KR100526526B1 - 셀 서비스 영역을 확장하기 위한 이동통신단말기의 액세스방법 및 이동통신시스템에서의 확장 영역 셀 서비스 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 TDMA(Time division Multiple Access) 타입 이동통신 시스템에서 기지국의 셀 서비스 영역을 확장하기 위하여 이동통신단말기가 처음으로 기지국을 액세스하는 방법에 있어서, 기지국으로부터 기지국의 위치 정보 및 확장 영역 셀 내임을 알리는 정보를 포함하는 확장 영역 셀 시스템 정보를 수신하는 과정과, 상기 기지국의 위치 정보와 자신의 위치 정보를 이용하여 기지국과의 거리를 계산하는 과정과, 상기 계산된 기지국과의 거리를 이용하여 추정 ETA(Extended Timing Advance)를 계산하고, 추정 ETA에 에러를 고려하기 위한 소정의 값을 가공하여 IETA(Initial Extended Timing Advance)를 생성하는 과정을 포함한다.

Description

셀 서비스 영역을 확장하기 위한 이동통신단말기의 액세스 방법 및 이동통신시스템에서의 확장 영역 셀 서비스 방법{ACCESS METHOD OF MOBILE COMMUNICATIO TERMINAL FOR EXTENSION OF CELL SERVICE RANGE AND SERVICE METHOD FOR EXTENDED RANGE CELL IN MOBILE COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 이동 통신 시스템에 관한 것으로 특히 GSM(Global System for Mobile Communication) 시스템에서 확장 영역 셀을 서비스하기 위한 방법에 관한 것이다.

도 1은 GSM 타입의 이동통신시스템의 구성도이다. 이동 통신 시스템은 기지국(BTS: Base transceiver station)들(20,22)을 포함한다. 기지국들(20,22)은 기지국 제어기(BSC : Base Station Controller)(30)에 연결되어 있다. 그리고 기지국들(20,22)은 해당 셀 영역(C1,C2)의 이동통신단말기(MS: Mobile Station)(10,12)와 무선 연결되어 이동 통신 서비스를 제공한다. 기지국 제어기(30)는 이동 통신 교환기(Mobile Telephone Switching Center)(40)에 연결되어 있다. 서비스 노드(SN: Service Node)(50)는 이동통신교환기(40)에 연결되어 이동통신시스템에 대하여 소정의 서비스를 지원한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 이동통신단말기(10)는 셀 C1에 위치하므로 시분할 다중 접속 방식(TDMA: Time division Multiple Access concept)에 따라 소정 무선 채널에 대하여 기지국 BTS(20)에 의해 이동통신 서비스가 제공된다. 물리적 무선 인터페이스는 TDMA 구조에 따라 분배되는데(divided) 즉, 무선 반송파는 타임 슬롯으로 분배된다. 프레임은 8개의 연속적인 타임 슬롯으로 이루어지고 접속이 이루어지면 이동통신단말기는 각 업링크 및 다운링크에 대하여 프레임당 하나의 타임 슬롯으로 구성된 물리 채널을 사용한다.

도 2는 이동통신시스템에서의 버스트 전송 타이밍을 도시하고, 도 3은 타임 슬롯을 포함하는 TDMA 프레임을 도시한다. 구체적으로 도 3의 (a)는 노멀 버스트를 나타내고 (b)는 액세스 버스트를 나타낸다.

GSM 타입 이동통신단말기는 소정의 타임 슬롯에서 기지국과 무선 통신한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 데이터 전송을 위한 각 타임 슬롯에는 542.8㎲가 할당된다. 이러한 짧은 기간(short period)은 147 데이터 비트를 수용한다(accommodate). 실제로는 각 타임 슬롯에 148 비트가 있지만 첫 번째 절반 비트(half bit)와 마지막 절반 비트는 온-오프 RF 스위칭 시간을 위해 제공된다. 각 타임 슬롯은 버스트 형태의 데이터를 포함한다.

