KR100725055B1 - 이동통신 시스템에서 핸드오프 결정 방법 및 장치 - Google Patents

이동통신 시스템에서 핸드오프 결정 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이동통신 시스템에서 핸드오프 결정 방법 및 장치에 관한 것으로 이동통신 시스템에서 핸드오프 결정 방법에 있어서, 이동통신 단말이 기지국으로 주기적으로 신호 세기를 측정하여 송신하는 과정과, 상기 측정된 신호세기보다 임계치가 클 경우에 상기 기지국은 핸드오프 타이머를 동작시키고, 상기 핸드오프 타이머 동작 만료되면 순방향 전력제어와 상기 핸드오프 타이머 만료시간에 근접한 수신 신호일수록 커지는 수신신호 가중치를 이용하여 계산한 근사화 수신신호 세기와 임계치를 비교하는 과정과, 상기 근사화 수신신호 세기가 작을 경우, 상기 이동통신 단말로 핸드오프 명령 메시지를 송신하는 과정을 포함하여 정확한 채널 상태를 반영하여 핸드오프의 수행 여부를 판단함으로써 핑퐁 현상, 호 절단 및 호 차단 문제와 핸드오프의 시스템 부하를 경감시키는 이점이 있다.
핸드오프, 핑퐁 현상, 호 절단, 호 차단, 가중치, 순방향 전력제어.

Description

이동통신 시스템에서 핸드오프 결정 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR HANDOFF DECISION IN MOBILE COMMUNICATION SYSTEM}
도 1은 종래 기술에 따른 핸드오프 결정 흐름도,
도 2은 종래 기술에 따른 핸드오프의 핑퐁 현상을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 이동통신 시스템에서의 핸드오프 흐름도,
도 4은 본 발명에 다른 실시 예에 따른 핸드오프 흐름도,
도 5은 본 발명에 따른 이동통신 단말의 핸드오프 결정 도면 및,
도 6은 본 발명에 따른 이동통신 시스템의 핸드오프 결정 도면.
본 발명은 이동통신 시스템에서 핸드오프 결정 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 순방향 전력제어 기술과 핸드오프 가중치(weight)를 적용하여 핸드오프 시 발생하는 핑퐁(ping-pong) 현상과 호 절단(call dropping), 호 차단(blocking)을 경감시켜 시스템의 부하를 경감하는 핸드오프 결정 방법 및 장치에 관한 것이다.
코드분할 다중접속(Code Division Multiple Access : 이하 "CDMA" 이라 칭함), 지에스엠(Global System for Mobile Communications : 이하 'GSM'이라 칭함), 광대역코드분할 다중접속(Wideband Code Division Multiple Access : 이하 "WCDMA"이라 칭함) 방식의 이동통신 시스템 등에서는 이동통신 단말의 이동성을 보장하기 위해서 핸드오프(Handoff) 기술을 사용한다. 상기 핸드오프란, 이동통신 단말이 서비스중인 셀(또는 섹터) 영역을 벗어나 다른 셀(또는 섹터)로 이동할 때, 계속적인 통화를 유지하기 위해 통화채널을 이동한 셀로 변경해주는 절차를 말한다. 참고로 GSM 방식에서는 핸드오프 용어 대신 핸드오버(Hnadover)로 사용기도 한다.
일반적인 핸드오프 방식에는 하드 핸드오프, 소프트 핸드오프 방식이 있다. 하드 핸드오프는 현재 서비스되고 있는 셀의 신호보다 큰 셀 신호가 생기면 그 방향으로 호를 바로 넘기는 기법으로 GSM 시스템에서 이용하고 있다. 상기 하드 핸드오프는 미리 통화채널을 설정하지 않기 때문에 순간적인 통화의 단절이 발생한다. 소프트 핸드오프는 핸드오프하기 전에 타깃 셀과 통화채널을 구성해 놓고 서빙 셀의 통화채널을 더 이상 유지하기 어려우면 이동통신 단말은 상위국의 지시에 따라 이미 구성되어 있는 타깃 셀의 통화채널을 사용하고 이전 통화채널은 단절시킨다. 따라서, 상기 소프트 핸드오프를 위해서는 현재 통화중인 셀과 핸드오프 하려는 셀의 통화채널이 각각 할당되어야 한다. 현재 상기 소프트 핸드오프는 CDMA 시스템에서 이용하고 있다.
종래의 경우, 상기 두 핸드오프 방법은 수신 신호 세기를 측정하여 특정 임계값보다 작으면 핸드오프를 시작하여 일정시간 후에도 수신신호 세기가 상기 특정 임계치보다 작으면 이동통신 단말로 핸드오프 명령을 내린다. 상세한 핸드오프 절차는 아래에서 설명하기로 한다.
