메시지에 자신에게 지시된 랜덤 접속 응답 정보가 있는지 확인한다. 자신에게 지시된 랜덤 접속 응답 정보가 존재하는지 여부는 단말이 전송한 프리앰블에 대한 RAID(Random Access preamble ID)가 존재하는지 여부로 확인될 수 있다. 상기 랜덤 접속 응답 정보는 동기화를 위한 타이밍 옵셋 정보를 나타내는 타이밍 어드밴스(Timing Advance; TA), 상향링크에 사용되는 무선자원 할당정보, 단말 식별을 위한 임시 식별자(예: Temporary C-RNTI) 등을 포함한다. 단말은 랜덤 접속 응답 정보를 수신하면, 상기 응답 정보에 포함된 무선자원 할당 정보에 따라 상향링크 SCH(Uplink Shared Channel)로 RRC 연결 요청 메시지를 포함하는 상향링크 전송(메시지 3 또는 Msg3이라고도 함)을 수행한다(S730). 기지국은 단말로부터 상기 상향링크 전송을 수신한 후에, 경쟁 해결(contention resolution)을 위한 메시지(메시지 4 또는 Msg4라고도 함)를 단말에게 전송한다(S740). 경쟁 해결을 위한 메시지는 경쟁 해결 메시지라고 지칭될 수 있으며, RRC 연결 설정 메시지를 포함할 수 있다. 단말은 기지국으로부터 경쟁 해결 메시지를 수신한 후에, 연결 설정을 완료한 후 연결 설정 완료 메시지(메시지 5 또는 Msg5라고도 함)를 기지국으로 전송한다(S750).
비경쟁 기반 과정의 경우, 단말이 랜덤 접속 프리앰블을 전송(S710)하기 전에 기지국이 비경쟁 랜덤 접속 프리앰블(Non-contention Random Access Preamble)을 단말에게 할당할 수 있다. 비경쟁 랜덤 접속 프리앰블은 핸드오버 명령(handover command)나 PDCCH와 같은 전용 시그널링(dedicated signaling)을 통해 할당될 수 있다. 단말은 비경쟁 랜덤 접속 프리앰블을 할당받는 경우 S710 단계와 유사하게 할당받은 비경쟁 랜덤 접속 프리앰블을 기지국으로 전송할 수 있다. 기지국은 상기 단말로부터 비경쟁 랜덤 접속 프리앰블을 수신하면, S720 단계와 유사하게 상기 기지국은 랜덤 접속 응답을 단말에게 전송할 수 있다.
상기 설명된 랜덤 접속 과정에서 랜덤 접속 응답(S720)에 대해서는 HARQ가 적용되지 않지만 랜덤 접속 응답에 대한 상향링크 전송이나 경쟁 해결을 위한 메시지에 대해서는 HARQ가 적용될 수 있다. 따라서, 랜덤 접속 응답에 대해서 단말은 ACK/NACK을 전송할 필요가 없다.
한편, 차세대 시스템에서는 계량기 검침, 수위측정, 감시 카메라의 활용, 자판기의 재고보고 등의 데이터 통신을 위주로 하는 저가/저사양의 단말을 구성하는 것을 고려하고 있다. 이러한 단말은 낮은 기기 복잡도와 낮은 전력 소모를 가짐에도 불구하고 연결된 기기들 사이에 적절한 처리율을 제공할 수 있는 것을 추구하며, 편의상 MTC(Machine Type Communication) 혹은 IoT(Internet of Things) 단말이라고 지칭할 수 있으며, 본 명세서에서는 간략히 단말(UE)이라고 통칭한다.
또한, 차세대 시스템은 셀룰러 네트워크 혹은 제3의 네트워크를 활용함에 있어서 협대역(narrowband)을 이용한 통신(혹은 NB-IoT 통신)을 수행할 수 있다. 예를 들어, 협대역은 180kHz일 수 있다. 해당 영역 내에서 UE(혹은 NB-IoT UE) 혹은 eNB는 단일 혹은 복수의 물리 채널을 다중화하여 전송하는 것일 수 있다. 한편, NB-IoT UE는 교량 밑이나 해저, 해상 등 채널 환경이 좋지 않은 영역에서 통신을 수행할 수도 있으며, 이 경우에 이를 보상하기 위하여 특정 채널에 대한 반복 (예를 들어, 수 TTI 동안 반복 전송) 그리고/혹은 전력 증폭 (Power boosting)을 수행하는 것을 고려할 수 있다. 전력 증폭에 대한 일례로는 특정 대역 내에서 전송할 주파수 자원 영역을 더욱 줄여 시간당 전력을 특정 자원에 몰아주는 형태일 수 있다. 일례로, 12 RE로 구성된 RB(resource block)을 통해서 특정 채널을 전송할 때, RB 단위의 RE 할당 대신에 특정 RE를 선택하여 할당해주는 방식을 통해서 전체 RB를 통해서 분산될 전력을 특정 RE(들)에 몰아줄 수도 있다. 특히, RB 내에 하나의 RE에 데이터와 전력을 집중시켜 통신을 수행하는 방식을 단일-톤(Single-tone) 전송 방식이라고 통칭할 수 있다.
NB-IoT를 위한 물리 채널은 기존 시스템의 물리 채널에 협대역(Narrowband)을 의미하는 ‘N’을 추가하여 지칭될 수 있다. 예를 들어, NB-IoT를 위한 PUSCH는 NPUSCH(Narrowband Physical Uplink Shared Channel)로 지칭될 수 있고, NB-IoT를 위한 PRACH는 NPRACH(Narrowband Physical Random Access Channel)로 지칭될 수 있고, NB-IoT를 위한 PBCH는 NPBCH(Narrowband Physical Broadcast Channel)로 지칭될 수 있고, NB-IoT를 위한 PDCCH는 NPDCCH(Narrowband Physical Downlink Control Channel)로 지칭될 수 있고, NB-IoT를 위한 PDSCH는 NPDSCH(Narrowband Physical Downlink Shared Channel)로 지칭될 수 있다. 설명의 편의를 위해, NPUSCH, NPRACH, NPBCH, NPDCCH, NPDSCH는 각각 PUSCH, PRACH, PBCH, PDCCH, PDSCH와 혼용될 수 있다. NB-IoT는 셀룰라 IoT(또는 cIoT)와 혼용될 수 있다.
본 발명은 NB-IoT를 지원하는 단말/기지국/시스템에 기반하여 설명되지만, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 본 발명은 NB-IoT 통신을 지원하지 않는 단말/기지국/시스템에도 동일하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 mMTC(massive Machine Type Communication)를 지원하는 단말/기지국/시스템 뿐만 아니라 IoT 및 MTC를 지원하지 않는 일반적인 단말/기지국/시스템에도 동일하게 적용될 수 있다. 본 명세서에서 단말/기지국/시스템은 NB-IoT를 지원하는 단말/기지국/시스템과 NB-IoT를 지원하지 않는 단말/기지국/시스템을 통칭할 수 있다.
NB- IoT를 위한 랜덤 접속 과정 (Random access procedure for NB- IoT )
NB-IoT를 위한 랜덤 접속 과정은 다음과 같이 레거시(legacy) LTE와 유사한 4단계 경쟁 기반 랜덤 접속 과정(또는 4단계 경쟁 기반 RACH 과정)을 지원한다. 예를 들어, 4단계 경쟁 기반 랜덤 접속 과정은 도 7 및 관련 설명에서 설명된 과정을 통해 수행될 수 있다.
1) Msg1: 단말에서 RA 프리앰블(Random access preamble) 전송(예, 도 7의 S710 단계 참조)
2) Msg2: 단말에서 RAR(Random access response) 수신(예, 도 7의 S720 단계 참조). RAR은 타이밍 어드밴스 명령(TA command), L2/L3 메시지 전송을 위한 UL 그랜트 정보 등을 포함. UL 그랜트 정보는 Msg3 단계에서 (N)PUSCH 전송을 위해 사용되며, (N)PUSCH 그랜트 정보라고 지칭될 수 있다.
3) Msg3: 단말에서 L2/L3 메시지 전송(예, 도 7의 S730 단계 참조). L2/L3 메시지는 RRC 연결 요청(RRC connection request), 트래킹 영역 업데이트(Tracking Area Update, TAU), UE 식별 정보(또는 UE ID) 등을 포함.
4) Msg4: 단말에서 경쟁 해결 메시지(contention resolution message) 수신(예, 도 7의 S740 단계 참조). 경쟁 해결 메시지는 RRC 연결 설정(RRC connection setup), UE 식별 정보(또는 UE ID) 등을 포함.