도 3에 도시된 바와 같이 노멀 버스트 및 액세스 버스트는 다양한 비트를 포함한다. 노멀 버스트(normal burst)는 RACH(Random Access Channel)를 제외한 트래픽 채널과 제어채널상에서 정보를 전송하는데 이용한다. 노멀 버스트에서 S(stealing flag)는 버스트가 FACCH(Fast Associated Control Channel) 시그널링을 위해 사용되었는 지를 표시하고, Training Sequence는 멀티패스 전송(multipath propagation)을 보상하기 위해 사용되는 26비트 패턴이다. T(tail bit)는 비트 패턴의 시작(start) 및 중지(stop)를 나타내며, GP(guard period)는 빈 공간으로 다른 타임 슬롯과의 오버랩핑을 보호한다. 또한, 액세스 버스트는 이동통신단말기가 기지국에 처음 접속할 때 혹은 핸드 오버시 접속할 때 사용된다. 액세스 버스트는 이동통신단말기가 이동통신시스템에 처음 접속할 때 전파 지연 시간을 알지 못하기 때문에 버스트 전송을 위하여 노멀 버스트보다 긴 GP를 갖는다.

구체적으로 액세스 버스트는 이동통신단말기가 해당 셀에서의 현재의 전파 지연에 대한 유효한 정보를 가지고 있지 않을 경우에만 업링크 방향에서 사용된다. 따라서 액세스 버스트는 기지국에서의 각 수신 윈도우에 맞춰지도록 그 길이가 짧다. 즉, 이동통신단말기로부터의 신호 버스트는 기지국에서 예약된(reserved) 타임 슬롯 내에 수신되어야만 한다.

도 4는 이동통신시스템에서의 전파 지연을 설명하기 위한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 기지국이 도 4의 (a)의 버스트 신호를 이동통신단말기에 전송하면 기지국과 이동통신단말기간의 전파 지연 즉, TD(Timing Delay)에 의해 이동통신단말기는 도 4의 (b)에서와 같은 버스트 신호를 수신한다. 그러므로 이동통신단말기는 기지국에 있어서의 예약된 타임 슬롯 내에 버스트 신호가 수신되도록 하기 위해서는 도 4의 (c)와 같이 "Timing Advance(TA)"만큼 앞서서 버스트 신호를 업링크해야 한다. 그러면 기지국은 도 4의 (d)와 같이 해당 이동통신단말기에 대해 예약된 거의 정확한 타임 슬롯 내에 버스트 신호를 수신할 수 있다. TA(Timing Advance)는 기지국으로부터 이동통신단말기로의 전파 지연×2이다. 즉, 이동통신단말기는 기지국으로부터 TD(Timing Delay)만큼 지연되어 버스트 신호를 수신하기 때문에, 수신된 타이밍은 기지국으로부터의 전파 지연을 가진 타이밍이다. 따라서 이동통신단말기는 기지국에서의 해당 이동통신단말기에 할당된 타임 슬롯에 버스트 신호가 수신되게 하기 위해서는 다운 링크시의 전파 지연과 업링크시의 전파 지연을 모두 고려한 TD(Timing Delay)×2만큼, 즉 TA(Timing Advance)만큼 앞서서 버스트 신호를 전송해야 하는 것이다.

이와 같이 이동통신단말기는 TA를 알아야 정확하게 버스트 신호를 기지국으로 전송할 수 있기 때문에, 기지국에 최초로 액세스할 때에는 TA=0으로 하여 액세스 버스트를 업링크한다. 액세스 버스트는 도 3에 도시된 바와 같이, 빈 공간으로 된 GP가 크기 때문에, 다른 채널에 영향을 주지 않으면서 기지국이 TA값을 계산할 수 있는 정보를 얻게 된다.

여기에서 TA의 최대값은 GSM 타입 이동통신시스템의 경우에는 63비트로서 이는 AB의 GD(guard period)와 관련된다. 이 63비트는 70km에 해당하는 시간 지연이며, 따라서 반경 35km의 셀 영역을 커버할 수 있음을 의미한다.

