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KR101957698B1 - 빔포밍 기반 무선통신 시스템에서 상향링크 자원 할당 방법 및 장치 - Google Patents

빔포밍 기반 무선통신 시스템에서 상향링크 자원 할당 방법 및 장치 Download PDF

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KR101957698B1
KR101957698B1 KR1020120011739A KR20120011739A KR101957698B1 KR 101957698 B1 KR101957698 B1 KR 101957698B1 KR 1020120011739 A KR1020120011739 A KR 1020120011739A KR 20120011739 A KR20120011739 A KR 20120011739A KR 101957698 B1 KR101957698 B1 KR 101957698B1
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삼성전자주식회사
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Abstract

빔포밍 기반의 무선통신 시스템에서 상향링크 자원할당을 요청하기 위한 방법 및 장치를 개시한다. 단말은, 상향링크 전송을 위한 최적 단말 송신빔과 최적 기지국 수신빔을 나타내는 상향링크 빔 조합 정보를 획득하고, 하향링크 수신을 위한 최적 기지국 송신빔을 결정하고, 사용 가능한 대역폭 요청 코드들과 지정된 대역폭 요청 전송 자원으로부터, 상기 최적 기지국 수신빔과 상기 최적 기지국 송신빔 중 적어도 하나를 나타내는 대역폭 요청 코드와 대역폭 요청 채널을 선택하고, 상기 선택된 대역폭 요청 채널을 통해 상기 선택된 대역폭 요청 코드를 기지국으로 전송한다. 기지국은 최적 기지국 수신빔을 고려하여 대역폭 요청 메시지 및 상향링크 데이터 전송을 위한 상향링크 자원을 할당한다. 상향링크 자원의 할당을 위한 자원할당 메시지와 상향링크 버스트 할당 메시지는 최적 기지국 송신빔을 이용하여 전송된다.

Description

빔포밍 기반 무선통신 시스템에서 상향링크 자원 할당 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ALLOCATING UPLINK RESOURCES IN BEAM-FORMED WIRELESS COMMUNIATIONS SYSTEM}
본 발명은 빔포밍을 기반으로 운용되는 무선통신 시스템에 관한 것으로서, 특히, 상향링크(Uplink: UL)에서 기지국 수신 빔을 고려하여 상향링크 자원의 할당을 위한 요청 신호를 송수신하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
무선 통신 시스템은 계속적으로 증가하는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 방향으로 발전하여 왔다. 무선 통신 시스템은 데이터 전송률의 증가를 위해 CDMA(Code Division Multiple Access), OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access), MIMO(Multiple Input Multiple Output) 등의 통신기술을 바탕으로 주로 주파수 효율성(Spectral Efficiency)을 개선하는 방향으로 기술 개발을 진행하였다. 그러나 이러한 주파수 효율성 개선 기술만으로는 폭증하는 무선 데이터 트래픽 수요를 만족시키기 어려운 한계를 직면하게 되었다.
최근 스마트폰 및 태블릿에 대한 수요 증가와 이를 바탕으로 다량의 트래픽을 요구하는 어플리케이션의 폭발적 증가는 데이터 트래픽에 대한 요구를 더욱 가속화 시키고 있다. 이러한 요구를 만족시키기 위한 하나의 방법은 더 넓은 주파수 대역을 통해 더 많은 주파수 자원을 이용하는 것이다. 따라서 더 넓은 주파수 대역을 확보하여 무선이동 통신에 적용하기 위해서는 더 높은 주파수 영역에서 초광대역(ultra wideband) 주파수를 확보하는 것을 고려할 필요성이 있다.
초고주파(millimeter Wave: mmWave) 대역에서의 무선 통신은, 초고주파 대역의 주파수 특성상 경로손실, 반사손실 등의 전파손실이 증가하는 단점을 가진다. 이로 인해 전파의 도달거리는 상대적으로 짧아져 서비스 영역(coverage)의 감소를 초래하게 된다. 다른 한편으로는, 초고주파로 인해 파장길이가 매우 짧아져서 다수의 작은 안테나를 이용한 빔포밍(beamforming)을 적용하기에 용이한 장점을 가진다. 이에 따라, 초고주파 대역의 무선 통신에 빔포밍 기술의 적용을 통해 전파의 경로손실을 완화하여 전파의 전달 거리를 증가시키고 서비스 영역을 증대하는 방안을 모색할 수 있다.
송신 빔포밍은 일반적으로 다수의 안테나를 이용하여 전파의 도달 영역을 특정한 방향으로 집중시켜 지향성(directivity)를 증대시키는 방법이다. 이 때, 다수의 안테나가 집합된 형태를 안테나 어레이(antenna array), 어레이에 포함되어 있는 각 안테나를 어레이 소자(array element)라 한다. 안테나 어레이는 선형어레이(linear array), 평면어레이(planar array)를 포함하는 다양한 형태를 가질 수 있다. 송신 빔포밍을 사용하면 신호의 지향성 증대를 통해 전송 거리를 증가시킬 수 있고, 또한 해당 방향 이외의 다른 방향으로는 신호가 거의 전송되지 않기 때문에 해당 사용자 외 다른 사용자에 대한 신호 간섭을 크게 줄일 수 있는 이득이 있다.
한편, 수신 측에서도 수신 안테나 어레이를 이용하여 수신 신호에 대한 빔포밍을 수행할 수 있는데, 이 또한 전파의 수신을 특정 방향으로 집중시켜 해당 방향으로 들어오는 수신 신호 감도를 증가시키고, 해당 방향 이외의 방향에서 들어오는 신호를 수신 신호에서 배제함으로써 간섭 신호를 차단하는 이득을 얻을 수 있다.
종래 셀룰러 시스템에서 상향링크의 최선형(Best Effort) 기반 스케줄링은, 자원을 요청하기 위한 대역폭 요청(Bandwidth Request: BR) 레인징 코드(ranging code) 전송을 통한 충돌 기반 동작(contention based operation)에 의한 대역폭 요청 채널의 할당과, 상기 대역폭 요청 채널을 통한 대역폭 자원의 요청 및 상향링크 자원 할당을 통해 이루어진다. 즉 종래의 스케줄링은 일반적으로 다수 단말의 다중접속(multiple access)에 의한 충돌을 가정한다. 상향링크 전송을 원하는 단말은 랜덤하게 선택된 대역폭 요청 레인징 코드(즉 대역폭 요청 코드)를 익명(anonymous)으로 전송하며, 기지국은 대역폭 요청 코드의 수신에 응답하여, 단말의 대역폭(bandwidth: BW) 할당 요청을 포함하는 BRH(Bandwidth Request Header)와 같은 메시지를 전송하는데 사용되기 위한 상향링크 자원을 단말에게 할당한 후, 단말로부터 수신한 BRH로부터 단말의 정보와 요청하는 상향링크 자원을 확인하여 데이터 전송을 위한 상향링크 자원을 할당한다.
종래의 셀룰러 시스템은 기본적으로 기지국과 단말의 등방성 또는 전방향 송수신을 가정한다. 따라서 대역폭 요청 채널을 통한 대역폭 요청 코드의 전송이나 BRH 전송을 위한 상향링크 자원 할당 정보의 송수신 및 BRH 메시지의 전송에 대해서 상향 및 하향링크 빔포밍을 고려하고 있지 않다. 따라서 빔포밍 기반의 무선통신 시스템에서 상향링크 스케줄링을 위한 일련의 절차를 효율적으로 수행하기 위한 기술을 필요로 하게 되었다.
