KR100541876B1 - 직교 주파수 분할 다중 접속 셀룰러 시스템에서의핸드오버 방법 및 장치 - Google Patents

직교 주파수 분할 다중 접속 셀룰러 시스템에서의핸드오버 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 직교 주파수 분할 다중접속(OFDMA) 이동통신 시스템에서 핸드오버를 수행하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 핸드오버 방법에 따르면, 사용자 단말기는 새로운 타겟셀에 통화 채널을 전송하기 전에 미리 정해진 심볼 간격과 전력 증감 레벨을 갖는 프리앰블을 타겟셀에 전송한다. 타겟셀의 기지국은 상기 프리앰블을 수신하여 실제 수신된 값으로부터 단말기의 송신 타이밍 조절값과 송신 전력 레벨 제어값을 결정하여 단말기에 전송한다. 상기 송신 타이밍 조절값과 송신 전력 레벨 제어값에 따라 사용자 단말기가 통화 채널 송신을 제어함에 의해, 핸드오버시에도 사용자에 할당된 부반송파들이 가드 인터벌내에 기지국에 수신될 수 있다.
OFDM, OFDMA, 핸드오버, 가드 인터벌, 프리앰블, 공통 슬롯, 제어 채널, 홈셀, 타겟셀

Description

직교 주파수 분할 다중 접속 셀룰러 시스템에서의 핸드오버 방법 및 장치{A method for hand over in OFDMA cellular system and an apparatus used therin}
도 1은 이동 통신 시스템에서 핸드오버의 과정을 도시하는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 핸드오버 방법을 간략히 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 핸드오버 방법에 이용되는 전송 신호를 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에서의 단말기, 타겟셀, 홈셀, 핸드오버 제어장치 사이의 신호 흐름을 도시한 신호 흐름도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 핸드오버 방법에 사용되는 단말기와 기지국의 구성을 각각 도시한 블록도이다.
본 발명은 직교 주파수 분할 다중 접속(orthogonal frequency division multiple access; 이하 OFDMA라 칭함) 시스템에서 핸드오버를 수행하는 방법 및 상기 핸드오버에 사용되는 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 OFDMA 시스템에서 핸드오버중 이동 단말기로부터 셀에 도착하는 부반송파(sub carrier) 주파수들간의 직교성을 확보할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)은 멀티캐리어 변조 방식의 일종으로, 멀티패스(Multi-path) 및 이동수신 환경에서 우수한 성능을 발휘한다.
직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 변조 방식은 데이터 스트림을 직/병렬 변환하여 병렬 데이터를 소정의 주파수 간격으로 정렬된 복수의 부반송파에 실어서 전송하는 변조 방식이다. 따라서, 송신 신호는 복수의 채널로 분산되기 때문에 동일한 전송속도에서 단일 캐리어 방식보다 심볼주기는 길어지게 되므로 멀티 패스(multi path)에 강한 특성을 가지게 된다. 또한, 상기 부반송파들은 서로 직교성(orthogonality)을 가지기 때문에 복조에 있어서도 자신의 채널이 아닌 주파수를 참조하는 것을 방지하게 된다. 따라서, 각 부반송파들은 스펙트럼상에서 겹치는 것이 가능하다.
하지만, 멀티 패스 환경상에서는 하나의 심볼의 전송이 늦어져서 다음 심볼의 간섭을 받을 수 있다. 이러한 심볼간 간섭을 막기 위하여, 전송되는 심볼 구간은 유효 심볼구간과 그 앞에 위치한 가드 인터벌(guard interval)을 포함하게 된다. 따라서, 심볼 전송의 지연이 가드 인터벌보다 짧은 경우에는 심볼간 간섭 문제는 발생하지 않고, 각 부반송파들 사이의 직교성도 보장된다.
이러한 장점으로 인해, 방송 기술 외에도 이동통신에서도 OFDM 변조 기술이 이용된다. OFDM을 기반으로 한 OFDMA 시스템은 인접한 셀들이 동일한 주파수 대역 을 사용하며, 각 사용자에게 부반송파를 할당하는 다중 사용자 접속 방식이다. OFDMA에서는 요구되는 통화 품질을 유지하면서 이동성을 보장하기 위하여 셀간의 핸드오버 기능을 지원한다.
도 1은 이동 통신 시스템에서 핸드오버의 과정을 도시하는 개략도이다.
