KR100969755B1 - 직교 주파수 분할 다중/직교 주파수 분할 다중 접속방식을 사용하는 이동 통신 시스템에서 고속 핸드오버를위한 레인징 시스템 및 방법 - Google Patents

직교 주파수 분할 다중/직교 주파수 분할 다중 접속방식을 사용하는 이동 통신 시스템에서 고속 핸드오버를위한 레인징 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 직교 주파수 분할 다중/직교 주파수 분할 다중 접속 방식을 사용하는 통신 시스템에서, 타겟 기지국은 상기 타겟 기지국과 이동 가입자 단말기간의 레인징을 초기 레인징과, 대역폭 요구 레인징과, 주기적 레인징 및 핸드오버 레인징으로 분류하고, 상기 레인징들에 사용할 Q개의 레인징 코드들을 생성하고, 상기 Q개의 레인징 코드들중 A개의 레인징 코드들을 상기 핸드오버 레인징에 사용할 핸드오버 레인징 코드들로 할당한 후 상기 이동 가입자 단말기들로 상기 할당한 핸드오버 레인징 코드들을 포함하는 정보를 송신한다. 그러면, 상기 이동 가입자 단말기는 상기 타겟 기지국으로부터 상기 정보를 수신하고, 상기 정보내의 상기 핸드오버 레인징 코드들을 사용하여 상기 타겟 기지국과 핸드오버 레인징을 수행함으로써 고속 핸드오버를 가능하게 한다.
고속 핸드오버, 핸드오버 레인징, 핸드오버 레인징 코드, 핸드오버 레인징 슬럿

Description

직교 주파수 분할 다중/직교 주파수 분할 다중 접속 방식을 사용하는 이동 통신 시스템에서 고속 핸드오버를 위한 레인징 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR RANGING FOR FAST HANDOVER IN A MOBILE COMMUNICATION SYSTEM USING ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING/ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLE ACCESS SCHEME}
도 1은 일반적인 IEEE 802.16a 통신 시스템 구조를 개략적으로 도시한 도면
도 2는 일반적인 IEEE 802.16a 통신 시스템의 프레임 구조를 개략적으로 도시한 도면
도 3은 일반적인 IEEE 802.16a 통신 시스템의 다운링크 프레임 구조를 개략적으로 도시한 도면
도 4는 일반적인 IEEE 802.16a 통신 시스템의 업링크 프레임 구조를 개략적으로 도시한 도면
도 5는 일반적인 IEEE 802.16a 통신 시스템의 레인징 코드 생성기 구조를 도시한 도면
도 6은 일반적인 IEEE 802.16e 통신 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면
도 7은 일반적인 IEEE 802.16e 통신 시스템의 초기 레인징 과정을 도시한 신호 흐름도
도 8은 일반적인 IEEE 802.16e 통신 시스템의 핸드오버 과정을 도시한 신호 흐름도
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 IEEE 802.16e 통신 시스템의 업링크 프레임 구조를 개략적으로 도시한 도면
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 IEEE 802.16e 통신 시스템의 레인징 코드 구조를 개략적으로 도시한 도면
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 IEEE 802.16e 통신 시스템의 핸드오버 레인징 과정을 도시한 신호 흐름도
본 발명은 직교 주파수 분할 다중(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 'OFDM'이라 칭하기로 한다)/직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 이하 'OFDMA'이라 칭하기로 한다) 방식을 사용하는 이동 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 고속 핸드오버(fast handover)를 위한 레인징 시스템 및 방법에 관한 것이다.
차세대 통신 시스템인 4세대(4G: 4th Generation, 이하 '4G'라 칭하기로 한다) 통신 시스템에서는 약 100Mbps의 전송 속도를 가지는 다양한 서비스 품질(QoS: Quality of Service, 이하 'QoS' 칭하기로 한다)을 가지는 서비스들을 사용자들에게 제공하기 위한 활발한 연구가 진행되고 있다.
한편, 무선 근거리 통신 네트워크(LAN: Local Area Network, 이하 'LAN'이라 칭하기로 한다) 통신 시스템 및 무선 도시 지역 네트워크(MAN: Metropolitan Area Network, 이하 'MAN'이라 칭하기로 한다) 통신 시스템은 고속의 전송 속도를 지원한다. 그러나 상기 무선 MAN 통신 시스템은 그 서비스 영역(coverage)이 넓고, 고속의 전송 속도를 지원하기 때문에 고속 통신 서비스 지원에는 적합하나 사용자, 즉 가입자 단말기(SS: Subscriber Station, 이하 'SS'라 칭하기로 한다)의 이동성을 전혀 고려하지 않은 시스템이기 때문에 상기 SS의 고속 이동에 따른 핸드오버(handover) 역시 전혀 고려되고 있지 않았다. 상기 무선 MAN 통신 시스템은 광대역 무선 접속(BWA: Broadband Wireless Access) 통신 시스템으로서, 상기 무선 LAN 통신 시스템에 비해서 그 서비스 영역이 넓으며 고속의 전송 속도를 지원한다.
따라서 현재 4G 통신 시스템에서는 비교적 높은 전송 속도를 보장하는 무선 LAN 통신 시스템 및 무선 MAN 통신 시스템에 이동성(mobility)과 QoS를 보장하는 형태로 새로운 통신 시스템을 개발하여 상기 4G 통신 시스템에서 제공하고자 하는 고속 서비스를 지원하도록 하는 연구가 활발하게 진행되고 있다.