본 발명은 빔포밍 기반의 무선통신 시스템에서 상향링크 스케줄링을 수행하기 위한 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명은 빔포밍을 통한 상향링크 다중접속 시 상향링크 스케줄링을 수행하기 위한 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명은 상향링크 스케줄링을 위한 일련의 절차에서 상향링크 및 하향링크의 빔포밍 기술을 적용하기 위한 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방법은, 빔포밍 기반의 무선통신 시스템에서 상향링크(UL) 자원할당을 요청하기 위한 방법에 있어서, 상향링크 자원 할당을 요청하기 위한 자원 요청 코드와 자원 요청 채널을 선택하는 과정과, 여기서 상기 자원 요청 코드와 상기 자원 요청 채널 중 적어도 하나는 기지국과의 통신을 위해 결정된 최적 기지국 수신빔과 최적 기지국 송신빔 중 적어도 하나에 매핑되며, 상기 자원 요청 채널을 통해 상기 자원 요청 코드를 단말에 의해 상기 기지국으로 전송하는 과정과, 상기 자원 요청 코드의 전송에 응답하여, 자원 요청 메시지의 전송을 위한 상향링크 자원을 나타내는 자원할당 메시지를 상기 기지국으로부터 수신하는 과정과, 상기 자원할당 메시지에 따라 상기 자원 요청 메시지를 전송하는 과정을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 방법은, 빔포밍 기반의 무선통신 시스템에서 상향링크(UL) 자원을 할당하기 위한 방법에 있어서, 기지국이 단말로부터, 자원 요청 채널을 통해 자원 요청 코드를 수신하는 과정과, 여기서 상기 자원 요청 채널과 상기 자원 요청 코드 중 적어도 하나는 상기 단말과의 통신을 위해 결정된 최적 기지국 수신빔과 최적 기지국 송신빔 중 적어도 하나에 매핑되며, 상기 자원 요청 코드 및 상기 자원 요청 채널 중 적어도 하나로부터, 상기 최적 기지국 수신빔과 상기 최적 기지국 송신빔 중 적어도 하나를 결정하는 과정과, 자원 요청 메시지의 전송을 위해 상기 최적 기지국 수신빔을 이용하여 결정된 상향링크 자원을 나타내는 자원할당 메시지를 송신하는 과정과, 상기 자원할당 메시지의 송신에 응답하여 상기 자원 요청 메시지를 상기 단말로부터 수신하는 과정을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 장치는, 빔포밍 기반의 무선통신 시스템에서 상향링크 자원할당을 요청하기 위한 단말 장치에 있어서, 송수신기와, 상기 송수신기를 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, 상향링크 자원 할당을 요청하기 위한 자원 요청 코드와 자원 요청 채널을 선택하며, 여기서 상기 자원 요청 코드와 상기 자원 요청 채널 중 적어도 하나는 기지국과의 통신을 위해 결정된 최적 기지국 수신빔과 최적 기지국 송신빔 중 적어도 하나에 매핑되며, 상기 송수신기는, 상기 자원 요청 채널을 통해 상기 자원 요청 코드를 상기 기지국으로 전송하고, 상기 자원 요청 코드의 전송에 응답하여, 자원폭 요청 메시지의 전송을 위한 상향링크 자원을 나타내는 자원할당 메시지를 상기 기지국으로부터 수신하고, 상기 자원할당 메시지에 따라 상기 자원 요청 메시지를 전송하도록 구성된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 장치는, 빔포밍 기반의 무선통신 시스템에서 상향링크 자원을 할당하기 위한 기지국 장치에 있어서, 송수신기와, 상기 송수신기를 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 송수신기는, 단말로부터, 자원 요청 채널을 통해 자원 요청 코드를 수신하도록 구성되고, 여기서 상기 자원 요청 채널과 상기 자원 요청 코드 중 적어도 하나는 상기 단말과의 통신을 위해 결정된 최적 기지국 수신빔과 최적 기지국 송신빔 중 적어도 하나에 매핑되며, 상기 제어부는, 상기 자원 요청 코드 및 상기 자원 요청 채널 중 적어도 하나로부터, 상기 최적 기지국 수신빔과 상기 최적 기지국 송신빔 중 적어도 하나를 결정하고, 자원 요청 메시지의 전송을 위해 상기 최적 기지국 수신빔을 이용하여 결정된 상향링크 자원을 나타내는 자원할당 메시지를 송신하고, 상기 자원할당 메시지의 송신에 응답하여 상기 자원폭 요청 메시지를 상기 단말로부터 수신하도록 상기 송수신기를 제어한다.
본 발명의 개시된 실시예에 따르면, 빔포밍을 기반으로 동작하는 무선통신 시스템에서, 단말 별로 송신빔과 수신빔의 최적 조합을 결정하기 위하여 이루어지는 상향링크 및 하향링크 빔 트래킹과 상향링크 자원 요청/할당을 효율적으로 연계하여 운용한다. 또한 상향링크 자원 요청/할당 시 기지국과 단말 간 주고받는 정보 및 메시지들의 송수신에 적합한 송수신 빔에 대한 정보를 함께 전달함으로써, 해당 메시지들의 전송에 대해서 빔포밍 적용에 따른 빔이득을 극대화 하고 송수신 성능을 향상시킨다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔포밍 기반의 신호 송수신 시나리오를 예시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 기지국과 단말간의 빔포밍 기반 통신의 예를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 빔포밍을 지원하기 위한 송신단 물리계층의 블록도를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 상향링크 스케줄링 절차를 나타낸 메시지 흐름도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 기지국 수신빔들에 매핑되는 대역폭 요청 코드 세트들의 예를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 기지국 수신빔들에 매핑되는 대역폭 요청 채널들을 포함하는 프레임 구조의 일 예를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 기지국 송신빔들에 매핑되는 대역폭 요청 채널을 포함하는 프레임 구조의 일 예를 도시한 도면.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말의 상향링크 자원할당 요청 동작을 나타낸 흐름도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국의 상향링크 자원할당 동작을 나타낸 흐름도.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 상향링크 자원할당을 수행하기 위한 기지국 및 단말의 구성을 나타낸 블록도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
빔포밍을 기반으로 동작하는 초고주파 대역 무선통신 시스템에서, 초고주파 대역의 채널 전파특성으로 인해 나타나는 큰 전파손실(propagation loss) 및 투과손실(penetration loss) 등을 극복하기 위하여 하향링크 및 상향링크에서 빔이득의 극대화를 위한 빔포밍이 운용된다. 하향링크에서의 빔포밍은 기지국의 송신 빔포밍과 단말의 수신빔을 포함하는 빔 조합을 기반으로 이루어지고, 단말과 기지국 각각의 구조에 따라 여러 방향으로 발생하는 하나 이상의 기지국 송신빔과 단말 수신빔 중 최적 빔 조합을 선택하여 단말과 기지국 양측이 상기 최적 빔 조합에 대한 정보를 인식하는 과정을 수반하게 된다. 마찬가지로 상향링크에서의 빔포밍은 단말의 송신 빔포밍과 기지국의 수신빔을 포함하는 빔 조합을 기반으로 이루어지고, 단말과 기지국 각각의 구조에 따라 여러 방향으로 발생하는 하나 이상의 단말 송신빔과 기지국 수신빔의 최적 빔 조합에 대한 정보가 기지국과 단말 간에 공유된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔포밍 기반의 신호 송수신 시나리오를 예시한 것이다.
도 1을 참조하면, 기지국(100)은 한 개의 셀(cell)(10)과 셀(10)에 해당하는 하나 혹은 그 이상의 섹터(sector)(20)로 구성된 서비스영역을 가진다. 한 개 셀(10)에 속하는 섹터(20)의 수는 한 개 또는 이상으로 여러 가지 경우가 가능하다. 여기에서는 각 섹터(20) 별로 다중빔이 운용되는 것으로 가정한다. 기지국(100)은 빔 이득(beamforming gain)을 획득하면서 한 개 이상의 단말을 지원하기 위하여 하향링크/상향링크에 대해 한 개 이상의 송신빔/수신빔을 서로 다른 방향으로 동시에 또는 시간적으로 서로 다른 방향으로 스위핑(sweeping)하면서 형성(form)한다. 일 예로서 기지국(100)은 N개의 방향으로 향하는 N개의 수신빔들을 N개의 슬롯들 동안 동시에 형성한다. 다른 예로서 기지국(100)은 N개의 방향으로 향하는 N개의 수신빔들을 N개의 슬롯들 동안 스위핑하면서 순차적으로 형성한다. 구체적으로 제1 수신빔은 제1 슬롯에서만 형성되고, 제2 수신빔은 제2 슬롯에서만 형성되고, 제i 수신빔은 제i 슬롯에서만 형성되고, 제N 수신빔은 제N 슬롯에서만 형성된다.
단말(110)의 경우 단말(110)의 구조적인 제약으로 인해, 일반적으로 기지국(100)에서 비하여 작은 빔이득을 지원하는 넓은 빔폭을 운용한다. 구현에 따라서 단말(110)은 하향링크/상향링크에 대해 한 개 이상의 수신빔/송신빔을 지원 가능하다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 기지국과 단말간의 빔포밍 기반 통신의 예를 도시한 것이다. 도시된 예에서 기지국(200)은 하나의 섹터 내에서 하향링크(DL)/상향링크(UL)에 대해 서로 다른 방향을 향하는 다수의 송신빔/수신빔(202)을 운용하며, 단말들(210,220,230)은 한 개 이상의 수신빔/송신빔을 지원한다.
