KR100378751B1 - 계층적 무선 통신 시스템 및 방법 - Google Patents

계층적 무선 통신 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

계층적 무선 통신 시스템(100)은 "커버리지 존", 즉 커버리지 셀(102-108) 및 "트래픽 존", 즉 트래픽 셀(110-122)을 사용한다. 트래픽 셀(110-122)은 방송 채널 캐리어가 필요하지 않다. 본 발명에 따라, 호출 요청이 이동국에 의해 발신되고 이동국에서 종단되면 커버리지 셀(102-108) 중 하나에 수신되고(202), 호출이 트래픽 셀(110-122)내의 트래픽 채널 캐리어 중 하나에 의해 처리될 수 있는지에 대하여 판정이 행해진다(208). 호출이 이들 트래픽 채널 캐리어 중 하나에 의해 서비스될 수 있다면, 그 호출 서비스를 위해 특정 트래픽 채널 캐리어의 할당이 이루어진다(214). 그렇지 않은 경우, 호출은 커버리지 셀(102-108) 중 하나에 할당된 트래픽 채널 캐리어로 할당된다.

Description

계층적 무선 통신 시스템 및 방법{LAYERED WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM AND METHOD}
무선 통신 시스템으로는, 예를 들어 셀룰러 무선 전화 시스템이 매우 잘 알려져있다. 이들 시스템은 육상 기반 무선 송수신국(land based radio trasceiver station) 또는 기지국과, 이동 무선 송수신국 또는 이동국(mobiles) 간에 무선 주파수(radio frequency) 전송 기술을 이용하여 통신 서비스를 제공한다. 따라서, 각 기지국 및 이동국은 통신 자원, 즉 무선 링크 및 표준 통신 프로토콜을 이용하여 음성, 데이터, 또는 다른 정보를 통신하기 위한 무선 송수신기를 포함한다. 예를 들어, 셀룰러 무선 전화용인 이러한 복수의 프로토콜들로는, 저대역 선진 이동 전화 시스템(Narrowband Advanced Mobile Phone System; NAMPS), 선진 이동 전화 시스템(Advanced Mobile Phone System; AMPS), 이동 통신용 글로벌 시스템(Global System for Mobile Communications; GSM), 개인 통신 시스템(Personal Communication System; PCS), 미국 디지털 셀룰러(United States Digital Cellular; USDC), 또는 코드 분할 다중 액세스(Code Division Multiple Access;CDMA) 프로토콜이 있다.
이들 무선 통신 시스템의 공통된 특징은, 넓은 지리적(geographic) 영역이 보다 작은 영역("셀")으로 분할되고, 작은 영역("셀")은 기지국에 의해 서비스를 받고 있다는 점이다. 넓은 지리적 영역을 세분하여 만들어진 셀을 사용함으로써, 무선 주파수 자원을 효율적으로 사용하여, 강화된 지리적 커버리지가 가능하다. 예를 들어, 하나의 셀에 할당된 무선 주파수 자원은 자원들의 간섭 없이도, 그 셀로부터 충분한 거리에 위치된 셀들에서 재사용될 수 있다. 셀룰러 통신 시스템의 설계 및 구현 중에, 셀에 통신 자원을 할당하기 위한 철저한 계획이 수립되어, 충분한 용량성, 즉 주어진 시간에 예상된 복수의 호출을 처리하기 위해 셀내에 충분히 많은 자원을 할당하는 것을 보장하고, 하나의 셀에 할당된 통신 자원은 주변 또는 인접 셀에 수용 불가능한 레벨의 간섭을 발생시키지 않는 것을 보장할 수 있다.
셀룰러 시스템이 대중화되어 감에 따라, 시스템 용량을 증가시킬 필요가 생겼다. 대(大) 용량을 제공하는 셀룰러 시스템의 장점은, 기지국과 무선국의 전송 파워를 제한함으로써, 셀 크기가 줄어들 수 있어서, 통신 자원의 보다 많은 재사용을 가능하게 한다는 데에 있다. 주어진 지리적 영역내에서 통신 자원을 보다 많이 재사용한다는 것은 그 용량이 증가되었다는 것과 같은 의미이다.
