KR100689476B1

KR100689476B1 - 이동통신용 글로벌 시스템에서의 셀 재선택 방법

Info

Publication number: KR100689476B1
Application number: KR1020050004684A
Authority: KR
Inventors: 류동원
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-01-18
Filing date: 2005-01-18
Publication date: 2007-03-02
Also published as: US20060160541A1; KR20060083756A

Abstract

본 발명은 이동통신용 글로벌 시스템에서의 셀 재선택 방법에 있어서, 현재 서비스 제공 셀과 이웃 셀들에 대한 수신 파워 및 수신 품질을 측정하고, 측정한 현재 서비스 제공 셀과 이웃 셀들의 수신 파워 및 수신 품질을 비교하여 이웃 셀들 중 미리 설정된 기준치에 해당하는 셀을 확인하고, 기준치에 해당하는 셀이 확인되면 해당 셀을 재선택한다.

셀, 재선택, GSM, SNR

Description

이동통신용 글로벌 시스템에서의 셀 재선택 방법{METHOD OF GSM CELL RE-SELECTION}

도 1은 본 발명이 적용되는 셀룰러 무선 시스템의 개략적인 구성도

도 2a, 2b는 셀룰러 무선 시스템의 서비스 적용 지역 및 서비스 제공 지역 내의 셀 구성의 예시도

도 3은 본 발명이 적용되는 이동국의 개략적인 전체 블록 구성도

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동국의 셀 재선택 동작의 흐름도

본 발명은 셀룰러 무선 시스템에서 이동국에 의한 셀 재선택에 관한 것으로서, 특히 GSM/GPRS 단말기에 적용함이 바람직한 셀 재선택 방법에 관한 것이다.

GSM(Global System for Mobile communication) 시스템은 셀룰러 시스템으로 분류되는 디지털 이동전화 시스템으로서, 특히 유럽 및 기타 지역에서 광범위하게 사용되는 디지털 이동전화 방식이다. 이러한 GSM을 기반으로 하여 개발된 GPRS(General Packet Radio Service)는 보다 발전된 패킷 기반의 이동통신 서비스이다.

GSM 시스템(이동 통신용 글로벌 시스템: Global System for Mobile Telecommunications)에서 각각의 기지국은 그것의 주파수가 이웃하는 기지국들에서 달라지는 이른바 방송 제어채널(BCCH: Broadcast Control CHannel)의 할당된 채널로 신호를 송신하며, 이동국들은 수신되는 BCCH 신호들의 세기를 측정하고 그 세기에 근거하여 어느 셀이 무선 연결의 품질에 관련하여 가장 유리한지를 판단한다. 또한, 기지국들은 이동국들이 이웃 셀들의 BCCH 송신을 찾기 위하여 어느 주파수들을 청취해야 할지 알 수 있도록, 이웃 셀들에서 사용되는 BCCH 주파수들에 관한 정보를 이동국들에 송신한다. 각각의 셀에서, BCCH 채널 송신은 이동국들이 호 연결을 이루기 위해 셀에서의 이른바 무작위 접근 요청들을 어떤 식으로 할 수 있는지에 대한 정보를 담고 있다.

이동국은 항상 셀에서 움직이거나 캠프 온(camp on)하는 어떤 기지국을 선택고자 한다. 휴지(idle) 상태에서 셀에 대해 캠프 온하는 목적은, 우선 이동국이 PLMN(Public Land Mobile Network)으로부터의 시스템 정보를 수신하도록 하는 것이다. 그리고 둘째로는 등록시 또는 무선 연결 설정시 캠프 온된 셀의 제어채널에 네트워크를 처음에 액세스함으로써 무선 연결의 설정이 가능하도록 하는 것이다. 그리고 셋째로는 만약 PLMN이 등록된 이동국을 위한 호를 수신하면, 이동국이 캠프되어있는 셀의 등록 영역을 알게 하며 이동국을 위한 페이징 메시지를 등록영역의 모든 셀의 제어채널에 보내도록 한다. 따라서, 이동국은 등록 영역의 셀의 제어채널로 전달된 페이징 메시지를 수신하고 해당 제어채널로 응답할 수 있게 된다. 또한, 이동국이 셀 방송 서비스를 수신하는 것이 가능하게 된다. 즉, 이동국은 인접한 셀의 기지국에 캠프 온하여 해당 기지국으로부터 서비스를 제공받게 되는 것이다.

