시간동기 타이머의 만료 시 하향링크 ＨＡＲＱ의 동작 방법 document_id A220623073757

도 1은 종래 및 본 발명이 적용되는 이동통신 시스템인 E-UMTS(Evolved Universal Mobile Telecommunications System)의 망구조를 나타낸 그림이다. E-UMTS시스템은 기존 UMTS시스템에서 진화한 시스템으로 현재 3GPP에서 기초적인 표준화 작업을 진행하고 있다. E-UMTS 시스템은 LTE(Long Term Evolution) 시스템이라고 할 수도 있다. E-UMTS망은 크게 E-UTRAN과 CN으로 구분 할 수 있다. E-UTRAN은 단말(User Equipment; 이하 UE로 약칭)과 기지국(이하 eNode B로 약칭), 망의 종단에 위치하여 외부망과 연결되는 접속게이트웨이(Access Gateway; 이하 AG로 약칭)로 구성된다. AG는 사용자 트래픽 처리를 담당하는 부분과 제어용 트래픽을 처리하는 부분으로 나누어 질 수도 있다. 이 때는 새로운 사용자 트래픽 처리를 위한 AG와 제어용 트래픽을 처리하는 AG 사이에 새로운 인터페이스를 사용하여 서로 통신 할 수도 있다. 하나의 eNode B에는 하나이상의 셀(Cell)이 존재할 수 있다. eNode B간에는 사용자 트래픽 혹은 제어 트래픽 전송을 위한 인터페이스가 사용될 수도 있다. CN은 AG와 기타 UE의 사용자 등록 등을 위한 노드 등으로 구성될 수도 있다. E-UTRAN과 CN을 구분하기 위한 인터페이스가 사용될 수도 있다. 단말과 망사이의 무선인터페이스 프로토콜 (Radio Interface Protocol)의 계층들은 통신시스템에서 널리 알려진 개방형시스템간상호접속 (Open System Interconnection; OSI)기준모델의 하위 3개 계층을 바탕으로 L1 (제1계층), L2 (제2계층), L3(제3계층)로 구분될 수 있는데, 이중에서 제 1계층에 속하는 물리계층은 물리채널(Physical Channel)을 이용한 정보전송서비스(Information Transfer Service)를 제공하며, 제 3계층에 위치하는 무선자원제어(Radio Resource Control; 이하 RRC라 약칭함)계층은 단말과 망간에 무선자원을 제어하는 역할을 수행한다. 이를 위해 RRC계층은 단말과 망간에 RRC메시지를 서로 교환한다. RRC계층은 eNode B와 AG 등 망 노드들에 분산되어 위치할 수도 있고, eNode B 또는 AG에만 위치할 수도 있다. 도 2는 3GPP 무선접속망 규격을 기반으로 한 단말과 UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) 사이의 무선인터페이스 프로토콜 (Radio Interface Protocol)의 구조를 나타낸다. 도2의 무선인터페이스 프로토콜은 수평적으로 물리계층(Physical Layer), 데이터링크계층(Data Link Layer) 및 네트워크계층(Network Layer)으로 이루어지며, 수직적으로는 데이터정보 전송을 위한 사용자평면(User Plane)과 제어신호(Signaling)전달을 위한 제어평면(Control Plane)으로 구분된다. 도 2의 프로토콜 계층들은 통신시스템에서 널리 알려진 개방형시스템간상호접속 (Open System Interconnection; OSI)기준모델의 하위 3개 계층을 바탕으로 L1 (제1계층), L2 (제2계층), L3(제3계층)로 구분될 수 있다. 이하에서 상기 도 2의 무선프로토콜 제어평면과 도3의 무선프로토콜 사용자평면의 각 계층을 설명한다. 제1계층인 물리계층은 물리채널(Physical Channel)을 이용하여 상위 계층에게 정보전송서비스(Information Transfer Service)를 제공한다. 