상기 무선 MAN 통신 시스템의 물리 채널(physical channel)에 광대역(broadband) 전송 네트워크를 지원하기 위해 OFDMA 방식 및 OFDMA 방식을 적용한 시스템이 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16a 통신 시스템이다. 상기 IEEE 802.16a 통신 시스템은 상기 무선 MAN 통신 시스템에 OFDM/OFDMA 방식을 적용한 통신 시스템이기 때문에 다수의 서브 캐리어(sub-carrier)들을 사용하여 물리 채널 신호를 송신함으로써 고속 데이터 송신이 가능하다. 결국 상기 IEEE 802.16a 통신 시스템은 OFDM/OFDMA 방식을 사용하는 광대역 무선 접속 통신 시스템이다.
삭제
그러면 여기서 도 1을 참조하여 상기 IEEE 802.16a 통신 시스템의 구조에 대해서 설명하기로 한다.
상기 도 1은 일반적인 IEEE 802.16a 통신 시스템 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 도 1을 참조하면, 상기 IEEE 802.16a 통신 시스템은 단일 셀(single cell) 구조를 가지며, 기지국(100)과 상기 기지국(BS: Base Station)(100)이 관리하는 다수의 SS들(110),(120),(130)로 구성된다. 상기 기지국(100)과 상기 SS들(110),(120),(130)간의 신호 송수신은 상기 OFDM/OFDMA 방식을 사용하여 이루어진다.
상기 도 1에서는 상기 IEEE 802.16a 통신 시스템의 구조를 설명하였으며, 다음으로 도 2를 참조하여 상기 IEEE 802.16a 통신 시스템의 프레임(frame) 구조에 대해서 설명하기로 한다.
상기 도 2는 일반적인 IEEE 802.16a 통신 시스템의 프레임 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 도 2를 설명하기에 앞서, 업링크(UL: UpLink, 이하 ‘UL'이라 칭하기로 한다)/ 다운링크(DL: DownLink, 이하 'DL'이라 칭하기로 한다) 전송을 듀플렉싱하는 방식에는 시분할 듀플렉싱(TDD : Time Division Duplexing, 이하 'TDD') 방식을 적용한 TDD-OFDM/OFDMA 방식과 주파수 분할 듀플렉싱(FDD : Frequency Division Duplexing, 이하 'FDD')방식을 적용한 FDD-OFDM/OFDMA 방식의 두 가지 방식들이 존재한다. 상기 TDD 방식은 같은 주파수 대역에서 업링크 서브 프레임과 다운링크 서브 프레임을 서로 다른 시간에 배치함으로써 듀플렉싱하는 방식이고, FDD 방식은 서로 다른 주파수 대역에 업링크와 다운링크 프레임을 위치시킴으로써 듀플렉싱하는 방식이다. 이하의 설명에서는 설명의 편의상 상기 듀플렉싱 방식으로 상기 TDD 방식을 일 예로 하여 설명할 것이지만, 상기 듀플렉싱 방식으로 상기 FDD 방식을 사용할 수도 있음은 물론이다.
상기 TDD-OFDMA 방식을 사용하여 데이터를 전송할 경우 OFDM 심벌(symbol)들 각각은 미리 설정되어 있는 서브 채널(sub-channel)들을 통해 송신된다. 여기서, 상기 서브 채널이라 함은 미리 설정된 개수의 서브 캐리어(sub-carrier)들로 구성되는 채널을 의미한다.
또한, 기지국은 미리 설정된 개수의 서브 채널들과 OFDM 심볼들로 다운링크 서브 프레임(sub-frame) 및 업링크 서브 프레임을 구성한다. 한편, 상기 OFDM 방식을 사용할 경우의 프레임 구조는 임의의 OFDM 심볼에서 전체 서브 캐리어들에 해당하는 구간을 하나의 SS가 사용한다는 점에서 상기 OFDMA 방식을 사용할 경우의 프레임 구조와 차이가 있다. 또한, 상기 OFDM 방식을 사용할 경우의 프레임 구조는 단일 캐리어(SC: Single Carrier) 방식을 사용할 경우의 프레임 구조와 실질적으로 동일하며, 다만 다수의 캐리어들을 사용한다는 점에서 차이가 있을 뿐이다.
상기 도 2를 참조하면, 가로축은 OFDM 심볼 번호(OFDM symbol number)를 나타내며, 세로축은 서브 채널 번호(sub-channel number)를 나타낸다. 상기 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 1개의 OFDMA 프레임은 다수개, 일 예로 6개의 OFDM 심벌들로 구성되는 다운링크 서브 프레임과 다수개, 일 예로 5개의 OFDM 심볼들로 구성되는 업링크 서브 프레임으로 구성된다. 또한, 상기 1개의 OFDM 심벌은 다수개, 일 예로 M개의 서브 채널들로 구성된다.
한편, 상기 업링크 프레임은 1개의 OFDMA 프레임마다 다수개, 일 예로 3개의 레인징 채널(ranging channel), 즉 레인징 슬럿(ranging slot)들을 포함하는 구조를 가진다. 상기 도 2에서 참조부호 201은 제K업링크 서브 프레임 내에 존재하는 레인징 영역(ranging region), 즉 레인징 슬럿들을 나타내며, 참조부호 202는 제K+1 업링크 서브 프레임 내에 존재하는 레인징 슬럿들을 나타낸다. 여기서, 상기 레인징 채널은 1개 이상의 서브 채널들로 구성되며, 상기 레인징 채널을 구성하는 서브 채널들의 인덱스(index) 및 OFDM 심볼 번호 정보는 UL-MAP(220) 메시지에 포함된다.