한편, 이동국은 그 이동성 때문에 휴지 상태에서도 움직임에 따라 셀에서의 변화 또는 셀 간의 변화가 일어나게 된다. 그래서 셀 재선택이 필요하다. 이동국의 셀 재선택을 위해서는 휴지 상태에서 서비스를 제공하는 셀로부터의 서비스가 실패하면 이웃한 셀들에 대한 수신 파워를 측정한다. 그리고 측정된 이웃한 셀들의 수신파워가 적절한 기준치 이상인지를 확인하여 기준치 이상의 셀을 찾아서 해당 셀을 재선택하여 캠프 온한다.

그런데 이러한 셀 재선택 방식은 단순히 모든 셀에 대한 수신 파워만을 가지고 재선택 동작을 수행하므로 수신 품질을 고려하지 않아 실제로 수신 품질은 좋으면서 수신 파워가 나쁜 경우를 반영하지 못하게 된다. 이에 따라 수신 파워는 좋지만 수신 품질은 나쁜 상태의 셀이 재선택될 수 있으며, 그럴 경우에는 MO(Mobile Originated) 콜을 시도할 경우 시그널링 채널을 정상적으로 디코딩할 수 없게 되어 리다이얼링으로 인한 콜 셋업 시간이 길어지거나 콜 실패가 발생할 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 보다 최적의 셀 재선택이 이루어질 수 있도록 하 기 위한 이동통신용 글로벌 시스템에서의 셀 재선택 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 수신 신호 품질을 고려한 이동통신용 글로벌 시스템에서의 셀 재선택 방법을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 이동통신용 글로벌 시스템에서의 셀 재선택 방법에 있어서, 현재 서비스 제공 셀과 이웃 셀들에 대한 수신 파워 및 수신 품질을 측정하는 과정과, 상기 측정한 현재 서비스 제공 셀과 이웃 셀들의 수신 파워 및 수신 품질을 비교하여 상기 이웃 셀들 중 미리 설정된 기준치에 해당하는 셀을 확인하는 과정과, 상기 기준치에 해당하는 셀이 확인되면 해당 셀을 재선택하는 과정을 수행함을 특징으로 한다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다.

도 1은 디지털 셀룰러 시스템의 기본 구조를 도시한다. 전형적으로, 이동통신 네트워크는 적어도 하나의 코어 네트워크(CN: Core Network) 및 하나 이상의 무선 액세스 네트워크(RAN: Radio Access Network)를 구비한다. CN은 다방면의 통신 수단에 더하여 다양한 지능 네트워크를 제공할 수 있는 다양한 중앙 시스템을 구비 한다. CN은 이동 서비스 스위칭 센터(MSC: Mobile Service Switching Center, 예를 들어 GSM내에서 서비스 중인 GPRS 지원 노드 [SGSN], 등) 다른 네트워크 요소들 및 관련 전송 시스템을 구비한다. RAN은 CN과 이동국 사이에 위치한다. RAN은 기지 송수신국(BTS: Base Transceiver Station) 및 무선 네트워크 제어기(RNC: Radio Network Controller)를 구비한다. 각 기지국(BS: Base Station)은 RNC에 고정 접속된다. 이동국(MS: Mobile Station)과 CN 사이에서 하나 이상의 RAN이 동작할 수 있고, 주어진 RAN을 통해 이동국은 CN과 접속될 수 있다.

도 2a는 셀룰러 시스템에 의해 제공되는 서비스 적용 지역을 도시한다. 참조번호 20의 지역은 기본 GSM 서비스 적용범위를 도시하고, 지역(20) 내에 있는 하위 지역(21, 28, 29)은 GPRS 적용지역을 나타낸다. 전형적으로, 각 하위 지역들은 도시 중심일 수 있고, 공항, 또는 특정 회사 구내일 수 있다.

도 2b는 GPRS 기지국(23, 24, 25, 26) 및 하위 적용지역(21)을 더욱 상세하게 도시한다. 도 2b에는 기본 서비스 GSM 기지국을 도시하고 있지는 않지만, 기본 서비스 GSM 기지국의 적용지역은 지역(21) 내에 있다. 도 2b는 GPRS 서비스를 제공하는 지역에서도 GPRS 기지국의 적용지역 내에 있지 않은 지역(27)을 가질 수 있음을 도시한다. 이러한 지역 내에 있는 이동국은 단지 기본 GSM 서비스를 제공하는 기지국에 접속되어야 한다. 더욱이, 기지국 적용지역이 좁은 지역 내에서 이동국이 이동하는 경우, 서비스 중인 기지국은 짧은 간격으로 변경돼야 함을 도 2b에서 볼 수 있다.