특히 소형 셀을 이용하는 하나의 셀룰러 시스템 타입을, 매우 작은 지리적 크기의 "피코셀(picocell)"을 포함한 "피코셀룰러" 시스템이라 부른다. 피코셀룰러 시스템은 건물 내의 셀룰러 무선 전화 시스템으로서 특히 유리하게 이용된다는 것을 알 수 있었다. 건물 토폴로지(building topolgy) 때문에, 하나의 건물 내에무선 통신 시스템을 구현하는 데에는 많은 문제들이 있다. 피코셀룰러 시스템은 주변 "매크로셀룰러(macrocellular)" 환경과 성공적으로 상호작용하기 위할 뿐 아니라, 건물내의 사용자에게 최고의 품질을 제공하기 위한 고도의 최적화를 필요로 한다. 아마 최고의 최적화에 대한 성과 요인으로는 많은 필수 기지국들 각각이 각 피코셀 당 설치되어 있음을 들 수 있을 것이다. 각 피코셀은, "커버리지(coverage)"를 제공하기 위해 피코셀에 방송 제어 채널을 포함한 방송 캐리어(커버리지)를 할당하는 것과, 호출 트래픽을 처리하기 위해 셀 내에 트래픽 캐리어를 할당하는 것을 필요로 한다. 방송 제어 채널은 기지국과 이동국에 의해 서비스를 요청하고 확립하는, 즉 호출을 발생하고 완료하는데, 기지국과 이동국에 의해 이용된다. 일단 서비스가 확립되면, 이동국은 그 호출이 행해진 트래픽 채널 자원에 할당된다.
방송 제어 채널은 전용 채널(dedicated channel)로 불리어진다. 즉, 그 신호 특성 예를 들어 캐리어, 전송 파워, 타이밍 등이 필수적으로 고정되어 있다. 그러나, 방송 제어 채널의 고정되고 특정된 특성들, 즉 캐리어 및 파워는 셀룰러 통신 시스템내에서 그 캐리어를 재사용할 수 있는 가능성을 제한한다. 예를 들어, 통계적으로 향상된 캐리어 재사용을 제공하기 위해, 주파수 호핑 기술을 사용하는 것이 알려져 있다. 그러나, 각 셀에 대하여 고정된 방송 캐리어들을 사용한다면, 이들 캐리어들은 통상, 주파수 호핑 계획에서 재사용을 위해 이용될 수 없다. 또한, 방송 제어 채널의 전송 파워는, 연관된 방송 캐리어를 재사용하여 특히 피코셀룰러 환경에서의 최적화 문제를 심화시킬 수 있는 셀의 실제 지리적 공간을 필요로한다.
따라서, 방송 제어 채널에 연관되고 방송 캐리어에 연관된 재사용의 한계를 극복하고, 그에 따라 증가된 용량과 보다 효율적인 자원 활용을 제공할 수 있는 무선 통신 시스템이 필요하다.
본 발명은 일반적으로 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 계층적 무선 통신 시스템 및 계층적 무선 통신 시스템을 동작시키는 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 계층적 무선 통신 시스템을 도시한 도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 통신 자원을 할당하는 방법을 도시한 순서도.