상기 UL-MAP(220) 메시지는 업링크 프레임 정보를 포함하는 메시지로서, 사용되는 업링크 채널 식별자(Uplink Channel ID)를 나타내는 Uplink Channel ID와, 업링크 버스트 프로파일을 포함하고 있는 업링크 채널 디스크립트(UCD: Uplink Channel Descript; 이하 'UCD'라 칭하기로 한다) 메시지의 구성 변화에 상응하는 카운트를 나타내는 UCD count 및 상기 UCD count 이후에 존재하는 엘리먼트들의 개수를 나타내는 Number of UL-MAP Elements n을 포함한다. 여기서, 상기 업링크 채널 식별자는 매체 접속 제어(MAC: Medium Access Control, 이하 'MAC'이라 칭하기로 한다)-서브 계층(sublayer)에서 유일하게 할당된다.
또한, DL-MAP(210) 메시지는 동기를 획득하기 위해 물리 채널에 적용되는 변조 방식 및 복조 방식에 상응하게 설정되는 PHY(PHYsical) Synchronization과, 다운 링크 버스트 프로파일(burst profile)을 포함하고 있는 다운 링크 채널 디스크립트(DCD: Downlink Channel Descript, 이하 'DCD'라 칭하기로 한다) 메시지의 구성(configuration) 변화에 상응하는 카운트(count)를 나타내는 DCD count와, 기지국 식별자(Base Station Identifier)를 나타내는 Base Station ID와, 상기 Base Station ID 이후에 존재하는 엘리먼트들의 개수를 나타내는 Number of DL-MAP Elements n을 포함한다.
결과적으로, 상기 OFDMA 통신 시스템은 시스템에서 사용하는 전체 서브 캐리 어들, 특히 데이터 서브 캐리어들을 전체 주파수 대역에 분산시켜 주파수 다이버시티 이득(frequency diversity gain)을 획득하는 것을 목적으로 하는 통신 시스템이다.
또한, 상기와 같은 OFDMA 통신시스템에서는 송신측, 일 예로 기지국과 수신측, 일 예로 SS간에 정확한 주파수 오프셋(offset) 및 시간 오프셋을 맞추고, 전력을 조정하는 레인징 동작이 요구된다. 상기 레인징 동작에 대해서는 하기에서 설명할 것이므로 여기서는 그 구체적인 설명을 생략하기로 한다.
상기 도 2에서는 IEEE 802.16a 통신 시스템의 프레임 구조에 대해서 설명하였으며, 다음으로 도 3을 참조하여 상기 IEEE 802.16a 통신 시스템의 다운 링크 프레임 구조에 대해서 설명하기로 한다.
상기 도 3은 일반적인 IEEE 802.16a 통신 시스템의 다운링크 프레임 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 도 3을 참조하면, 상기 다운 링크 프레임은 프리앰블(preamble) 영역(300)과, 방송 제어(broadcast control) 영역(310)과, 다수의 시간 분할 다중(TDM: Time Division Multiplex, 이하 'TDM'이라 칭하기로 한다) 영역들(320),(330)로 구성된다. 상기 프리앰블 영역(300)을 통해서는 기지국과 SS간 상호 동기를 획득하기 위한 동기 신호, 즉 프리앰블 시퀀스(preamble sequence)가 송신된다. 상기 방송 제어 영역(310)은 DL-MAP 영역(311)과, UL-MAP 영역(313)으로 구성된다. 상기 DL-MAP 영역(311)은 DL-MAP 메시지가 송신되는 영역으로서 상기 DL-MAP 메시지에 포함되는 정보 엘리먼트(IE: Information Element, 이하 'IE'라 칭하기로 한다)들은 하기 표 1에 나타낸 바와 같다.
Syntax Size
Management Message Type=2 8 bits
PHY Synchronization Field PHY dependent
DCD Count 16 bits
Base Station ID 48 bits
Number of DL-MAP Information Elements n Variable
for(i=1;i<=n;i++) {
DIUC 4 bits
Location Information PHY dependent
}
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, DL-MAP 메시지는 다수의 IE들, 즉 송신되는 메시지의 타입을 나타내는 Management Message Type과, 동기를 획득하기 위해 물리 채널에 적용되는 변조 방식 및 복조 방식에 상응하게 설정되는 PHY Synchronization과, 다운 링크 버스트 프로파일(burst profile)을 포함하고 있는 DCD 메시지의 구성 변화에 상응하는 카운트를 나타내는 DCD count와, 기지국 식별자를 나타내는 Base Station ID와, 상기 Base Station ID 이후에 존재하는 엘리먼트들의 개수를 나타내는 Number of DL-MAP Elements n을 포함한다. 또한, 상기 Number of DL-MAP Elements n 이후에 개수 n개 만큼의 IE는 각각 동일 다운링크 버스트 프로파일을 사용하는 SS들을 위한 버스트 정보로서, 특정 다운링크 버스트 프로파일을 표시하는 DIUC(DIUC: Downlink Interval Usage Code, 이하 'DIUC'라 칭하기로 한다)와 해당 다운링크 버스트의 위치 정보(Location Information) 필드들로 구성된다.
또한, 상기 UL-MAP 영역(313)은 UL-MAP 메시지가 송신되는 영역으로서 상기 UL-MAP 메시지에 포함되는 IE들은 하기 표 2에 나타낸 바와 같다.