셀룰러 무선 시스템 내의 이동국은 항상 무선 접속 품질이 적절하도록 캠프 온하는 기지국 적용지역을 선택하려 한다. 전통적으로, 셀 선택은 이동국 또는 기지국 중의 하나에서 수신 무선 신호 레벨 측정에 기반을 둔다. 예를 들어, GSM 시스템에서, 각 지기국은 인접 기지국과 상이한 주파수를 갖는 소위 방송 제어 채널(BCCH)상에서 신호를 전송한다. 이동국은 수신한 BCCH 신호의 세기를 측정하고 그 측정에 근거하여 무선 접속 품질 측면에서 어느 셀이 가장 효과적인지를 결정한다. 이동국이 이웃 셀의 BCCH 전송을 찾기 위하여 어느 주파수에 맞추어야 하는지를 알 수 있도록 기지국은 또한 이동국이 이웃 셀에서 사용중인 BCCH 주파수에 대해 알려준다. 각각의 셀 내에서, BCCH 채널 전송은 또한 이동국이 접속을 설정하기 위하여 어떻게 특정 셀에 소위 임의 액세스 요구를 할 수 있는 지에 대한 정보를 포함한다.

셀에 캠프 온 되는 동안에 이동국은 주기적으로 신호의 세기나 이웃 셀들의 우량성을 측정한다. 이웃 셀들은 바람직하게는 서비스 제공 셀들에 의해서 방송된 이웃 채널들의 목록에 따라서 찾아진다. 이동국은 최상의 이용가능한 파일럿을 가진 셀을 얻기 위해서 시도한다. 이때, 이동국은 셀 재선택 기준에 기초해서 재선택이 필요한지 여부를 결정한다.

셀 선택 및 재선택은 바람직하게 경로 손실 기준(C1: path loss criterion parameter) 및 재선택 기준(C2: reselection criterion parameter)에 기초한다. 경로 손실 기준은 이동국이 간섭 없이 네트워크와 통신할 수 있는지 즉, 이동국이 문제되는 셀의 양호한 커버리지 범위 내에 위치했는지를 결정하는 데 사용된다. 재선택 기준은 이용 가능한 최상의 셀을 발견하기 위해서 후보 셀들의 상대적인 양호성 레벨을 결정하는 데 사용한다. 이는 상기 경로 손실 기준(C1) 및 네트워크에 의해서 할당된 셀 우선 순위(CELL_RESELECT_OFFSET)을 이용하여 결정된다.

상기 선로 손실 기준(C1)은 이동국의 안테나 커넥터에서의 수신된 특정 셀의 시그널링 채널의 측정된 수신 신호의 세기가 전송 파워에 의해 정해지며 이는 하기 수학식 1과 같이 정의되며, 이동국에서 계산된다. 또한, 현재, 상기 셀 재선택 기준(C2)은 하기 수학식 1과 같이 정해진다. 이때 서로 다른 LAC(Location Area Code)에 속하는 셀 경계에서의 셀 재선택의 핑퐁 현상을 방지하기 위해서 셀 히스테리시스(Hysteresis)와 재선택 제한시간(T: limited time for reselection)을 두고 있다.

C1 = (RXLEV-RXLEV_ACCESS_MIN - Max[MS_TXPWR_MAX_CCH - P, 0]

Serving Cell: C2 = C1 + CELL_RESELECT_OFFSET

Neighboring Cell: C2 = C1 - CELL_RESELECT_OFFSET - TEMPORARY_OFFSET * H (PENALTY_TIME - T)

H(x) = 0 for x < 0

H(x) = 1 for x >= 0

상기에서 CELL_RESELECT_OFFSET은 셀 재선택 매개변수로서, GSM 표준 05.08에서 규정되며, 이는 양수값이 될 수도 있고 음수값이 될 수도 있다. 왜냐하면, 이 매개변소의 값에 따라서 셀간의 재선택을 촉진할 수도 있고(CELL_RESELECT_OFFSET < 0), 제한할 수도 있기 때문이다(CELL_RESELECT_OFFSET > 0). 그런데, 일반적으로 CELL_RESELECT_OFFSET과 TEMPORARY_OFFSET은 통상 시스템 정보인'System Information(SI) 3'을 통해서 이동국으로 전해진다.