도 2를 참조하면, 기지국(200)은 다수의 빔포밍 된 신호(즉 수신/송신 빔들)를 동시에 서로 다른 방향으로 수신/송신하거나, 서로 다른 방향으로 향하는 한 개 이상의 빔을 시간 상 연속적으로 스위핑(sweeping)(205)하여 수신/송신 빔들을 통해 다수의 신호를 수신/송신할 수 있다.
단말(210,220,230)은, 단말(210,220,230)의 형상과 복잡도에 따른 제약 하에서 가능한 최대의 빔포밍 이득 확보를 위한 구현에 따라서, 송신/수신 빔포밍을 지원하지 않으면서 전방향(omnidirectional) 송신/수신을 지원하거나, 송신/수신 빔포밍을 지원하면서 특정 빔포밍 패턴(pattern)을 한 번에 한 가지만 지원하여 송신/수신하거나, 송신/수신 빔포밍을 지원하면서 다수의 송신/수신 빔포밍 패턴을 서로 다른 방향으로 동시에 적용할 수 있다.
송신 빔포밍을 지원하지 않는 단말(도시하지 않음)에 대해서, 기지국(200)은 단말의 송신 빔 별로 레퍼런스 신호(reference signal)에 대한 채널품질을 측정하고 측정결과를 바탕으로 기지국(200)의 다수 수신빔 중 단말에 최적인 빔을 선택한다. 송신 빔포밍을 지원하는 단말(210,220,230)의 경우, 기지국(200)은 단말(210,220,230)의 송신빔 패턴 별로 기지국(200)의 다수 수신빔에 따른 각 조합(pair)의 채널품질을 측정하고, 기지국 수신빔들과 단말의 송신빔들의 전체 조합 중 최상의 한 개, 상위 몇 개, 또는 전체의 조합을 기지국(200)에서 선정 관리하며, 상황에 따라 적절한 빔 조합을 단말(210,220,230)에 스케줄링한다.
다수 단말(210,220,230)이 기지국(200)에 접속하는 다중접속 하에서 여러 단말(210,220,230)에 대한 상향링크의 빔 조합 별 채널품질을 측정하기 위한 레퍼런스 신호로서, 일 예로 상향링크 레인징(Uplink Ranging: UL RNG) 또는 랜덤 액세스 채널(Random Access Channel: RACH)이 사용될 수 있다. 이는 UL RNG 또는 RACH가 여러 개의 코드 중에서 랜덤(random)하게 선택된 코드 혹은 시퀀스를 사용하며 다수 단말 간 충돌 기반으로 운용되기 때문이다.
UL RNG 또는 RACH를 통한 랜덤 코드 또는 시퀀스는 다수 단말의 상향링크 다중접속을 고려하여 설계된 것으로, 기지국(200)은 검출된 코드 또는 시퀀스가 어떤 단말에서 전송된 것인지를 바로 확인이 불가한 익명성(anonymous) 특성을 가진다. 단, 기존 무선통신 시스템에서와는 달리 상향링크에 대한 빔포밍 운용을 위한 레퍼런스 신호로 사용되는 경우, UL RNG 또는 RACH를 통한 랜덤 코드 또는 시퀀스는, 시간상 연속적으로 또는 동시에 전송되는 한 개 이상의 단말(210,220,230)의 상향빔을 구분할 수 있도록 단말(210,220,230)의 각 상향빔 별로 서로 다른 코드(또는 시퀀스)가 매핑되어 전송되거나 각 상향빔에 빔 ID가 실려서 함께 전송된다는 특징을 가질 수 있다.
하향링크에서, 각 단말(210,220,230)은 기지국(200)의 각 송신빔 별로 전송하는 레퍼런스 신호로부터 기지국(200)의 각 송신빔에 대한 채널 측정을 수행하여 기지국(200)의 최적 송신빔을 선택할 수 있다. 단말(210,220,230)이 한 개 이상의 수신빔을 이용한 수신 빔포밍을 운용하는 경우, 단말(210,220,230)은 기지국(200)의 각 송신빔 별로 단말의 수신빔들에 따른 채널 측정을 수행하여, 하향링크에서 기지국 송신빔과 단말의 수신빔에 대한 최적 조합을 선택할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 빔포밍을 지원하기 위한 송신단 물리계층(Physical Layer: PHY)의 블록도를 도시한 것이다. 여기에서는 일 예로서 일반적인 빔포밍 지원 구조를 나타내기 위하여 아날로그 빔포밍(analog beamforming) 및 디지털 빔포밍(digital beamfoming)을 동시에 적용하는 하이브리드(hybrid) 구조를 도시하였다.
도 3을 참조하면, 복수의 부호화기(302a,302b)은 L개의 레이어들에 대응하는 입력 정보를 부호화하며, 복수의 변조기(304a,304b)은 부호화된 정보를 변조 심볼들에 매핑시킨다. MIMO 부호화기(306)는 L개의 레이어들에 대응하는 변조 심볼열들을 MT개의 MIMO 스트림들로 변환하며, 선부호화기(Precoder)(308)는 미리 정해진 선부호화 행렬(Precoding Matrix)을 이용하여 MT개의 MIMO 스트림들을 NT개의 안테나 어레이들(324a,324b)과 각 안테나 어레이에 포함되는 NA개의 안테나 소자에 대응하는 NTㅧNA개의 선부호화된 스트림들로 변환한다.
선부호화된 스트림들은 역고속퓨리에 변환기(Inverse Fast Fourier Transform unit: IFFT)(310a,310b,310c,310d)와 병렬/직렬 변환기(Parallel to Serial Converter: P/S) (312a,312b,312c,312d)와 순환 프리픽스 삽입기(Cyclic Prefix inserter: CP) (314a,314b,314c,314d)와 디지털 아날로그 변환기(Digital to Analog Converter: DAC) (316a,316b,316c,316d)와 믹서(Mixer)(318a,318b,318c,318d)를 거쳐 아날로그 신호들로 변환된 후 위상 천이기들(320a,320b) 및 전력 증폭기(322a,322b)로 입력된다.
위상 천이기(320a,320b)은 입력된 아날로그 신호들에 대해 NT개의 안테나 어레이들(324a,324b)과 NA개의 안테나 소자에 대응하여 위상(ω,p)을 제어하며, 전력 증폭기(322a,322b)는 위상 천이된 신호들에 대하 NT개의 안테나 어레이들(324a,324b)과 NA개의 안테나 소자에 대응하여 신호세기(amplitude)를 제어한다. 위상 천이기들(320a,320b) 및 전력 증폭기(322a,322b)에 의해 아날로그 신호들은 특정 방향의 특정 전력을 가지는 송신빔들로 형성된다. 도시한 송신단 구조는, DAC 이전에 IFFT들을 포함하는 RF(Radio Frequency) 경로와 MIMO 부호화기(306) 및 선부호화기(308)에 의해 추가적인 빔포밍 이득을 확보할 수 있으며, 다중 사용자 운용, 주파수 선택적(frequency selective) 할당, 다중빔 형성 등의 기능을 지원할 수 있다.
이하 한 개 이상의 송신빔을 지원하는 단말이 다수의 수신빔을 통해 빔포밍 기반으로 운용하는 기지국과 정기적으로 상향링크에 대해 빔 스위핑 기반으로 동기화(synchronization)를 수행하여 상향링크에 대한 최적 송수신 빔 조합의 선택 및 빔 트래킹을 수행하고 있는 상황에서, 상향링크로 단말에서 기지국으로 데이터 전송을 위하여 상향링크 자원할당을 요청하기 위한 흐름을 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 상향링크 스케줄링 절차를 나타낸 메시지 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 한 개 이상의 송신빔을 지원하는 단말은 기지국에 연결하는 네트워크 진입 시, 핸드오버(handover) 후, 또는 연결 상태에서 주기적 혹은 비주기적으로 개시되는 레인징 과정(ranging process)을 통하여 상향링크 빔 트래킹을 지원할 수 있다. 구체적으로 과정 402에서 단말은, 기지국이 단말 송신빔(MS Tx Beam) 개수(K)와 기지국 수신빔(BS Rx Beam) 개수(N)에 따른 다수 빔 조합들에 맞춰 채널측정을 수행하고 최적 빔 조합을 선택할 수 있도록, 단말 송신빔들을 스위핑(sweeping)하면서 단말 송신빔 별로 레퍼런스 신호를 전송한다. 기지국은 각 단말 송신빔에 대해 기지국 수신빔들을 스위핑하면서, 단말로부터의 송신빔들을 통해 전송되는 레퍼런스 신호들을 수신한다.