본 발명은 계층적 셀룰러 통신 시스템에 주안을 둔 여러 개의 바람직한 실시예에 의해 설명되어 있다. 이러한 시스템들은 마이크로셀/매크로셀 환경 뿐 아니라, 건물내의 피코셀룰러 환경을 포함한다. 본 발명은 본 명세서에 설명된 바람직한 실시예와는 별개의 어플리케이션을 가질 것이고, 그 설명은 본 발명을 예시하고 설명하기 위해서만 제공될 것이며, 본 발명을 제한하는 것으로 사용될 수는 없다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도 1을 참조하면, 복수의 셀들을 이용하여 지리적 영역(10)에 무선 통신 서비스가 제공된다. 지리적 영역은 바람직하게는, 무선 통신이 희망되는 건물 내부 및 건물에 바로 인접한 부분, 시(city) 또는 읍(town) 영역, 공항, 또는 임의의 지리적 영역이다. 영역(10)의 커버리지는 복수의 커버리지 셀들, 개별적으로는셀(102), 셀(104), 셀(106), 및 셀(108)을 포함한 계층적 무선 통신 시스템(100)에 의해 제공된다. 커버리지 셀(102-108)의 주요 목적은 커버리지를 제공하고, 필요한 시스템 용량은 제공하지 않는 것이다. 복수의 트래픽 셀들, 개별적으로는 셀(110), 셀(112), 셀(114), 셀(116), 셀(118), 셀(120), 및 셀(122)에 의해 정의된 부가적인 "트래픽 존(traffic zone)"이 영역(10)을 통해 분포되어, 용량을 제공한다. 본 발명에 따르면, 후술되는 바와 같이, 셀(110-122)은 또한, 통신 자원을 효율적으로 재사용하게 한다. 통신 자원 및 통신 채널이 기지국 및 이동국 간의 물리적 링크에 적용되도록 사용된다는 것을 처음부터 인식해야만 한다. 예를 들어, GSM 또는 USDC와 같은 시분할 다중(TDM) 시스템에서, 통신 채널은 특정 캐리어상의 복수개의 타인 슬롯(slot)들 중 하나이다. PCS 또는 CDMA와 같은 코드 분할 다중(CDM) 시스템에서, 통신 채널은 특정 캐리어상의 스프레딩 코드(spreading code)이다. 따라서, TDM 시스템에서, 방송 제어 채널은 하나의 셀내의 고정된 캐리어상의 고정된 타임 슬롯이다. 트래픽 채널은 하나의 셀에 할당된 하나 또는 그 이상의 트래픽 채널 캐리어상의 이용가능한 복수의 타임 슬롯들 중 하나이고, 그렇지 않으면 예를 들어, 방송 캐리어상의 이용가능한 타임 슬롯이다.
셀(102-108)은 셀(110-122)에 비해 대체로 높은 파워로 동작하도록 구성되어 있고, 따라서 셀(102-108)의 각 크기는 셀(110-122)의 각 크기보다 크다. 하기에 충분히 설명되는 바와 같이, 각 셀(102-108)은 방송 제어 채널이 전송되는 방송 캐리어를 포함한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 셀(110-122)은 트래픽 채널 캐리어만을 포함하고, 방송 캐리어 또는 방송 제어 채널은 포함하지 않는다.본 명세서에 더 많이 사용되는 바와 같이, 셀(102-108)은 무선 통신 시스템의 상위층을 정의하는 한편, 셀(110-122)은 무선 통신 시스템(100)의 하위층을 정의한다 또한, 도 1에 나타난 바와 같이, 트래픽 셀(110-122)은 하나 이상의 커버리지 셀(102-108)에 걸쳐 배치되어 있다. 예를 들어, 트래픽 셀(112)은 커버리지 셀(102)과 커버리지 셀(104) 양쪽의 일부를 커버한다. 트래픽 셀(116)은 커버리지 셀(102-108)의 일부를 커버한다. 따라서, 트래픽 채널 자원은 다중 커버리지 셀에 이용가능하도록 만들어져 있다.
각 셀(102-122)은 적절한 기지국 또는 적어도 무선 주파수 전송기 및 수신기를 갖는 기지국과, 안테나 구조와, 본 기술 분야에 공지된 바와 같은 임의의 필수적 제어 소자들을 포함한다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 각 기지국들은 기지국 제어기 또는 적어도 이동 스위칭 센터에 결합되었다는 것을 제외하고는 기지국 제어기와 유사한 디바이스에 결합될 수 있고, 이동 스위칭 센터는 통신 자원을 할당하기 위해 각 기지국의 동작을 보다 더 제어한다. 이에 더하여, 하나 이상의 이동 무선 전화("이동국(mobile)")는 영역(10), 특히 하나 이상의 셀(102-122)의 커버리지의 영역 내에서 동작한다는 것을 알 수 있을 것이다. 즉, 하위층의 셀(110)내에 위치하는 이동국은 상위층의 셀(102)의 커버리지 영역내에도 위치한다.