Syntax Size
Management Message Type=3 8 bits
Uplink Channel ID 16 bits
UCD Count 16 bits
Number of UL-MAP Elements n Variable
Allocation Start Time 32 bits
for(i=1;i<=n;i++) {
CID 16 bits
UIUC 4 bits
Location Info. PHY dependent
}
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, UL-MAP 메시지는 다수의 IE들, 즉 송신되는 메시지의 타입을 나타내는 Management Message Type과, 사용되는 업링크 채널 식별자를 나타내는 Uplink Channel ID와, 업링크 버스트 프로파일을 포함하고 있는 UCD 메시지의 구성 변화에 상응하는 카운트를 나타내는 UCD count와, Allocation Start Time이후에 존재하는 엘리먼트들의 개수를 나타내는 Number of UL-MAP Elements n을 포함한다. 여기서, 상기 Allocation Start Time은 업링크 서브 프레임의 유효 시작 시간을 나타낸다. 또한, 상기 Allocation Start Time 이후에 개수 n개 만큼의 IE들은 각각 특정 SS에 할당된 업링크 버스트 정보로서, 상기 특정 SS를 나타내는 연결 식별자(CID: Connection ID, 이하 'CID'라 칭하기로 한다)와, 특정 업링크 버스트 프로파일을 표시하는 UIUC(UIUC: Uplink Interval Usage Code; 이하 'UIUC'라 칭하기로 한다) 및 상기 해당 업링크 버스트의 위치 정보를 나타내는 Location Info 필드들로 구성된다.
상기 UIUC 영역은 상기 오프셋 영역에 기록되는 오프셋의 용도를 지정하는 정보가 기록된다. 일 예로, 상기 UIUC 영역에 2가 기록되면, 초기 레인징에 사용되는 시작 오프셋(Starting offset)이 상기 오프셋 영역에 기록됨을 의미한다. 또한, 상기 UIUC 영역에 3이 기록되면, 대역 요청 레인징 또는 유지 관리 레인징에 사용되는 시작 오프셋이 상기 오프셋 영역에 기록됨을 의미한다. 상기 오프셋 영역은 상술한 바와 같이 상기 UIUC 영역에 기록된 정보에 대응하여 초기 레인징(Initial Ranging), 대역폭 요구 레인징(Bandwidth Request Ranging) 또는 주기적 레인징(Periodic Ranging)에 사용되는 시작 오프셋 값이 기록된다. 또한, 상기 UIUC 영역에서 전송될 물리채널의 특징에 대해서는 UCD에 정보가 수록되어 있다.
만약 SS가 레인징을 성공적으로 수행하지 못하였다면, 다음 레인징 수행에서의 성공 확률을 높이기 위해서 임의의 백오프(backoff) 값을 정하며, 상기 백오프 시간만큼 지연한 후에 레인징을 다시 수행하게 된다. 이때, 상기 백오프 값을 정하기 위해서 필요한 정보도 상기 UCD 메시지에 포함되어 있다. 상기 UCD 메시지의 구조는 하기 표 3을 참고하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
Figure 112003045583697-pat00001
상기 표 3에 나타낸 바와 같이, UCD 메시지는 다수의 IE들, 즉 송신되는 메시지의 타입을 나타내는 Management Message Type과, 사용되는 업링크 채널 식별자를 나타내는 Uplink Channel ID와, 기지국에서 카운트되는 Configuration Change Count와, 업링크 물리 채널의 미니 슬럿(mini-slot)의 개수를 나타내는 Mini-slot Size와, 초기 레인징을 위한 백오프의 시작점, 즉 초기 레인징을 위한 최초 백오프 윈도우(Initial backoff window) 크기를 나타내는 Ranging Backoff Start와, 상기 초기 레인징을 위한 백오프의 종료점, 즉 최종 백오프 윈도우(Final backoff window) 크기를 나타내는 Ranging Backoff End와, contention data and requests을 위한 백오프의 시작점을 나타내는, 즉 최초 백오프 윈도우의 크기를 나타내는 Request Backoff Start와, contention data and requests을 위한 백오프의 종료점을 나타내는, 즉 최종 백오프 윈도우 크기를 나타내는 Request Backoff End를 포함한다. 여기서, 상기 백오프 값은 하기에서 설명할 레인징들이 실패할 경우 다음번 레인징을 위해 대기해야하는 일종의 대기 시간 값을 나타내며, 기지국은 SS가 레인징에 실패할 경우 다음번 레인징을 위해 대기해야하는 시간 정보인 상기 백오프값을 상기 SS로 송신해야만 하는 것이다. 일 예로 상기 Ranging Backoff Start와 Ranging Backoff End에 의한 값이 10으로 결정되면, 상기 SS는 truncated binary exponential backoff 알고리즘에 의해서 210번(즉 1024번)중 임의의 한 숫자(예 : 700)를 골라 그 숫자만큼 레인징을 수행할 수 있는 기회를 패스한 이후에 다음번 레인징을 수행하여야만 하는 것이다. 또한 상기 TLV(Type Length Variable) Encoded Information은 하기에서 설명할 레인징 코드들에 관한 정보를 포함한다.
또한, 상기 TDM 영역들(320),(330)은 SS들별로 TDM/시간 분할 다중 접속(TDMA: Time Division Multiple Access, 이하 'TDMA'라 칭하기로 한다) 방식으로 할당된 슬럿, 즉 타임 슬럿(time slot)들에 해당하는 영역들이다. 상기 기지국은 미리 설정되어 있는 중심 캐리어(center carrier)를 이용하여 상기 기지국이 관리하고 있는 SS들에 방송해야 할 방송 정보들을 상기 다운 링크 프레임의 DL-MAP 영역(210)을 통해 송신한다. 상기 SS들은 파워 온(power on)함에 따라 상기 SS들 각각에 미리 설정되어 있는 모든 주파수 대역들을 모니터링하여 가장 큰 크기, 즉 가장 큰 파일럿 캐리어 대 간섭 잡음비(CINR: Carrier to Interference and Noise Ratio, 이하 'CINR'이라 칭하기로 한다)를 가지는 파일럿 채널 신호를 검출한다. 그리고 상기 SS는 가장 큰 CINR을 가지는 파일럿 채널 신호를 송신한 기지국을 SS 자신이 현재 속해있는 기지국으로 판단하고, 상기 기지국에서 송신하는 다운링크 프레임의 DL-MAP 영역(210)과 UL-MAP 영역(220)을 확인하여 자신의 업링크 및 다운링크를 제어하는 제어 정보 및 실제 데이터 송수신 위치를 나타내는 정보를 알게 된다.