과정 404에서 기지국은 단말에서 전송한 레퍼런스 신호들을 통해 기지국 수신빔들과 단말 송신빔들의 각 조합에 대한 채널 품질을 측정하고 측정 결과를 바탕으로 한 개 혹은 그 이상의 최적 빔 조합을 선택하여, 선택된 M개(M은 0보다 큰 양의 정수)의 최적 빔 조합을 나타내는 상향링크 빔 조합 정보를 레인징 응답(Ranging Response: RNG-RSP)과 같은 하향링크 메시지를 통해 단말에 전달한다. 일 예로서 상기 상향링크 빔 조합 정보는 각 최적 빔 조합별로 단말 송신빔 식별자(identifier) 및 기지국 수신빔 식별자를 포함할 수 있다.
도시하지 않을 것이나 하향링크 빔 트래킹을 위해 단말은, 프레임 또는 서브프레임 단위 배수와 같은 주기에 따라 주기적으로 전송되는 기지국 송신빔 별 하향링크 레퍼런스 신호를 스캐닝하여 기지국 송신빔들과 단말 수신빔들과의 조합들에 따른 채널측정을 수행하고, 측정 결과에 따라 하향링크에 대한 최적 빔 조합을 결정하며, 최적 기지국 송신빔에 대한 정보를 트래킹하며 관리한다. 선택 가능한 실시예로서 하향링크 빔 트래킹 또한 네트워크 진입 시, 핸드오버(handover) 후, 또는 연결 상태에서 주기적 혹은 비주기적으로 수행될 수 있다.
상향링크 빔 트래킹 절차 및 하향링크 빔 트래킹 절차는 독립적으로 수행될 수 있으며, 단말은 최적 단말 송신빔과 최적 기지국 수신빔을 나타내는 상향링크 빔 조합 정보와, 하향링크 최적 기지국 송신빔 정보를 지속적으로 갱신 및 저장한다.
과정 406에서 단말은 할당되어 있는 상향링크 자원이 없는 상황에서 상향링크 데이터 전송이 필요한 경우 하기와 같은 상향링크 자원할당 요청 절차를 트리거(trigger)할 수 있다. 상향링크 자원할당 요청 절차가 시작되면, 단말은 최적 기지국 수신빔에 대한 정보를 지시하는 대역폭 요청 코드와 대역폭 요청 채널을 선택하고, 상기 대역폭 요청 코드를 상기 대역폭 요청 채널을 통해 전송한다. 상기 대역폭 요청 코드들은 일 예로서 UL RNG 또는 RACH를 위해 정해진 레인징 코드들 혹은 랜덤 시퀀스들이 될 수 있다. 또한 상기 대역폭 요청 코드는 과정 402 및 과정 404의 상향링크 빔 트래킹 절차를 통해 결정한 최적 단말 송신빔을 사용하여 전송될 수 있다.
과정 408에서 기지국은 익명의 단말에 대한 대역폭 요청 코드를 수신한다. 선택 가능한 실시예로서 기지국은 대역폭 요청 채널과 같은 상향링크 제어 채널의 데이터 채널 대비 강인성을 고려하여, 데이터 채널에 비해 상대적으로 넓은 빔폭의 수신빔(408a)을 사용하여 대역폭 요청 코드를 수신한다. 즉 단말의 대역폭 요청 코드는 기지국의 넓은 수신빔(408a)을 통해 기지국에 수신될 수 있다. 대역폭 요청 코드의 수신을 통해 기지국은 상기 익명의 단말에 대한 최적 기지국 수신빔에 대한 정보를 획득한다.
과정 410에서 기지국은 최적 기지국 수신빔을 고려하여 단말이 전송할 대역폭 요청 메시지를 위한 상향링크 자원을 할당하고, 할당된 상향링크 자원을 나타내는 자원할당 메시지(일 예로서 UL MAP 메시지 혹은 CDMA 할당 메시지)를 단말에게 전송한다.
과정 412에서 단말은 과정 410의 자원할당 메시지에 의해 할당된 상향링크 자원을 통해 기지국에게 대역폭 요청 메시지를 전송한다. 상기 대역폭 요청 메시지는 상향링크 빔 트래킹 절차를 통해 획득한 최적 단말 송신빔을 통해 전송된다. 또한, 기지국은 과정 408의 대역폭 요청 코드의 수신을 통해 인지한 단말의 최적 기지국 수신빔(412a)을 통해 상기 대역폭 요청 메시지를 수신할 수 있다.
과정 414에서 기지국은 최적 기지국 수신빔(412a)을 고려하여, 상향링크 데이터 버스트의 전송을 위한 상향링크 자원을 할당하고, 할당된 상향링크 자원을 나타내는 상향링크 버스트 할당 메시지(일 예로서 UL MAP 메시지)를 단말에게 전송한다. 과정 416에서 단말은 상향링크 버스트 할당 메시지에 의해 할당된 상향링크 자원을 통해 기지국에게 상향링크 데이터 버스트를 전송한다. 상기 상향링크 데이터 버스트는 상향링크 빔 트래킹 절차를 통해 획득한 최적 단말 송신빔을 통해 전송된다. 또한, 기지국은 과정 408의 대역폭 요청 코드의 수신을 통해 인지한 단말의 최적 기지국 수신빔(412a)을 통해 상기 상향링크 데이터 버스트를 수신할 수 있다.
단말이 전송하는 대역폭 요청 코드는 다양한 방식으로 최적 기지국 수신빔을 지시할 수 있다. 일 실시예로서 단말이 전송 가능한 대역폭 요청 코드들은 하나 혹은 그 이상의 기지국 수신빔들에 각각 대응하는 복수의 코드 세트들로 분할되며, 단말은 상향링크 빔 트래킹 절차를 통해 획득한 최적 기지국 수신빔에 매핑되는 코드 세트 중에서 전송할 임의의 대역폭 요청 코드를 선택한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 기지국 수신빔들에 매핑되는 대역폭 요청 코드 세트들의 예를 나타낸 것이다. 여기에서는 대역폭 요청 코드들의 예로서 레인징 코드들을 도시하였다.
도 5를 참조하면, 제1 레인징 코드 세트(502)는 기지국 수신빔#0에 매핑되며, RNGcode0(0), RNGcode0(1), ... RNGcode0(M-2), RNGcode0(M-1)을 포함한다. 제2 레인징 코드 세트(504)는 기지국 수신빔#1에 매핑되며, RNGcode1(0), RNGcode1(1), ... RNGcode1(M-2), RNGcode1(M-1)을 포함한다. 제N 레인징 코드 세트(502)는 기지국 수신빔#(N-1)에 매핑되며, RNGcode(N-1)(0), RNGcode(N-1)(1), ... RNGcode(N-1)(M-2), RNGcode(N-1)(M-1)을 포함한다. 다른 실시예로서 적어도 일부의 레인징 코드 세트는 하나 이상의 최적 기지국 수신빔을 지시할 수 있도록, 하나 이상의 기지국 수신빔에 매핑될 수 있다. 여기에서는 모든 코드 세트들이 동일한 M개의 레인징 코드들을 포함하는 예를 도시하였으나, 다른 실시예로서 코드 세트들은 서로 다른 개수 Mn개의 레인징 코드들을 포함할 수도 있다.
대역폭 요청 코드들의 코드 세트들에 대한 설정은 기지국 운용에 따라서 유동적으로 변경될 수 있다. 기지국의 대역폭 요청 코드 세트들에 대한 정보는 기지국으로부터 브로드캐스트(broadcast) 또는 유니캐스트(unicast) 방식으로 셀 내의 단말들에게 시그널링될 수 있다.
기지국은 익명의 단말로부터 대역폭 요청 코드를 수신하면, 상기 대역폭 요청 코드가 포함된 코드 세트를 나타내는 코드 세트 식별자로부터, 상기 코드 세트 식별자에 고유하게 대응하는 기지국 수신빔 식별자를 결정하고, 상기 익명의 단말이 상기 결정된 식별자의 기지국 수신빔을 최적 기지국 수신빔으로 가짐을 인식한다.