핸드오버는 이동중인 단말기(10)가 자신이 속하는 홈셀(20)에서 인접한 타겟셀(30)로 이동하는 경우에는 계속 통화로를 유지하기 위하여, 이동하는 셀과 통화로를 변경하여 주는 것이다.
종래의 CDMA 시스템의 핸드오버 방식은 새로운 셀과의 통화채널을 설정한 후에 홈셀과의 통화채널을 해제하는 통화채널 해제 전 설정 (make before break) 방식이었다. 또한, 종래의 무선랜 (wireless LAN)에서 사용되었던 핸드오버 방식은 새로운 셀로 전환한 후 새로이 통화채널을 설정하는 통화채널 설정 전 해제 (break before make) 방식이 있다.
그러나, 종래의 CDMA 시스템에서 적용되었던 핸드오버 절차에 따라 OFDMA 셀룰라 시스템에서 핸드오버를 수행한다면, 이동 단말기로부터 셀로의 상향링크에서 사용자간 직교성 보장에 문제점이 발생하게 된다. 전술한 바와 같이, OFDMA 시스템에서는 수신된 각 부반송파들의 직교성이 보장되기 위하여 일정한 시간차인 가드 인터벌(guard interval) 이내에 부반송파들이 수신되어야 한다. 따라서, 단말기로부터 셀로의 전송 타이밍을 조절해야할 필요가 있다.
그러나, 종래 기술에서는 핸드오버 중인 이동 단말기는 홈셀에서 초기 접속 과정(random access)에서부터 적용된 제어 채널들을 통하여 전송 타이밍을 조절하 였으나, 핸드오버 과정후의 타겟셀은 이동 단말기에 대한 정보가 부족하여, 초기에 적절한 전송 타이밍 조절 및 초기 전력 설정에 어려움을 겪게 된다.
따라서, 기존 CDMA 셀룰라 시스템의 핸드오버 방식을 OFDMA 셀룰라 시스템의 핸드오버 방식에 적용한다면, 부반송파사이의 직교성 보장이 어렵고, 과도한 핸드오버 프로세스 타임이 소요되는 문제점이 존재한다.
본 발명은 전술한 과제를 해결하기 위한 것으로서, OFDMA 방식이 적용되는 셀룰라 시스템에서 핸드오버가 발생하는 경우, 상향링크의 사용자간 직교성을 보장하기 위한 타이밍 조절이 가능하고, 적절한 초기 전송 전력을 설정할 수 있는 핸드오버 장치 및 방법을 제공한다.
전술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 특징에 따른 핸드 오버 방법은, 핸드오버 제어 장치가 핸드오버 수행을 명령하는 단계;
사용자 단말기가 미리 정해진 심볼 간격과 전력 증감 레벨을 가진 프리앰블을 타겟셀로 전송하는 단계;
상기 타겟셀이 수신된 프리앰블에 따라서 상향링크 송신 타이밍 조절값과 송신 전력 제어값을 결정하는 단계;
상기 타겟셀이 상기 송신 타이밍 조절값과 송신 전력 제어값을 포함하는 무선링크 제어 명령을 상기 사용자 단말기로 전송하는 단계; 및
상기 사용자 단말기가 상기 송신 타이밍 조절값과 송신 전력 제어값에 따라 서 조정된 통화채널을 타겟셀에 전송하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 프리앰블의 미리 정해진 심볼 간격과 전력 증감 레벨 정보를 사용자 단말기와 타겟셀이 공유할 수 있으며, 상기 송신 타이밍 조절값과 송신 전력 제어값은 미리 정해진 시간 범위 내에 사용자 단말기의 통화 채널이 다른 사용자의 통화 채널과 함께 타겟셀로 수신되도록 결정되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 특징에 따른 이동통신 단말기는, 미리 정해진 심볼 간격과 전력 증감 레벨을 갖는 프리앰블을 생성하는 프리앰블 생성부; 타겟셀로 통화 채널을 설정하기 전에 상기 프리앰블을 타겟셀로 전송하는 송신부; 상기 타겟셀로부터 상기 프리앰블 수신 결과에 따른 무선링크 제어 명령을 수신하는 수신부; 및 상기 수신된 무선링크 제어 명령에 따라 통화채널의 송신 타이밍과 송신 전력을 제어하는 단말기 제어부를 포함한다.
