KR100277558B1 - 무선 전화 시스템의 통신 제어 방법 및 장치 - Google Patents

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KR100277558B1
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Inventor
알렉스크리스터 라이쓰
월터지.에이. 뮬러
Original Assignee
도날드 디. 먼둘
에릭슨 인크.
에를링 블로메, 타게 뢰브그렌
텔레폰아크티에볼라게트 엘엠 에릭슨
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Abstract

무선 전화 시스템(10)에서, 각 셀(20-60)의 제어 채널은 그 셀에 대한 정보 및 그 셀의 특징을 포함하는 다른 셀에 대한 상대 정보를 전파하도록 구성될 수 있다. 또한 다른 제어 채널의 위치는 특정 셀의 제어 채널을 통해 전파된 정보 중에 포함될 수 있다. 이 정보는 이동국(120)을 양호한 셀에 로킹하는 데 사용된다.

Description

[발명의 명칭]
무선 전화 시스템의 통신 제어 방법 및 장치
[도면의 간단한 설명]
본 발명은 단지 예로서 제공되는 본 발명의 양호한 실시예와 관련하여 보다 상세히 기술될 것이며, 이에 관한 실시예는 첨부한 도면에 예시될 것이다.
제1도는 셀룰러 이동 무선 전화 시스템의 2 개의 셀 클러스터를 나타내는 셀 설계도이다.
제2도는 엄브렐러 매크로셀, 마이크로셀 및 피코 셀을 채용하는 통상적인 다층 셀룰러 시스템을 나타낸다.
제3도는 통상적인 제어 채널을 나타내고 있다. 그리고
제4도는 본 발명에 따른 무선 전화 시스템에 대한 장치의 구체적인 실시예를 나타내고 있다.
[발명의 상세한 설명]
[발명의 배경]
본 발명은 무선 전화 통신 시스템의 제어 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로 무선 통신 시스템의 제어 기술에 관한 것이다.
원거리 통신의 계속적인 성장으로 인해 셀룰러 시스템(Cellular System)의 용량에 역점이 모아지고 있다. 셀룰러 통신에서는 제한된 주파수 스펙트럼이 이용되므로 네트워크 용량 증가와 다양한 통신 트래픽 상황에 적응성을 갖춘 셀룰러 시스템이 요구되고 있다. 비록 디지탈 셀룰러 시스템의 도입이 잠재적인 시스템 용량을 증가시키지만 이러한 증가만으로는 용량 및 전파 도달 범위(radio coverage)에 대해 증대된 요구를 만족시키는데 불충분할 수 있다. 시스템의 용량을 증가시키는 다른 방법으로서 대도시권에서 셀의 크기를 감소시키는 것과 같은 방법을 통해 증가하는 요구에 부응할 필요가 있다.
특히 비교적 작은 셀을 이용하는 경우, 서로 인접하여 배치된 셀들 간의 통신 간섭은 또 다른 문제를 야기한다. 따라서, 셀 간의 간섭을 최소화하기 위한 기술이 필요하다. 하나의 공지된 기술은 셀들을 “클러스터(cluster)”로 분류하는 것이다. 개개의 클러스터 내에서, 통신 주파수는 상이한 클러스터들 내의 셀 중 동일한 통신 주파수를 이용하는 셀들 간의 일정 거리를 최대화하는 방식으로 각각의 셀에 할당된다. 이 거리는 “주파수 재사용” 거리로 칭할 수 있다. 임의의 통신 주파수를 이용하는 셀과 그 동일 주파수를 이용하는 원격 셀 간의 간섭은 이 거리가 증가할수록 감소된다.
무선 기지국은 통상적으로 각 셀의 중심 부근에 배치되어 셀 영역 전체를 통해 전파 도달 범위를 제공한다. 대안적으로, 무선 기지국은 3개의 인접한 “섹터셀”의 중심 부근에 배치되어 그 셀들을 커버할 수도 있다. 섹터화된 시스템 및 세터화되지않은 시스템 간의 선택은 각 기지국의 장비 비용과 같은 여러가지 경제적인 고려 사항에 기초한다.
이동 사용자가 비교적 과도하게 집중되어 있는 영여가, 즉 종종 “핫 스포트 hot spots)”으로 언급되는 영역을 통제하기 위해 상위(overlying) 매크로셀 내에 국부적인 마이크로셀 및 피코셀이 설치될 수도 있다. 통상적으로, 마이크로셀은 교차로 또는 거리와 같은 주로 도로를 위해 설치될 수 있으며, 일련의 마이크로셀은 고속도로와 같은 주요 교통 간선로에 대한 도달 범위를 제공할 수 있다. 마이크로셀은 대형 건물, 공항 및 상점가에 할당될 수 있다. 피코셀은 마이크로셀과 유사하지만, 통상 사무실 복도 또는 고층 건물의 한 층을 커버한다. 본 출원에 있어서, "매크로셀"이란 용어는 마이크로셀 및 피코셀 양자를 의미하며, “매크로셀”이란 용어는 셀룰러 구조의 최외각 층을 의미한다. “엄브렐러 셀(umbrella cell)”은 그 아래에 셀이 있는 한 매크로셀 또는 마이크로셀로 될수 있다. 마이크로셀은 실제의 수요 지역 부근에 통신 채널이 추가로 설치되는 것을 허용하며, 따라서 전체적인 시스템 용량을 증가시킬 뿐만 아니라 간섭의 레벨을 낮게 유지할 수 있다.
미래의 셀룰러 시스템의 설계는 매크로셀, 실내 마이크로셀, 실외 마이크로셀, 공용 마이크로셀 및 제한된 마이크로셀을 포함할 수 있다. 매크로셀 엄브렐러 사이트(site)는 통상 1 킬로미터를 초과하는 반경을 커버하며, 자동차를 탄 사람과 같이 신속히 이동하는 사용자에 대한 서비스를 제공한다. 마이크로셀 사이트는 일반적으로 저전력의 소형 무선 기지국이며, 주로 보행자와 같이 천천히 이동하는 사용자들을 통제한다. 각각의 마이크로셀 사이트는 디지탈 무선 전송 또는 광 섬유를 통해 매크로셀 사이트에 접속되는 확장된 기지국으로 간주될 수 있다.