도 1은 종래기술에 따른 이동통신 시스템의 핸드오프 절차를 도시하고 있다.
상기 도 1을 참조하면, 통화 중인 이동통신 단말은 101단계에서 서빙 셀로 주기적인 측정 보고 메시지를 전송한다. 상기 측정 보고 메시지에는 서빙 셀과 인접 셀의 수신신호 세기(Received Signal Strength:RSS) 값들을 포함하고 있다. 예를 들면, CDMA인 경우는 파일롯 채널(Pilot Channel)의 수신신호 세기이고, GSM인 경우 방송제어채널(Broadcast Control CHannel: BCCH)의 수신신호 세기이다.
이후, 상기 103 단계로 진행하여 상기 이동통신 단말이 주기적으로 전송하는 상기 측정 보고 메시지를 수신하여 핸드오프를 위한 특정 임계치와 수신신호 세기를 비교하여 상기 특정 임계치가 크면 105 단계로 진행하여 핸드오프 타이머를 동작시킨다. 상기 핸드오프 타이머를 동작시키는 이유는 특정 임계치와 수신신호 세기의 비교 결과에 따라 핸드오프를 바로 수행하는 것이 아니라 타이머 동작시간 동안 기다렸다가 수행하기 위함이다.
만약, 상기 103 단계에서 상기 특정 임계치가 수신신호 세기보다 작으면 상기 101 단계로 진행한다.
이후, 107 단계로 진행하여 핸드오프 타이머가 종료되었는지 확인하여 상기 타이머가 종료되었으면 109 단계로 진행하여 상기 특정 임계치와 상기 핸드오프 타이머의 종료시간의 수신신호 세기를 비교한다.
이후, 상기 특정 임계치가 크면 111 단계로 진행하여 이동통신 단말은 타깃 셀로 핸드오프를 완료한다.
만약, 109 단계에서 상기 특정 임계치가 작으면 상기 101 단계로 진행한다.
이후, 본 발명의 알고리즘을 종료한다.
상기 도 1에서, 하드 핸드오프 경우에는 소프트 핸드오프와는 달리 현 통화채널을 순간적으로 절단하고 타깃 셀로 채널을 할당받아 통화를 유지하기 때문에 이동통신 단말이 핸드오프 지역(두 셀간 중첩지역) 내에서 번갈아 이동할 경우 빈번한 핸드오프 수행으로 핑퐁 현상을 야기할 수 있다. 또한, 타깃 셀로 통화채널을 요구하였을 때 타깃 셀의 여유분의 통화채널이 없을 경우에는 호 절단이 발생하기 때문에 빈번한 핸드오프로 인해 호 절단율이 증가할 수 있다.
도 2는 종래기술에 따른 빈번한 핸드오프로 발생되는 핑퐁 현상을 도시하고 있다.
상기 도 2를 참조하면, 핸드오프 지역(서빙 셀과 타깃 셀간의 중첩지역)(206)에서 이동통신 단말(200)의 이동으로 빈번한 핸드오프가 일어나는 상황을 도시하고 있다.
만약, 상기 이동통신 단말이 셀의 경계 부근으로 이동하는 경우(특히 양 기지국과 수직한 방향으로 이동국이 움직이는 경우), 상기 서빙 셀(202)과 상기 타깃 셀(204)의 수신신호 세기가 상기 이동통신 단말의 위치변화에 따라 자주 변하게 되므로 빈번한 핸드오프가 발생한다.
반면, 소프트 핸드오프 경우는 핸드오프를 시작시 타깃 셀(204)의 통화채널 과 연결하고 나서 상기 서빙 셀(202)의 통화채널을 절단하기 때문에 핑퐁 현상은 줄일 수 있지만 핸드오프 시 타깃 셀의 전용채널(dedicate-channel)을 사전에 할당받아야 하기 때문에 상기 타깃 셀(204)의 여유 통화채널이 없을 때에는 초기 호(initial call)가 차단(blocking)될 확률이 높아진다.
따라서, 무선채널을 고려하여 핑퐁 효과, 호 절단 그리고 호 차단 등으로 통화품질이 저하되는 것을 방지하는 핸드오프 결정 방법 및 장치가 필요하다.