5) Msg5: 단말에서 RRC 연결 설정 완료 메시지를 전송(예, 도 7의 S750 참조). RRC 연결 설정 완료 메시지는 Msg4에 대한 HARQ-ACK(Hybrid Automatic Repeat and reQuest Acknowledgement) 정보를 포함.
3GPP(3rd Generation Partnership Project) Release-13 이후의 표준 규격(standard specification)에서는 NB-IoT 통신을 지원한다. NB-IoT 통신으로 인한 네트워크 부하를 방지하고, 저전력(low-power) 및 저가(low-cost) 단말을 지원하고, 간헐적인 데이터 전송을 효율적으로 지원하기 위해 3GPP Release-13 이후의 표준 규격에서는 다양한 표준 기술을 지원한다. 예를 들어, 3GPP Release-13 이후의 표준 규격에서는, NB-IoT 단말과 기지국 간의 무선 접속 기술로서 커버리지 향상(coverage enhancement) 또는 커버리지 확장(coverage extension)을 위한 물리 채널의 반복 전송을 지원하고, 코어 네트워크 기술로서 음성 비지원 데이터 전용 NB-IoT 단말의 간헐적 데이터 송수신을 위한 코어 네트워크 최적화 기술을 지원한다.
코어 네트워크 최적화 기술의 일 예로, NB-IoT를 위한 EPS(Evolved Packet System) 시스템 향상(system enhancement)까지 고려하여 랜덤 접속 과정을 좀 더 자세히 살펴 보면, NB-IoT를 위한 랜덤 접속 과정은 다음 두 가지 형태의 랜덤 접속 과정을 지원한다.
제어 평면 EPS 최적화(Control plane EPS optimization)
1) Msg1: RA 프리앰블 전송
2) Msg2: RAR (TA 명령, Msg3 스케줄링 정보 등을 포함)
3) Msg3: RRC 연결 요청
4) Msg4: RRC 연결 설정
5) Msg5: RRC 연결 설정 완료 (NAS 데이터에 데이터를 포함(NAS PDU with data))
사용자 평면 EPS 최적화(User plane EPS optimization)
1) Msg1: RA 프리앰블 전송
2) Msg2: RAR (TA 명령, Msg3 스케줄링 정보 등을 포함)
3) Msg3: RRC 연결 재개 요청(connection resume request)
4) Msg4: RRC 연결 재개(connection resume)
5) Msg5: RRC 연결 재개 완료(connection resume complete)
6) (N)PUSCH (UL 데이터). PUSCH 또는 NPUSCH를 통한 UL 데이터 전송
UL 데이터 전송 관점에서 제어 평면 EPS 최적화와 사용자 평면 EPS 최적화를 비교하면, 제어 평면 EPS 최적화의 경우에는 Msg5에서 최초 UL 데이터 전송이 가능하고, 사용자 평면 EPS 최적화의 경우에는 Msg5 이후에 최초 UL 데이터 전송이 가능하다.
또한, NB-IoT 단말과 기지국 간의 커버리지 확장 또는 커버리지 향상을 위한 물리 채널의 반복 전송 관점에서 살펴보면, 물리 채널의 반복 전송으로 인해 과도한 지연이 발생할 수 있다. 예를 들어, 상향링크 전송의 경우 128회까지 동일한 신호의 반복 전송이 수행될 수 있으며, 상향링크 데이터 송수신을 완료할 때까지 수십초 내지 수백초 가량의 지연이 발생할 수 있다. 또 다른 예로, 하향링크 전송의 경우 2048회까지 동일한 신호의 반복 전송이 수행될 수 있으며, 이 경우에도 마찬가지로 하향링크 데이터 송수신을 완료할 때까지 수십초 내지 수백초 가량의 지연이 발생할 수 있다.
따라서, NB-IoT 단말이 기존 랜덤 접속 과정을 통해 네트워크에 접속한 후 데이터 송수신을 수행할 경우, 과도한 지연이 발생할 수 있을 뿐만 아니라, 과도한 지연으로 인해 오랜 시간 동안 전원이 켜져 있어야 하므로 과도한 전력 소모가 발생하는 기술적 문제가 있다.
본 발명은 이러한 기술적 문제를 해결하기 위해 랜덤 접속 과정을 통해 데이터를 조기에 전송/수신하는 방법을 제안한다. 보다 구체적으로, 본 발명은 NB-IoT 또는 mMTC(massive Machine Type Communication)의 주요 요건(requirement)인 지연(latency)과 전력 소모(power consumption)의 절감(reduction)을 위해서 랜덤 접속 과정에서 데이터를 조기에 전송/수신하는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 앞에서 설명한 바와 같이 기존 경쟁 기반 랜덤 접속 과정에서는 데이터 전송/수신이 Msg5 또는 그 이후에 가능한 반면, 본 발명은 UL 데이터의 경우 Msg3 또는 그 이전에 송수신 가능하게 하고, DL 데이터의 경우 Msg4 또는 그 이전에 송수신 가능하게 하기 위한 것이다.
본 명세서에서, 조기 UL 데이터(early UL data)는 랜덤 접속 과정 중에서 Msg3 또는 그 이전에 단말이 전송하는 UL 데이터를 지칭하고, 조기 DL 데이터(early DL data)는 랜덤 접속 과정 중에서 Msg4 전에 기지국이 전송하는 DL 데이터를 지칭한다. 또한, 본 명세서에서, DL HARQ-ACK은 DL 데이터에 대해 단말이 기지국으로 전송하는 HARQ-ACK 정보를 지칭하고, UL HARQ-ACK은 UL 데이터에 대해 기지국이 단말로 전송하는 HARQ-ACK 정보를 지칭한다.
셀룰라(Cellular) IoT에서 고려하는 주요 시나리오는 3GPP TR(Technical Report) 45.820에 자세히 기술되어 있으며, 본 명세서에 참조로서 준용한다(incorporation by reference). 3GPP TR 45.820에서 정의하는 IoT 트래픽 모델(traffic model)을 참고하면 다음과 같이 요약될 수 있다.
1) Mobile exception reports: 특정 이벤트가 발생했을 때 센서가 기지국(eNB)에 보고하는 경우(화재/정전/침입/재난 감지 등)
2) Mobile periodic reports: 센서에서 측정한 데이터를 주기적으로 보고하는 경우 (가스/수도/전기 사용량 등)
3) 네트워크 명령(Network command): 애플리케이션 서버에서 단말로 특정 동작 수행을 지시하는 명령을 전송하는 경우(소등/측정 데이터 보고 지시)
4) 소프트웨어 업데이트/재설정(SW(software) update/reconfiguration): IoT 디바이스의 소프트웨어 업데이트 또는 패치(patch) 전송이 필요한 경우
위의 주요 시나리오 중에서 1)과 2)는 단말이 개시(initiate)하여 주기적으로 또는 비주기적으로 UL 데이터를 보고하는 형태이다. 이와 달리, 3)과 4)는 기지국(eNB)이 단말(UE)에게 DL 데이터를 전송하거나, UL 데이터를 보고할 것을 명령하는 경우이다. 본 발명은 기지국이 개시하는 3)과 4)의 경우에 대해서 지연 및 전력 소모의 감소를 목적으로 랜덤 접속 과정 중에 DL 데이터를 전송하거나 또는 추가로 UL 데이터를 전송하도록 하는 방법에 관한 것이다.
셀룰라(Cellular) IoT는 간헐적으로 발생하는 작은 패킷 데이터(small packet data)를 효과적으로 송수신하기 위해서 기본적으로 송수신 데이터가 없을 경우에는 배터리 효율 상태(battery efficient state)에 머물다가 필요 시 랜덤 접속 과정을 통해서 RRC-CONNECTED 상태로 전환 후 데이터를 송수신한다. NB-IoT를 예를 들면, RRC-IDLE 또는 RRC-SUSPENDED 상태가 배터리 효율 상태에 해당한다. 앞서 설명한 바와 같이, 종래와 같이 랜덤 접속 과정을 모두 완료한 후 데이터를 송수신할 경우, UL 데이터는 Msg5 또는 그 이후에 송수신이 가능하고 DL 데이터의 경우 Msg5 이후에 송수신이 가능하다.