상기 도 3에서는 IEEE 802.16a 통신 시스템의 다운링크 프레임 구조에 대해서 설명하였으며, 다음으로 도 4를 참조하여 IEEE 802.16a 통신 시스템의 업링크 프레임 구조에 대해서 설명하기로 한다.
상기 도 4는 일반적인 IEEE 802.16a 통신 시스템의 업링크 프레임 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 도 4를 설명하기에 앞서 상기 IEEE 802.16a 통신 시스템에서 사용되는 초기 레인징과, 주기적 레인징과, 대역폭 요구 레인징에 대해서 설명하기로 한다.
상기 초기 레인징은 기지국이 SS와 동기를 획득하기 위해 기지국에서 요청할 경우에 수행되는 레인징으로서, 상기 초기 레인징은 상기 SS와 기지국간에 정확한 주파수 오프셋(offset) 및 시간 오프셋(offset)을 맞추고, 송신 전력(transmit power)을 조정하기 위해 수행되는 레인징이다. 즉, 상기 SS는 파워 온한 후 DL-MAP 메시지 및 UL-MAP 메시지/UCD 메시지를 수신하여 기지국과 동기를 획득한 후, 상기 기지국과 상기 주파수 오프셋 및 시간 오프셋과 송신 전력을 조정하기 위해서 상기 초기 레인징을 수행하는 것이다. 여기서, 상기 IEEE 802.16a 통신 시스템은 OFDM/OFDMA 방식을 사용하기 때문에 상기 레인징 절차에는 레인징 서브 채널들과 레인징 코드(ranging code)들이 필요하고, 기지국은 레인징들 목적, 즉 종류에 따라서 각각 사용 가능한 레인징 코드들을 할당한다. 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
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상기 레인징 코드는 먼저 미리 설정된 길이, 일 예로 215-1비트(bits) 길이를 가지는 의사 랜덤 잡음(PN: Psuedorandom Noise, 이하 'PN'이라 칭하기로 한다) 시퀀스를 소정 단위로 세그멘테이션(segmentation)하여 생성된다. 일반적으로 53비트 길이를 갖는 레인징 서브 채널 2개가 한 개의 레인징 채널을 구성하고, 106비트 길이의 레인징 채널을 통해서 PN 코드를 세그먼테이션하여 레인징 코드를 구성한다. 이렇게 구성된 레인징 코드는 일 예로 최대 48개(RC(Ranging Code)#1~RC#48)까지 SS들에게 할당될 수 있으며, 디폴트(default)값으로 SS당 최소 2개의 레인징 코드들이 상기 3가지 목적의 레인징, 즉 초기 레인징과 주기적 레인징 및 대역폭 요구 레인징에 적용된다. 이렇게, 상기 3가지 목적의 레인징들 각각에 상이한 레인징 코드들이 할당되는데, 일 예로 N개의 레인징 코드들이 초기 레인징을 위해 할당되고(N RC(Ranging Code)s for initial ranging), M개의 레인징 코드들이 주기적 레인징을 위해 할당되고(M RCs for periodic ranging), L개의 레인징 코드들이 대역폭 요구 레인징을 위해 할당된다(L RCs for BW-request ranging). 이렇게 할당된 레인징 코드들은 상기에서 설명한 바와 같이 UCD 메시지를 통해 SS들로 송신되고, 상기 SS들은 상기 UCD 메시지에 포함되어 있는 레인징 코드들을 그 목적에 맞게 사용하여 레인징 절차를 수행한다.
두 번째로 주기적 레인징에 대해서 설명하기로 한다.
상기 주기적 레인징은 상기 초기 레인징을 통해 시간 오프셋 및 송신 전력을 조정한 SS가 상기 기지국과 채널 상태 등을 조정하기 위해서 주기적으로 수행하는 레인징을 나타낸다. 상기 SS는 상기 주기적 레인징을 위해 할당된 레인징 코드들을 이용하여 상기 주기적 레인징을 수행한다.
세 번째로 대역폭 요구 레인징에 대해서 설명하기로 한다.
상기 대역폭 요구 레인징은 상기 초기 레인징을 통해 시간 오프셋 및 송신 전력을 조정한 SS가 상기 기지국과 실제 통신을 수행하기 위해서 대역폭 할당을 요구하는 레인징이다.
상기 도 4를 참조하면, 상기 업링크 프레임은 초기 레인징 및 주기적 레인징을 위한 Initial Maintenance Opportunities 영역(400)과, 대역폭 요구 레인징을 위한 Request Contention Opportunities 영역(410)과, SS들의 업링크 데이터들을 포함하는 SS scheduled data 영역들(420)로 구성된다. 상기 Initial Maintenance Opportunities 영역(400)은 실제 초기 레인징 및 주기적 레인징을 포함하는 다수의 접속 버스트(access burst) 구간들과, 상기 다수의 접속 버스트 구간들간 충돌이 발생할 경우 충돌(collision) 구간이 존재한다. 상기 Request Contention Opportunities 영역(410)은 실제 대역폭 요구 레인징을 포함하는 다수의 대역폭 요구(bandwidth request) 구간들과, 상기 다수의 대역폭 요구 구간들간의 충돌이 발생할 경우 충돌 구간이 존재한다. 이처럼 IEEE 802.16a통신 시스템과 같은 OFDMA 통신 시스템에서는 상기 Contention Opportunity 구간에 버스트 대신 레인징 코드를 사용함으로써 충돌을 줄일 수 있으나 동일한 한 구간에서 2개 이상의 SS들이 똑같은 레인징 코드를 사용할 때에는 충돌이 발생한다. 또한 동일한 한 구간에서 미리 설정된 개수 이상의 SS들이 서로 다른 레인징 코드들을 사용할 때 역시 충돌이 발생한다. 그리고 상기 SS scheduled data 영역들(420)은 다수의 SS scheduled data 영역(SS 1 scheduled data 영역 ~ SS N scheduled data 영역)들로 구성되며, 상기 다수의 SS scheduled data 영역(SS 1 scheduled data 영역 ~ SS N scheduled data 영역)들 각각 간에는 SS 천이 갭(SS transition gap)이 존재한다.