따라서, 본 발명의 목적은 핑퐁 현상, 호 절단, 호 차단을 경감시키고 통화의 연속성을 보장하는 핸드오프 결정 방법 및 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 빈번한 핸드오프를 경감시키는 핸드오프 결정 방법 및 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 순방향 전력제어와 가중치가 적용된 수신 신호 세기를 이용한 핸드오프 결정 방법 및 장치를 제공함에 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 이동통신 시스템에서 핸드오프 결정 방법은 이동통신 단말이 기지국으로 주기적으로 신호 세기를 측정하여 송신하는 과정과, 상기 측정된 신호세기보다 임계치가 클 경우에 상기 기지국은 핸드오프 타이머를 동작시키고, 상기 핸드오프 타이머 동작 만료되면 순방향 전력제어와 상기 핸드오프 타이머 만료시간에 근접한 수신 신호일수록 커지는 수신신호 가중치를 이용하여 계산한 근사화 수신신호 세기와 임계치를 비교하는 과정과, 상기 근사화 수신신호 세기가 작을 경우, 상기 이동통신 단말로 핸드오프 명령 메시지를 송신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 핸드오프를 위한 이동통신 시스템은 기지국으로 주기적으로 신호 세기를 측정하여 송신하는 이동통신 단말과, 상기 측정된 신호세기보다 임계치가 클 경우에 상기 기지국은 핸드오프 타이머를 동작시키고, 상기 핸드오프 타이머 동작 만료되면 순방향 전력제어와 상기 핸드오프 타이머 만료시간에 근접한 수신 신호일수록 커지는 수신신호 가중치를 이용하여 계산한 근사화 수신신호 세기와 임계치를 비교하여 상기 근사화 수신신호 세기가 작을 경우, 상기 이동통신 단말로 핸드오프 명령 메시지를 송신하는 기지국을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 본 발명은 셀 중첩지역에서 일어나는 빈번한 핸드오프를 경감시키기 위해서 기존의 핸드오프 방식에서 일정시간 동안 순방향 전력제어와 핸드오프 가중치(weight)가 적용된 근사화 수신신호 세기를 이용한 핸드오프 결정 방법 및 장치에 대해 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 이동통신 시스템에서 핸드오프 절차를 도시하고 있다.
상기 도 3을 참조하면, 통화 중인 이동통신 단말은 301단계에서 서빙 셀로 주기적인 측정 보고 메시지를 전송한다. 상기 측정 보고 메시지에는 상기 이동통신 단말이 측정한 서빙 셀과 인접 셀의 수신신호 세기 값들을 포함하고 있다.
이후, 상기 서빙 셀은 상기 303 단계로 진행하여 수신한 상기 측정 보고 메시지를 참조하여 핸드오프를 위한 특정 임계치와 수신신호 세기(Received Signal Strength:RSS)를 비교하여 상기 특정 임계치가 크면 305 단계로 진행하여 핸드오프 타이머를 동작시킨다. 상기 핸드오프 타이머가 동작함으로써 일정시간이 지난 후에 다시 한번 상기 특정 임계치와 수신신호 세기 비교하여 핸드오프를 결정하게 된다.
만약, 상기 303 단계에서 상기 특정 임계치가 수신신호 세기보다 작으면 상기 301 단계로 진행한다.
이후, 307 단계로 진행하여 핸드오프 타이머가 종료되었는지 확인하여 상기 타이머 종료가 안 되었으면 309 단계로 진행하여 순방향 전력제어를 수행한다. 상기 순방향 전력제어는 통화중의 이동통신 단말이 다중경로 페이딩(Multipath Fading)현상, 잡음 또는 전파간섭이 심한 셀 경계지역에 위치할 때에는 모든 통화품질을 유지하기 위해 셀의 전력레벨을 증감시킬 수 있는 수단으로 사용하고 있다. 따라서, 셀 중첩지역 내에 있는 상기 이동통신 단말은 통화품질을 유지하는 일정한 수신레벨을 유지할 수 있다.
이후, 311 단계로 진행하여 근사화 수신신호 세기(
Figure 112006050075210-pat00001
) 값을 계산하고 상기 307 단계로 진행한다.
여기서, Δt 시간 동안 순방향 링크 전력 제어를 수행한 횟수가 n이라고 하면 이때 측정된 근사화 수신신호 세기(
Figure 112007030567899-pat00002
)는 아래 <수학식 1>로 구해진다.
Figure 112006050075210-pat00003
여기서, n은 Δt 시간 동안 순방향 링크 전력 제어를 수행한 횟수이고,
Figure 112006050075210-pat00004
(1,2,3, .. n)은 순방향 전력제어를 수행한 신호의 세기이다.
Figure 112006050075210-pat00005
는 각 전력제어가 수행된 신호의 가중치(weight)이다. 상기 핸드오프 타이머의 동작시간 Δt의 완료 순간에 가장 근접한 신호일수록 가중치를 크게 하여
Figure 112006050075210-pat00006
를 계산한다.