기지국(eNB)이 배터리 효율 상태(예, RRC-IDLE 또는 RRC-SUSPENDED)에 있는 단말에게 DL 데이터를 전송하거나, UL 데이터 전송을 요청하기 위해, 단말(UE)에 설정된 페이징 기회(paging occasion)를 이용한다. 페이징은 RRC-IDLE 상태에 있는 단말로부터 RRC 연결을 유도하거나 RRC-IDLE 상태에 있는 단말에게 시스템 정보 변화(system information change)를 알려주기 위해서 사용하는 동작을 지칭한다. 단말이 RRC-IDLE 상태에 있을 경우 기지국이 단말에게 접근할 수 있는 방법이 없으므로, 단말은 일정한 주기로 기지국에 의해 설정된 페이징 기회(예, 특정 서브프레임)에서 페이징 메시지가 전송되는지 여부를 확인하고, 페이징 메시지가 전송되면 페이징 메시지 안에 자신의 UE 식별 정보(또는 UE ID)(예, S-TMSI(SAE Temporary Mobile Subscriber Identity) 또는 IMSI(International Mobile Subscriber Identity))가 포함되어 있는지를 확인한다. 페이징을 위해서 기지국과 단말 간에 설정된 페이징 정보를 모니터링하기 위한 시간 구간(예, 서브프레임)의 위치를 페이징 기회(paging occasion, PO)라고 지칭하며, 페이징 기회의 위치는 UE 특정(UE-specific)한 정보이며 단말기의 고유한 번호인 IMSI에 의해 결정된다.
기지국이 단말에게 DL 데이터를 전송하거나 UL 데이터 전송을 요구하기 위해 페이징 기회를 이용할 수 있으며, 페이징 기회에서 해당 단말의 UE 식별 정보(또는 UE ID)를 포함한 페이징 메시지를 전송함으로써 단말에게 RRC 연결을 지시한다. 페이징 기회에서 단말이 자신의 UE 식별 정보(또는 UE ID)를 포함한 페이징 메시지를 수신하는 경우, 단말은 랜덤 접속 과정을 수행하여 RRC 연결을 맺은 후 DL/UL 데이터를 송수신할 수 있다. 본 발명에서는, 기지국이 개시(initiate)하여 DL 데이터를 전송하거나 UL 데이터 전송을 요구할 때, 지연 및 전력 소모를 줄이기 위해서 랜덤 접속 과정의 각 단계에서 조기 UL 데이터 송수신 및/또는 조기 DL 데이터 송수신을 위한 방법들을 제안한다.
방법 1: Msg3 단계에서 조기 UL 데이터(early UL data) 전송
앞서 설명한 바와 같이, 종래 기술에 따르면 데이터 패킷 사이즈가 작더라도 랜덤 접속 과정을 완료한 후에 UL로 전송할 수 있다. 따라서, 작은 데이터 패킷(small data packet)을 UL로 전송할 때에도 과도한 지연(latency) 및 전력 소모(power consumption)를 유발할 수 있다. 작은 데이터 패킷 전송시 발생하는 지연 및 전력 소모를 줄이기 위해, 종래 기술과 달리 랜덤 접속 과정 완료 전에 해당 랜덤 접속 과정 중 Msg3 단계에서 데이터를 전송하는 방법을 고려할 수 있다.
본 명세서에서, 조기 UL 데이터는 상위 계층의 데이터를 지칭할 수 있다. 예를 들어, 상위 계층은 RLC, PDCP 계층 또는 이보다 상위 계층(예, 애플리케이션 계층)일 수 있으며, 조기 UL 데이터는 상위 계층을 위한 사용자 데이터를 지칭할 수 있다. 조기 UL 데이터는 트래픽 채널인 DTCH(Dedicated Traffic Channel)을 통해 상위 계층으로 전달될 수 있다.
도 8은 본 발명에 따라 Msg3 단계에서의 조기 UL 데이터 전송을 위한 랜덤 접속 과정을 예시한다.
S810 단계에서, 단말은 랜덤 접속 프리앰블(RA 프리앰블)을 전송할 수 있다.
랜덤 접속 과정 중 Msg3 단계에서 UE가 UL 데이터를 전송하기 위해, 본 발명에서는 랜덤 접속 과정의 Msg1 단계(예, S810 단계)에서 조기 UL 데이터 전송을 수행한다는 것을 UE가 eNB에게 지시해 줄 것을 제안한다. 본 발명에서는 Msg1 단계에서 UE가 eNB에게 Msg3 단계에서의 조기 UL 데이터 전송을 지시하기 위해 다양한 방법을 제안한다.
PRACH 또는 NPRACH의 시간/주파수 자원으로 구분하는 방법을 고려할 수 있다. 예를 들면, (N)PRACH를 전송하는 시간 영역 상의 시작점이나 영역(OFDM 심볼 또는 서브프레임 단위로)을 통하여 구분하거나, 주파수 영역 상의 시작점이나 영역(RB 또는 서브캐리어 단위로)을 통하여 구분할 수 있다. UE와 eNB 간에 미리 시간/주파수 자원을 구분하여 구분된 시간/주파수 자원을 이용하여 UE가 (N)PRACH 프리앰블을 전송함으로써 Msg3 단계에서의 조기 UL 데이터 전송을 지시할 수 있다(편의상 Opt1이라 지칭).
및/또는, 주파수 호핑 패턴(frequency hopping pattern)을 통하여 구분하는 방법을 고려할 수 있다. NPRACH는 시스템 정보(예, SIB2(System Information Block Type 2))를 통해 지시된 개수의 서브캐리어 내에서 전송될 수 있으며, 주파수 영역에서 전송 위치는 일정한 규칙에 따라 서브캐리어 단위로 호핑할 수 있다. 단말과 기지국 간에 미리 정해진 주파수 호핑 패턴에 따라 NPRACH 전송 위치를 주파수 호핑함으로써 Msg3 단계에서의 조기 UL 데이터 전송을 지시할 수 있다(편의상 Opt2라 지칭).
및/또는, NB-IoT의 경우 특정 비-앵커(non-anchor) PRB(Physical Resource Block)(들)을 조기 UL 데이터 전송을 알리기 위한 NPRACH 전송 영역으로 할당하여 구분할 수 있다. NB-IoT의 경우 동기 신호(NPSS(Narrowband Primary Synchronization Signal), NSSS(Narrowband Secondary Synchronization Signal))와 NPBCH는 특정 PRB 상에서만 전송될 수 있으며, 이러한 특정 PRB를 앵커 PRB라고 지칭할 수 있다. 비-앵커 PRB들 중에서 적어도 하나의 PRB를 미리 지정하고, 미리 지정된 비-앵커 PRB 상에서 NPRACH를 전송함으로써 Msg3 단계에서의 조기 UL 데이터 전송을 지시할 수 있다(편의상 Opt3라 지칭).
및/또는, 프리앰블 심볼 또는 프리앰블 심볼 그룹 단위로 직교 커버 코드(orthogonal cover code)를 곱해서 구분할 수 있다. NPRACH 프리앰블은 CP(Cyclic Prefix)와 시퀀스 부분(sequence part)으로 구성될 수 있으며, 시퀀스 부분은 5개의 서브블록으로 구성될 수 있는데, 각 서브블록을 프리앰블 심볼이라고 지칭하고, CP와 5개의 프리앰블 심볼을 포함하는 NPRACH 프리앰블을 프리앰블 심볼 그룹이라고 지칭한다. 예를 들면, 프리앰블 심볼 또는 심볼 그룹에 심볼 또는 심볼 그룹 단위로 미리 정해진 직교 커버 코드(예, “101010…” 등의 (직교) 신호)를 곱함으로써 Msg3 단계에서의 조기 UL 데이터 전송을 지시할 수 있다(편의상 Opt4라 지칭).
및/또는, 프리앰블 시퀀스를 분할(partition)하여 구분할 수도 있다(편의상 Opt5라 지칭).
상기 설명한 방법들(예, Opt1 내지 Opt5)은 다른 용도로 랜덤 접속 프리앰블을 이용하여 소수의 비트를 추가적으로 전송하는 방법에도 적용될 수 있다. 예를 들어, Opt1의 경우 (N)PRACH 전송을 위한 복수의 시간/주파수 자원을 미리 지정하여 미리 지정된 각각의 시간/주파수 자원이 하나의 비트를 나타내도록 할 수 있다. 마찬가지로, Opt2의 경우 복수의 주파수 호핑 패턴을 미리 지정하여 미리 지정된 각각의 주파수 호핑 패턴이 하나의 비트를 나타내도록 할 수 있고, Opt3의 경우 복수의 비-앵커 PRB들을 미리 지정하여 미리 지정된 각각의 비-앵커 PRB가 하나의 비트를 나타내도록 할 수 있고, Opt4의 경우 복수의 직교 커버 코드를 미리 지정하여 미리 지정된 각각의 직교 커버 코드가 하나의 비트를 나타내도록 할 수 있다.