상기 도 4에서는 일반적인 IEEE 802.16a 통신 시스템의 업링크 프레임 구조에 대해서 설명하였으며, 다음으로 도 5를 참조하여 일반적인 IEEE 802.16a 통신 시스템의 레인징 코드를 생성하는 레인징 코드 생성기 구조에 대해서 설명하기로 한다.
상기 도 5는 일반적인 IEEE 802.16a 통신 시스템의 레인징 코드 생성기 구조를 도시한 도면이다.
상기 도 5를 참조하면, 상기 레인징 코드는 미리 설정된 길이를 가지는 PN 시퀀스를 미리 설정된 단위로 세그멘테이션하여 생성된다. 상기 도 5에는 생성 다항식(generation polynomial)이 1 + x1 + x4 + x7 + x15를 가지는 PN 시퀀스를 사용하는 레인징 코드 생성기가 도시되어 있다. 상기 레인징 코드 생성기는 상기 생성 다항식의 각 항들과 매핑되는 다수의 메모리들(510)과, 상기 생성 다항식의 각 탭(tap)들에 해당되는 메모리로부터 출력된 값들을 배타적 논리합(XOR) 연산하는 배타적 논리합 연산기(520)로 구성된다.
상기 OFDMA 통신 시스템에서 상기에서 설명한 바와 같이 1개의 레인징 채널이 2개의 서브 채널들로 구성되고, 1개의 서브 채널이 53개의 서브 캐리어들로 구성되면 106 비트(bits) 길이의 레인징 코드가 사용된다. SS들은 상기 OFDMA 통신 시스템에서 사용 가능한 레인징 코드들중 어느 한 레인징 코드를 랜덤하게 선택하고, 상기 랜덤 선택한 레인징 코드를 사용하여 레인징 절차를 수행한다. 또한, 상기 레인징 코드는 상기 레인징 채널 상의 서브 캐리어들 각각에 1비트씩 이진 위상 쉬프트 키잉(BPSK: Binary Phase Shift Keying, 이하 ‘BPSK’라 칭하기로 한다) 방식으로 변조되어 송신된다. 따라서 상기 레인징 코드들 각각은 서로 다른 레인징 코드들 각각에 대해서 상관(correlation) 관계가 거의 없는 특성을 가지기 때문에 송신측에서 동시에 송신되어도 수신측에서는 구별이 가능하게 된다. 이와 같은 이유로 상관 관계가 적은 레인징 코드를 사용함으로써 충돌을 어느 정도 줄일 수 있다. 그러나 같은 구간의 동일한 한 구간에서 미리 설정된 개수 이상의 SS들이 서로 다른 레인징 코드들을 사용한다면 서로 다른 레인징 코드들 각각에 대해서 상관 관계가 비교적 적기는 하지만 존재하므로 충돌이 발생하게 된다.
한편, 상기 IEEE 802.16a 통신 시스템은 현재 SS가 고정된 상태, 즉 SS의 이동성을 전혀 고려하지 않은 상태 및 단일 셀 구조만을 고려하고 있는 통신 시스템이다. 이와는 달리 IEEE 802.16e 통신 시스템은 상기 IEEE 802.16a 통신 시스템에 SS의 이동성을 고려하는 통신 시스템이라고 규정하고 있으며, 따라서 상기 IEEE 802.16e 통신 시스템은 다중 셀(multi cell) 환경에서의 SS의 이동성을 고려해야만 한다. 이렇게 다중 셀 환경에서의 SS 이동성을 제공하기 위해서는 상기 SS 및 기지국 동작의 변경이 필수적으로 요구되며, 특히 상기 SS의 이동성 지원을 위해 다중 셀 구조를 고려한 상기 SS의 핸드오버에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 여기서, 상기 이동성을 가지는 SS를 이동 SS(MSS: Mobile Subscriber Station, 이하 'MSS'라 칭하기로 한다)라고 칭하기로 한다.
그러면 여기서 도 6을 참조하여 상기 IEEE 802.16e 통신 시스템 구조에 대해서 설명하기로 한다.
상기 도 6은 일반적인 IEEE 802.16e 통신 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 도 6을 참조하면, 상기 IEEE 802.16e 통신 시스템은 다중 셀 구조를 가지며, 즉 셀(600)과 셀(650)을 가지며, 상기 셀(600)을 관장하는 기지국(610)과, 상기 셀(650)을 관장하는 기지국(640)과, 다수의 MSS들(611),(613),(630),(651),(653)로 구성된다. 그리고 상기 기지국들(610),(640)과 상기 MSS들(611),(613),(630),(651),(653)간의 신호 송수신은 상기 OFDM/OFDMA 방식을 사용하여 이루어진다. 그런데 상기 MSS들(611),(613),(630),(651),(653) 중 MSS(630)는 상기 셀(600)과 상기 셀(650)의 경계 지역, 즉 핸드오버 영역에 존재하며, 따라서 상기 기지국(610)과 기지국(640) 간에 핸드오버를 지원해야만 상기 MSS(630)에 대한 이동성을 지원하는 것이 가능하게 된다.