다른 실시예로서 단말은 기지국 수신빔들과 무관하게 구성된 대역폭 요청 코드 세트 내에서 하나의 대역폭 요청 코드를 선택하여 대역폭 요청 채널(일 예로서 대역폭 요청 레인징 채널(BR RNGCH))을 통해 전송하면서, 상기 선택된 대역폭 요청 코드 내에, 최적 기지국 수신빔을 나타내는 정보를 함께 인코딩하여 전송한다.
또 다른 실시예로서 대역폭 요청 코드의 전송에 사용되는 대역폭 요청 채널들(일 예로서 BR 레인징 채널(RNGCH))은 기지국 수신빔들에 매핑되며, 단말이 선택한 대역폭 요청 코드는 상향링크 빔 트래킹 절차를 통해 획득한 최적 기지국 수신빔에 매핑되는 대역폭 요청 채널을 통해 전송된다. 기지국은 대역폭 요청 코드가 수신되는 대역폭 요청 채널을 통해서 최적 기지국 수신빔을 인식할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 기지국 수신빔들에 매핑되는 대역폭 요청 채널들을 포함하는 프레임 구조의 일 예를 도시한 것이다. 여기에서는 TDD(Time Division Duplex) 프레임 구조의 예를 도시하였으나, 프레임 구조는 듀플렉스 모드(duplex mode)(즉 TDD(Time Division Duplex), FDD(Frequency Division Duplex), 또는 H-FDD(Half-duplex FDD) 등), 단말 송신빔과 기지국 수신빔의 최대 개수, 빔 별 레퍼런스 신호 형태, 레퍼런스 신호 전송 주기 등에 따라 다양한 형태를 가질 수 있다.
도 6을 참조하면, 프레임(600)은 Nsf개의 서브프레임들(602)로 구성되며, 각 서브프레임(602)은 스위칭 갭(switching gap)에 의해 구분되는 하향링크(DL) 구간(604)와 상향링크(UL) 구간(606)을 포함한다. 각 상향링크 구간(606) 내의 소정 대역폭 요청 자원 영역(610,612,614)은, 레인징 채널(RNGCH) 또는 RACH를 전송하기 위한 용도로 할당된다. 상향링크 대역폭을 요청하고자 하는 단말들은, 상기 대역폭 요청 자원 영역(610,612,614)을 사용하여 충돌 기반으로 대역폭 요청 코드들을 전송할 수 있다.
상향링크 구간(606)에 할당된 대역폭 요청 자원 영역(610,612,614)은 복수의 채널 영역들로 분할되며 각 채널 영역은 기지국에서 상향링크 수신을 위해 사용할 수 있는 기지국 수신빔에 매핑된다. 구체적으로 제1 채널영역 RNGCH0(610)은 기지국 수신빔#0에 매핑되며, 제2 채널영역 RNGCH1(612)은 기지국 수신빔#1에 매핑되고, 제N 채널영역 RNGCH(N-1)(614)은 기지국 수신빔#(N-1)에 매핑된다. 다른 실시예로서 적어도 일부의 채널 영역은 하나 이상의 최적 기지국 수신빔을 지시할 수 있도록, 하나 이상의 기지국 수신빔에 매핑될 수 있다.
기지국은 익명의 단말로부터 특정 대역폭 요청 채널을 통해 대역폭 요청 코드를 수신하면, 상기 대역폭 요청 채널이 속한 채널 영역을 나타내는 채널영역 식별자로부터, 상기 채널영역 식별자에 고유하게 대응하는 기지국 수신빔 식별자를 결정하고, 상기 익명의 단말이 상기 결정된 식별자의 기지국 수신빔을 최적 기지국 수신빔으로 가짐을 인식한다.
상기와 같은 방식으로 단말은, 대역폭 요청 메시지 및/또는 상향링크 버스트를 수신하는데 있어 기지국에서 사용할 최적 기지국 수신빔에 대한 정보를, 대역폭 요청 코드의 전송 시에 직접적으로/명시적으로 또는 간접적으로/묵시적으로 기지국에 알리게 된다. 기지국은 상기 대역폭 요청 코드로부터 상기 단말의 최적 기지국 수신빔을 확인 및 식별할 수 있다.
선택 가능한 실시예로서, 기지국은 하향링크 송신에 사용되는 기지국 송신빔에 매핑되는 다수의 대역폭 요청 채널, 즉 BR RNGCH을 운용할 수 있다. 단말은 하향링크 빔 트래킹을 통해 얻은 최적 기지국 송신빔 정보를 바탕으로 상향링크 자원 요청시 최적 기지국 송신빔에 매핑되는 대역폭 요청 채널(BR RNGCH)을 통하여 대역폭 요청 코드(BR RNG 코드)를 전송한다. 기지국은 특정 대역폭 요청 채널을 통해 익명의 단말로부터 대역폭 요청 코드를 수신함으로써 상기 특정 대역폭 요청 채널에 고유하게 매핑되는 상기 단말의 최적 기지국 송신빔을 확인 및 식별하고, 상기 단말에게 하향링크 데이터 버스트를 전송할 시 상기 최적 기지국 송신빔을 사용한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 기지국 송신빔들에 매핑되는 대역폭 요청 채널들을 포함하는 프레임 구조의 일 예를 도시한 것이다.
도 7을 참조하면, 프레임(700)은 Nsf개의 서브프레임들(702)로 구성되며, 각 서브프레임(702)은 스위칭 갭에 의해 구분되는 하향링크(DL) 구간(704)와 상향링크(UL) 구간(706)을 포함한다. 각 상향링크 구간(706) 내의 소정 대역폭 요청 자원 영역(710,712,714)은, 레인징 채널(RNGCH) 또는 RACH를 전송하기 위한 용도로 할당된다. 상향링크 대역폭을 요청하고자 하는 단말은, 상기 대역폭 요청 자원 영역(710,712,714)을 사용하여 충돌 기반으로 대역폭 요청 코드를 전송한다.
상향링크 구간(706)에 할당된 대역폭 요청 자원 영역(710,712,714)은 복수의 채널 영역들로 분할되며 각 채널 영역은 기지국에서 상향링크 수신을 위해 사용할 수 있는 기지국 송신빔에 매핑된다. 구체적으로 제1 채널영역 RNGCH0(710)은 기지국 송신빔#0에 매핑되며, 제2 채널영역 RNGCH1(712)은 기지국 송신빔#1에 매핑되고, 제N 채널영역 RNGCH(N-1)(714)은 기지국 송신빔#(N-1)에 매핑된다. 다른 실시예로서 적어도 일부의 채널 영역은 하나 이상의 최적 기지국 송신빔을 지시할 수 있도록, 하나 이상의 기지국 송신빔에 매핑될 수 있다.
도 6과 도 7의 방식은 둘 중에 하나만 적용이 되거나 혹은 두 가지가 모두 적용될 수 있다. 일 실시예로서 상향링크 구간(606,706)은 기지국 수신빔들 및 기지국 송신빔들의 각 조합에 대응하는 채널영역들로 구성될 수 있다. 다른 실시예로서 상향링크 구간(606,706)은 기지국 수신빔들에 대응하는 채널영역들과 기지국 송신빔들에 대응하는 채널영역들을 개별적으로 포함할 수 있다.
다른 실시예로서, 단말은 대역폭 요청 코드의 전송시에, 하향링크의 최적 기지국 송신빔에 대한 정보를 상기 대역폭 요청 코드 내에 함께 인코딩하여 전송할 수 있다. 또 다른 실시예로서 단말은 복수의 대역폭 요청 코드들 중 최적 기지국 송신빔에 매핑되는 대역폭 요청 코드를 선택하여 전송하며, 기지국은 수신한 대역폭 요청 코드로부터 단말에 최적인 기지국 송신빔을 식별할 수 있다.
기지국은 대역폭 요청 코드의 수신을 통해 최적 기지국 송신빔에 대한 정보를 획득하고, 도 4의 상향링크 자원할당 요청 절차에서 상향링크 자원할당을 위한 과정 410의 자원할당 메시지 및/또는 과정 414의 상향링크 버스트 할당 메시지의 전송을 위해 상기 최적 기지국 송신빔을 사용할 수 있다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 일 실시예에 따른 단말의 상향링크 자원할당 요청 동작을 나타낸 흐름도이다.