및/또는, Opt1 내지 Opt5 중에서 적어도 N개를 조합하여 적어도 N개의 비트 또는 N-비트 정보를 나타낼 수 있다. 예를 들어, Opt1과 Opt2를 조합할 경우, Opt1이 (N)PRACH 전송에 이용되는지 여부에 따라 하나의 비트를 나타내고, Opt2가 (N)PRACH 전송에 이용되는지 여부에 따라 하나의 비트를 나타내어, 적어도 2개의 비트를 전송할 수 있다. 일 예로, Opt1에 따라 미리 지정된 시간/주파수 자원을 이용하여 (N)PRACH가 전송되면 하나의 비트 값을 1(또는 0)로 해석하고, Opt2에 따라 미리 지정된 주파수 호핑 패턴을 이용하여 (N)PRACH가 전송되면 다른 하나의 비트 값을 1(또는 0)으로 해석하여, 랜덤 접속 프리앰블을 이용하여 2비트 정보를 추가로 전송할 수 있다. 본 발명은 Opt1 내지 Opt5 중에서 다른 조합을 이용하는 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.
다시 도 8을 참조하면, S820 단계에서, 기지국은 랜덤 접속 응답(RAR) 메시지를 전송할 수 있다. 랜덤 접속 응답 메시지는 타이밍 어드밴스(TA) 명령, Msg3 단계의 L2/L3 메시지를 위한 UL 그랜트 정보 등을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 Msg3 단계의 L2/L3 메시지를 위한 UL 그랜트 정보는 제1 UL 그랜트 정보라고 지칭될 수 있다.
Msg1 단계에서 UE가 eNB에게 조기 UL 데이터 전송 지시를 보내면, UE가 Msg3 단계에서 L2/L3 메시지 이외에 추가로 UL 데이터를 전송할 수 있도록, eNB는 조기 UL 데이터 전송을 위한 UL 그랜트 정보를 Msg2 단계(예, S820 단계)에서 추가로 전송할 것을 제안한다. 본 명세서에서 조기 UL 데이터 전송을 위한 UL 그랜트 정보는 제2 UL 그랜트 정보라고 지칭될 수 있다.
Msg3 단계(예, S830 단계)에서 조기 UL 데이터를 전송하는 방법으로 두 가지를 고려할 수 있다. 첫째, L2/L3 메시지와 동일한 PUSCH로 전송할 수 있다. 둘째, L2/L3 메시지와 독립적인 또는 상이한 PUSCH를 할당하여 전송할 수 있다. 첫 번째 방법의 경우, L2/L3 메시지와 동일한 전력/반복횟수/RU(resource unit)를 사용한다. 두 번째 방법의 경우, 조기 UL 데이터의 경우 L2/L3 메시지와 독립적인(또는 상이한) PUSCH 영역과 전력/반복횟수/RU를 설정할 수 있다. RU는 단일-톤 전송인지 다중-톤(multi-tone) 전송인지 여부를 포함할 수 있다. 이 때, eNB는 커버리지 레벨(coverage level)(또는 커버리지 향상 레벨 또는 커버리지 확장 레벨로 지칭될 수 있고, 반복 전송 횟수에 대응될 수 있다)과 UE 능력(capability), 조기 UL 데이터의 사이즈 등의 전부 또는 일부에 기반하여 L2/L3 메시지와 조기 UL 데이터의 전력/반복횟수/RU 설정과 자원 할당을 수행할 것을 제안한다. 좀 더 특징적으로는 Msg2를 통해 전송되는 (N)PUSCH 스케줄링 정보의 필드 해석이 UE가 조기 UL 데이터 전송 지시를 했는지 여부에 따라서 달라질 수 있다. 예를 들어, 조기 UL 데이터 전송을 지시한 경우 동일한 스케줄링 정보의 필드 값들에 대해 더 큰 TBS(Transport Block Size), 더 많은 RB수, 더 큰 반복 횟수, 더 높은 변조 차수(modulation order) 등을 설정하도록 할 수 있다.
Msg1 단계(예, S810 단계)에서 UE가 eNB에게 조기 UL 데이터 전송 지시를 보내면, eNB는 Msg2 단계(예, S820 단계)에서 조기 UL 데이터 전송을 위한 UL 그랜트 정보를 추가로 전송하거나, 조기 UL 데이터 전송을 거절할 수 있다. eNB가 조기 UL 데이터 전송을 거절할 경우, Msg2 단계에서 UE에게 eNB의 거절의사를 전달하고, UE는 조기 UL 데이터 전송을 중단하거나, 일반(normal) 랜덤 접속 과정을 수행하여 RRC 연결 후 UL 데이터를 전송할 수 있다. eNB는 UE에서 측정한 RSRP(Reference Signal Received Power) 정보나 커버리지 레벨, eNB에서 가용한 자원, 트래픽 부하(traffic load) 등을 참고하여 조기 UL 데이터 전송 허락 여부를 판단할 수 있다. Msg2 단계에서 eNB의 조기 UL 데이터 전송 거부의사는 RNTI를 사용하여 전송하거나, NPDCCH 내 DCI의 예비 비트(reserved bit)를 이용하여 전송하거나, 또는 RAR 메시지 내에 플래그를 추가 함으로써 UE에게 전송이 가능하다.
Msg2 단계에서 종래의 RAR 메시지는 (N)PDCCH와 (N)PDSCH를 모두 디코딩해야 수신이 가능한데, 이는 (N)PDCCH와 (N)PDSCH가 각각 반복 전송되는 점을 감안하면 지연 또는 전력 소모의 요인이 된다. Msg2 단계에서 지연과 전력 소모를 줄이기 위해서, Msg2 단계에서 RAR 메시지(및/또는 조기 UL 데이터 전송을 위한 UL 그랜트 정보)를 (N)PDCCH 또는 (N)PDSCH 만으로 전송하는 방법을 고려할 수 있다. (N)PDCCH 만으로 전송하는 것은 대응하는 (N)PDSCH를 수반하지 않고 전송하는 것을 지칭할 수 있고, (N)PDSCH 만으로 전송하는 것은 대응하는 (N)PDCCH를 수반하지 않고 전송하는 것을 지칭할 수 있다. (N)PDCCH 만으로 Msg2 단계를 수행할 경우, 특별한 지시 없이 UE가 블라인드 검출(BD)을 수행하도록 하거나, 또는 BD를 피하기 위해서 (N)PDCCH 만으로 Msg2를 전송함을 Msg1 단계에서 지시해 줄 것을 제안한다.
구체적으로, Msg1 단계에서 UE가 eNB에게 Msg3의 조기 UL 데이터 전송을 지시하는 방법(예, Opt1 내지 Opt5)과 동일한 방법을 사용하여 (N)PDCCH 만으로 Msg2 단계를 수행함을 UE가 eNB에게 지시할 수 있다. 또는, RRC 구성(configuration) 정보를 이용하여 (N)PDCCH 만으로 Msg2 단계를 수행함을 알려줄 수 있다. RRC 구성 정보로 알려주는 경우, 초기 접속(initial access) 과정에서는 (N)PDCCH와 (N)PDSCH를 모두 사용하는 종래의 방법으로 RRC 연결을 수행하고, 이후에는 해당 정보를 저장하여 (N)PDCCH만으로 Msg2 전송을 수행할 수 있다.
(N)PDSCH만으로 Msg2 전송을 수행하고자 하는 경우에는, Msg2 단계에서의 (N)PDSCH의 MCS 정보와 자원 할당 정보 등 디코딩에 필요한 정보를 RRC 구성 정보를 통해 수신하여 사용할 수 있다. (N)PDCCH만으로 Msg2 전송을 수행하는 경우와 마찬가지로 Msg1 단계에서 UE가 eNB에게 (N)PDSCH만으로 Msg2 전송을 수행함을 지시할 수 있다.
다시 도 8을 참조하면, S830 단계에서 UE는 L2/L3 메시지를 전송할 수 있다. S830 단계의 L2/L3 메시지는 RRC 연결 요청 메시지를 포함할 수 있고, RRC 연결 요청 메시지를 통해 UE 식별 정보(또는 UE ID)가 eNB로 전송될 수 있다. 예를 들어, UE 식별 정보(또는 UE ID)는 랜덤 넘버를 포함할 수 있다.