마이크로셀 클러스터를 설계하는데 있어서, 마이므로셀들에 스펙트럼을 할당할 필요가 있다. 이것은 다양한 방식으로 수행될 수 있는데, 예를 들면, 마이크로셀이 원격 매크로셀로부터의 스펙트럼을 재사용하는 방식; 이용 가능한 스펙트럼의 일부를 마이크로셀 전용으로 하는 방식; 또는 마이크로셀이 엄브렐러 매크로셀로부터 스펙트럼을 차용하는 방식이 있다.
스펙트럼을 마이크로셀에 전용으로 하는 방식에 있어서, 이용 가능한 스펙트럼의 일부는 마이크로셀용으로 엄격히 저장되어야 한다. 스펙트럼을 차용하는 방식은 마이크로셀 용으로서 매크로셀에 이용 가능한 주파수를 취하는 것이 포함된다.
이러한 채널 할당 벙법들은 각가가 장, 단점을 수반하고 있다. 원격 매크로셀로부터의 채널의 재사용은 매크로셀 구조의 용량을 거의 감소시키지 않는다. 그러나, 이 재사용은 마이크로셀과 매크로셀 간의 동일 채널 간섭으로 인해 항상 실행가능한 것이 아니다.
스펙트럼을 마이크로셀 전용으로 하면, 마이크로셀 간에는 임의의 동일 채널 간섭이 존재하나 매크로셀과 마이크로셀 간에는 어떠한 동일 채널 간섭이 없게 되므로 셀 층 (마이크로셀 및 매크로셀)간의 간섭이 감소된다. 스펙트럼을 마이크로셀 전용으로 하는 경우, 한 도시와 같이 특정한 영역의 전체 매크로셀 시스템으로부터 이 스펙트럼이 취해진다. 따라서, 이 스펙트럼은 매크로셀 용으로는 이용할 수 없다. 결국, 소수의 마이크로셀 만을 포함하는 영역에서는, 마이크로셀이 매크로셀 영역 중 단지 작은 영역만을 커버하는 반면에 이용가능한 스펙트럼의 양이 감소된 매크로셀은 많은 영역을 커버해야하기 때문에, 용량에는 약영향을 미친다. 그러나, 마이크로셀의 수가 증가하고, 단지 매크로셀에 의해서만 커버되는 영역이 감소될수록, 스펙트럼 전용과 관련된 용량 문제는 감소되고, 매크로셀 내에 블로킹(blocking)을 도입하지 않아도 전체 시스템 용량의 전체 순 이득이 획득된다.
재사용과 같이, 엄브렐러 매크로셀로부터의 채널 차용은 마이크로셀과 매크로셀 간에 잠재적인 동일 채널 간섭을 나타낸다. 또한, 종종 효과적인 스펙트럼의 할당이 불가능하기 때문에, 용량이 악영향을 받을 수 있다. 예를 들면, 스펙트럼의 차용 또는 전용의 경우, 모든 핫 스포트를 하나의 셀에 어드레싱하기 어려울 수도 있다. 스펙트럼 차용의 장점은 전체 시스템으로부터의 스펙트럼이 아닌 커버링 매크로셀(covering macrocell)에 할당된 스펙트럼만이 차용되기 때문에, 스펙트럼 전용과 달리 전체 매크로셀 시스템은 영향을 받지 않는다는 것이다. 따라서, 다른 매크로셀은 하나의 마이크로셀이 커버링 매크로셀로부터 차용하고 있는 동일한 스펙트럼을 사용할 수 있다.
또한, 클러스터 설계에 있어서, 할당된 스펙트럼은 개개의 마이크 셀 사이트로 분배되어야 한다. 스펙트럼 할당에 채용되는 공지된 방법은 고정 주파수 설계, 동적 채널 할당(Dynamic Channel Allocating, DCA) 및 적응 채널 할당(Adaptive Channel Allocation, ACA) 방법을 포함한다. 또한, 제어 채널 관리 기술이 선택될 수 있어야 한다. 또한, 주파수 재사용이 간섭 관점으로부터 실행될 수 있을 때까지 단일의 제어 채널을 사용하는 섹터화된 시스템에 각 셀 또는 섹터를 갖도록 하는 것도 하나의 가능성이 있다.
마이크로셀의 도입으로, 무선 네트워크 설계가 복잡하게 될 수 있다. 설계 처리는 마이크로셀의 구조에 크게 의존한다. 예컨대, 거리, 상점가 및 빌딩의 크기는 중요한 설계의 기준이 된다. 마이크로셀은 트래픽 변환에 대한 향상된 반응성, 마이크로셀 간의 간섭 및 트래픽 강도를 예측하느데 있어서의 어려움을 포함하는 일련의 문제를 안고 있다. 이러한 무선 전화 통신 시스템이 성공적으로 설계될 수 있다고 해도, 증가된 트래픽 요구를 수용하도록 새로운 기지국을 추가하는 것과 같은 시스템 파라미터의 변화는 전체 시스템의 재설계를 필요로 할 수 있다. 이 때문에, 채널 할당이 트래픽 조건 및 간섭 조건 양자에 적용될 수 있는 시스템이 있는 경우 마이크로셀을 도입하는 것은 도움이 된다.
마이크로셀과 관련된 주요한 관심사의 하나는 FDMA 및 TDMA 시스템에서의 주파수 설계 또는 CDMA 시스템에서의 전력 설계를 최소화하는 것에 있다. 마이크로셀룰러 환경에서는 환경적인 고려 사항(예를 들어, 지형 및 지면의 불규칙성)에 의존하는 무선 전파 및 간섭을 예측하기 어렵기 때문에, 불가능하지는 않지만 주파수 또는 전력 설계를 극히 어려워진다. 하나의 해결책은 고정 주파수 설계가 필요치 않은 적응 채널 할당(ACA) 체계를 사용하는 것이다. 이러한 방법의 하나의 실시예에 따라, 무선 채널을 호출에 할당할 때, 각 셀 사이트는 시스템 내의 임의의 채널을 사용할 수 있다. 채널은 현재의 상황 및 현재의 간섭 상황에 따라 실시간으로 호출에 할당된다. 그러나, 이러한 시스템은 평균 이상으로 많은 채널 유닛이 설치되어야하기 때문에 비용이 많이 든다.