도 8a를 참조하면, 과정 802에서 단말은 주기적 레인징 시점(Periodic RNG timing)에 도달하였는지 판단하고 주기적 레인징 시점에 도달하였으면 상향링크 빔 트래킹을 수행하기 위해 과정 804로 진행한다. 여기에서는 상향링크 빔 트래킹을 위한 레인징 절차가 주기적으로 수행되는 것으로 도시하였으나, 상향링크 빔 트래킹은 소정 주기 혹은 소정 조건에 따라 주기적 혹은 비주기적으로 수행될 수 있다. 상기 소정 조건은 일 예로서 네트워크 진입 및 핸드오버(handover)의 시행 중 적어도 하나를 포함한다.
과정 804에서 단말은 지정된 상향링크의 자원 영역을 통해, 단말 송신빔들을 스위핑하면서 각 단말 송신빔을 통해 레퍼런스 신호, 일 예로서 레인징 코드를 전송한다. 기지국은 단말 송신빔들을 통해 송출되는 레퍼런스 신호들을 기지국 수신빔들을 통해 수신하고, 각 빔 조합에 대해 채널 상태를 측정하여 하나 혹은 그 이상의 최적 빔 조합을 결정한다.
과정 806에서 단말은 상기 전송한 레인징 코드에 대응하는 응답 메시지, 일 예로서 레인징 응답(RNG-RSP) 메시지가 수신되는지를 판단한다. 만일 소정 시간 내에 응답 메시지가 수신되지 않으면 단말은 과정 802로 복귀한다. 소정 시간 내에 응답 메시지가 수신되면 과정 808로 진행한다.
과정 808에서 단말은 기지국으로부터, 기지국에 의해 선택된 하나 혹은 그 이상의 최적 빔 조합을 나타내는 상향링크 빔 조합 정보를 수신하고, 수신된 상향링크 빔 조합에 대한 정보를 저장하거나, 기 저장된 이전 상향링크 빔 조합 정보가 존재하는 경우 이전 정보를 갱신한다. 과정 810에서, 단말은 상향링크 자원할당 요청을 위해 요구되는 경우, 저장된 상향링크 빔 조합 정보를 독출/출력한다.
도 8b를 참조하면, 과정 812에서 단말은 소정 주기 혹은 소정 조건에 따라 주기적 혹은 비주기적으로 단말 수신빔들을 통해 하향링크 레퍼런스 신호를 스캔한다. 단말은 각 기지국 송신빔별로 하향링크 레퍼런스 신호를 스캔하여 단말 수신빔들과의 조합들에 따른 채널 상태를 측정한다. 과정 814에서 단말은 상기 채널측정 결과에 따라 최적 기지국 송신빔을 결정하며, 상기 최적 기지국 송신빔에 대한 정보를 저장하거나, 기 저장된 이전 정보가 존재하는 경우 이전 정보를 갱신한다. 과정 816에서, 단말은 상향링크 자원할당 요청을 위해 요구되는 경우, 저장된 최적 기지국 송신빔 정보를 독출/출력한다.
도 8c는 대역폭 요청 코드들이 기지국 수신빔들에 매핑되고, 대역폭 요청 채널들이 기지국 송신빔들에 매핑되는 실시예에 따른 단말의 동작을 나타내었으나, 본 발명은 이러한 실시예에 의해 한정되는 것은 아니며, 앞서 설명한 바와 같이 대역폭 요청 코드와 대역폭 요청 채널 중 적어도 하나는 기지국 수신빔과 기지국 송신빔 중 적어도 하나를 고유하게 식별할 수 있다.
도 8c를 참조하면, 과정 822에서 단말은 상향링크 데이터의 전송이 요구되는지를 판단하고, 상향링크 데이터의 전송이 요구되는 경우 과정 824로 진행한다. 과정 824에서 단말은 과정 810 및 과정 816에서 독출된 상향링크 빔 조합 정보 및/또는 최적 기지국 수신빔 정보를 기반으로 대역폭 요청 코드(즉 BR RNG 코드)를 선택한다. 일 실시예로서 단말은 도 5와 같이 구성되는 대역폭 요청 코드 세트들 중 상기 상향링크 빔 조합 정보에 근거한 최적 기지국 수신빔에 매핑되는 대역폭 요청 코드 세트 중에서 하나의 대역폭 요청 코드를 선택한다.
과정 826에서 단말은 과정 810 및 과정 816에서 독출된 상향링크 빔 조합 정보 및/또는 최적 기지국 송신빔 정보를 기반으로, 상기 선택한 대역폭 요청 코드를 전송할 대역폭 요청 채널을 선택한다. 일 실시예로서 단말은 도 6 혹은 도 7과 같이 구성되는 프레임 구조 중 상기 상향링크 빔 조합 정보에 근거한 최적 기지국 송신빔에 따라 그에 매핑되는 대역폭 요청 채널을 선택한다. 다른 실시예로서, 단말은 과정 824에서 최적 기지국 송신빔에 매핑되는 대역폭 요청 코드를 선택하며, 과정 826에서 최적 기지국 수신빔에 매핑되는 대역폭 요청 채널을 선택할 수 있다. 이로써 단말은 대역폭 요청 코드의 전송을 통해 최적 기지국 수신빔과 최적 기지국 송신빔 모두를 기지국에게 통지할 수 있다.
과정 828에서 단말은 과정 826에서 선택한 대역폭 요청 채널을 통해, 과정 824에서 선택한 대역폭 요청 코드를 전송한다. 상기 선택된 대역폭 요청 코드는 상기 상향링크 빔 조합 정보가 지시하는 최적 단말 송신빔을 통해 전송될 수 있다.
과정 830에서 단말은 기지국으로부터 대역폭 요청 메시지의 전송을 위한 상향링크 자원을 나타내는 자원할당 메시지가 수신되는지를 판단한다. 이때 자원할당 메시지는 과정 828에서 전송한 대역폭 요청 코드가 지시하는 최적 기지국 송신빔을 통해 전송될 수 있다. 만일 소정 시간 내에 자원할당 메시지가 수신되지 않으면 단말은 과정 824로 복귀한다. 반면 자원할당 메시지가 수신되면, 과정 832에서 단말은 자원할당 메시지가 지시하는 상향링크 자원을 통해 대역폭 요청 메시지를 전송한다. 일 예로서 상기 대역폭 요청 메시지는 상기 상향링크 빔 조합 정보가 지시하는 최적 단말 송신빔을 통해 전송될 수 있다.
과정 834에서 단말은 기지국으로부터 상향링크 데이터 버스트의 전송을 위한 상향링크 자원을 나타내는 상향링크 버스트 할당 메시지가 수신되는지를 판단한다. 이때 상향링크 버스트 할당 메시지는 과정 828에서 전송한 대역폭 요청 코드가 지시하는 최적 기지국 송신빔을 통해 전송될 수 있다. 만일 소정 시간 내에 상향링크 버스트 할당 메시지가 수신되지 않으면 단말은 과정 824로 복귀한다. 반면 상향링크 버스트 할당 메시지가 수신되면, 과정 836에서 단말은 상향링크 버스트 할당 메시지가 지시하는 상향링크 자원을 통해 상향링크 데이터 버스트를 전송한다. 일 예로서 상기 상향링크 데이터 버스트는 상기 상향링크 빔 조합 정보가 지시하는 최적 단말 송신빔을 통해 전송될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국의 상향링크 자원할당 동작을 나타낸 흐름도이다.
도 9를 참조하면, 과정 902에서 기지국은 지정된 대역폭 요청 채널(일 예로서 BR RNGCH)을 통해, 대역폭 요청 코드(일 예로서 BR RNG 코드)에 대한 수신을 모니터링(monitoring)한다. 일 실시예로서 기지국은 대역폭 요청 코드를 수신하기 위해 데이터 채널에 비해 상대적으로 넓은 빔폭의 수신빔을 사용한다. 과정 904에서 기지국은 상기 모니터링을 통해 특정 대역폭 요청 채널에서 대역폭 요청 코드가 검출되는지를 판단하고, 만일 대역폭 요청 코드가 검출되었으면 과정 906으로 진행한다.