또한, 본 발명의 특징에 따른 이동통신 기지국 장치는, 핸드오버 수행 명령후 통화채널 설정 이전에, 사용자 단말기로부터 프리앰블을 수신하는 수신부; 상기 프리앰블의 측정 결과로부터 사용자 단말기의 상향링크 송신 타이밍 조절값과 전력 제어값을 결정하는 기지국 제어부; 및 상기 송신 타이밍 조절값과 전력 제어값을 포함하는 무선링크 제어 명령을 상기 사용자 단말기로 송신하는 송신부를 포함한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여 기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
이제 본 발명의 실시예에 따른 핸드오버 장치 및 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 핸드오버 방법을 간략히 도시한 흐름도이다.
이동 단말기가 홈셀에서 타겟셀로 이동하면, 이동 교환기(MSC 또는 MTSO)등에 존재하는 핸드오버 제어장치는 핸드오버 조건이 충족되면, 핸드오버 수행을 명령한다(S10).
핸드오버 제어장치가 핸드오버 명령을 타겟셀을 거쳐 이동 단말기에 전송하면, 이동 단말기는 상향링크의 데이터 프레임의 공통 슬롯을 통하여 프리앰블(preamble)을 미리 정해진 심볼 간격과 전력 증감 레벨에 따라 전송하게 된다(S20).
타겟셀은 핸드오버 중인 이동 단말기로부터 수신된 핸드오버 프리앰블에 기초하여, 이동 단말기에 대한 전송 타이밍 조절값과 적절한 초기 전송 전력값을 결정한다. 그리고 나서, 타겟셀은 하향링크 채널을 이용하여 이동 단말기의 송신 타이밍과 초기 전송 전력의 무선링크 설정을 위한 제어명령을 전송한다(S30).
이동 단말기는 핸드오버 프리앰블에 대한 응답으로 무선링크 제어 명령을 수 신하면, 무선링크 제어 명령내의 타이밍 조절값과 전력 제어값을 추출하여 송신 타이밍과 송신 전력의 제어를 수행한다(S40).
단계(S40)가 완료되면, 핸드오버 완료 보고를 타겟셀을 통하여 핸드오버 제어장치로 전송한다(S50).
상향링크의 송신 타이밍과 초기 전력이 제어되고, 핸드오버가 완료되면, 이동 단말기는 타겟셀과 새로은 통화 채널을 통해 통신을 수행한다(S60).
전술한 방법에 따라, 핸드오버가 완료되기 전에 이동 단말기는 프리앰블을 이용하여 상향링크의 송신 타이밍과 초기 타이밍을 결정할 수 있는 정보를 기지국에 제공하게 된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 핸드오버 방법에 이용되는 프리앰블의 예를 도시하고 있다.
이동 단말기(100)는 핸드오버 명령을 받으면 통화 정보의 전송에 앞서 공통슬롯(300)을 이용하여 미리 정해진 타이밍에 소정 전력 레벨을 갖는 프리앰블(310)을 타겟셀의 기지국(200)에 전송한다. 상기 프리앰블의 타이밍 정보와 전력 레벨 정보는 기지국(200)과 이동 단말기(100)가 공유한 상태이므로, 상기 기지국(200)은 실제로 수신한 프리앰블의 타이밍 정보와 전력 레벨 정보를 미리 정해진 타이밍 정보와 전력 레벨정보와 비교하여 타이밍 조절값과 전력 제어값을 생성한다. 상기 타이밍 조절값과 전력 제어값은 프리앰블 정보에 대응하는 값이 미리 저장된 룩업테이블로부터 결정될 수 있으며, 실제 수신값과 저장된 값을 비교하여 미리 정해진 수학식에 의해 계산되어질 수도 있다. 이러한, 타이밍 조절값과 전력 제어 정보는 미리 정해진 프리앰블 정보를 실제 수신한 값과 비교하여 타이밍 조절값과 전력 제어값을 결정하는 어떠한 방법이라도 가능하다.
상기 타이밍 조절값과 전력 제어값이 결정되면, 무선링크 정보(400)가 하향링크의 제어채널을 통해 이동 단말기(100)로 전송된다.
도 4는 본 발명의 실시예에서 단말기, 홈셀, 타겟셀 및 핸드오버 제어장치 사이의 신호 흐름을 도시한 신호 흐름도이다.
전술한 바와 같이 핸드오버가 이뤄지는 이동통신 시스템은 사용자 단말기, 홈셀, 타겟셀, 핸드오버 제어장치를 포함한다.
사용자 단말기가 홈셀에 있는 경우에는 홈셀과 통화채널이 설정되어 통화가 되는 동시에(S100), 핸드오버 제어장치로부터 주변셀의 핸드오버 관련 임계값 정보를 브로드캐스팅 채널을 통해 수신하게 된다(S110).