도 2를 참조하면, 바람직한 방법(200)에 따라 통신 자원의 할당이 이루어진다. 단계(202)에서, 통신 자원에 대한 요청, "채널 요청"이 상위층에서 즉, 셀(102-108) 중 하나에서 수신된다. 단계(204)에서, 신호 및 제어 정보를 요청하는 이동국(requesting mobile)에 통신하기 위해, 각 셀(102-108)로부터 신호(signaling) 채널 자원이 할당된다. 신호화 채널상에서, 이동국은 인접 셀 정보를 모으는 프로세스를 시작한다. 이동국은 셀(102-108) 각각의 방송 제어 채널을 "청취"하고, 각각에 대한 최소한의 신호 강도 정보를 기록함으로써, 이웃 셀 정보를 모은다. 이웃 셀 정보가 이용가능하다면(단계 206), 이동국이 "트래픽 존" 중의 하나에 의해 커버된 영역 즉, 셀(110-122) 중 하나에 의해 커버된 영역내에 위치하는지를 판정하기 위해 이 정보가 사용된다(단계 208). 인접 셀 정보가 이용가능하지 않다면, 단계(210)에서, 트래픽 자원은 상위층상에서, 즉 셀(102-108) 중 하나의 셀로부터 할당된다.
단계(208)로 복귀되어, 이동국이 특정 트래픽 존내에 위치하는지를 판정하기 위해, 이동국 위치 결정 디바이스가 이동국의 위치를 식별하는 데 사용될 필요가 있다. 잘못된 판정으로 인해 qkftod된 트래픽 채널 자원 할당 오류로부터 회복할 수 있도록 처리 과정(procedure)이 고려되기 때문에, 그 판정은 정확할 필요는 없다. 트래픽 존으로의 트래픽 채널 할당이 트래픽 용량 관리 용도로만 이루어졌기 때문에, 이러한 상황에서의 오류는 중요하지 않으며, 할당 오류는 서비스의 손실을 초래하지는 않는다. 트래픽 존으로의 트래픽 채널 할당이 실패하면, 서비스를 제공하기 위해 상위층 트래픽 채널 자원으로의 할당이 이루어질 수 있다.
트래픽 존내의 이동국의 위치를 판정하기 위해 사용될 수 있는 실질적인 임의의 위치 결정 디바이스 및/또는 위치 결정 방법이, 본 발명의 적절한 범위에서 벗어나지 않고 활용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 인접 정보, 즉 이동국 및 위치 결정 매트릭스에 의해 측정된 셀(102-108)내의 각 방송 캐리어의 신호 강도가 사용된다. 방사 지점으로부터의 거리가 멀어질수록, 예를 들어 도 1의 화살표(12, 14, 16, 및 18)에 의해 도시된 바와 같이, 방송 캐리어의 신호 강도는 약해진다. 도 1을 다시 참조하면, 영역(10)내의 상이한 지점에서, 각 방송 캐리어에 대하여 상이한 프로파일(profile)이 측정되고, 기지국, 기지국 제어기 또는 이동 스위칭 센터의 제어를 제공하는 엔터티(entity)내에서 데이터 베이스 구조에 보유된다. 프로파일을 관찰함으로써, 이동국이 현재 영역(10)내에 어디에 위치하는지를 대략 판정할 수 있다. 또한, 그 환경의 손실 특성과 함께, 각 트래픽 채널 캐리어의 전송 파워를 지득함으로써, 특정 트래픽 채널 캐리어에 대한 각 방송 캐리어의 상위 서비스 경계 및 하위 서비스 경계를 나타내는 위치 결정 매트릭스가 구성된다. 위치 매트릭스는 통신 시스템(100)에 의해 자동적으로 보다 세분화될 수 있다. 상술된 바와 같이, 잘못된 할당 판정을 회복하기 위해, 서비스의 손실 없이 회복 매커니즘이 제공된다. 이에 더하여, 트래픽 존 간의 핸드오프를 제공하기 위해 위치 결정 매트릭스가 이용되고, 이동국으로부터 보고된 인접 정보에 기초하여 다른 존으로부터의 정합 프로파일(matching profile)이 얻어진다.