도 5는 기존의 GSM 타입 이동통신시스템에서 거리에 따른 전파 지연을 나타내는 도면이다. 도 5를 참조하면 이동통신단말기와 기지국 간의 거리에 따라 이동통신단말기로부터의 액세스 버스트가 기지국에서 어느 정도 지연되어 수신되는 지를 알 수 있다. 도 5에서 액세스 버스트의 앞의 절반은 도 3에 도시된 바와 같이 synchronization sequence와 coded Data 등의 데이터를 나타내고 뒤의 절반은 빈 공간으로 된 GP를 나타낸다. 이동통신단말기와 기지국간의 거리가 0km이면 이동통신단말기로부터의 액세스 버스트는 기지국에서 해당 이동통신단말기에 할당된 타임 슬롯에 거의 정확하게 수신된다[도 5의 (a)]. 그리고, 이동통신단말기와 기지국간의 거리가 35km이면 이동통신단말기로부터의 액세스 버스트는 기지국에서 해당 이동통신단말기에 할당된 타임 슬롯에서 빈 공간으로 된 GP는 다른 타임 슬롯 즉, 다른 채널에 오버랩핑된다[도 5의 (b)]. 이 경우 GP는 다른 채널에 영향을 주지 않기 때문에, 기지국은 최대 35km 이내의 이동통신단말기로부터의 액세스 버스트를 수신하면 TA를 계산할 수 있다. 그러나, 이동통신단말기와 기지국간의 거리가 35km보다 커지면, 이동통신단말기로부터의 액세스 버스트는 다른 이동통신단말기를 위해 예비된 타임 슬롯에 수신되기 때문에, 기지국은 이동통신단말기에 이동 통신 서비스를 제공할 수 없게 된다[도 5의 (c) 및 (d)].

이와 같이 GSM 타입의 이동통신시스템에서 기지국은 정해진 영역 이내에 있는 이동통신단말기에 대해 이동통신서비스를 제공하므로, 정해진 영역을 벗어난 이동통신단말기는 이동통신서비스를 제공받기 어렵다. 이를 위해 일정 영역별로 기지국을 설치할 수 있지만, 이는 도시와 같이 가입자가 많은 지역에서는 바람직하지만, 가입자가 거의 없는 지역에서는 무선 자원을 낭비하게 된다.

따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 시분할 다중 접속 방식(TDMA: Time division Multiple Access concept)을 채용한 이동통신시스템에서 기지국의 이동 통신 서비스 영역을 확장하기 위하여 이동통신단말기가 처음으로 기지국을 액세스하는 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 시분할 다중 접속 방식(TDMA: Time division Multiple Access concept)을 채용한 이동통신시스템에서 확장 영역 셀을 서비스하기 위한 방법을 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, TDMA(Time division Multiple Access) 타입 이동통신 시스템에서 기지국의 셀 서비스 영역을 확장하기 위하여 이동통신단말기가 처음으로 기지국을 액세스하는 방법에 있어서, 기지국으로부터 기지국의 위치 정보 및 확장 영역 셀 내임을 알리는 정보를 포함하는 확장 영역 셀 시스템 정보를 수신하는 과정과, 상기 기지국의 위치 정보와 자신의 위치 정보를 이용하여 기지국과의 거리를 계산하는 과정과, 상기 계산된 기지국과의 거리를 이용하여 추정 ETA(Extended Timing Advance)를 계산하고, 추정 ETA에 에러를 고려하기 위한 소정의 값을 가공하여 IETA(Initial Extended Timing Advance)를 생성하는 과정을 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다. 이하 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 6은 본 발명에 따른 이동통신시스템 및 그 확장 셀 서비스 영역을 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명에 따른 확장 영역 셀 서비스를 위한 방법을 도시한 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 기지국(100)이 커버하는 셀 영역(140)은 기존의 영역(점선)(130)보다 확장되어 있다. 이를 확장 영역 셀(Extended range cell)(140)이라고 한다. 기지국(100)은 자신이 서비스하는 영역이 일반적인 셀 영역(130)보다 넓다는 것을 알아야 한다. 즉, 기지국(100)은 일반적인 영역의 셀(130)을 서비스할 때보다 멀리 있는 이동통신단말기(110)와 통신하기 위해 그 파워를 높게 한다. 그러므로, 기지국(100)은 설치될 때부터 확장 영역 셀을 서비스하도록 설계되어야 한다.