물리계층은 상위에 있는 매체접속제어(Medium Access Control)계층과는 전송채널(Transport Channel)을 통해 연결되어 있으며, 이 전송채널을 통해 매체접속제어계층과 물리계층 사이의 데이터가 이동한다. 그리고, 서로 다른 물리계층 사이, 즉 송신 측과 수신 측의 물리계층 사이는 물리채널을 통해 데이터가 이동한다. 제2계층의 매체접속제어 (Medium Access Control; 이하 MAC로 약칭)는 논리채널(Logical Channel)을 통해 상위계층인 무선링크제어(Radio Link Control)계층에게 서비스를 제공한다. 제2계층의 무선링크제어(Radio Link Control; 이하 RLC로 약칭)계층은 신뢰성 있는 데이터의 전송을 지원한다. RLC 계층의 기능이 MAC내부의 기능 블록으로 구현될 수도 있다. 이러한 경우에는 RLC계층은 존재하지 않을 수도 있다. 제2계층의 PDCP 계층은 IPv4나 IPv6와 같은 IP 패킷 전송시에 대역폭이 작은 무선 구간에서 효율적으로 전송하기 위하여 상대적으로 크기가 크고 불필요한 제어정보를 담고 있는 IP 패킷 헤더 사이즈를 줄여주는 헤더압축 (Header Compression) 기능을 수행한다. 제3계층의 가장 하부에 위치한 무선자원제어(Radio Resource Control; 이하 RRC라 약칭함)계층은 제어평면에서만 정의되며, 무선베어러 (Radio Bearer; RB라 약칭함)들의 설정(Configuration), 재설정(Re-configuration) 및 해제(Release)와 관련되어 논리채널, 전송채널 및 물리채널들의 제어를 담당한다. 이때, RB는 단말과 UTRAN간의 데이터 전달을 위해 제2계층에 의해 제공되는 서비스를 의미한다. 망에서 단말로 데이터를 전송하는 하향전송채널로는 시스템정보를 전송하는 BCH(Broadcast Channel)과 그 이외에 사용자 트래픽이나 제어메시지를 전송하는 하향 SCH(Shared Channel)이 있다. 하향 멀티캐스트 또는 방송 서비스의 트래픽 또는 제어메시지의 경우 하향 SCH를 통해 전송될 수도 있고, 또는 별도의 하향 MCH(Multicast Channel)을 통해 전송될 수도 있다. 한편, 단말에서 망으로 데이터를 전송하는 상향전송채널로는 초기 제어메시지를 전송하는 RACH(Random Access Channel)와 그 이외에 사용자 트래픽이나 제어메시지를 전송하는 상향 SCH(Shared Channel)가 있다. 그리고, 하향전송채널로 전달되는 정보를 망과 단말 사이의 무선구간으로 전송하는 하향물리채널로는, BCH의 정보를 전송하는 PBCH(Physical Broadcast Channel), MCH의 정보를 전송하는 PMCH(Physical Multicast Channel), PCH와 하향 SCH의 정보를 전송하는 PDSCH(Physical Downlink shared Channel), 그리고 하향 또는 상향 무선자원 할당정보(DL/UL Scheduling Grant)등과 같이 제1계층과 제2계층에서 제공하는 제어 정보를 전송하는 PDCCH(Physical Downlink Control Channel, 또는 DL L1/L2 control channel 이라고도 함)가 있다. 한편, 상향전송채널로 전달되는 정보를 망과 단말 사이의 무선구간으로 전송하는 상향 물리채널로는 상향 SCH의 정보를 전송하는 PUSCH(Physical Uplink Shared Channel), RACH 정보를 전송하는 PRACH(Physical Random Access Channel), 그리고 HARQ ACK 또는 NACK, 스케줄링 요청(SR; Scheduling Request), CQI(Channel Quality Indicator) 보고등과 같이 제1계층과 제2계층에서 제공하는 제어 정보를 전송하는 PUCCH(Physical Uplink Control Channel)이 있다. 