과정 906 및 과정 908에서 기지국은 상기 대역폭 요청 코드 및 상기 대역폭 요청 코드가 수신된 대역폭 요청 채널 중 적어도 하나로부터, 상기 대역폭 요청 코드를 전송한 단말과의 상향링크 통신에 적합한 최적 기지국 수신빔과 하향링크 통신에 적합한 최적 기지국 송신빔 중 적어도 하나에 대한 정보를 획득한다. 일 실시예로서 과정 906에서 기지국은 상기 수신한 대역폭 요청 코드(즉 BR RNG 코드)가 속한 코드 세트에 대응되는 기지국 수신빔을 상기 단말의 최적 기지국 수신빔으로 결정한다. 또한 과정 908에서 기지국은 상기 대역폭 요청 코드가 전달된 대역폭 요청 채널에 대응되는 기지국 송신빔을 상기 단말의 최적 기지국 송신빔으로 결정한다.
과정 910에서 기지국은 단말이 전송할 대역폭 요청 메시지를 위한 상향링크 자원을 지시하는 자원할당 메시지를, 상기 최적 기지국 송신빔을 이용하여 전송한다. 과정 912에서 기지국은 단말로부터 대역폭 요청 메시지를, 상기 최적 기지국 수신빔을 이용하여 수신한다.
과정 914에서 기지국은 상기 대역폭 요청 메시지를 통해 단말의 상향링크 데이터 전송을 위하여 필요한 상향링크 자원 관련 정보를 얻고, 상기 단말의 상향링크 데이터 전송용 상향링크 자원 할당을 수행하여 할당된 상향링크 자원을 나타내는 상향링크 버스트 할당 메시지를 단말에게 송신한다. 이때, 기지국은 데이터 전송을 위하여 할당하는 상향링크 자원에 대하여 상기 대역폭 요청 코드의 수신을 통해 획득한 최적 기지국 수신빔을 고려하여, 상향링크 프레임 내에서 상기 최적 기지국 수신빔을 사용하는 구간 내에서 상기 단말에 대한 상향링크 자원을 할당하며, 상기 대역폭 요청 코드의 수신을 통하여 획득한 최적 기지국 송신빔을 이용하여 단말에 대한 상향링크 자원 할당을 지시하는 상향링크 버스트 할당 메시지를 전송할 수 있다. 과정 916에서 기지국은 상향링크 버스트 할당 메시지에 의해 할당된 상향링크 자원을 통하여 단말에서 전송되는 상향링크 버스트를, 상기 대역폭 요청 코드의 수신을 통해 얻은 최적 기지국 수신빔을 통하여 수신한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 상향링크 자원할당을 수행하기 위한 기지국 및 단말의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 10의 구성이 단말에 적용되는 경우, 송신기(1002)는 제어부(1000)의 제어 하에 단말 송신빔들을 스위핑하면서 각 단말 송신빔을 통해 레퍼런스 신호를 전송하며, 상향링크 및 하향링크 빔 트래킹 절차를 통해 획득한 최적 빔 정보에 근거하여 제어부(1000)로부터 제공된 대역폭 요청 코드와 대역폭 요청 메시지를 기지국으로 전송한다. 수신기(1004)는 제어부(1000)의 제어 하에 기지국으로부터 자원할당 메시지 및 상향링크 버스트 할당 메시지를 수신하여 제어부(1000)로 제공한다. 제어부(1000)는 송신기(1002)와 수신기(1004)의 동작을 제어하며, 최적 기지국 송신/수신빔에 대응하는 대역폭 요청 코드를 선택하고, 상향링크 빔 조합 정보와 최적 기지국 송신빔 정보를 메모리(1006)에 저장하고, 상향링크 전송 및 하향링크 수신을 위한 빔포밍을 수행한다.
도 8의 구성이 기지국에 적용되는 경우, 수신기(1004)는 제어부(1000)의 제어 하에 단말 송신빔들을 통해 송신하는 레퍼런스 신호들을 수신하여 제어부(1000)로 제공한다. 송신기(1002)는 제어부(1000)로부터 제공된 단말에게 자원할당 메시지와 상향링크 버스트 할당 메시지를 단말에게 송신한다. 제어부(1000)는 송신기(1002)와 수신기(1004)의 동작을 제어하며, 단말로부터 수신한 최적 기지국 송신/수신빔에 대한 정보를 메모리(1006)에 저장하며, 상향링크 자원할당을 위한 상향링크 스케줄링을 수행한다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (32)

  1. 빔포밍 기반의 무선통신 시스템에서 상향링크(UL) 자원할당을 요청하기 위한 방법에 있어서,
    기지국의 복수의 수신빔들과 복수의 송신빔들 중 상기 기지국과 단말 간의 통신을 위해 사용되도록 선택된 제1 기지국 수신빔과 제1 기지국 송신빔 중 적어도 하나에 근거하여, 상향링크 자원 할당을 요청하기 위한 자원 요청 코드와 자원 요청 채널을 선택하는 과정과,
    상기 자원 요청 채널을 통해 상기 자원 요청 코드를 단말에 의해 상기 기지국으로 전송하는 과정과,
    상기 자원 요청 코드의 전송에 응답하여, 자원 요청 메시지의 전송을 위한 상향링크 자원을 나타내는 자원할당 메시지를 상기 기지국으로부터 수신하는 과정과,
    상기 자원할당 메시지에 따라 상기 자원 요청 메시지를 전송하는 과정을 포함하고,
    상기 선택하는 과정은,
    상기 기지국의 기지국 송신빔들에 각각 대응하는 복수의 자원 요청 코드 세트들 중 상기 제1 기지국 송신빔에 대응하는 자원 요청 코드 세트를 결정하는 과정과, 상기 결정된 자원 요청 코드 세트 중에서 상기 자원 요청 코드를 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 상향링크 자원할당 요청 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 선택하는 과정은,
    상기 제1 기지국 송신빔에 대응하는 자원 요청 코드 세트 중 상기 제1 기지국 수신빔에 대응하는 상기 자원 요청 코드를 선택하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 상향링크 자원할당 요청 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 선택하는 과정은,
    상기 기지국의 기지국 송신빔들에 각각 대응하는 복수의 채널 영역들을 포함하는 미리 정해지는 자원 영역 중 상기 제1 기지국 송신빔에 대응하는 채널 영역을 선택하는 과정과,
    상기 선택된 채널 영역의 상기 자원 요청 채널을 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 상향링크 자원할당 요청 방법.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 선택하는 과정은,
    상기 기지국의 기지국 수신빔들에 각각 대응하는 복수의 채널 영역들을 포함하는 미리 정해지는 자원 영역 중 상기 제1 기지국 수신빔에 대응하는 채널 영역을 선택하는 과정과,
    상기 선택된 채널 영역의 상기 자원 요청 채널을 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 상향링크 자원할당 요청 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 선택하는 과정은,
    상기 선택된 자원 요청 코드 내에 상기 제1 기지국 수신빔과 상기 제1 기지국 송신빔 중 적어도 하나에 대한 정보를 인코딩하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 상향링크 자원할당 요청 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 자원할당 메시지는, 상기 제1 기지국 송신빔을 이용하여 상기 기지국에 의해 전송되는 것을 특징으로 하는 상향링크 자원할당 요청 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 자원 요청 메시지는, 상기 제1 기지국 수신빔을 이용하여 상기 기지국에 의해 수신되는 것을 특징으로 하는 상향링크 자원할당 요청 방법.
  9. 빔포밍 기반의 무선통신 시스템에서 상향링크(UL) 자원을 할당하기 위한 방법에 있어서,
    기지국이 단말로부터, 자원 요청 채널을 통해 자원 요청 코드를 수신하는 과정과, 여기서 상기 자원 요청 채널과 상기 자원 요청 코드 중 적어도 하나는 상기 기지국의 복수의 수신빔들과 복수의 송신빔들 중 상기 기지국과 상기 단말 간의 통신을 위해 사용되도록 선택된 제1 기지국 수신빔과 제1 기지국 송신빔 중 적어도 하나에 근거하여 선택되며,
    상기 자원 요청 코드 및 상기 자원 요청 채널 중 적어도 하나로부터, 상기 제1 기지국 수신빔과 상기 제1 기지국 송신빔 중 적어도 하나를 식별하는 과정과,
    자원 요청 메시지의 전송을 위해 상기 제1 기지국 수신빔을 이용하여 결정된 상향링크 자원을 나타내는 자원할당 메시지를 송신하는 과정과,
    상기 자원할당 메시지의 송신에 응답하여 상기 자원 요청 메시지를 상기 단말로부터 수신하는 과정을 포함하고,
    상기 수신된 자원 요청 코드는,
    상기 기지국의 기지국 송신빔들에 각각 대응하는 복수의 자원 요청 코드 세트들 중 상기 제1 기지국 송신빔에 대응하는 자원 요청 코드 세트 중에서 선택된 것임을 특징으로 하는 상향링크 자원할당 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 자원 요청 코드는,
    상기 제1 기지국 송신빔에 대응하는 자원 요청 코드 세트 중 상기 제1 기지국 수신빔에 대응하여 선택된 것임을 특징으로 하는 상향링크 자원할당 방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 자원 요청 채널은,
    상기 기지국의 기지국 송신빔들에 각각 대응하는 복수의 채널 영역들을 포함하는 미리 정해지는 자원 영역 중에서 선택된, 상기 제1 기지국 송신빔에 대응하는 채널 영역에 근거하여 결정되는 것을 특징으로 하는 상향링크 자원할당 방법.