Msg3 단계(예, S830 단계)에서 UE는 L2/L3 메시지 전송과 더불어 조기 UL 데이터를 전송한다. 조기 UL 데이터는 Msg2 단계(예, S820 단계)에서 수신한 조기 UL 데이터를 위한 UL 그랜트 정보를 이용하여 전송한다. UL 그랜트 정보에 따라 UE는 전력/반복횟수/RU를 설정하고 자원을 할당 받아 전송한다. 이 방법에서는 eNB가 스케줄링 정보를 결정한다.
다른 방법으로 UE가 자율적(autonomous)으로 스케줄링 정보를 설정하는 방법을 제안한다. UE는 수신기에서 RSRP 방법 등으로 계산한 커버리지 레벨과 UE 능력(다중-톤 전송 지원 유무), 그리고 조기 UL 데이터의 사이즈 등을 기반으로 전력/반복횟수/RU 설정, 다중-톤 사용 여부 결정, 자원 할당 등을 수행하여 Msg3를 전송할 수 있다. 이를 위해, UE가 결정한 Msg3 전송 방법에 대해서 Msg1 단계(예, S810 단계)에서 UE가 eNB에게 지시하고, eNB는 UE가 알려준 바에 따라 Msg2 단계(예, S820 단계)에서 UL 그랜트 정보를 UE로 전송할 수 있다.
다시 도 8을 참조하면, S840 단계에서, eNB는 경쟁 해결 메시지를 전송할 수 있다. S840 단계의 경쟁 해결 메시지는 RRC 연결 설정(connection setup) 메시지를 포함할 수 있고, RRC 연결 설정 메시지를 통해 UE 식별 정보(또는 UE ID)를 전송할 수 있다. 예를 들어, UE 식별 정보(또는 UE ID)는 S830 단계에서 전송된 UE 식별 정보(또는 UE ID)를 포함할 수 있다.
S830 단계에서 UE가 조기 UL 데이터를 전송하고 나면, eNB는 조기 UL 데이터에 대한 디코딩을 수행할 수 있다. eNB가 디코딩에 성공할 경우, UE 식별 정보(또는 UE ID)를 포함한 경쟁 해결 메시지를 Msg4 단계(예, S840 단계)에서 UE로 전송함으로써 UL HARQ-ACK을 대신할 수 있다. UE는 Msg4 단계에서 자신의 UE 식별 정보(또는 UE ID)를 수신할 경우, 성공적인 UL 데이터 전송으로 간주하고 전력 소모를 줄이기 위해서 RRC-IDLE/RRC-SUSPENDED로 회귀하여 다음 UL 데이터 발생 시까지 기다린다.
UE가 Msg4 단계(예, S840 단계)에서 자신의 UE 식별 정보(또는 UE ID)를 수신하지 못할 경우, HARQ 동작(예, HARQ 재전송)을 수행할 수 있다. 경쟁 기반 랜덤 접속 과정에서는 제한된 (N)PRACH 자원 할당으로 인해 Msg3 단계에서 HARQ 동작이 지속적으로 충돌(collision)할 수 있으며, 지연이나 전력 소모 측면에서 문제가 될 수 있다. 이러한 경우에 대비해서 다음과 같은 Msg3 HARQ 충돌 해결 방법을 제안한다. eNB가 복수의 자원을 미리 할당한 후, 충돌한 UE들이 재전송할 때 UE들은 할당된 자원 안에서 각각 랜덤(random)하게 또는 UE 식별 정보(또는 UE ID)에 기반한 일정한 규칙을 가지고 자원을 선택한 후 선택된 자원을 이용하여 재전송하는 방법이다. 예를 들어, UE 식별 정보(또는 UE ID)는 S830 단계에서 전송된 UE 식별 정보(또는 UE ID)가 이용될 수 있다. 이 경우 재전송 시에 지속적인 충돌에 의한 반복된 Msg3 수신 실패를 회피할 수 있다. Msg3 HARQ 충돌 해결을 위해 미리 할당되는 복수의 자원은 eNB와 UE들 간에 사전에 약속된 자원이 사용되거나, SIB 정보를 통해 구성 가능하도록 설정될 수 있다. 또는 Msg3 HARQ 충돌 해결을 위해 미리 할당되는 복수의 자원은 Msg2 단계를 통해 설정될 수 있다.
방법 2: Msg3 / Msg5 단계에서의 조기 UL 데이터(early UL data) 전송
본 발명에 따른 방법 1에서는, 작은(small) 데이터 패킷을 UL로 전송 시 지연과 전력 소모를 줄이기 위해 기존 랜덤 접속 과정보다 앞당겨 랜덤 접속 과정의 Msg3 단계에서 데이터를 전송하는 방법을 제안하였다. 본 발명에 따른 방법 1의 경우, Msg3 단계에서 전송할 데이터 사이즈가 Msg2 단계에서 수신된 조기 UL 데이터를 위한 UL 그랜트 정보에 의해 할당된 자원보다 클 경우, Msg3를 통해 조기 UL 데이터를 전부 전송하지 못할 수 있다. 따라서, 큰(large) 데이터 패킷에 대해서도 방법 1을 적용하기 위해, 본 발명에 따른 방법 2에서는 Msg3 단계에서 조기 UL 데이터의 일부(편의상 제1 UL 데이터라 지칭)를 전송하고 Msg5 단계 또는 그 이후에 추가적인 UL 데이터(편의상 제2 UL 데이터라 지칭)를 전송한다.
본 명세서에서, 조기 UL 데이터와 마찬가지로, 제1 UL 데이터와 제2 UL 데이터는 상위 계층의 데이터를 지칭할 수 있다. 예를 들어, 상위 계층은 RLC, PDCP 계층 또는 이보다 상위 계층(예, 애플리케이션 계층)일 수 있으며, 제1 UL 데이터와 제2 UL 데이터는 상위 계층을 위한 사용자 데이터를 지칭할 수 있다. 제1 UL 데이터와 제2 UL 데이터는 트래픽 채널인 DTCH(Dedicated Traffic Channel)을 통해 상위 계층으로 전달될 수 있다.
도 9는 본 발명에 따라 Msg3/Msg5 단계에서의 조기 UL 데이터 전송을 위한 랜덤 접속 과정을 예시한다. 도 9에서 S910 단계 및 S920 단계는 각각 도 8의 S810 단계 및 S820 단계에 대응되며, 도 8의 S810 단계 및 S820 단계와 동일/유사하게 수행될 수 있다.
S930 단계에서 UE는 L2/L3 메시지와 함께 조기 UL 데이터를 전송할 수 있다. S930 단계에서 전송할 조기 UL 데이터 사이즈가 Msg2 단계(예, S920 단계의 조기 UL 데이터 전송을 위한 UL 그랜트 정보)를 통해 할당된 자원보다 큰 경우, UE는 조기 UL 데이터 중 일부 데이터(또는 제1 UL 데이터)를 S930 단계에서 전송할 수 있다. Msg2 단계(예, S920 단계의 조기 UL 데이터 전송을 위한 UL 그랜트 정보)를 통해 할당된 자원보다 작은 사이즈를 갖는 데이터는 작은 UL 데이터라고 지칭할 수 있다. Msg2 단계(예, S920 단계의 조기 UL 데이터 전송을 위한 UL 그랜트 정보)를 통해 할당된 자원보다 큰 사이즈를 갖는 데이터는 큰 UL 데이터라고 지칭될 수 있다.
Msg3 단계에서 기존의 L2/L3 메시지 전송과 더불어 작은 UL 데이터를 전송하게 되는데, 큰 UL 데이터 전송을 위해서 UE는 추가 전송할 UL 데이터(또는 제2 UL 데이터)가 있음을 지시하는 플래그 정보를 추가로 Msg3 단계에서 전송한다. 상기 플래그 정보는 Msg3 단계에서 전송되는 L2/L3 메시지를 통해 전송될 수 있다. 혹은, UE가 L2/L3 메시지와 함께 BSR(buffer status report)를 전송함으로써 상기 플래그 정보의 역할을 대신할 수 있다. 혹은, L2/L3 메시지를 통한 플래그 정보와 BSR이 독립적으로 운영될 수 있다. 이 경우, UE는 Msg3 단계에서 L2/L3 메시지를 통한 플래그 정보와 BSR을 함께 전송할 수 있다.