먼저, LTE 시스템에서는 효율적인 데이터 전송을 위해 MAC 계층에서 HARQ 동작을 수행하도록 하고 있으며, 그 자세한 HARQ 동작 과정은 다음과 같이 설명될 수 있다. 도 4는 효율적인 데이터 전송을 위한 HARQ 동작 방법을 나타낸 예시도 이다. 도 4에 도시되어 있듯이, 기지국은 HARQ 방식으로 데이터를 단말에게 전송하기 위해서 PDCCH (Physical Downlink Control Channel) 제어채널을 통해서 하향링크 스케줄링 정보 (Downlink Scheduling Information; 이하 DL 스케줄링 정보)을 전송한다. 상기 DL 스케줄링 정보에는 단말 식별자 또는 단말 그룹의 식별자(UE Id 또는 Group Id), 할당된 무선자원의 위치 (Resource assignment), 할당된 무선자원의 구간 (Duration of assignment), 전송 파라미터 (Transmission parameter, 예를 들면 모듈레이션(Modulation) 방식, 페이로드 (Payload) 크기, MIMO 관련 정보), HARQ 프로세스 정보, Redundancy Version, 그리고 New Data Indicator등이 포함된다. DL 스케줄링 정보는 재전송에 대해서도 PDCCH 제어채널을 통해서 전달되며, 해당 정보는 채널 상황에 따라 변경될 수 있다. 예를 들면, 채널 상황이 초기 전송 때보다 좋은 상황이라면 모듈레이션 (modulation) 혹은 페이로드 (payload) 크기를 변경하여 높은 비트 레이트(Bit Rate)로 전송할 수 있고, 반대로 채널 상황이 좋지 않은 경우에는 초기 전송 때보다 낮은 비트 레이트로 전송할 수 있다. 단말은 매 TTI (Transmission Time Interval), PDCCH 제어채널을 모니터링(Monitoring) 해서 자신에게 오는 DL 스케줄링 정보를 확인한 후, 자신의 정보가 있는 경우 PDCCH와 연관된 시점에서 하향 공용 채널 (PDSCH, Physical Downlink Shared Channel)을 통해 기지국으로부터 데이터를 수신한다. 이후, 상기 단말이 상기 데이터를 수신하면 이를 soft buffer에 저장한 후 상기 데이터의 복호화를 시도한다. 만약, 상기 단말이 복호화에 성공하면 ACK 신호를, 실패하면 NACK 신호를 상기 기지국에 전송한다. 상기 기지국은 ACK 신호를 수신하면 상기 단말로의 데이터 전송이 성공했음을 감지하고 다음 데이터를 전송한다. 기지국이 NACK 신호를 수신하면 상기 단말로의 데이터 전송이 실패했음을 감지하고 적절한 시점에 동일 데이터를 동일한 형식 또는 새로운 형식으로 재전송한다. 상기 NACK 신호를 전송한 단말은 재전송되는 데이터의 수신을 시도한다. 단말이 이번에 전송되는 데이터가 초기전송(initial transmission)되는 데이터인지 아니면 이전 데이터의 재전송 (retransmission)인지는 PDCCH 안에 있는 NDI (New Data Indicator) 필드를 보고 알 수 있다. 상기 NDI 필드는 1 bit 필드로서 새로운 데이터가 전송될 때마다 0 -003e# 1 -003e# 0 -003e# 1 -003e# ... 으로 toggle되며, 재전송에 대해서는 초기전송과 같은 값을 갖는다. 즉, 단말은 NDI 필드가 이전에 전송된 값과 같은지를 비교하여 데이터의 재전송 여부를 알 수 있다. 여기서, 상기 단말이 재전송된 데이터를 수신하면, 이를 이전에 복호화에 실패한 채로 soft buffer에 저장되어 있는 데이터와 다양한 방식으로 결합하여 다시 복호화를 시도하고, 복호화에 성공했을 경우 ACK 신호를 실패했을 경우 NACK 신호를 기지국에 전송한다. 단말은 데이터의 복호화에 성공할 때까지 NACK 신호를 보내고 재전송을 받는 과정을 반복한다. 