  12. 삭제
  13. 제 9 항에 있어서, 상기 자원 요청 채널은,
    상기 기지국의 기지국 수신빔들에 각각 대응하는 복수의 채널 영역들을 포함하는 미리 정해지는 자원 영역 중에서 선택된, 상기 제1 기지국 수신빔에 대응하는 채널 영역에 근거하여 결정되는 것을 특징으로 하는 상향링크 자원할당 방법.
  14. 제 9 항에 있어서, 상기 자원 요청 코드는,
    상기 제1 기지국 수신빔과 상기 제1 기지국 송신빔 중 적어도 하나에 대한 인코딩된 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 상향링크 자원할당 방법.
  15. 제 9 항에 있어서, 상기 자원할당 메시지는, 상기 제1 기지국 송신빔을 이용하여 상기 기지국에 의해 전송되는 것을 특징으로 하는 상향링크 자원할당 방법.
  16. 제 9 항에 있어서, 상기 자원 요청 메시지는, 상기 제1 기지국 수신빔을 이용하여 상기 기지국에 의해 수신되는 것을 특징으로 하는 상향링크 자원할당 방법.
  17. 빔포밍 기반의 무선통신 시스템에서 상향링크 자원할당을 요청하기 위한 단말 장치에 있어서,
    송수신기와,
    상기 송수신기를 제어하는 제어부를 포함하며,
    상기 제어부는, 기지국의 복수의 수신빔들과 복수의 송신빔들 중 상기 기지국과 단말 간의 통신을 위해 사용되도록 선택된 제1 기지국 수신빔과 제1 기지국 송신빔 중 적어도 하나에 근거하여, 상향링크 자원 할당을 요청하기 위한 자원 요청 코드와 자원 요청 채널을 선택하며,
    상기 송수신기는, 상기 자원 요청 채널을 통해 상기 자원 요청 코드를 상기 기지국으로 전송하고, 상기 자원 요청 코드의 전송에 응답하여, 자원 요청 메시지의 전송을 위한 상향링크 자원을 나타내는 자원할당 메시지를 상기 기지국으로부터 수신하고, 상기 자원할당 메시지에 따라 상기 자원 요청 메시지를 전송하도록 구성되고,
    상기 제어부는,
    상기 기지국의 기지국 송신빔들에 각각 대응하는 복수의 자원 요청 코드 세트들 중 상기 제1 기지국 송신빔에 대응하는 자원 요청 코드 세트를 결정하는 과정과, 상기 결정된 자원 요청 코드 세트 중에서 상기 자원 요청 코드를 선택하는 것을 특징으로 하는 단말 장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제1 기지국 송신빔에 대응하는 자원 요청 코드 세트 중 상기 제1 기지국 수신빔에 대응하는 상기 자원 요청 코드를 선택하는 것을 특징으로 하는 단말 장치.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 기지국의 기지국 송신빔들에 각각 대응하는 복수의 채널 영역들을 포함하는 미리 정해지는 자원 영역 중 상기 제1 기지국 송신빔에 대응하는 채널 영역을 선택하고,
    상기 선택된 채널 영역의 상기 자원 요청 채널을 결정하는 것을 특징으로 하는 단말 장치.
  20. 삭제
  21. 제 17 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 기지국의 기지국 수신빔들에 각각 대응하는 복수의 채널 영역들을 포함하는 미리 정해지는 자원 영역 중 상기 제1 기지국 수신빔에 대응하는 채널 영역을 선택하고,
    상기 선택된 채널 영역의 상기 자원 요청 채널을 결정하는 것을 특징으로 하는 단말 장치.
  22. 제 17 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 선택된 자원 요청 코드 내에 상기 제1 기지국 수신빔과 상기 제1 기지국 송신빔 중 적어도 하나에 대한 정보를 인코딩하는 것을 특징으로 하는 단말 장치.
  23. 제 17 항에 있어서, 상기 자원할당 메시지는, 상기 제1 기지국 송신빔을 이용하여 상기 기지국에 의해 전송되는 것을 특징으로 하는 단말 장치.
  24. 제 17 항에 있어서, 상기 자원 요청 메시지는, 상기 제1 기지국 수신빔을 이용하여 상기 기지국에 의해 수신되는 것을 특징으로 하는 단말 장치.
  25. 빔포밍 기반의 무선통신 시스템에서 상향링크 자원을 할당하기 위한 기지국 장치에 있어서,
    송수신기와,
    상기 송수신기를 제어하는 제어부를 포함하며,
    상기 송수신기는, 단말로부터, 자원 요청 채널을 통해 자원 요청 코드를 수신하도록 구성되고, 여기서 상기 자원 요청 채널과 상기 자원 요청 코드 중 적어도 하나는 상기 기지국의 복수의 수신빔들과 복수의 송신빔들 중 상기 기지국과 상기 단말 간의 통신을 위해 사용되도록 선택된 제1 기지국 수신빔과 제1 기지국 송신빔 중 적어도 하나에 근거하여 선택되며,
    상기 제어부는, 상기 자원 요청 코드 및 상기 자원 요청 채널 중 적어도 하나로부터, 상기 제1 기지국 수신빔과 상기 제1 기지국 송신빔 중 적어도 하나를 결정하고, 자원 요청 메시지의 전송을 위해 상기 제1 기지국 수신빔을 이용하여 결정된 상향링크 자원을 나타내는 자원할당 메시지를 송신하고, 상기 자원할당 메시지의 송신에 응답하여 상기 자원 요청 메시지를 상기 단말로부터 수신하도록 상기 송수신기를 제어하고,
    상기 수신된 자원 요청 코드는,
    상기 기지국의 기지국 송신빔들에 각각 대응하는 복수의 자원 요청 코드 세트들 중 상기 제1 기지국 송신빔에 대응하는 자원 요청 코드 세트 중에서 선택된 것임을 특징으로 하는 기지국 장치.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 자원 요청 코드는,
    상기 제1 기지국 송신빔에 대응하는 자원 요청 코드 세트 중 상기 제1 기지국 수신빔에 대응하여 선택된 것임을 특징으로 하는 기지국 장치.
  27. 제 25 항에 있어서, 상기 자원 요청 채널은,
    상기 기지국의 기지국 송신빔들에 각각 대응하는 복수의 채널 영역들을 포함하는 미리 정해지는 자원 영역 중에서 선택된, 상기 제1 기지국 송신빔에 대응하는 채널 영역에 근거하여 결정되는 것을 특징으로 하는 기지국 장치.
  28. 삭제
  29. 제 25 항에 있어서, 상기 자원 요청 채널은,
    상기 기지국의 기지국 수신빔들에 각각 대응하는 복수의 채널 영역들을 포함하는 미리 정해지는 자원 영역 중에서 선택된, 상기 제1 기지국 수신빔에 대응하는 채널 영역에 근거하여 결정되는 것을 특징으로 하는 기지국 장치.
  30. 제 25 항에 있어서, 상기 자원 요청 코드는,
    상기 제1 기지국 수신빔과 상기 제1 기지국 송신빔 중 적어도 하나에 대한 인코딩된 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국 장치.
  31. 제 25 항에 있어서, 상기 자원할당 메시지는, 상기 제1 기지국 송신빔을 이용하여 상기 기지국에 의해 전송되는 것을 특징으로 하는 기지국 장치.
  32. 제 25 항에 있어서, 상기 자원 요청 메시지는, 상기 제1 기지국 수신빔을 이용하여 상기 기지국에 의해 수신되는 것을 특징으로 하는 기지국 장치.
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