상기와 같이 현재의 셀 재선택 방식은 단순히 모든 셀에 대한 수신 파워만을 가지고 재선택 동작을 수행하므로 수신 품질을 고려하지 않아 실제로 수신 품질은 좋으면서 수신 파워가 나쁜 경우를 반영하지 못하게 된다. 이에 따라, 본 발명에서는 수신 파워와 수신 품질(Ec/No: dB단위의 일정 기간 동안 누적된 파일럿 에너지의 수신된 대역폭에서의 총 전력 스펙트럼 밀도에 대한 비)을 고려함으로써, 기지국과 실질적으로 통신이 가능한 셀을 찾도록 한다. 즉, 본 발명에서는 종래의 셀 재선택 알고리즘에서 사용하는 C2 값에 추가로 무선 채널의 수신 품질을 반영할 수 있는 값을 추가한다. 이에 따라 본 발명에서는 GSM 단말기가 휴지 상태에서 GSM L1 버스트 매트릭스(burst Metrics)에 담긴 서비스 제공 셀(Serving Cell)의 파워 레벨(dBm)과 SNR(Signal to Noise Ratio, dBm) 정보를 서비스 제공 셀 C2값을 계산하는 데 반영한다. 이웃 셀(Neighbor Cell)의 C2를 계산할 때에는 'GSM L1 Neighbor Cell BCCH Burst Metrics'에서 이웃 셀의 수신 파워와 수신 품질을 반영한다. 본 발명에 따른 셀 재선택 기준(C2)은 하기 수학식 2와 같이 정해진다.

상기에서 SNRs는 현재 서비스 제공 셀의 SNR 정보이며, SNRn은 이웃 셀의 SNR 정보이다.

하기 수학식 3과 같이, 이웃 셀이 얼마간의 기간 동안 서비스 제공 셀보다 높은 C2 값을 가질 때 셀 재선택이 이루어질 수 있다.

상기에서 CELL_RESELECT_HYSTERESIS는 셀 재선택 히스테리시스 값으로서 셀 재선택 동작이 빈번히 일어나는 것을 막기 위함이다. 즉, CELL_RESELECT_HYSTERESIS는 실제로 LAC가 바뀌는 영역에서 셀 재선택 핑퐁 현상을 막기 위해서 설정된 값으로서, 이 매개변수보다 커야지만 다른 LAC(이동국의 LAC가 바뀌면 Location update 절차를 수행함)에 속하는 이웃 셀로 재선택이 이루어지게 된다. 이때 이 매개변수는 시스템 정보인 'System Information(SI) 3'을 통해서 이동국으로 전해지고 있다.

상기와 같이 본 발명에 따른 셀 재선택 동작이 수행될 수 있으며, 이하 첨부 도면을 참조하여 이를 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명이 적용되는 이동국, GSM 단말기의 개략적인 전체 블록 구성도로서, 먼저 도 3을 참조하여, 본 발명이 적용되는 단말기의 구성을 살펴보기로 한다. 도 3을 참조하면, 무선송수신부(150)는 제어부(100)의 제어하에 주파수 대역의 무선 채널로 수신되는 주파수 신호가 안테나를 통해 수신되면, 이를 데이터처리부(140)에서 대역 하강 변환하고 데이터의 종류를 구별하여 제어부(100)로 출력한다. 무선송수신부(150)로부터 제어부(100)로 출력되는 데이터는 문자 데이터 또는 페이징 채널을 통해 수신되는 페이징 신호 및 시그널링 신호들이 된다.

키입력부(180)는 다수의 숫자키와 각종 기능을 수행하기 위한 기능키들로 이루어져 있으며, 사용자의 키 입력에 의해 키 데이터의 전기적 신호를 제어부(100)로 출력한다. 오디오처리부(160)는 일반적으로 보코더(VCODER)로 구성되며, 제어부(100)의 제어하에 구동된다. 오디오처리부(160)는 무선송수신부(150)로부터 수신되는 코드화된 음성 데이터를 디코딩하여 전기적인 음성 신호로 변환한 후 스피커로 출력한다. 그러면 스피커는 수신된 전기적인 음성신호를 가청음으로 변환하여 출력하게 된다. 또한, 오디오처리부(160)는 마이크로부터 수신되는 전기적인 음성신호를 부호화하여 무선송수신부(150)로 출력한다.