상기 브로드캐스팅 채널을 통해 수신된 핸드오버 관련 정보에 기초하여 각각의 사용자 단말기는 주변셀과 홈셀의 하향 링크 채널 품질을 홈셀에 보고하고, 홈셀은 상기 하향링크 채널 품질을 핸드오버 제어 장치에 전송한다(S120).
핸드오버 제어장치는 핸드오버 제어장치는 사용자 단말기로부터 보고된 홈셀 및 주변셀의 하향링크 채널품질 정보를 이용하여 핸드오버를 위한 셋(set)을 수행하고, 사용자 단말기를 위한 최적의 셀을 선정한다(S130).
핸드오버 제어장치는 최적의 셀로 선정된 타겟셀에 핸드오버를 위한 무선자원 할당을 요청하고(S131), 타겟셀은 핸드오버 중인 사용자 단말기를 무선자원의 할당이 완료되면 이를 핸드오버 제어장치에게 보고한다(S132).
타겟셀로부터 핸드오버를 위한 무선자원 할당 완료 응답을 수신한 핸드오버 제어장치는 홈셀, 타겟셀, 그리고 사용자 단말기에게 핸드오버를 명령한다(S140). 핸드오버 명령을 수신한 사용자 단말기는 상향링크로 핸드오버 프리앰블을 전송하고(S150), 핸드오버 중인 사용자 단말기로부터 핸드오버 프리앰블을 수신한 타겟셀은 사용자 단말기의 송신 타이밍, 초기 전송 전력 등의 무선링크 설정을 위한 제어정보를 전송한다(S160).
하향링크 채널을 통하여 무선링크 설정을 위한 제어정보를 수신한 사용자 단말기는 타겟셀을 통하여 핸드오버 제어장치로 핸드오버가 완료되었음을 보고하고(S170), 핸드오버 제어장치는 사용자 단말기와 통화중이었던 홈셀에게 무선자원 해제를 요청한다(S181). 그러면, 홈셀은 핸드오버 제어장치로부터 핸드오버 중인 사용자 단말기에 대한 무선자원을 해제하고 이를 핸드오버 제어장치로 보고한다(S182). 사용자 단말기는 타겟셀과 통화를 설정한 후 홈셀과의 통화를 중단하고 타겟셀과 통신한다(S190).
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 핸드오버 방법에 사용되는 단말기와 기지국의 구성을 각각 도시한 블록도이다.
도 5a에 도시된 단말기(100)는 단말기 제어부(110), 디지털 신호 송수신부(120), 아날로그 신호 송수신부(130)를 포함한다. 상기 단말기 제어부(110)는 송신 타이밍 제어부(111)와 송신 전력 제어부(112)를 포함하고, 상기 디지털 신호 송수신부(120)는 프리앰블 생성부(122)를 구비한 송신부(121)와 수신부(123)를 포함한다.
도 5b에 도시된 기지국(200)은 기지국 제어부(210), 디지털 신호 송수신부(220), 아날로그 신호 송수신부(230)를 포함한다. 상기 기지국 제어부(210)는 송신타이밍 결정부(211)와 송신 전력 결정부(212)를 포함한다.
전술한 핸드오버 방법에 기초하여 상기 단말기와 기지국의 동작을 설명하면 이하와 같다.
도 5a에 도시된 단말기(100)가 핸드오버 장치로부터 핸드오버 명령을 수신하면, 디지털 신호 송신부(121)내의 핸드오버 프리앰블 생성부(122)는 미리 정해진 심볼 간격과 전력 증감레벨에 따라 프리앰블을 디지털 신호 송수신부(120)와 아날로그 신호 송수신부(130)를 이용하여 기지국으로 전송한다.
상기 프리앰블은 기지국측 아날로그 신호 송수신부(230)와 디지털 신호 송수신부(220)를 거쳐 기지국 제어부(210)에 전송된다. 기지국 제어부(210)가 상기 프리앰블을 수신하여 분석한 후, 송신 타이밍 결정부(211)와 송신 전력 결정부(212)는 상향링크의 송신 타이밍 조절값과 초기 전력 제어값을 결정하여 이를 디지털 신호 송수신부(220)와, 아날로그 송수신부(230)를 이용하여 제어채널을 통해 무선링크 제어명령 형태로 사용자 단말기(100)에 전송한다.