단계(212)에서, 이동국이 트래픽 존, 즉 셀(110-122) 중의 하나에 위치하지 않으면, 상위 레벨상의 트래픽 채널 자원이 할당된다(단계 210). 이동국이 트래픽 존에 위치하면(단계 212), 트래픽 존에 할당된 트래픽 채널 자원 중의 하나로 호출 요청이 할당된다(단계 214).
단계(210) 또는 단계(214) 이후에, 이동국은 상위층 또는 하위층상에 할당된 트래픽 채널을 갖는다. 이동국은 인접 정보를 계속 모으고, 단계(216)에서, 제어 엔터니에 의해 인접 정보의 보고가 이동국으로부터 수신된다. 트래픽 존에 트래픽 채널 자원이 미리 할당된 이동국의 경우(단계 218), 신호가 감쇠된다면 다른 트래픽 존에서, 상위층 트래픽 채널 자원 또는 다른 트래픽 채널 자원으로의 핸드오프가 요구된다(단계 220). 상술된 위치 결정 매트릭스 및 인접 정보에 기초하여 적합한 핸드오프 트래픽 존이 얻어질 수 있다. 또한, 확실한 인접 정보가 부족하여도, 하위층에서 상위층으로의 핸드오프 능력으로 인해, 핸드오프 실패로 인한 서비스의 손실을 방지할 수 있다.
각 방송 캐리어의 프로파일은 이동국의 보고 값과 비교된다. 위치 결정 매트릭스를 이용하여, 가능한 핸드오프 트래픽 존이 식별되고, 트래픽 존으로의 이동국의 핸드오버(handover)가 완료된다(단계 224). 이러한 방식으로, 상위 레벨에서 하위 레벨, 즉 방송 커버리지의 영역에서 트래픽 존으로 이동국이 지속적이며 선택적으로 이동하고, 또한 트래픽 존에서 트래픽 존으로 이동한다.
본 발명에 따르면, 각 트래픽 존은 방송 캐리어를 포함하지 않아서, 트래픽 채널을 위한 통신 자원을 자유롭게 사용할 수 있고 재사용 계획을 간략화할 수 있다. 또한, 이동국은 방송 커버리지의 영역에서 트래픽 존으로 선택적으로 이동한다. 이로 인해, 방송 커버리지의 영역에 할당된 트래픽 채널 자원을 줄일 수 있다. 트래픽 존이 상당히 낮은 전송 파워를 갖기 때문에, 트래픽 채널 자원은 트래픽 존에서 자유롭게 할당되고 재사용될 수 있다. 이 점에 있어서는, 방송 커버리지의 영역에 사용하도록 상대적으로 적은 수의 이용가능한 자원이 트래픽 존에 의해 사용되도록 할당된 트래픽 채널 자원의 그룹이 풀링(pool)될 수 있다. 방송 캐리어로서 사용되고, 따라서 주파수 호핑 및/또는 트래픽 채널 사용에는 이용할 수 없는 복수의 전체 통신 자원들의 수는 상당히 감소되었다. 또한, 트래픽 채널 자원의 질적 재사용이 트래픽 존내에서 가능하게 되었다.
