39. RA Procedure

 

이전 포스팅에서 PSS - SSS - SIB의 MIB -  SIB1을 읽은 후 RACH를 통해 Random Access를 한다고 했었다.

오늘은 그 RACH를 통한 Random Access에 대해서 이야기해보려 한다.

 

1. Preamble과 RACH

영상 속 RA 설명 그림

 

SIB1까지 읽은 UE는 네트워크에 접속을 요청하기 위해서 gNB에게 PRACH에게 Preamble이라는 메시지을 브로드캐스팅 한다.  단일 gNB에게 요청하는 것보다 (유니캐스트) 많은 gNB에게 네트워크 연결요청을 하는 것이 네트워크 연결에 효율적이기 때문이다. 한놈만 걸려라...

 

공교롭게도 같은 시간대에 똑같은 주파수 대역에 preamble을 보낸 두 UE가 있다고 하자. 그러면 어떻게 될까?

 

이러한 충돌(collision)이 생기게 되면 충돌한 preamble들은 모두 무시된다. 즉, 버려진다. 그리고 그 UE들은 다시 premble을 보내게 되는데, 이때 무작정 재전송하는 것이 아니라, 일정 시간 후에 랜덤하게 재전송을 시도한다. 이것을 Random Backoff라고 한다. 

 

그렇다면 어떤 preamble이 선택되는 것일까? 이것 또한 랜덤이다. 혼돈의 카오스? Core와 UE 간에 어떠한 규약, 협약도 맺지 않았기 때문에 모든 것이 랜덤으로 진행된다. 혹은 신호가 강한 UE가 연결될 가능성이 높아지기도 한다.

 

이렇게 gNB가 preamble을 듣고 UE를 선택하면 그때부터 RA procedure가 시작된다. 지금까지는 튜토리얼이었던 것이다.

 

2. RA procedure 

본격적으로 RA procedure에 대해서 알아보자.

영상 속 RA procedure 설명 그림

 

우리가 PRACH를 통해 Preamble을 보냈던 과정은 Msg1에 해당한다. 이 다음 Msg2, 3, 4, 5에 대해 알아보자.

 

Msg2 - msg2는 preamble을 성공적으로 받고, 해당 UE에게 할당할 자원을 알려주는 메시지이다. gNB가 UE에게 응답하는 것이므로 당연히 DL CH인 PDCCH/PDSCH를 이용한다.

 

Msg3 - msg3은 UE가 msg2를 이용해 gNB에게 자신을 알리는 데이터를 전송하는 메시지이다. 마치 UE가 gNB에게 "나 너랑 연결됐어 이거 확실하게 확인해줘 그리고 나 RRC랑 연결하게 해줘"라고 말하는 것과 같다. 

 

Msg4 - msg4는 gNB가 UE한테 "그래 너 확실히 나랑 연결됐고 그 증표로 C-RNTI줄게"라고 말한다. 여기서 C-RNTI란 Cell - Radio Network Temporary Identifier를 뜻하고 이것은 UE를 식별하기 위해 사용되는 임시 식별자 같은 것이다. 이 C-RNTI를 UE에게 할당함으로써 UE가 RRC와 setup이 된다는 것을 알려준다.

 

Msg5 - msg4를 받은 UE는 gNB에게 "고마워, 나 RRC 연결 성공적으로 됐어"라고 말해주는 메시지이다.  

 

Msg5까지 보내면 UE는 네트워크 연결을 완료하게 된다.

 

여기서 질문 RRC까지 msg5가 갈때 CCCH를 사용할까 DCCH를 사용할까? 아래 그림을 유심히 봐보자.

영상 속 msg5 채널 설명 그림

 

그림을 보면 DDCH를 통해서 msg5가 가는 것을 알 수 있다. 왜 CCCH가 아닐까?

 

잘 생각해보면 간단하다. msg5를 보내는 시점에서 UE는 네트워크와 1대1로 연결이 되었는가?

 

답은 YES이다. 그렇다면 CCCH를 사용해야하는가? No이다. 이미 네트워크가 연결된 상태이기 때문에 DCCH를 사용하는 것이 옳다는 뜻이다.

 

 

3. Contention Free 

영상 속 Contention Free RA Procedure 설명 그림

 

지금까지 우리가 배웠던 것은 Contentino Based RA Procedure이다. 즉 premble을 랜덤하게 보내기 시작해서 msg1부터  msg5까지 완료하여 완성한 네트워크 연결이라는 것이다.

 

하지만 오른쪽 그림은 Contention Free해서 엄청 간단한 절차만을 지니고 있다. 언제 사용되는 것일까? 생각해보면 간단한데, 바로 handover를 할 때 이 free 과정을 거친다. Handover의 경우, 이미 네트워크가 연결된 상태에서 RAN or Cell만 바뀌는 것이기 때문에 gNB가 해당 UE의 정보만 전송해주면 굳이 preamble을 보낼 필요가 없게 된다.

 

따라서 handover의 경우에는 오른쪽 그림처럼 Contention Free RA Procedure로 진행된다.

 

 

 

굉장히 절차지향적인 줄로만 알았는데 이렇게 Random한 방식으로 진행되는 통신도 있구나 하는 걸 알게되어 생각보다 재밌는 포스팅이 되었던 것 같다.

 

 

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출처

https://www.youtube.com/watch?v=Tj197pWAnTs&list=PLdjcO8otM2M-uJRGgmv3rHRqMInwHRwMd&index=39