BSR은 단말의 버퍼에 존재하는 데이터 양에 관한 정보를 지시하는 MAC 메시지를 나타내며, BSR은 단말의 버퍼 사이즈를 지시하는 정보를 포함할 수 있다. BSR이 0이 아닌 버퍼 사이즈를 지시하는 경우 BSR은 추가 전송할 UL 데이터가 있음을 지시할 수 있고, BSR이 0의 버퍼 사이즈를 지시하는 경우 BSR은 추가 전송할 UL 데이터가 없음을 지시할 수 있다. BSR은 추가 전송할 UL 데이터가 없음을 지시하는 경우 Msg4 단계 이후의 동작은 도 8에서 설명한 바와 동일하게 수행될 수 있다.
eNB는 추가 UL 데이터(또는 제2 UL 데이터)의 존재 여부를 지시하는 플래그 정보(및/또는 BSR)를 수신할 경우, UE가 추가로 전송할 UL 데이터가 있음을 확인하고, UE 식별 정보(또는 UE ID)를 포함한 경쟁 해결 메시지와 함께 추가 UL 데이터에 대한 UL 그랜트 정보를 전송한다. UE는 Msg4에서 자신의 UE 식별 정보(또는 UE ID)를 수신할 경우, 함께 수신한 UL 그랜트 정보를 이용하여 Msg 5 단계(예, S950 단계)에서 추가 UL 데이터를 전송한다.
추가적인 데이터를 수신할 수 있게 하는 또 다른 방법으로, Msg3 단계에서 추가 UL 데이터가 있음을 지시하는 플래그 정보 대신에 RRC 연결 설정 요청(connection setup request) 또는 RRC 연결 재개 요청(connection resume request)를 수행하여 RRC 연결 상태로 전환하여 데이터를 송수신하는 방법을 제안한다.
제안한 두 가지 방법은 UE가 큰 데이터 패킷을 작은 데이터 패킷(또는 제1 UL 데이터)과 추가 데이터 패킷(또는 제2 UL 데이터)으로 나누어 전송하는 방법으로서, 긴급(urgent) 데이터를 Msg3 단계에서 전송하고 나머지 추가 정보를 Msg5 또는 그 이후에 전송하고자 하는 목적으로도 사용될 수 있다.
방법 3: Msg1 단계에서 조기 UL 데이터(early UL data) 전송
시간 임계적(Timing critical) mobile exception report를 지원하기 위해서 Msg1 단계에서 조기 UL 데이터를 전송하는 방법을 제안한다. 방법 3은 본 발명에 따른 방법 1 또는 방법 2에 추가적으로 수행되거나 또는 방법 1 또는 방법 2에 대신하여 수행될 수 있다.
도 10은 본 발명의 방법 3에 따른 랜덤 접속 과정을 예시한다.
도 10을 참조하면, 랜덤 접속 과정의 Msg1 단계(예, S1010 단계)에서 RA 프리앰블과 더불어 (N)PUSCH를 통해 조기 UL 데이터를 전송할 수 있다. eNB는 Msg2 단계(예, 1020 단계)에서 RAR과 함께 UL HARQ-ACK을 전송하고, UE는 Msg2 단계에서 정상적으로 ACK을 수신하면 배터리 효율 상태(battery efficient state)로 회귀하는 동작을 수행하거나 추가 UL 데이터 전송을 시도할 수 있다. 배터리 효율 상태로 회귀하는 경우, 도 10의 S1030 단계 내지 S1050 단계는 수행되지 않는다. 추가 UL 데이터 전송을 시도하는 경우, 도 10의 S1030 단계 내지 S1050 단계를 수행할 수 있으며, S1030 단계 내지 S1050 단계는 각각 S930 단계 내지 S950 단계와 동일한 방식으로 수행될 수 있다.
Msg1 단계(예, S1010 단계)에서 조기 UL 데이터 전송을 지시하는 방법으로 앞서 Msg1 단계에서 UE가 eNB에게 Msg3의 UL 데이터 조기 전송을 지시하는 방법(예, Opt1 내지 Opt5 참조)과 동일한 방법을 사용할 수 있다. Msg1을 통해서 eNB에게 지시하는 비트의 제한이 있을 수 있기 때문에, Msg1 단계에서 (N)PUSCH 전송 유무만을 지시하고, MCS/TBS 등은 고정하거나 UE에서 계산한 RSRP 또는 RSRP에 기반한 커버리지 레벨과 연동하여 정해진 값을 사용할 수 있다. 또는, (N)PUSCH MCS/TBS 정보는 SIB 정보에 의해서 구성(configure)될 수 있다.
도 10의 Msg2 단계(예, S1020 단계)에서 eNB가 조기 DL 데이터를 전송하는 것도 고려할 수 있다. Msg2 단계에서 조기 DL 데이터를 전송하고자 할 경우, UE에게 조기 DL 데이터 전송을 지시하기 위해서, Msg1 단계에서 UE가 eNB에게 Msg3의 UL 데이터 조기 전송을 지시하는 방법(예, Opt1 내지 Opt5 참조)과 동일한 방법을 사용할 수 있다. 또는, Msg2 단계에서의 조기 DL 데이터 전송을 지시하기 위해, Msg2 전송 시 특정 RNTI를 사용하여 알려주거나, 조기 DL 데이터 전송을 나르는 (N)PDSCH에 대응하는 (N)PDCCH DCI 내 예비 비트(reserved bit)를 이용할 수 있다. Msg2 단계에서 조기 DL 데이터 전송을 위한 전력/반복/RU 등은 UE에서 측정한 RSRP 값이나 그에 기반한 커버리지 레벨 등에 연동하여 결정할 수 있다.
특정 RNTI를 이용하여 조기 DL 데이터 전송을 지시하는 경우, 특정 용도로 지정되지 않은 RNTI 값을 이용할 수 있다. 예를 들어, RNTI 값은 4개의 헥사데시멀(hexa-decimal) 값으로 표현될 수 있는데 현재 표준에서 FFF4 내지 FFF9의 값은 특정 용도로 할당되지 않고 예비용(reserved)으로 할당되어 있다. 따라서, FFF4 내지 FFF9 중 하나의 값을 특정 RNTI로 할당하여 이용할 수 있다.
(N)PDCCH를 통해 전송되는 DCI의 예비 비트를 이용하는 경우, 예비 비트 중 하나를 미리 지정하고 지정된 예비 비트를 특정 값으로 설정하여 조기 DL 데이터 전송을 UE에게 지시할 수 있다. 예를 들어, DCI 포맷 1A가 이용되는 경우 DCI 포맷 1A의 예비 비트 중 특정 비트(예, 예비 비트 중 맨처음 비트 또는 맨마지막 비트, 또는 HARQ 프로세서 넘버 필드, 또는 DAI(Downlink Assignment Index) 필드)를 특정 값(예, 1)으로 설정하여 조기 DL 데이터 전송을 UE에게 지시할 수 있다. 다른 예로, DCI 포맷 N1이 이용되는 경우 DCI 포맷 N1의 예비 비트 중 특정 비트(예, NDI(New Data Indicator) 비트, 또는 ARI(ACK/NACK Resource Indictor) 필드)를 특정 값(예, 0)으로 설정하여 조기 DL 데이터 전송을 UE에게 지시할 수 있다.
상기 설명된 eNB가 조기 DL 데이터 전송을 지시하는 방법은 도 8 또는 도 9의 Msg2 단계(예, S820 단계 또는 S920 단계)에 동일하게 적용될 수 있다.
유즈케이스(Use case), 셀 크기 또는 UE의 상황 등에 따라서 지연 및 전력 소모의 감소 요구사항이 달라질 수 있다. 이러한 측면에서 UE가 종래의 방법처럼 랜덤 접속 과정 완료 후에 UL/DL 데이터를 송수신할지, 아니면 랜덤 접속 과정 중에 조기 UL/DL 데이터 전송을 수행할지, 또는 더 세밀하게 랜덤 접속 과정의 어느 단계에서 조기 UL/DL 데이터를 전송하도록 할지에 대해 선택하도록 할 것을 제안한다. UL 데이터 전송은 Msg1/Msg3/Msg5 또는 그 이후에 가능하고, DL 데이터 전송은 Msg2/Msg4 또는 Msg5 이후에 DL 데이터 전송이 가능하다. 랜덤 접속 과정 동안에 조기 UL/DL 데이터 전송을 수행할지 또는 어느 단계에서 UL/DL 데이터 전송을 수행할지를 결정하는 기준으로 UE에서 측정한 RSRP(reference signal received power) 값 자체 또는 RSRP에 기반한 커버리지 레벨(또는 랜덤 접속 프리앰블 반복 전송 횟수 등)을 고려할 수 있다. 조기 UL/DL 데이터 전송을 결정하는 RSRP 또는 커버리지 레벨의 임계값은 사전에 정해진 값을 사용하거나, SIB을 통해서 설정(configure)될 수 있다.