만약, 상기 307 단계에서 상기 핸드오프 타이머가 종료되면 313 단계로 진행하여 상기 311 단계에 계산한
Figure 112006050075210-pat00007
과 상기 특정 임계치를 비교하여 상기 특정 임계치가 크면 이후 315 단계로 진행하여 상기 이동통신 단말은 타깃 셀로 핸드오프를 수행한다. 여기서, 상기
Figure 112006050075210-pat00008
는 순방향 전력제어로 인해 통화품질을 유지하는 일정 한 수신레벨을 유지할 수 있다. 다시 말해, 상기 거리에 상관없이 일정한 통화품질을 유지하게 되므로 핸드오프 횟수가 줄어들게 될 것이다. 또한, 가중치 평균값으로 상기
Figure 112006050075210-pat00009
가 계산되기 때문에 더 정확한 무선채널을 고려하여 핸드오프 수행 여부를 판단하게 되는 것이다.
만약, 313 단계에서 상기 특정 임계치가 작으면 상기 301 단계로 진행한다.
이후, 본 발명의 알고리즘을 종료한다.
도 4는 본 발명에 따른 핸드오프를 위한 메시지 전송 과정을 도시하고 있다.
상기 도 4를 참조하면, 통화 중인 이동통신 단말(400)은 서빙 셀(402)로 주기적으로 측정 보고 메시지(406)를 전송한다. 상기 측정 보고 메시지(406)에는 서빙 셀과 인접 셀의 신호 세기의 정보들을 포함하고 있다.
상기 서빙 셀(402)은 핸드오프 타이머 동작시간 동안 수행되는 순방향 전력제어를 하여 구한 근사화 수신신호 세기와 핸드오프를 위한 특정 임계치와 비교하여 상기 핸드오프를 위한 특정 임계치가 크면 핸드오프 결정(408)을 내리고 상기 이동통신 단말(400)로 핸드오프 명령 메시지(410)를 전송한다. 상기 근사화 수신신호 세기는 상기 도 2에서 설명한 <수학식 1>를 참조한다.
상기 이동통신 단말(400)은 상기 핸드오프 명령 메시지(410)를 수신하면 핸드오프를 수행하고 타깃 셀(404)로 핸드오프 완료 메시지(414)를 전송한다.
도 5은 본 발명에 따른 핸드오프하는 이동통신 단말을 도시하고 있다.
상기 도 5을 참조하면, 사용자가 이동통신 단말을 가지고 차량으로 서빙 셀로부터 점점 멀리 이동할 때 수신신호 세기는 시간에 따라 점점 줄어든다.
상기 서빙 셀로부터의 수신신호 세기가 t1 시간에 특정 임계치에 다다르면 상기 서빙 셀은 핸드오프 타이머를 Δt 동안 동작시킨다. 상기 Δt 동안 타이머가 동작하는 동안 상기 서빙 셀은 순방향 전력제어와 함께 근사화 수신신호 세기를 계산한다. 이후, 상기 핸드오프 타이머가 t2에 동작이 만료되면 t2에 근사화 수신신호 세기와 핸드오프를 위한 특정 임계치와 비교하여 상기 특정 임계치가 클 경우 상기 이동통신 단말은 타깃 셀로 핸드오프를 실행한다.
도 6은 본 발명에 따른 핸드오프하는 이동통신 시스템을 도시하고 있다.
상기 도 6을 참조하면, 서빙 기지국(600)은 통화 중 이동하고 있는 이동통신 단말(604)이 주기적으로 전송하는 측정 보고 메시지를 감지하여 미리 지정된 임계값 이하로 떨어지는지 체크한다. 만일 상기 이동통신 단말(604)로 수신되는 수신신호 세기가 임계값 이하로 내려가면 상기 서빙 기지국(600)은 상기 이동통신 단말(604)이 셀 경계 부근에 위치하고 있다고 판단하고 상위국에 보고하고 상기 상위국은 상기 이동통신 단말(604)이 상기 서빙 기지국(600)의 신호보다 좀더 양호한 레벨로 수신하는 인접 셀을 조사한다. 상기 인접 셀이 상기 서빙 기지국으로부터의 신호보다 수신상태가 좋게 되면 상기 상위국은 핸드오프 요청 메시지를 타깃 기지 국(602)으로 보내고 상기 이동통신 단말(604)로 상기 타깃 기지국(602)과 통화채널을 연결하도록 지시를 내려서 핸드오프가 이루어진다. 하드 핸드오프는 상기 서빙 기지국(600)과 상기 이동통신 단말(604)이 통화를 시작하기 전 상기 서빙 기지국(602)과의 통화채널(606)을 절단하게 된다. 따라서, 하드 핸드오프가 일어날 때 짧은 시간 동안 접속이 끊어지게 되어 통화품질의 저하를 가져온다. 반면, 소프트 핸드오프는 핸드오프 시 상기 서빙 기지국(600)과 상기 타깃 기지국(602)과의 통화채널(606, 608)을 모두 점유하고 있다가 특정 임계값 이하로 떨어지면 상기 서빙 기지국(602)의 통화채널(606)을 절단하게 된다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
본 발명은 보다 정확한 채널 상태를 반영하여 핸드오프의 수행 여부를 판단함으로써 핑퐁 현상, 호 절단 그리고 호 차단 문제와 핸드오프의 시스템 부하를 경감시키는 이점이 있다.