ACA로 여러가지 이점을 얻을 수 있다. 각 셀이 임의의 채널을 사용할 수 있으므로 중계 효율 손실은 거의 없다. 그러므로, 네트워크 효율의 손실없이 소수의 채널을 가진 셀을 채용할 수 있다. 또한, 채널 재사용은 최악의 경우가 아니면 평균 간섭 조건에 의해 지배된다.
몇몇의 ACA 체계는 트래픽 용량을 향상시키고 주파수 설계에 대한 필요를 제거하려는 시도를 하고 있다. 몇몇의 시스템이 이들 목적을 달성하는 데 어느 정도 효과적이었지만, 사전 할당된 제어 채널을 가지는 시스템, 즉 이동국(mobile station)이 제어 채널(예를 들어, 제어 신호를 포함하는 30 KHz RF 채널)을 예상할 수 있는 특정 주파수를 가진 시스템에서는 상기 2가지 목적을 달성하는 데에 어려움이 있다. 사전 할당된 제어 채널을 가진 시스템은 AMPS(향상된 이동 전화 서비스 시스템), IS-54(수정 B) 및 TACS(전 액세스 통신 시스템)을 포함한다. 이러한 시스템에서는 주파수 설계가 제어 채널용으로 계속 요구된다. 그러나, 음성 채널을 위한 주파수 설계는 제거될 수 있으며, 트래픽 채널이 비균일하게 분산되어 있는 것으로 예상되는 영역 내의 각 사이트에 대한 음성 채널의 수를 설계할 필요성을 제거함으로써 트래픽 용량도 향상시킬 수 있다.
안테나 시스템을 설계하고 마이크로셀 클러스터에 스펙트럼 할당하며, 마이크로셀 전송 전력에 대한 전력 레벨을 선택할 때, 여러가지 관심사에 주의를 기울여야 한다. 충분한 전파 도달 범위 -예를 들어, 98%-가 마이크로셀 영역 내에 제공되어야 한다. 또한, 마이크로셀 클러스터에- 할당된 스펙트럼이 원격 매크로셀로부터 재사용되고 있는 경우, 마이크로셀의 전력 레벨은 그 스펙트렴이 재사용된 원격 매크로셀과의 간섭을 방지할 수 있을만큼 낮아야 한다. 또한, 이동국이 마이크로셀에 로크온(lock on)된 경우, 그 마이크로셀의 제어 채널의 전력은 커버링 엄브렐러 매크로셀의 제어 채널의 전력보다 강하지 않으면 안된다. 요약하면, 상기 시스템의 목적은 설계한 마이크로셀 영역에 엄브렐러 매크로셀의 제어 채널보다 강한 제어 채널을 유지하고 동시에 원격 매크로셀과의 간섭을 방지하기 위해 아주 낮은 전력으로 전송함으로써, 마이크로셀 제어 채널에 가능한 한 많은 이동국을 할당하기 위한 것이다.
전력 또는 간섭 제한은 음성 채널이 제한된 시스템을 초래하며, 이러한 시스템 내에서는 마이크로셀 내의 이동국 일부가 상위 매크로셀로부터 더 강한 신호를 수신하는 이동국의 수는 엄브렐러 셀과 마이크로셀간의 거리가 감소함에 따라 증가하게 된다. 결국, 이동국이 매크로셀에 로크온되기 때문에 용량이 증가하지 않을 수도 있다. 또한, 이동국의 전송 전력 요구가 증가하는 경우, 현재 휴대용의 배터리 수명도 동등한 성능 레벨을 유지하기 위해 그에 따라 감소되게 된다. 또한, 마이크로셀 영역 내에 위치하는 고전력 이동국으로 인해 차단 및 상호 변조가 일어날 수도 있다. 고전력 이동국은 엄브렐러 매크로셀로 제어되는 전력이며, 마이크로셀보다 엄브렐러 매크로셀과 통신하는 경우에 보다 강력한 전력을 필요로 한다.
[발명의 요약]
본 발명에 따라 구현되는 제어 채널 관리 체계는 다양한 다른 셀을 포함할 수 있다. 이동 유닛이 가장 적절한 셀에 용이하게 로킹(locking) 또는 캠핑(camping)할 수 있도록 하기 위해서는 각 셀의 제어 채널이 셀 유형 등의 셀 특성을 포함하는 다른 셀에 대한 정보를 전파(broadcast)할 수 있도록 구성되어야 한다. 또한, 다른 제어 채널의 주파수 및 시간의 위치는 특정 셀의 제어 채널을 통해 정보 전파 중에 포함되어 있을수 있다. 그 후 이 정보는 이동국이 선호되는 셀에 로크온되는 데 사용된다. 로킹은 이동국이 모든 메시지를 읽고, 페이징을 수신하여 호출할 준비를 하도록 셀을 선택하는 것이다. 따라서, 일단 이동국이 특정한 셀에 로크온되면, 호출을 하고 호출을 수신한다.
제어 채널 상에서 발견된 제어 정보에 따라, 이동국은 이동국 및 시스템 오구 조건 양자에 기초하여 최상의 서버(server) -즉, 최상의 셀- 를 찾고자 시도한다. 예컨대, 일 실시예에 따르면, 최상의 서버는 이동국이 최소의 전력량으로 전송하도록 요구하는 서버이다. 다른 실시예에 따르면, 그 목적은 고객에 대한 통화 요금을 최소로 하는 것이므로, 이동국에게 최소의 비용 서비스를 제공하는 셀이 선택될 수 있다. 양호한 셀을 결정하는 데는 여러가지 기준이 사용될 수 있으며, 모든 이러한 기준은 본 발명의 범위 내에서 고려될 수 있다. 일반적으로, 양호한 셀은 시스템 요구조건 및 목적에 의해 결정된다.