이하 본 발명에 따른 확장 영역 셀 서비스 방법을 설명하면, 먼저 기지국(100)은 단계 200에서 확장 영역 셀 내에 있는 이동통신단말기에 확장 영역 셀 시스템 정보(ERCSI: Extended Range Cell System Information)를 제공한다. 왜냐하면 확장 영역 셀 내에 있는 이동통신단말기(110)도 자신이 확장 영역 셀에 있음을 알아야 기지국과 통신이 가능하도록 동작하기 때문이다. 확장 영역 셀 시스템 정보는 이동통신단말기(110)가 확장 영역 셀 내에 있음을 알리기 위한 정보 뿐만 아니라 기지국(100)의 위치 정보를 포함한다. 기지국(100)의 위치 정보는 지리적(geometrical) 위치 정보이다. 기지국(100)의 위치는 설치될 때 정해지므로, 기지국(100)은 자신의 지리적 위치 정보를 용이하게 알고 있다. 예컨대, 지리적 위치 정보는 기지국이 위치한 지점의 위도 및 경도가 될 수 있다.

이동통신단말기(110)는 기지국(100)으로부터 ERCSI를 수신하면, 자신이 확장 영역 셀 내에 있음을 인지하다. 이동통신단말기(110)의 위치 정보는 측정 방법에 따라 수미터에서 수킬로미터까지 넓은 범위의 정확도로 측정이 되어 지고 있으며, 가까운 장래에는 더 정확한 측정이 가능해 질 것입니다. 위치 측정 방법에는 E-OTD(Enhanced Observed Time Difference), GPS(Global Positioning System), A-GPS(Assisted-GPS), DGPS(Differential-GPS), UL-TOA(Uplink Time of Arrival)등이 있다. 이러한 위치 정보는 LCS(Location Services)에도 이용되고 있다. LCS는 이동통신단말기를 기반으로 사람이나 사물의 위치를 정확하게 파악하고, 그 위치와 관련된 부가 정보 서비스 및 이를 위한 시스템을 의미하는데, 본 발명에 따른 확장 영역 셀 서비스도 이러한 LCS에 기반하여 이루어질 수 있다.

이동통신단말기(110)는 단계 210에서 전술한 다양한 방법에 의해 자신의 위치를 파악하고, 자신의 위치와 기지국(100)으로부터 제공된 기지국의 위치를 이용하여 이동통신단말기(110)와 기지국(100) 사이의 거리를 계산한다. 그리고, 이동통신단말기(110)는 단계 220에서 이동통신단말기(110)와 기지국(100) 사이의 거리로부터 ETA(Extended Timing Advance)를 추정한다. 다시 말해, 이동통신단말기(110)는 기지국(100)과의 거리를 이용하여 기지국(100)에서 해당 이동통신단말기를 위해 예약된 타임 슬롯에 수신되도록 버스트 신호를 얼마나 앞서서 전송할 것인가를 추정한다. 그리고 이동통신단말기(110)는 추정한 ETA를 소정의 값을 이용하여 가공하여 IETA(Initial Extended Timing Advance)를 생성한다. 이 소정의 값은 추정 ETA와 실제의 ETA간의 차이를 고려하기 위한 것이다. 즉, 추정 ETA는 실제 ETA와 다를 수 있으며, 그 차이를 추정 에러(estimation error)로 한다. 추정 에러값은 예컨대, 액세스 버스트에서 최대 TA(Timing Advance)의 절반인 32비트가 될 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는 IETA는 추정 ETA(Estimated ETA) - 최대 TA/2의 값을 갖는다. 이러한 추정 에러에 대해 도 8을 참조하여 상세히 설명한다.