예를 들어, RSRP가 어느 정도(예, 임계값) 이상인 UE에 대해서만 또는 그에 상응하는 커버리지 레벨을 갖는 UE에 대해서만 랜덤 접속 과정 동안 조기 UL/DL 데이터 전송을 수행하도록 설정할 수 있다. 이와 같이 UE가 랜덤 접속 과정 동안에 조기 UL/DL 데이터 전송 여부를 판단할 경우, Msg1 단계에서 UE가 eNB에게 지시할 수 있다. 지시 방법은 Msg1에서 UE가 eNB에게 Msg3의 UL 데이터 조기 전송을 지시하는 방법(예, Opt1 내지 Opt5 참조)과 동일한 방법을 사용할 수 있다.
UE가 선택한 RSRP 또는 커버리지 레벨에 따라 eNB는 Msg3 단계를 위한 (N)PUSCH 스케줄링 정보를 Msg2 단계에서 전송할 수 있다. 이 경우, Msg2를 통한 PUSCH 스케줄링 필드 해석이 UE가 선택한 RSRP 또는 커버리지 레벨에 따라서 또는 UE가 조기 UL 데이터 전송 지시를 했는지 여부에 따라서 달라질 수 있다. 즉, 조기 UL 데이터 전송을 수행하지 않는 경우에 비해, 조기 UL 데이터 전송을 수행하는 경우 더 큰 TBS, 더 많은 RB수, 더 큰 반복 횟수, 더 높은 변조 차수를 갖도록 설정할 수 있다. 지연 및 전력 소모의 감소를 위해 또는 높은 연결 밀도(connection density)를 수용하기 위해 그랜트 정보가 이용되지 않는 그랜트-프리(grant-free) 랜덤 접속 과정이 선택될 수 있는데, 동일한 방식으로 UE가 RSRP 또는 커버리지 레벨을 이용하여 그랜트-프리 랜덤 접속 과정을 선택하도록 할 수 있다.
위에서 Msg1 단계에서 UE가 eNB에게 Msg3 단계에서의 조기 UL 데이터 전송을 지시하는 방법으로서, PRACH 또는 NPRACH의 시간/주파수 자원으로 구분하는 방법(예, Opt1 참조), 주파수 호핑 패턴을 통하여 구분하는 방법(예, Opt2 참조), 비-앵커 PRB(들)을 할당하여 구분하는 방법(예, Opt3 참조), 프리앰블 심볼 또는 프리앰블 심볼 그룹 단위로 직교 커버 코드를 곱해서 구분하는 방법(예, Opt4 참조), 그리고 프리앰블 시퀀스를 분할하여 구분하여 구분하는 방법(예, Opt5 참조)을 제안하였다. 그리고, 상기의 방법들(예, Opt1 내지 Opt5)은 다른 용도로 랜덤 접속 프리앰블을 이용하여 소수의 비트를 추가적으로 전송하는 방법에도 적용될 수 있다고 언급하였다. 랜덤 접속 프리앰블을 이용하여 소수의 비트를 전송하는 상기의 방법들을 이용하여 다음과 같은 정보들을 eNB에 전달하는 것을 고려할 수 있다.
- 랜덤 접속 방법(경쟁 기반(contention-based)인지 비경쟁 기반(contention-free)인지)
- 랜덤 접속 과정 동안 조기 데이터 전송 지원 여부(좀 더 자세하게는 조기 데이터 전송 수행 단계)
- UE에서 측정한 RSRP의 양자화된 값 또는 그에 기반한 커버리지 레벨
- 조기 데이터 전송 패킷 사이즈(예를 들어, Msg3 단계에서 전송되기에 충분한지 아니면 추가 데이터 전송이 필요한지)
- Msg2 전송 방법(기존 방법과 다르게 NPDCCH만으로 전송하는지 또는 NPDSCH만으로 전송하는지 지시)
- Msg3 전송 방법(UE가 결정한 Msg3 전송 방법, 예를 들어, 싱글-톤/다중-톤, 전력/반복/RU 설정, 자원 할당)
방법 4: mobile exception report를 위한 랜덤 접속 방법
앞서 설명한 바와 같이, 셀룰라(Cellular) IoT의 주요 시나리오로서, UE는 Mobile exception report, Mobile periodic report, 네트워크 명령(Network command), 소프트웨어 업데이트/재설정 등과 같은 동작을 지원할 수 있다. 예를 들면, UE는 비주기적이며 지연이 중요한 mobile exception report와 주기적인 mobile periodic report를 동시에 수행해야 할 수 있다. 이 경우, mobile exception report와 mobile periodic report를 배터리 효율적으로 수행하기 위해서 UE는 대부분 배터리 효율 상태에 머물다가 이벤트가 발생할 경우 또는 일정 주기 안의 특정 서브프레임(들)에서 깨어나서 UL/DL 데이터 송수신을 수행하도록 설정될 수 있다. UE 간의 충돌을 회피하기 위해서 앞서 언급한 특정 서브프레임(들)을 단말기의 IMSI 등을 이용하여 UE 특정(UE-specific)하게 설정할 수 있는데, 주기적인 페이징 확인을 위해 주로 이용되기 때문에 페이징 기회(PO)라고 부른다. 주기적으로 PO에 보고하도록 설정된 UE가 갑자기 mobile exception report가 발생하여 보고해야 할 경우, 랜덤 접속 방법(비주기적/주기적/그랜트-프리 등)을 상황에 따라서 선택적으로 사용할 수 있다.
도 11(a)는 페이징 사이클을 예시하고, 도 11(b)는 (e)DRX 사이클을 예시한다.
도 11(a)을 참조하면, eNB는 특정 페이징 주기마다 적어도 하나의 페이징 기회(PO)를 UE 특정하게 설정하고, UE가 UE 특정하게 설정된 페이징 기회에서 페이징 메시지를 획득할 수 있도록 한다. 페이징 주기는 페이징 메시지가 전송되는 주기를 지칭할 수 있다. RRC-IDLE 또는 RRC-SUSPENDED 상태의 UE는 자신에게 설정된 페이징 기회에서 연결 상태로 회복하여 페이징 메시지를 수신할 수 있다. UE 특정한 페이징 기회는 SIB2를 통해 시그널링되는 파라미터 및 UE 식별 정보(예, IMSI)를 이용하여 결정될 수 있다.
도 11(b)를 참조하면, 전력 소모 감소를 위해 eNB에 의해 불연속 수신(Discontinuous Reception, DRX)이 설정될 수 있다. 연결 상태에서 DRX가 설정되는 경우, UE는 eNB에 의해 설정된 DRX 사이클에 따라 슬립(sleep) 모드와 웨이크업(wakeup) 모드를 반복할 수 있다. DRX 사이클은 페이징 사이클과 정렬(align)되지 않을 수 있다. DRX가 설정된 단말의 페이징 기회가 DRX 사이클의 슬립 구간에 위치할 경우, UE는 페이징 메시지를 수신하기 위해 웨이크업 모드로 전환할 수 있다. NB-IoT의 경우 전력 소모를 줄이기 위해 슬립 구간이 대폭 늘어난 DRX 사이클이 적용될 수 있는데, eDRX(extended DRX 또는 enhance DRX)라고 지칭될 수 있다.
본 발명의 방법 4에서는, 전력 소모 감소를 위해서 (e)DRX 등을 적용한 경우, mobile exception report 발생 시 랜덤 접속 과정 수행 방법(비주기적/주기적/그랜트-프리 등)을 제안한다. 본 발명의 방법 4는 본 발명의 방법 1 내지 방법 3에 적용될 수 있다.
4-1. PO 또는 웨이크업 구간과 상관없이 즉시 보고(비주기적)
시간 임계적(time critical) 이벤트의 경우 즉시 보고하지 않을 경우 쓸모 없어질 가능성이 있다. 따라서, 방법 4-1에서는, 이러한 이벤트 보고를 위해 단말이 자신의 PO 및/또는 웨이크업 구간이 아니더라도, UE가 즉시 UL 데이터를 보고할 수 있다.