상기 IEEE 802.16e 통신 시스템에서 임의의 MSS는 다수개의 기지국들에서 송신하는 파일럿 채널 신호들을 수신한다. 상기 MSS는 수신된 파일럿 채널 신호들의 CINR을 측정한다. 상기 MSS는 측정된 다수개의 파일럿 채널 신호들의 CINR들 중에서 가장 큰 크기의 CINR을 가지는 파일럿 채널 신호를 송신한 기지국을 MSS 자신이 현재 속해있는 기지국, 즉 서빙 기지국(Serving BS)으로 선택한다. 즉, MSS는 파일럿 채널 신호를 송신하는 다수개의 기지국들 중에서 상기 MSS가 가장 양호하게 수신할 수 있는 파일럿 채널 신호를 송신하는 기지국을 MSS 자신이 속한 서빙 기지국으로 인식하게 되는 것이다. 결국, 상기 MSS 자신이 현재 속해 있는 기지국이 서빙 기지국이 되는 것이다. 상기 서빙 기지국을 선택한 MSS는 상기 서빙 기지국에서 송신하는 다운링크 프레임 및 업링크 프레임을 수신하여 데이터를 송수신하게 된다.
상기 6에서는 일반적인 IEEE 802.16e 통신 시스템의 구조에 대해서 설명하였으며, 다음으로 도 7을 참조하여 초기 레인징 과정에 대해서 설명하기로 한다.
상기 도 7은 일반적인 IEEE 802.16e 통신 시스템의 초기 레인징 과정을 도시 한 신호 흐름도이다.
상기 도 7에서는 코드 분할 다중 접속(CDMA: Code Division Multiple Access, 이하 'CDMA'라 칭하기로 한다) 방식을 기반으로 하는 OFDMA 통신 시스템의 초기 레인징 과정을 설명하기로 한다. 상기 도 7을 참조하면, 먼저 MSS(750)는 파워 온 됨에 따라 상기 MSS(750)에 미리 설정되어 있는 모든 주파수 대역들을 모니터링하여 가장 큰 크기, 일 예로 가장 큰 CINR을 가지는 파일럿 채널 신호를 검출한다. 그리고 상기 MSS(750)는 가장 큰 CINR을 가지는 파일럿 채널 신호를 송신한 기지국(700)을 상기 MSS(750) 자신이 현재 속해있는 서빙 기지국으로 판단하고, 상기 기지국(700)에서 송신하는 다운 링크 프레임의 프리앰블을 수신하여 상기 기지국(700)과의 시스템 동기를 획득한다.
상기에서 설명한 바와 같이 상기 MSS(750)와 기지국(700)간에 시스템 동기가 획득되면, 상기 기지국(700)은 상기 MSS(750)로 DL-MAP 메시지를 송신한다(711단계). 상기 기지국(700)은 상기 DL-MAP 메시지를 송신한 후 상기 MSS(750)로 UCD 메시지를 송신한다(713단계). 여기서, 상기 UCD 메시지에는 레인징 코드들에 관한 정보가 포함되어 있다.
상기 기지국(700)은 상기 UCD 메시지를 송신한 후 상기 MSS(750)로 UL-MAP 메시지를 송신한다(715단계). 상기 기지국(700)으로부터 UL-MAP 메시지까지 수신한 후 상기 MSS(750)는 UCD 메시지로부터 수신한 상기 초기 레인징에 사용되는 레인징 코드들과, 변조 방식 및 코딩 방식 정보와, UL-MAP 메시지로부터 수신한 레인징 채널과 레인징 슬럿을 인식할 수 있다. 상기 MSS(750)는 상기 초기 레인징에 사용되 는 레인징 코드들중 랜덤하게 한 레인징 코드를 선택하고, 상기 초기 레인징에 사용되는 레인징 슬럿들 중 랜덤하게 한 레인징 슬럿을 선택한 후, 상기 선택한 레인징 슬럿을 통해 상기 선택한 레인징 코드를 상기 기지국(700)으로 송신한다(717단계). 상기 717단계에서 상기 레인징 코드를 송신하는 송신 전력(transmit power)은 최소 송신 전력 레벨을 가진다.
상기 MSS(750)는 상기 레인징 코드를 송신하였음에도 불구하고 상기 기지국(700)으로부터 별도의 응답을 수신하지 못했을 경우 다시 한번 상기 초기 레인징에 사용되는 레인징 코드들중 랜덤하게 한 레인징 코드를 선택하고, 상기 초기 레인징에 사용되는 레인징 슬럿들 중 랜덤하게 한 레인징 슬럿을 선택한 후, 상기 선택한 레인징 슬럿을 통해 상기 선택한 레인징 코드를 송신한다(719단계). 상기 719단계에서 상기 레인징 코드를 송신하는 송신 전력은 상기 719단계에서 레인징 코드를 송신하는 송신 전력보다 증가된 송신 전력 레벨을 가진다. 물론, 상기 717단계에서 송신한 레인징 코드에 대해서 상기 MSS(750)가 상기 기지국(700)으로부터 응답을 수신하였을 경우에는 상기 719단계는 수행하지 않게 된다.