도 8은 본 발명에 따라 구해진 추정 ETA에 따라 이동통신단말기와 기지국간에 송수신되는 버스트 신호를 나타낸 도면이다.

전술한 바와 같이, 이동통신단말기(110)는 자신의 위치 정보와 기지국 위치 정보를 이용하여 ETA를 추정한다. 그리고 이동통신 단말기(110)가 추정 ETA를 이용하여 기지국(100)으로 액세스 버스트를 전송한다. 이 추정 ETA(Extended Timing Advance)는 기지국(100)과 이동통신단말기(110)간의 전파 지연 ETD(Extended Timing Delay)의 2배이다. 전술한 바와 같이, ETA는 이동통신단말기(110)의 위치 정보를 이용하여 계산되는데, 위치 정보는 수미터에서 수킬로미터까지의 넓은 범위의 정확도를 갖는다. 따라서, 이동통신단말기(110)는 소정의 오차를 갖는 위치 정보를 이용하여 ETA를 계산하므로, 계산된 ETA에는 추정 에러가 발생하게 된다.

도 8을 참조하면, 기지국(100)이 버스트 신호[도 8의 (a)]를 전송하면 이동통신단말기(110)는 ETD(Extended Timing Delay)만큼 지연되어 버스트 신호를 수신한다[도 8의 (b)]. 그런데, 실제로 이동통신단말기(110)가 기지국(100)으로 추정 ETA를 이용하여 액세스 버스트를 전송할 때[도 8의 (c)], 추정 ETA는 실제의 ETA와 차이가 있기 때문에 기지국(110)에서 수신하는 버스트 신호는 그 차이만큼 수신되어야 하는 타임 슬롯에서 어긋나게 된다[도 8의 (d)]. 예컨대, 추정 ETA가 추정 에러로 인하여 실제의 ETA보다 앞서면 기지국(110)에서 수신하는 버스트 신호의 앞의 유효한 데이터가 손실될 가능성이 있다.

따라서 본 발명에 따라 이동통신단말기(110)는 전술한 바와 같이, 추정 ETA와 실제의 ETA와 차이를 고려하여 추정 ETA로부터 IETA(Initial Extended Timing Advance)를 생성한다.

다시 도 7을 참조하면, 이동통신단말기(110)는 단계 230에서 IETA값을 이용하여 액세스 버스트를 기지국(100)으로 전송한다. 그러면 기지국(100)은 단계 240에서 이동통신단말기(110)로부터 전송된 액세스 버스트의 도달 시간 및 IETA로부터 실제의 ETA값을 계산한다. 본 실시예에 따르면 실제 ETA는 다음 수학식 1과 같다.

ETA= IETA(Estimated ETA - 최대(MAX) TA/2) + 측정 TD(measured TD)

기지국(100)은 단계 250에서 실제의 ETA를 이동통신단말기(110)로 전송한다 이에 따라 이동통신단말기(110)는 기지국(100)으로부터 전송된 실제의 ETA를 이용하여 기지국(100)으로부터 할당된 업링크 채널을 액세스한다.

도 9는 본 발명에 따라 구해진 IETA에 따라 이동통신단말기와 기지국간에 송수신되는 버스트 신호를 나타낸 도면이다.

도 9를 참조하면, 기지국(100)이 버스트 신호[도 9의 (a)]를 전송하면 이동통신단말기(110)는 ETD(Extended Timing Delay)만큼 지연되어 버스트 신호를 수신한다[도 9의 (b)]. 그리고 이동통신단말기(110)가 기지국(100)으로 추정 에러를 고려한 IETA를 이용하여 액세스 버스트를 전송하면[도 9의 (c)], IETA는 추정 ETA를 추정 에러만큼 뒤지게 함으로써 버스트 신호의 앞의 유효한 데이터가 손실되는 일이 없도록 한다[도 9의 (d)].