4-2. PO 또는 웨이크업 구간과의 거리에 따라서 비주기적 또는 주기적 방법 선택(카운터 또는 타이머 값을 보고 판단)
(PO 시작점 타이머 값 ― 현재 타이머 값)이 특정 임계값보다 작으면 PO에서 스케줄링 요청(SR)를 통해 자원을 할당 받아 UL 데이터를 보고할 수 있다. PO에서 UL 데이터를 보고하기 때문에 주기적인 방법에 해당한다.
(PO 시작점 타이머 값 ― 현재 타이머 값)이 특정 임계값 보다 크면 RRC 연결 설정/재개 과정을 통해서 즉시 UL 데이터를 보고할 수 있다. PO 또는 웨이크업 구간과 상관없이 수행되므로 비주기적인 방법에 해당한다.
방법 4-2에서, 임계값은 고정된 값이거나, SIB를 통해서 설정(configure)될 수 있다.
4-3. UE 또는 보고 데이터의 성격에 따라서 선택
주기적 보고용 단말기는 주기적인 방법이 적합할 수 있다. 따라서, 주기적 보고용 단말기와 같은 UE는 자신에 설정된 PO에서 UL 데이터를 전송할 수 있다. 반면, Exception (urgent) report 용 단말기는 비주기적인 방법이 적합할 수 있으므로, 자신에 설정된 PO와 상관없이 즉시 UL 데이터를 전송할 수 있다.
이상에서 설명된 방법들은 본 발명의 구성요소들과 특징들이 소정 형태로 결합된 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려되어야 한다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시예를 구성하는 것도 가능하다. 본 발명의 방법들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 방법에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다. 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있음은 자명하다.
도 12은 본 발명에 적용될 수 있는 기지국 및 단말을 예시한다.
도 12을 참조하면, 무선 통신 시스템은 기지국(BS, 1210) 및 단말(UE, 1220)을 포함한다. 무선 통신 시스템이 릴레이를 포함하는 경우, 기지국 또는 단말은 릴레이로 대체될 수 있다.
기지국(1210)은 프로세서(1212), 메모리(1214) 및 무선 주파수(Radio Frequency: RF) 송수신기(transceiver)(1216)을 포함한다. 프로세서(1212)는 본 발명에서 제안한 절차 및/또는 방법들을 구현하도록 구성될 수 있다. 메모리(1214)는 프로세서(1212)와 연결되고 프로세서(1212)의 동작과 관련한 다양한 정보를 저장한다. RF 송수신기(1216)는 프로세서(1212)와 연결되고 무선 신호를 송신 및/또는 수신한다. 단말(1220)은 프로세서(1222), 메모리(1224) 및 무선 주파수 유닛(1226)을 포함한다. 프로세서(1222)는 본 발명에서 제안한 절차 및/또는 방법들을 구현하도록 구성될 수 있다. 메모리(1224)는 프로세서(1222)와 연결되고 프로세서(1222)의 동작과 관련한 다양한 정보를 저장한다. RF 송수신기(1226)는 프로세서(1222)와 연결되고 무선 신호를 송신 및/또는 수신한다.
본 발명에 따른 실시예는 다양한 수단, 예를 들어, 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 일 실시예는 하나 또는 그 이상의 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서, 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.
펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명에 따른 방법들은 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차, 함수 등과 같은 소프트웨어 코드로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 명령어 및/또는 데이터와 같은 형태로 컴퓨터 판독가능한 매체에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독가능한 매체는 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.
본 발명은 본 발명의 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
본 발명은 단말, 기지국 등과 같은 무선 통신 장치에 사용될 수 있다.

Claims (13)

  1. 무선 통신 시스템에서 단말이 랜덤 접속 과정을 수행하는 방법에 있어서,
    기지국으로 랜덤 접속 프리앰블을 전송하는 단계, 상기 랜덤 접속 프리앰블은 상기 랜덤 접속 과정 중 Msg3 단계에서의 상향링크 데이터 전송을 지시하며; 및
    상기 기지국으로부터 제1 상향링크 그랜트 정보를 포함하는 랜덤 접속 응답 메시지와 함께 상기 Msg3 단계에서의 상향링크 데이터 전송을 위한 제2 상향링크 그랜트 정보를 수신하는 단계; 및
    상기 제1 상향링크 그랜트 정보를 이용하여 RRC(Radio Resource Control) 연결 요청 메시지를 상기 기지국으로 전송하고, 상기 제2 상향링크 그랜트 정보를 이용하여 상향링크 데이터 전송을 수행하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 랜덤 접속 프리앰블을 전송하는 단계는, 미리 지정된 PRACH(Physical Random Access Channel) 시간 자원 및 주파수 자원을 이용하여 상기 랜덤 액세스 프리앰블을 전송함으로써 상기 Msg3 단계에서의 상향링크 데이터 전송을 지시하는 것을 포함하는, 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 랜덤 접속 프리앰블을 전송하는 단계는, 미리 지정된 PRACH(Physical Random Access Channel) 주파수 호핑 패턴을 이용하여 상기 랜덤 액세스 프리앰블을 전송함으로써 상기 Msg3 단계에서의 상향링크 데이터 전송을 지시하는 것을 포함하는, 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 랜덤 접속 프리앰블을 전송하는 단계는, 미리 지정된 PRACH(Physical Random Access Channel) 비-앵커(non-anchor) PRB(Physical Resource Block)을 이용하여 상기 랜덤 액세스 프리앰블을 전송함으로써 상기 Msg3 단계에서의 상향링크 데이터 전송을 지시하는 것을 포함하는, 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 랜덤 접속 프리앰블을 전송하는 단계는, 미리 지정된 직교 커버 코드를 상기 랜덤 접속 프리앰블의 프리앰블 심볼 또는 프리앰블 심볼 그룹에 곱함으로써 상기 Msg3 단계에서의 상향링크 데이터 전송을 지시하는 것을 포함하는, 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 랜덤 접속 프리앰블을 전송하는 단계는, 상기 랜덤 접속 프리앰블의 프리앰블 시퀀스를 분할함으로써 상기 Msg3 단계에서의 상향링크 데이터 전송을 지시하는 것을 포함하는, 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 RRC 연결 요청 메시지의 전송과 상기 상향링크 데이터 전송은 동일한 PUSCH(Physical Uplink Shared Channel)을 통해 수행되는, 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 RRC 연결 요청 메시지의 전송과 상기 상향링크 데이터 전송은 상이한 PUSCH(Physical Uplink Shared Channel)을 통해 수행되는, 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 랜덤 접속 응답 메시지와 상기 제2 상향링크 그랜트 정보는 PDSCH(Physical Downlink Shared Channel)을 수반하지 않는 PDCCH(Physical Downlink Control Channel)을 통해 수신되는, 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 랜덤 접속 응답 메시지와 상기 제2 상향링크 그랜트 정보는 PDCCH(Physical Downlink Control Channel)을 수반하지 않는 PDSCH(Physical Downlink Shared Channel)을 통해 수신되는, 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 기지국으로부터 RRC 연결 설정 메시지를 수신하는 단계; 및
    상기 RRC 연결 설정 메시지가 상기 단말의 식별 정보를 포함하지 않는 경우, 상기 상향링크 데이터 전송에 대해 HARQ(Hybrid Automatic Repeat and reQuest) 동작을 수행하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 경쟁 해결 메시지가 상기 단말의 식별 정보를 포함하는 경우, RRC-IDLE 모드로 들어가는 단계를 더 포함하는, 방법.
  13. 무선 통신 시스템에서 랜덤 접속 과정을 수행하는 단말에 있어서,
    RF 송수신기(Radio Frequency transceiver); 및
    상기 RF 송수신기에 동작시 연결되는(operatively connected) 프로세서를 포함하며, 상기 프로세서는
    기지국으로 랜덤 접속 프리앰블을 전송하고, 상기 랜덤 접속 프리앰블은 상기 랜덤 접속 과정 중 Msg3 단계에서의 상향링크 데이터 전송을 지시하며, 및
    상기 기지국으로부터 제1 상향링크 그랜트 정보를 포함하는 랜덤 접속 응답 메시지와 함께 상기 Msg3 단계에서의 상향링크 데이터 전송을 위한 제2 상향링크 그랜트 정보를 수신하고,
    상기 제1 상향링크 그랜트 정보를 이용하여 RRC(Radio Resource Control) 연결 요청 메시지를 상기 기지국으로 전송하고, 상기 제2 상향링크 그랜트 정보를 이용하여 상향링크 데이터 전송을 수행하는, 단말.
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