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 기지국의 핸드오프 결정 방법에 있어서,
    이동통신 단말에 의해 측정된 신호 세기와 임계치를 비교하는 과정과,
    상기 임계치가 클 경우에 핸드오프 타이머를 동작시키고, 상기 핸드오프 타이머 동작 만료 후 순방향 전력제어와 상기 핸드오프 타이머 만료시간에 근접한 수신 신호일수록 커지는 수신신호 가중치를 이용하여 계산한 근사화 수신신호 세기와 임계치를 비교하는 과정과,
    상기 근사화 수신신호 세기가 작을 경우, 상기 이동통신 단말로 핸드오프 명령 메시지를 송신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 이동통신 시스템에서 핸드오프 결정 방법에 있어서,
    이동통신 단말이 기지국으로 주기적으로 신호 세기를 측정하여 송신하는 과정과,
    상기 측정된 신호세기보다 임계치가 클 경우에 상기 기지국은 핸드오프 타이머를 동작시키고, 상기 핸드오프 타이머 동작 만료되면 순방향 전력제어와 상기 핸드오프 타이머 만료시간에 근접한 수신 신호일수록 커지는 수신신호 가중치를 이용하여 계산한 근사화 수신신호 세기와 임계치를 비교하는 과정과,
    상기 근사화 수신신호 세기가 작을 경우, 상기 이동통신 단말로 핸드오프 명령 메시지를 송신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 2항 또는 3항에 있어서,
    상기 근사화 수신신호 세기(
    Figure 112007030567899-pat00026
    )는 하기 <수학식 2>으로 구하는 것을 특징으로 하는 방법.
    Figure 112007030567899-pat00011
    Figure 112007030567899-pat00012
    는 순방향 전력제어를 수행한 수신신호 세기이고,
    Figure 112007030567899-pat00013
    는 각 순방향 전력제어가 수행된 수신신호 세기의 가중치이고,
    Figure 112007030567899-pat00014
    은 핸드오프 타이머 동안 순방향 전력제어가 실행된 횟수임.
  5. 제 2항 또는 3항에 있어서,
    상기 근사화 수신신호 세기가 클 경우, 핸드오프를 수행하지 않고 주기적으로 기지국의 수신신호 세기를 계속 측정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 삭제
  7. 핸드오프를 위한 이동통신 시스템에서,
    기지국으로 주기적으로 신호 세기를 측정하여 송신하는 이동통신 단말과,
    상기 측정된 신호세기보다 임계치가 클 경우에 상기 기지국은 핸드오프 타이머를 동작시키고, 상기 핸드오프 타이머 동작 만료되면 순방향 전력제어와 상기 핸드오프 타이머 만료시간에 근접한 수신 신호일수록 커지는 수신신호 가중치를 이용하여 계산한 근사화 수신신호 세기와 임계치를 비교하여 상기 근사화 수신신호 세기가 작을 경우, 상기 이동통신 단말로 핸드오프 명령 메시지를 송신하는 기지국을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 근사화 수신신호 세기(
    Figure 112007030567899-pat00027
    )는 하기 <수학식 3>으로 구하는 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템.
    Figure 112007030567899-pat00016
    Figure 112007030567899-pat00017
    는 순방향 전력제어를 수행한 수신신호 세기이고,
    Figure 112007030567899-pat00018
    는 각 순방향 전력제어가 수행된 수신신호 세기의 가중치이고,
    Figure 112007030567899-pat00019
    은 핸드오프 타이머 동안 순방향 전력제어가 실행된 횟수임.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 근사화 수신신호 세기가 클 경우, 핸드오프를 수행하지 않고 주기적으로 기지국의 수신신호 세기를 계속 측정하는 것을 특징으로 하는 이동통신 시스템.
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