사용자 단말기(100)는 무선링크 제어명령으로부터 상기 송신 타이밍 조절값과 초기 전력 제어값을 추출하여 송신 타이밍 제어부(111)와 송신 전력 제어부(112)에 제공하고, 상기 단말기 제어부(110)는 상기 송신 타이밍 조절값과 초기 전력 제어값에 따라 송신부(121)를 제어한다.
상기 송신부 제어에 의해, 사용자 단말기는 송신 타이밍 값과 초기 전력값이 조정되어 기지국으로 상향링크 채널을 형성하게 된다.
따라서, 본 발명의 실시예에 의하면, 핸드오버후에 타겟셀과 최초로 통화로가 설정될 때, 현재 사용자 단말기 환경을 고려하여 상향링크 송신 타이밍과 송신 전력이 조정되므로, 부반송파들이 가드 인터벌내에 수신될 수 있기 때문에, 부반송파사이의 직교성을 보장할 수 있게 된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
전술한 본 발명의 구성에 의하면, OFDMA 통신 시스템의 핸드오버시에 타겟셀이 사용자 단말기의 정보를 확보하여 타겟셀에서의 사용자간의 직교성을 보장할 수 있는 현저한 효과를 가진다.

Claims (9)

  1. 이동통신 시스템에서 사용자 단말기를 홈셀로부터 타겟셀로 핸드오버하는 방법에 있어서:
    핸드오버 제어 장치가 핸드오버 수행을 명령하는 단계;
    사용자 단말기가 상기 타겟셀과 통화 채널을 형성하기 전에, 미리 정해진 심볼 간격과 전력 증감 레벨을 가진 프리앰블을 상기 타겟셀로 전송하는 단계;
    상기 타겟셀이 수신된 프리앰블에 따라서 상향링크 송신 타이밍 조절값과 송신 전력 제어값을 결정하는 단계;
    상기 타겟셀이 상기 송신 타이밍 조절값과 송신 전력 제어값을 포함하는 무선링크 제어 명령을 상기 사용자 단말기로 전송하는 단계; 및
    상기 사용자 단말기가 상기 송신 타이밍 조절값과 송신 전력 제어값에 따라서 조정된 통화채널을 타겟셀에 전송하는 단계를 포함하는 핸드오버 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프리앰블의 미리 정해진 심볼 간격과 전력 증감 레벨 정보를 사용자 단말기와 타겟셀이 공유하는 핸드오버 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신 타이밍 조절값과 송신 전력 제어값은 미리 정해진 시간 범위 내에 사용자 단말기의 통화 채널이 다른 사용자의 통화 채널과 함께 타겟셀로 수신되도록 결정되는 핸드오버 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 프리앰블은 상향링크 데이터 프레임에 지정된 공통 슬롯을 이용하여 전송되는 핸드오버 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 무선링크 제어 명령은 하향링크 제어 채널을 이용하여 전송되는 핸드오버 방법.
  6. 핸드오버를 지원하는 이동통신 단말기에 있어서:
    미리 정해진 심볼 간격과 전력 증감 레벨을 갖는 프리앰블을 생성하는 프리앰블 생성부;
    타겟셀로 통화 채널을 설정하기 전에 상기 프리앰블을 타겟셀로 전송하는 송신부;
    상기 타겟셀로부터 상기 프리앰블 수신 결과에 따른 무선링크 제어 명령을 수신하는 수신부; 및
    상기 수신된 무선링크 제어 명령에 따라 통화채널의 송신 타이밍과 송신 전력을 제어하는 단말기 제어부를 포함하는 이동통신 단말기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 무선링크 제어 명령은 단말기의 상향링크 송신 타이밍 조절값과 전력 제어값을 포함하는 이동통신 단말기.
  8. 핸드오버를 지원하는 이동통신 기지국 장치에 있어서:
    핸드오버 수행 명령후 통화채널 설정 이전에, 사용자 단말기로부터 프리앰블을 수신하는 수신부;
    상기 프리앰블의 측정 결과로부터 사용자 단말기의 상향링크 송신 타이밍 조절값과 전력 제어값을 결정하는 기지국 제어부; 및
    상기 송신 타이밍 조절값과 전력 제어값을 포함하는 무선링크 제어 명령을 상기 사용자 단말기로 송신하는 송신부를 포함하는 이동통신 기지국 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 무선링크 제어명령은 하향링크 제어채널을 이용하여 전송되는 이동통신 기지국 장치.
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