[발명의 상세한 설명]
다음의 설명은 휴대용 또는 이동 무선 전화 및/또는 개인용 통신 네트워크를 포함하는 셀롤러 통신 시스템과 관련한 것이지만, 본발명은 다른 통신 시스템에도 적용될 수 있음을 본 기술 분야에 숙련자들은 이해할수 있을 것이다.
제1도는 공지된 방법으로 셀롤러 이동 무선 전화 시스템의 일부분을 형성하는 제1 셀 클러스터 A 및 제2 셀 클러스터 B을 나타내고 있다. 이러한 시스템은 기슬러(Ghisler) 등에 의해 "셀롤러 이동 무선 전화 시스템에서 시그널링 신뢰성을 향상시키기 위한 방법 및 장치" 란 명칭으로 허여된 미합중국 특허 제5,230,082호에 개시되며, 그 내용이 여기에 참조로 포함된다. 통상, 시스템에 유용한 모든 주파수는 각 셀의 클러스터에 사용된다. 각 셀 클러스터 내에서, 주파수들은 상이한 셀들에 할당되어, 상이한 클러스터 내의 셀들 중 동일 주파수를 사용하는 셀 간의 최대 일정 거리-주파수 재사용 거리로 공지됨- 를 얻는다. 제1도에서, 셀 A1및 B1가 공통 주파수를 사용하고, 셀 A2및 B2가 공통 주파수를 사용하며, 셀 A3및 B3가 공통 주파수를 사용한다. 동일 주파수를 사용하는 셀 A1및 B1의 무선 채널은 동일한 주파수를 공유하기 때문에 동일 채널(co-channel)이라 한다. 동일 채널 간에는 약간의 간섭이 발생하지만 제1도와 같은 배열에서 이러한 간섭의 레벨은 통상적으로 허용 가능하다. 제1도의 셀 설계는 비교적 단순한 주파수 할당을 허용하며, 낮은 트래픽 조건에서는 동일 채널 간섭을 절감시킨다. 그러나, 상술한 바와 같이, 높은 트래픽 영역에서의 제한은 이러한 셀 설계의 사용을 한정한다. 예컨대, 핫스포트에서의 트래픽은 블로킹을 발생시킬 수 있다.
미래의 시스템은 제1도의 셀 구조와 관련된 유형의 주파수 설계를 요구하지 않을 수도 있다. 예컨대, CDMA(코드 분할 다중 액세스) 시스템은 매우 다른 할당 기술을 가질 수 있고, 주파수 설계를 요구하지 않을 수 있다. 그러나, 그 대신 송신기 전력 설계가 관심사로 될 수 있다. 또한, CDMA 시스템에서 채널은 제1도와 관련하여 기술된 바와 같이 재사용될 필요가 없을 수도 있다. CDMA 시스템은 "CDMA 감산 복조" 란 명칭으로 미합중국 특허 제5,151,919호 및 제5,218,619호에 개시되며, 그 내용이 여기에 참고로 포함된다. CDMA 시스템 이외의 시스템에서, ACA와 같은 기술이 사용되어, 특히 사전 설계-트래픽 패턴 및 간섭 분배를 포함 하는 순간 조건에 대한 지식 없는 설계-와 같은 한정 주파수 설계가 불필요해질 수 있다.
제2도는 전형적인 다층 셀룰러 시스템이다. 육각형 형태로 표시한 엄브렐러 매크로셀(10)은 상위 셀룰러 구조를 구성한다. 각 엄브렐러 셀은 하위 마이크로셀 구조를 포함할 수 있다. 엄브렐러셀(10)은 점선으로 둘러쌓인 영역으로 표시한 마이크로셀(20)과 도시 거리에 따른 영역에 대응하는 장점(長点)으로 둘러 쌓인 영역으로 표시한 마이크로셀(30) 및 한 건물의 개개의 층을 커버하는 마이크로셀(40, 50, 60)을 포함한다. 마이크로셀(20, 30)로 커버되는 두 도시 거리의 교차점은 과밀한 트래픽 집중 영역이라 할수 있으므로 핫 스포트라고 표현할 수 있다.
간단하게, 제어 채널은 호출을 설정하고, 이동국과 관련된 위치 및 파라미터에 대해 기지국에 알리며, 기지국과 관련된 위치 및 파라미터에 대해 이동국에 알리는 데 사용된다. 마이크로셀 기지국은 이동국에 의한 호출 접근 요구를 수신하고, 이어서 이동국은 페이징 메시지를 수신한다. 일단 호출 접근 메세지가 수신되면, 어떤 셀이 그 호출에 책임이 있는지가 판별되어야 한다.
미래의 시스템은 추가로 셀을 채용할 수 있다. 예컨대, 새로운 시스템은 매크로셀, 실내 마이크로셀, 실외 마이크로셀, 공공 마이크로셀 및 한정 또는 전용 마이크로셀의 어떠한 조합도 포함할 수 있다. 따라서 새로운 시스템은 제어 채널의 증가를 수용할 수 있도록 설계되어야 할 것이다. 현재, 미합중국에서 채용되는 전형적인 시스템에서는 하나의 클러스터에 대해 대략 21개의 제어 채널이 이용되고 있다.
본 발명에 따르면, 각 셀에서의 각 제어 채널은 다른 셀의 존재 여부와 최소 품질 기준, 전력 요구 -만약 존재한다면- 등을 포함하는 그러한 셀의 특성에 대한 전파하도록 구성된다. 통상적으로, 다른 셀의 존재 여부에 대한 정보는 인접 셀에 대해 전파된다. 예를 들면, 인접 셀이 부분적으로 중복되어 인접되어 있거나, 또는 전파 셀과 비접촉 상태에 있을 수 있다. 이동국은 유휴 모드 동안 이동국이 위치하는 유효 범위 영역의 제어 채널을 주기적으로 스캐닝하여, 어떤 셀이 로킹되어야 하는지를 결정한다. 이와 같이, 이동국은 이동국의 현재 위치 및 셀과 관련된 품질 기준(예를 들어, 수신된 신호 강도)에 기초하여 로킹될 셀을 계속적으로 선택할 수 있다. 이동국이 로킹될 셀은 이동국이 그 셀과 관련된 품질 기준을 만족시키는 셀이다. 예컨대, 용량을 고려해서 가장 밑에 놓이는 셀이 이동국으로 볼 때 선택될 수 있다.