카메라부(130)는 영상 데이터를 촬영하며 촬영된 광신호를 전기적 신호로 변환하는 카메라 센서와, 상기 카메라 센서로부터 촬영되는 아날로그 영상신호를 디지털 데이터로 변환하는 신호처리부를 구비한다. 영상처리부(120)는 카메라부(130)에서 출력되는 영상신호를 표시하기 위한 화면 데이터를 발생하는 기능을 수행한다. 메모리부(170)는 하드웨어적으로는 동작 프로그램을 저장하는 롬(ROM)과 전기적으로 프로그램할 수 있는 이이피롬(EEPROM)과 램(RAM) 등으로 구성된다. 이러한 메모리부(170)는 논리적으로 프로그램 메모리, 데이터 메모리들로 구성될 수 있으며, 이동통신 단말기의 동작 제어를 위해 필요한 각종 정보를 저장한다.

제어부(100)는 상기 각 기능부들을 제어하여, 이동통신 단말기의 전반적인 동작을 제어한다. 특히, 본 발명의 특징에 따라 제어부(100)는 셀 재선택 동작을 수행한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동국의 셀 재선택 동작의 흐름도이다. 도 4를 참조하면, 먼저, 201단계의 휴지 상태에서 서비스를 제공하는 셀로부터의 서비스가 실패하게 되면, 이를 202단계에서 확인하여 이후 203단계로 진행한다. 203단계에서는 상기 수학식 2에서와 같이, 수신 품질을 고려하여 현재 서비스 제공 셀과 이웃한 셀들에 대한 수신 파워를 측정한다. 이후 204단계에서는 상기 수학식 3에서와 같이, 측정된 이웃한 셀들의 수신파워가 적절한 기준치 이상인지를 확인하여, 기준치 이상의 셀을 찾을 경우 205단계로 진행하여 해당 셀을 재선택하여 캠프 온한다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 GSM 단말기에서 셀 재선택 동작이 이루어질 수 있으며, 한편 상기한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 청구범위와 청구범위의 균등한 것에 의하여 정하여져야 할 것이다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 셀 재선택 방식은 무선 채널의 품질을 고려함으로써 수신 파워가 좋고 SNR이 나쁜 휴지 상태에서의 다운링크 시그널링 실패가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 더욱이, 채널 품질이 좋은 셀로 옮겨감으로써 상기의 경우에 MO(Mobile Originated) 콜을 시도했을 때 시그널링 채널을 정상적으로 디코딩할 수 없게 되어 콜이 실패하거나 리다이얼링으로 인한 콜 셋업 시간이 길어는 것을 방지할 수 있게 된다. 특히, GPRS에서 PS(Packet Service) 데이터 콜을 연결시 이동을 하게 되면 셀 재선택으로 새로운 셀을 찾아야 하는데, 이때 본 발명에서는 수신 파워와 수신 품질을 동시에 고려하기 때문에 보다 더 나은 채널을 선택할 수 있게 된다.

Claims

이동통신용 글로벌 시스템에서의 셀 재선택 방법에 있어서,

현재 서비스 제공 셀과 이웃 셀들에 대한 수신 파워 및 수신 품질을 측정하는 과정과,

상기 측정한 현재 서비스 제공 셀과 이웃 셀들의 수신 파워 및 수신 품질을 비교하여 상기 이웃 셀들 중 미리 설정된 기준치에 해당하는 셀을 확인하는 과정과,

상기 기준치에 해당하는 셀이 확인되면 해당 셀을 재선택하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 셀 재선택 방법.
제1항에 있어서, 상기 현재 서비스 제공 셀과 이웃 셀들에 대한 수신 파워 및 수신 품질의 측정은 하기 수학식 4에 따라 측정함을 특징으로 하는 셀 재선택 방법.

상기 C1은 경로 손실 기준값이며, 상기 SNRs는 현재 서비스 제공 셀의 SNR(Signal to Noise Ratio, dBm)값이며, 상기 SNRn은 이웃 셀의 SNR 값임.
제2항에 있어서, 상기 측정한 현재 서비스 제공 셀과 이웃 셀들의 수신 파워 및 수신 품질을 비교하여 상기 이웃 셀들 중 미리 설정된 기준치에 해당하는 셀을 확인하는 것은 하기 수학식 5에 따라 측정함을 특징으로 하는 셀 재선택 방법.