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

본 발명에 따르면, GSM 타입의 이동통신시스템에서 기지국의 위치 정보와 이동통신단말기의 위치 정보를 이용하여 TA(Timing Advance)를 계산하기 때문에, 기지국의 이동 통신 서비스 영역을 확장할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 GSM 타입의 이동통신시스템의 구성도,

도 2는 이동통신시스템에서의 버스트 전송 타이밍을 도시한 도면,

도 3은 타임 슬롯을 포함하는 TDMA 프레임을 도시한 도면,

도 4는 이동통신시스템에서의 전파 지연을 설명하기 위한 도면,

도 5는 기존의 GSM 타입 이동통신시스템에서 거리에 따른 전파 지연을 나타낸 도면,

도 6은 본 발명에 따른 이동통신시스템 및 그 확장 셀 서비스 영역을 나타낸 도면,

도 7은 본 발명에 따른 확장 영역 셀 서비스를 위한 방법을 도시한 도면,

도 8은 본 발명에 따라 구해진 추정 ETA에 따라 이동통신단말기와 기지국간에 송수신되는 버스트 신호를 나타낸 도면,

도 9는 본 발명에 따라 구해진 IETA(Initial Extended Timing Advance)에 따라 이동통신단말기와 기지국간에 송수신되는 버스트 신호를 나타낸 도면.

Claims (5)

1. TDMA(Time division Multiple Access) 타입 이동통신 시스템에서 기지국의 셀 서비스 영역을 확장하기 위하여 이동통신단말기가 처음으로 기지국을 액세스하는 방법에 있어서,

   기지국으로부터 기지국의 위치 정보 및 확장 영역 셀 내임을 알리는 정보를 포함하는 확장 영역 셀 시스템 정보를 수신하는 과정과,

   상기 기지국의 위치 정보와 자신의 위치 정보를 이용하여 기지국과의 거리를 계산하는 과정과,

   상기 계산된 기지국과의 거리를 이용하여 추정 ETA(Extended Timing Advance)를 계산하고, 추정 ETA에 에러를 고려하기 위한 소정의 값을 가공하여 IETA(Initial Extended Timing Advance)를 생성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 액세스 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 IETA(Initial Extended Timing Advance)를 이용하여 액세스 버스트를 상기 기지국으로 전송하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액세스 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 기지국은 상기 이동통신단말기로부터의 액세스 버스트의 도달 시간 및 IETA(Initial Extended Timing Advance)로부터 실제의 ETA(Extended Timing Advance)를 계산하여 상기 이동통신단말기에 전송하는 것을 특징으로 하는 액세스 방법.
4. TDMA 타입 이동통신 시스템에서 기지국의 확장 영역 셀 서비스 방법에 있어서,

   상기 기지국이 기지국의 위치 정보 및 확장 영역 셀 내임을 알리는 정보를 포함하는 확장 영역 셀 시스템 정보를 이동통신단말기로 전송하는 단계와,

   상기 이동통신단말기가 상기 확장 영역 셀 시스템 정보를 수신하면, 상기 기지국의 위치 정보와 자신의 위치 정보를 이용하여 기지국과의 거리를 계산하는 과정과,

   상기 이동통신단말기가 상기 계산된 기지국과의 거리를 이용하여 추정 ETA(Extended Timing Advance)를 계산하고, 추정 ETA에 에러를 고려하기 위한 소정의 값을 가공하여 IETA(Initial Extended Timing Advance)를 생성하는 과정과,

   상기 이동통신단말기가 상기 IETA를 이용하여 액세스 버스트를 상기 기지국으로 전송하는 과정과,

   상기 기지국이 상기 이동통신단말기로부터의 액세스 버스트의 도달 시간 및 IETA로부터 실제의 ETA를 계산하여 상기 이동통신단말기에 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 확장 영역 셀 서비스 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 이동통신단말기는 상기 기지국으로부터의 실제 ETA(Extended Timing Advance)를 이용하여 상기 기지국에 액세스하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 확장 영역 셀 서비스 방법.