다음은 LTE 시스템에서의 상향링크 (Uplink)의 시간동기관리 (Timing Alignment Maintenance)에 대한 설명이다. OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) 기술을 기반으로 하는 LTE 시스템에서는 사용자 (UE)와 기지국간의 통신이 다른 사용자들의 통신 상에 간섭 작용을 발생시킬 가능성이 존재한다. 이러한 간섭 작용을 최소화 하기 위해, 기지국이 단말의 전송 타이밍을 관리하는 것이 매우 중요하다. 좀 더 구체적으로 설명하면, 단말은 셀 내의 임의의 영역에 존재할 수 있으며, 이는 단말이 송신한 데이터가 기지국에 도달하는 시간이 각각 단말의 위치에 따라 다를 수 있다는 것을 의미한다. 즉, 셀 가장자리에서 송신을 시도하는 단말의 경우, 상기 송신이 기지국에 도달하는 시간은 셀 중앙에 있는 단말의 송신의 도달 시간보다 길 것이다. 반대로 셀 중앙에 있는 단말의 송신이 기지국에 도착하는 시간은 셀 가장자리에 있는 단말의 송신보다 상대적으로 짧을 것이다. 기지국 측면에서는 간섭영향을 막기 위하여 셀 내의 모든 단말들이 전송한 데이터 또는 신호들이 매 시간 boundary안에서 수신될 수 있도록 해야 하기 때문에, 기지국은 단말의 위치등과 같은 상황에 맞춰 상기 단말의 전송 타이밍을 적절히 조절해야만 하고, 이러한 조절을 시간 동기 관리라고 한다. 시간 동기를 관리하는 한가지 방법으로 랜덤 액세스 동작이 있다. 즉, 랜덤 액세스 동작과정을 통해 기지국은 단말이 전송하는 랜덤 액세스 프리앰블을 수신하게 되고, 상기 랜덤 액세스 프리앰블의 수신 정보를 이용하여, 단말의 전송 타이밍을 빠르게 혹은 느리게 하기 위한 시간 동기 값을 계산한다. 그리고 랜덤 액세스 응답을 통해 단말에게 계산된 시간 동기 값을 알려주고, 단말은 상기 값을 이용하여, 전송 타이밍을 갱신하게 된다. 또 다른 방법으로는, 기지국은 단말이 주기적 혹은 임의적으로 전송하는 Sounding Reference Symbol (SRS)를 수신하고, 상기 수신된 신호를 통해 상기 단말의 시간 동기 값을 계산하여, 단말에게 알려준다. 이에 따라, 단말은 자시의 전송 타이밍을 갱신하게 된다. 앞에서 설명한 바와 같이 기지국은 랜덤 액세스 프리앰블 또는 Sounding Reference Symbol을 통해 단말의 전송 타이밍을 측정하고, 보정할 타이밍 값을 계산하여 단말에게 알려준다. 상기처럼 기지국이 단말에게 전송하는 시간 동기 값 (즉, 보정할 타이밍 값)을 Timing Advance Command (이하 TAC라 칭함)라고 부른다. 또한 상기 TAC는 MAC 계층에서 처리한다. 그리고, 단말은 항상 고정된 위치에만 존재하지 않기 때문에, 단말이 이동하는 속도와 위치 등에 따라 단말의 전송 타이밍은 매번 바뀌게 된다. 이런 점을 고려하여, 단말은 기지국으로부터 한번 시간동기명령을 받으면 무한한 시간 동안 상기 시간동기 명령이 유효하다가 보지 않고, 특정 시간 동안에만 상기 시간동기 명령이 유효하다고 가정해야 한다. 이를 위해 사용되는 것이 Time Alignment Timer (이하 TAT라 칭함)이다. 즉, 단말은 기지국으로부터 TAC를 수신하면, TAT를 개시하게 된다. 그리고, 상기 TAT가 동작 중에만, 단말은 기지국과 시간동기가 맞아 있다고 가정한다. 상기 TAT값은 시스템 정보 또는 라디오 베어러 재구성(Radio Bearer Reconfiguration)등과 같은 RRC 신호를 통해 전달 될 수 있다. 또한, 단말은 TAT가 동작 중에, 새로운 TAC를 기지국으로부터 수신하였다면, TAT를 재 개시 하게 된다. 그리고, TAT가 만료되거나, TAT가 동작하지 않는 때에는 단말은 기지국과 시간동기가 맞지 않다고 가정하고, 랜덤 액세스 프리앰블을 제외한 어떠한 상향링크 데이터 또는 제어 신호 (예를 들면, PUSCH 데이터와 PUCCH 제어신호)의 전송을 하지 않는다.