본 발명에 따라, 2가지 유형의 정보 -즉, “절대 정보” 및 “상대 정보”- 가 제어 채널을 통해 전파된다. 절대 정보는 그 정보가 전파되고 있는 제어 채널에 대응하는 특정 셀에 대한 정보를 포함한다. 이 정보는 해당 셀의 서비스 프로파일, 제어 채널 구성, 및/또는 셀의 형태(예를 들면 제한 또는 비제한)를 포함한다. 비제한 셀은 상시 모든 사용자가 이용 가능한 셀이고, 제한 셀은 그 반대이다. 상대 정보는 일반적으로 절대 정보와 같은 종류의 정보이지만 다른 셀의 특성과 관련된 정보이다.
이동국이 시종일관 양호한 셀에 로킹되도록 하는 것이 중요하다. 특히, 이동국이 임의의 시간에서 페이징될 수 있으므로 이동국이 페이지를 수신할 수 있도록 위치 영역에서 특정 셀에 로킹되어야만 한다. 예컨대, 이동국이 로킹되어 있던 제1 셀의 위치 영역으로부터 다른 위치 영역 내의 제2 셀로 이동되는 경우, 이동국 스위칭 센터 또는 MSC는 이동국이 등록된 위치 영역에서 이용 가능한 페이징 채널을 통해 이동국을 페이징하기 때문에 이동국에 대한 페이징 요구가 수신되지 않게 된다. 이와 같이, 페이징 요구는 멀리 떨어진 위치 영역에서 이동국이 등록되어 있지 않은 경우 그 위치 영역에서는 이동국에 의해 수신되지 않게 된다. 따라서, 이동국은 새로운 위치 영역에 들어갈 때는 새로운 기지국에 등록해야 한다. 일반적으로 위치 영역은 인접한 셀의 큰 그룹을 포함한다. 이동국을 페이징하기 위해 모든 위치 영역을 지시하는 것은 효과적이지 못하며 또한 실용적이지 못하다.
이동국은 임의의 위치 영역에 있는 하나의 기지국에 등록할 수 있다. 통상 위치 영역은 반드시 동일한 전파 도달 범위 영역을 갖지는 않는 인접 셀의 그룹이다. 예컨대, 제2도와 관련하여, 마이크로셀(20, 30, 40,50,60)은 하나의 위치 영역을 한정할 수 있다.
공용 엄브렐러 셀, 공용 마이크로셀, 및 전용 마이크로셀 -즉, 홈 기지국 또는 캠퍼스 시스템과 같이 항상 제한된 사용자 그룹에 액세스 가능한 마이크로셀-을 포함하는 전형적인 시스템에서, 이들은 모두 이동국이 액세스하거나 또는 페이징을 수신하는 데 충분한 전파 도달 범위를 제공할 수 있다. 이동국은 하위 셀에 대한 정보를 포함하며 엄브렐러 셀 제어 채널에서 발견된 정보 및 임의의 상위 셀에 대한 정보를 포함하며, 각각의 마이크로셀 제어 채널에서 발견되는 정보에 기초하여 적절한 셀에 로킹될 수 있다. 요약하면, 다른 상위 또는 하위 셀 구조의 존재여부, 이들 셀 구조의 속성, 및 이들 셀 구조의 발견 장소에 대한 정보는 제어 채널을 통해 이동국에 전파될 수 있다.
적절한 셀을 선택하면, 이동국이 후보 제어 채널에 로크온하고 그 제어 채널과 관련된 셀에 대한 모든 절대 정보를 찾아서, 그 셀이 적절한지의 여부를 판별한다. 또한 이동국은 임의의 인접 셀 및 그들의 제어 채널에 존재하는 메시지를 판독하여 상대 정보의 형태로 동일 정보를 찾을 수 있다.
이동국이 하나 이상의 셀이 최소 요구조건 -예를 들면, 신호링크 품질, 액세스 제한, 서비스 프로파일 등-에 부합된다고 판정하는 경우, 이동국은 모든 제어 채널의 전체 또는 하나의 서브세트를 스캐닝하여 최상의 선택을 할 수 있다. 예를 들면, 이동국은 이퀄라이저의 사용을 필요로 하지 않는 셀 또는 홈 기지국과 같은 전용 셀에 로크온되도록 선택될 수 있다. 일반적으로, 작은 셀은 이퀄라이저를 필요로 하지 않는다. 무선 전파 및 비트율 조건은 이퀄라이저의 필요성을 판별하는 기준이 된다.
표 1은 특정한 제어 채널 상의 정보에 포함될 수 있는 셀의 몇몇의 속성을 나타내고 있다. 하나의 셀은 하나 이상의 제어 채널을 가질 수 있는데, 이러한 경우에서는 통상적으로 셀의 여러 제어 채널 상의 절대 및 상대 정보가 동일하다. 제어 채널에 대한 몇몇 또는 모든 정보는 관심의 대상인 그 제어 채널에 “인접한(close)” 셀들의 다른 제어 채널을 통해 전달될 수 있다. 일반적으로 “인접”은 동일한 전파 도달 범위 영역을 갖는 인접한 셀을 포함하게 된다. 예를 들면, 제2도와 관련하여, 마이크로셀(30)의 제어 채널은 셀(10, 20, 40, 50, 60)에 관한 정보를 전파할 수 있다.
표1에서, 제1 컬럼은 제어 채널을 통해 전파될 수 있는 셀 및 제어 채널에 관한 정보의 유형을 나타낸다. 컬럴 2에서의 “Y”는 정보가 이동국이 튜닝된 현재의 제어 채널에 관한 것인 경우 그 정보가 유용하며, 또한 정보가 다른 셀 및 그들 각각의 제어 채널의 절대 및 상대 정보에 관한 것인 경우에도 그 정보가 유용함을 나타낸다. 컬럼 2에서의 “Z”는 정보가 다른 셀들에 관한 상대 정보인 경우 그 정보가 유용한지를 나타낸다.