특히, 본 발명은 간섭을 발생시키지 않고, 시스템내의 다중 셀에, 동일한 물리적 캐리어, 즉 동일한 무선 주파수를 할당한다. 본 발명은 이들 셀내의 방송 캐리어에 대한 필요성(requirement)을 제거하기 위해, "트래픽 존", 즉 셀(110-122)을 사용한다. 본 발명에 따라, 호출 요청이 이동국에 의해 발신되거나 이동국에 의해 종단되면, 셀(102-108) 중 하나에서 수신되고, 호출이 임의의 셀(110-122)로부터의 트래픽 채널 캐리어들 중 하나에 의해 처리될 수 있는지에 대하여 판정이 행해진다. 호출이 트래픽 채널 캐리어들 중 하나에 의해 서비스될 수 있다면, 그 호출을 서비스하기 위해 특정 트래픽 채널 캐리어의 할당이 이루어진다. 그렇지 않은 경우, 호출은 셀(102-108) 중 하나로 할당된 트래픽 채널 캐리어에 할당된다.
많은 부수적 변경 및 변형이 본 발명의 범위 및 사상에서 벗어나지 않고, 본 발명에 행해질 수 있다. 몇몇 변경 범위는 상술되었다. 다른 범위들은 첨부된 청구항으로부터 분명해질 것이다.

Claims (10)

  1. 계층적 무선 통신 시스템에 있어서,
    각각이 복수의 트래픽 셀에 트래픽 채널 할당을 지시하기(direct) 위해 방송 채널을 포함하는 복수의 커버리지 셀을 포함하며,
    각각의 트래픽 셀은 방송 채널을 제외한 트래픽 채널만을 가지며, 상기 복수의 트래픽 셀은 상기 복수의 커버리지 셀과 중첩되고, 상기 복수의 트래픽 셀 중 적어도 하나의 트래픽 셀은 상기 복수의 커버리지 셀 중 적어도 2개의 커버리지 셀과 중첩되어서, 이동국이 상기 복수의 트래픽 셀 중 하나의 트래픽 셀에 위치할 때, 상기 복수의 트래픽 셀 중 하나의 트래픽 셀로부터 선택된 트래픽 채널 할당을 지시하는 연관된 방송 채널을 통해, 상기 복수의 커버리지 셀 중 적어도 하나에 의해 호출 요청이 수신되는 계층적 무선 통신 시스템
  2. 제1항에 있어서, 상기 이동국이 상기 트래픽 셀 중 하나의 트래픽 셀 내에 위치하지 않을 때, 상기 복수의 커버리지 셀 중 하나의 커버리지 셀로부터 상기 트래픽 채널이 할당되는 계층적 무선 통신 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 트래픽 채널은 복수의 트래픽 채널 자원으로부터 선택되는 계층적 무선 통신 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 트래픽 캐리어는 제1 복수의 커버리지 셀과 제2 복수의 커버리지 셀에서 동시에 사용되는 계층적 무선 통신 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 계층적 무선 통신 시스템내에서 상기 복수의 커버리지 셀 및 상기 복수의 트래픽 셀에 대해 이동국의 위치를 검출하기 위해 배치된 이동국 위치 결정 디바이스를 포함한 계층적 무선 통신 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 위치 결정 디바이스는 각 트래픽 셀에 대하여 커버리지 셀의 상위 서비스 경계 및 하위 서비스 경계를 제공하는 위치 매트릭스를 포함한 계층적 무선 통신 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 복수의 커버리지 셀 각각은 커버리지 셀의 전송 파워를 가지며, 상기 복수의 트래픽 셀 각각은 트래픽 셀의 전송 파워를 가지고, 각 커버리지 셀의 전송 전력은 각 트래픽 셀의 전송 파워 이상인 계층적 무선 통신 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 복수의 커버리지 셀 각각은 커버리지 셀 영역을 가지며, 상기 복수의 트래픽 셀 각각은 트래픽 셀 영역을 가지며, 각 커버리지 셀 영역은 각 트래픽 셀 영역보다 큰 계층적 무선 통신 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 복수의 커버리지 셀 각각의 상기 커버리지 셀 영역을 포함하는 총 적용 범위 영역을 포함하는 계층적 무선 통신 시스템.
  10. 삭제
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