[표 1]
제어 채널은 제3도에 도시한 바와 같이 “오버헤드 부분(overhead part)” 및 “나머지 부분(other part)”으로 포맷될 수 있다. 오버헤드 부분은 이동국이 액세스를 하기 전에 판독될 필요가 있는 파라미터와 같이 시스템에 관한 일반 정보를 포함할 수 있다. 또한 오버헤드 부분은 특정한 이동국이 그 페이징 채널을 찾는 곳을 식별하는 정보를 포함할 수 있다. “나머지 부분”은 페이징 채널 및 다른 형태의 채널을 포함할 수 있다. 전형적인 제어 채널 구성은 우메다(Umeda) 등에 “이동 통신에서의 무선 제어 채널 배치 방법”이란 명칭으로 허여된 미합중국 특허 제5,081,704호에 기재되어 있다. 이와 같이, 제어 채널 구성 정보는 특정한 제어 채널 메시지에서 그 오버 헤드 정보가 발견될 수 있는 곳 및 페이징 채널이 발견될 수 있는 장소와 같은 정보를 포함할 수 있다.
본 발명의 구체적인 실시예에 따르면, 각 제어 채널이 시간 동기화됨을 표시하는 플래그(flag)는 이동국이 유휴 모드일 때 셀 재선택에 도움이 되도록 다른 제어 채널의 위치 정보에 가산될 수 있다. 이 동기화 정보는 시간차 정보를 포함할 수 있다. 시간차 정보는 여러 형태로 표시될 수 있다. 현재의 제어 채널과 다른 후보 셀의 제어 채널 간의 실제 시간 차는 현재의 제어 채널 상에 포함될 수 있다. 그러나, 실제로 시간차 정보는 시간 차가 제로(0)인지를 나타내는 단일 비트의 정보를 포함할 수 있다.
예를 들어, 하나의 슬롯, 프레임, 수퍼프레임(TDMA 프레임의 집합), 또는 하이퍼 프레임(수퍼 프레임의 집합) 상에 2개의 제어 채널이 정렬되는 경우, 또는 시간 차가 이동국에 알려지는 경우, 이동국은 그 제어 채널을 발견하고 디코딩하는 장소에 관한 정보가 현재의 제어 채널 상에 포함된 것으로 가정하고, 그 후보 제어 채널(셀)에 신속하게 로킹할 수 있다. 본 발명은 TDMA 시스템에 한정되지 않으며 CDMA를 포함하는 다른 시스템에도 적용될 수 있다. 용량 문제로 인해 제한된 양의 상대 정보만이 제어 채널을 통해 전파되지만, 시간 차 정보는 셀 선택 및 재선택을 보다 신속하게 하며, 이는 시스템의 성능을 향상시킨다. 예컨대, 이동국은 더 짧은 시간 동안 페이징을 인식하지 못 할 수 있다. 따라서, 검색하는 동안의 페이징 수신과 관련된 “데드타임(dead time)”이 감소된다.
직접 순차(DS) CDMA 코드 및 CDMA 파이롯 코드가 상대 정보로서 포함될 수 있다. DS CDMA 코드는 특정 기지국과의 통신을 위한 PN 순차 코드이다. 파이롯 코드는 동기화용의 단코드이며, PN 순차를 찾는 방법에 대한 정보, 즉 적절한 페이싱(phasing) 및 개시 시간을 제공한다.
제어 채널 상에서 배치될 수 있는 정보 사항의 일부 -예컨대, 낮은 이동국 전력 및 최대 이동 송신기 전력 등-는 서로 유사하다.
셀 선택 및 재선택 기준은 수신된 신호 강도와 최소 액세스 임계 신호 레벨 간의 차로 표현되는 경로 손실 기준 파라미터를 포함할 수 있다. GSM 명세서는 이들 기준을 논의하지만, 상대 정보로서 셀 선택 및 재선택 기준을 채용하지는 않고 있다. 통상, 경로 손실 기준 파라미터가 포지티브(positive)이면 그 셀은 수용 가능한 유효 범위 품질의 셀이다. 제2 파라미터는 경로 손실 기준과 연계하여 사용될 수 있다. 제2 파라미터는 적절한 셀의 재선택에 우선권을 판정하며, 경로 손실 기준과 네트워크 제어 파라미터의 결합 정보이다. 네트워크 파라미터는 계층적 셀 구조, 예를 들면 네트워크 운영자가 이동국을 그 이동국이 가장 강한 신호를 수신하는 셀이 아닌 어떤 다른 셀에 할당하고자 원하는 경우의 마이크로셀 및 매크로셀 구조를 위한 셀 선택을 제어한다.
상기 셀 선택 및 재선택 기준은 제어 채널을 통해 송출된 절대 또는 상태 파라미터를 가진 각 제어 채널 상에 수신된 신호 강도의 측정값을 포함할 수 있다. 상이한 제어 채널들의 측정값 및 파라미터 집합을 비교함으로써, 이동국은 가장 적절한 셀을 선택할 수 있다. 또한, 후보 셀의 서비스 프로파일을 통해 제어채널(셀)의 선택을 판정할 수 있다. 서비스 프로카링 정보는 반 비율(half rate) 또는 전 비율(full rate) 스피치 코더가 사용되고 있는지의 여부, 데이타 비트 전송 비율, 및 셀이 통제할 수 있는 데이타 형태 -즉, 데이타, 음성 그리고 데이타 및 음성-와 같은 정보를 포함할 수 있다.
특정 셀의 수신된 신호 강도를 판정하기 위해, 이동국은 특정 셀의 제어 채널로 이동하여 수신된 신호 강도를 측정하게 된다. 따라서, 수신된 신호 강도는 절대 파리미터이며 상대적으로 결정될 수 없다. 결국, 수신된 신호 강도가 필수 파라미터이면, 이동국은 제어 채널에 로킹되기 전에 후보 제어 채널을 통해 수신된 신호 강도에 대한 최종 검사를 해야 한다. 상대 정보는 제어 채널을 표시하고 가능한 적정 제어 채널의 리스트를 감소시키는 데 사용될 수 있다. 따라서, 몇몇 유형의 상대 정보를 가진 이동국은 특정한 기준을 만족시키는 후보의 그룹을 판정한다. 이어서, 이동국이 수용 가능한 신호 강도를 가진 제어 채널을 찾기 위해 적어도 하나의 후보 제어 채널을 액세스한다. 신호 링크 요구 조건과 관련된 몇몇의 파라미터가 상대 정보로서 송출될 수 있지만 몇몇 형태의 절대 정보가 필요할 수도 있다.
제어 채널들은 종종 하나의 셀에 대응한다. 그러나, 하나의 셀이 하나 이상의 제어 채널을 가질 수 있으므로, 적절하지 않은 것으로서 제어 채널을 제거하는 것이 반드시 그 셀을 후보 셀로서 제거하지는 않는다.
위치 영역은 제어 채널을 통해 전파될 수 있는 또 다른 파라미터이다. 위치 영역은 이동국이 페이징 동안 위치되는 장소를 판별할 수 있도록 구성된다. 일반적 으로, 이동국은 위치 영역을 변경할 때에는 새로운 기지국에 등록한다.
제어 채널에는 이동국이 가장 적절한 셀에 로킹되는 데 도움을 줄 수 있는 다양한 셀 유형의 정보가 제공될 수 있다. 예를 들면, 몇몇의 셀들은 비상 호출 전용 셀; 비행기 또는 버스와 같은 이동국이 셀을 정의하는 경우의 이동 셀; (예를 들어, 시스템에 부가되고 있는 중이기 때문에 ) 운영자가 테스트하기를 원할 수 있어서, 특정한 이동국에 한정되는 테스트 셀; 한정된 사용자 그룹 (예를 들어, 특정 집안의 일원)에 할당 및 액세스 가능한 홈(home) 기지국; 이동국이 즉시 셀을 필요로 할 때 사용되는, 예컨대 호출을 재설정하는데 사용되는 구제 셀; 관리 유지 목적으로 패쇄된 긴급 셀로 인해 어떤 호출의 설정도 불가능한 금지된 셀(barred cell); 및 그 외의 공용 및 전용 셀 유형과 같이 특정 목적을 위해 이용될 수 있다. 셀 형태 정보는 셀 시스템 정보의 형태를 취할 수 있다. 구체적인 셀 시스템은 일정한 영역 및 일정한 사용자 그룹으로 제한될 수 있는 캠퍼스 시스템 및 다른 서비스, 비용과 전력 요구조건을 갖는 시티 폰 시스템을 포함할 수 있다.
제어 채널을 통해 정보를 전파할 때의 가장 중요한 고려 사항은 제어 채널을 통해 하나의 메시지로 전파될 수 있는 정보의 양과 관련한 시스템 한계, 즉 제어 채널의 전송 용량이다. 결국, 모든 상대 정보를 전파한다는 것은 일반적으로 실현 불가능하거나 또는 불필요하다. 따라서, 필요한 상대 정보와 제어 채널 용량 간에 교환 조건이 이루어지지 않으면 안된다. 한 극단에서, 어떤 상대 정보도 제공되지 않은 경우, 이동국은 초기 셀 선택 및 셀 재선택을 위한 정보를 찾기 위해 모든 후보 제어 채널에 로크온하지 않으면 안된다. 또 다른 극단에서, 이동국은 단일 제어 채널에 튜닝되어 양호한 셀을 결정하느데 필요한 모든 정보를 수신할 수 있다. 이러한 경우에서는, 이동국은 인접 셀들에 대한 모든 정보를 비교하여 양호한 셀을 선택한다.
본 발명에 따르면, 여러 개의 음성 채널 및 통상 적어도 하나의 제어 채널을 통제하도록 기지국이 설치될 수 있다. 그러나, 셀이 제어 채널을 갖지 않고 핸드오프(handoff) 목적으로만 사용될 수 있음을 예상할 수 있다. 따라서, 호출은 제어 채널을 가지지 않는 셀에서 발생되지 않는다. 제4도는 본 발명의 일 실시예에 따른 구체젝인 셀룰러 이동 무선 전화 시스템의 블럭도를 나타낸다. 이 시스템은 전형적인 기지국(110) 및 이동국(120)을 나타낸다. 기지국은 공중 교환 전화망(도시되지 않음)에 접속된 MSC(140)에 접속되는 제어 및 처리 유닛(130)을 포함한다. 이러한 셀룰러 무선 전화 시스템의 일반적인 양태는 종래 기술 분야에 공지되어 있다. 전형적인 시스템은 웨제케(wejke) 등에 “셀룰러 통신 시스템의 인접 지원 핸드오프(Neighbor-Assisted Handoff)”이란 명칭으로 허여된 미합중국 특허 제5,175,867호에 개시되어 있으며, 그 내용이 여기에 참조로 포함된다.
셀을 위한 기지국(110)은 제어 및 처리 유닛(130)에 의해 제어되는 음성 채널 송수신기(150)에 의해 통제되는 복수의 음성 채널을 포함한다. 또한, 각 기지국은 하나 이상의 제어 채널을 통제할 수 있는 제어 채널 송수신기(160)를 포함한다. 제어 채널 송수신기(160)는 제어 및 처리 유닛(130)에 의해 제어된다. 제어 채널 송수신기(160)는 기지국 또는 셀의 제어 채널을 통해 제어 정보를 그 제어 채널에 로킹된 이동국에 제어 정보를 전파한다.
이동국(120)이 유휴 모드인 경우, 기지국(110)과 같은 기지국들의 제어 채널을 정기적으로 스캐닝하여, 어느 셀에 로크온 또는 캠핑되는지를 결정한다. 이동국(120)은 그의 음성 및 제어 채널 송수신기(170)에 있는 제어 채널을 통해 전파된 절대 및 상대 정보를 수신하다. 그 후, 처리 유닛(180)이 후보 셀의 특징을 포함하는 수신된 제어 채널 정보를 평가하여 이동국이 어느 셀에 로킹되어야 하는지를 판정한다. 수신된 제어 채널 정보는 관련된 셀에 관한 절대 정보뿐만 아니라, 제어 채널이 관련된 셀에 인접하는 다른 셀에 관한 상대 정보도 포함한다. 제어 채널에 나타날 수 있는 정보의 형태는 전술한 표1에 기재되어 있다.
기존의 이동 유닛은 제어 채널 체계의 설계에 있어서 유통성의 제약이 있다. 예를 들면, 이동 유닛의 실제 전력 용량은 현재 유닛의 크기 및 에너지원의 특성에 의해 제한된다. 본 발명은 발명의 보다 다양한 양태를 쉽게 실시할 수 있는 미래의 이동 유닛의 중요한 일부분이 될 수 있을 것으로 기대하고 있다.
지금까지 본 발명의 특정 실시예를 기술해 왔지만, 본 기술 분야에 숙련된 자라면 본 기술 분야의 영역 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 수정 및 변형이 가해질 수 있음을 알 수 있을 것이다.

Claims (14)

  1. 이동국 및 복수의 셀-상기 복수의 셀 각각은 각각의 제어 채널을 가짐-을 포함하는 무선 통신 시스템에서 제어 채널을 이용하는 방법에 있어서,
    제1 셀에서, 적어도 하나의 셀에 대한 상대 정보-상기 상대 정보는 상기 적어도 하나의 다른 셀의 특성에 관한 것임-를 상기 제1 셀의 제어 채널을 통해 전파하는 단계;
    상기 이동국에서, 상기 상대 정보를 분석하여 상기 상대 정보에 기초하여 상기 적어도 하나의 다른 셀에 로킹(locking)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 상대 정보는 셀 유형 정보, 서비스 프로파일, 이퀄라이저 정보, 시간 동기 정보, 제어 채널 구성 정보, CDMA 파이롯 코드, 그리고 셀 선택 및 재선택 기준중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 상대 정보는 상기 적어도 하나의 다른 셀의 제어 채널이 상기 제1 셀의 제어 채널과 시간 동기화되는지의 여부를 나타내는 플래그(flag) 및 상기 적어도 하나의 다른 셀의 제어 채널과 상기 제1 셀의 제어 채널 간의 시간차를 나타내는 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 상대 정보는 셀 유형 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 셀 유형 정보는 상기 적어도 하나의 다른 셀이 한정된 셀(restricted cell)임을 나타내는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 이동국 및 복수의 셀-상기 각각의 셀은 각각의 제어 채널을 가짐-을 포함하는 무선 통신 시스템의 제어 채널을 이용하는 방법에 있어서,
    제1 제어 정보-상기 제1 제어 정보는 제2 셀에 관한 상대 정보를 포함함-를 제1셀과 관련된 제1 제어 채널 상으로 전파하는 단계;
    제2 제어 정보-상기 제2 제어 정보는 상기 제1 셀에 관한 상대 정보를 포함함-를 상기 제2 셀과 관련된 제2 제어 채널을 통해 전파하는 단계; 및
    상기 이동국에서, 상기 제1 정보와 상기 제2 제어 정보를 비교하고, 상기 상대 정보의 비교 결과에 기초하여 상기 제2 셀에 로킹하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 상대 정보는 상기 제2 셀에서 사용 중인 제2 제어 채널이 상기 제1 제어 채널과 시간 동기화되는지의 여부를 나타내는 플래그 및 상기 제2 제어 채널과 상기 제1 제어 채널 간의 시간차를 나타내는 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 제어 정보 내의 상대 정보와 상기 제2 제어 정보 내의 상대 정보는 수신된 신호 강도 값을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 복수의 셀을 포함하는 무선 통신 시스템의 이동국에서 제어 채널을 이용하는 방법에 있어서,
    제1 셀과 관련된 제어 채널 상에서 제2 셀에 관한 상대 정보-상기 상대 정보는 상기 제2 셀의 특성에 과한 것임-를 포함하는 제어 정보를 수신하는 단계; 및
    상기 제어 정보에 기초하여 상기 제1 셀 및 상기 제2 셀 중 어느 하나에 로킹하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어 정보는 상기 제1 셀 및 상기 제2 셀에 대해 수신된 신호 강도값을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 복수의 셀을 포함하는 무선 통신 시스템의 제어 채널을 이용하는 방법에 있어서,
    셀에 대한 절대 정보를 상기 셀의 제어 채널 상에 전파하는 단계; 및
    적어도 하나의 다른 셀에 대한 상대 정보를 상기 제어 채널 상에 전파하는 단계를 포함하되, 상기 절대 정보 및 상기 상대 정보는 각각 셀 유형 정보, 서비스 프로파일, 제어 채널 구성 정보, 이퀄라이저 정보, 시간 동기 정보, 그리고 셀 선택 및 재선택 기준중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 적어도 하나의 이동국 및 복수의 셀-상기 각각의 셀은 각각의 제어 채널을 가짐-을 포함하는 무선 통신 시스템의 제어 채널용 장치에 있어서,
    제1 제어 정보-상기 제1 제어 정보는 제2 셀에 관한 상대 정보를 포함함-를 제1셀과 관련된 제1 제어 채널 상으로 전파하는 수단;
    제2 제어 정보=상기 제2 제어 정보는 상기 제1 셀에 관한 상대 정보를 포함함-를 상기 제2 셀과 관련된 제2 제어 채널 상으로 전파하는 수단; 및
    이동국에 제공되어, 상기 제1 제어 정보와 상기 제2 제어 정보를 비교하여 상기 제1 및 제2 제어 정보에 따라 선호되는 셀을 결정하고, 상기 선호되는 셀에 로킹하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 채널용 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 제어 정보는 상기 제2 셀에 관한 절대 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 채널용 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 절대 정보 및 상기 제1 상대 정보는 각각 셀 유형 정보, 이퀄라이저 요구 조건, 서비스 프로파일, 제어 채널 구성 정보, 이퀄라이저 정보, CDMA 파이롯코드, 그리고 시간 동기 정보 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 채널용 장치.
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