상기 기지국(700)은 상기 MSS(750)로부터 임의의 레인징 슬럿을 통해서 임의의 레인징 코드를 수신하면, 레인징 코드 수신에 성공하였음을 나타내는 성공 정보, 일 예로 OFDMA 심벌 번호와, 서브 채널, 레인징 코드 등과 같은 레인징 응답(RNG-RSP: Ranging-Response, 이하 'RNG-RSP'라 칭하기로 한다) 메시지를 상기 MSS(750)로 송신한다(721단계). 여기서, 상기 도 7에 도시하지는 않았지만 상기 MSS(750)는 상기 RNG-RSP 메시지를 수신함에 따라 상기 RNG-RSP 메시지에 포함되어 있는 레인징 성공 정보를 사용하여 시간 및 주파수 오프셋을 조정하고, 송신 전력을 조정하게 되는 것이다. 또한, 상기 기지국(700)은 상기 MSS(750)로 상기 MSS(750)를 위한 CDMA 할당 정보 엘리먼트(CMDA-Allocation-IE(Information Element))를 포함하는 UL-MAP 메시지를 송신한다(723단계). 여기서, 상기 CDMA 할당 정보 엘리먼트에는 상기 MSS(750)가 레인징 요구(RNG-REQ: Ranging-Request, 이하 'RNG-REQ'라 칭하기로 한다) 메시지를 송신할 업링크 대역폭(bandwidth)이 포함되어 있다.
상기 기지국(700)으로부터 UL-MAP 메시지를 수신한 상기 MSS(750)는 상기 UL-MAP 메시지에 포함되어 있는 CDMA 할당 정보 엘리먼트를 검출하고, 상기 CDMA 할당 정보 엘리먼트에 포함되어 있는 업링크 자원, 즉 업링크 대역폭을 사용하여 MAC 어드레스를 포함하는 RNG-REQ 메시지를 상기 기지국(700)으로 송신한다(725단계). 상기 MSS(750)로부터 RNG-REQ 메시지를 수신한 상기 기지국(700)은 상기 MSS(750)의 MAC 어드레스에 상응하게 CID들, 즉 basic CID와 primary management CID를 포함하는 RNG-RSP 메시지를 상기 MSS(750)로 송신한다(727단계).
상기 도 7에서 설명한 바와 같이 상기 초기 레인징 과정을 수행하고 나면, MSS는 MSS 자신에게 고유하게 할당되는 basic CID와 primary management CID를 알 수 있게 된다. 또한, 상기 초기 레인징 과정에서 MSS는 랜덤하게 레인징 슬럿 및 레인징 코드를 선택하고, 상기 랜덤하게 선택한 레인징 슬럿에서 상기 랜덤하게 선택한 레인징 코드를 송신하기 때문에 한 레인징 슬럿에 서로 다른 MSS들에 의해 송신된 동일한 레인징 코드가 충돌하는 경우가 발생한다. 또한 일정 개수 이상(예:5개)의 MSS들이 동일한 한 레인징 슬럿에 서로 다른 레인징 코드들을 송신하는 경우에도 충돌이 발생한다. 이는 레인징 코드가 상관 관계가 비교적 작지만 존재함에 기인한다.
이렇게 레인징 코드가 충돌할 경우 기지국은 상기 충돌한 레인징 코드를 식별하지 못하고, 따라서 RNG-RSP 메시지 역시 송신하지 못하게 된다. 그리고 상기 기지국으로부터 RNG-RSP 메시지를 수신하지 못하므로 상기 MSS는 상기 exponential random backoff 알고리즘에 상응하는 백오프값을 대기한 후 상기 초기 레인징을 위한 레인징 코드 송신을 반복하게 된다. 여기서, 상기 exponential random backoff 알고리즘은 직접적인 연관이 없으므로 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
한편, 상기 RNG-REQ 메시지의 구조는 하기 표 4에 나타낸 바와 같다.
Figure 112003045583697-pat00002
상기 표 4에서 Downlink Channel ID는 상기 SS가 상기 UCD를 통해 수신한 레인징 요구 메시지에 포함된 다운링크 채널 아이디를 의미하며, 상기 Pending Until Complete는 전송되는 레인징 응답의 우선순위를 나타낸다. 즉, 상기 Pending Until Complete가 0이라면, 이전의 레인징 응답이 우선시 되는 것이며, 상기 Pending Until Complete가 0이 아니라면 현재의 레인징 응답이 우선시 되어진다.
또한, 상기 표 4에서 나타낸 RNG-REQ 메시지에 대응한 상기 RNG-RSP 메시지의 구조는 하기 표 5에 나타낸 바와 같다.
Figure 112003045583697-pat00003
상기 표 5에서 Uplink Channel ID는 기지국이 RNG-REQ 메시지에 삽입하였던 업링크 채널의 식별자를 나타낸다.
한편, 상기 IEEE 802.16e 통신 시스템에서 OFDMA 방식을 사용할 경우 상기에서 설명한 바와 같은 초기 레인징 과정을 더 효율적으로 수행할 수 있도록 레인징을 위한 전용 구간을 설정하고, 상기 전용 구간에서 레인징 코드를 전송하는 방식을 사용하여 상기 RNG-REQ 메시지를 대신하기도 한다.
상기 도 7에서는 일반적인 OFDMA 통신 시스템의 초기 레인징 과정에 대해서 설명하였으며, 다음으로 도 8을 참조하여 IEEE 802.16e 통신 시스템의 핸드오버 과정에 대해서 설명하기로 한다.
상기 도 8은 일반적인 IEEE 802.16e 통신 시스템의 핸드오버 과정을 도시한 신호 흐름도이다.
상기 도 8을 참조하면, 먼저 서빙 기지국(810)은 MSS(800)로 이동 가입자 단말기 인접 기지국 광고(MOB-NBR-ADV: Mobile Neighbor Advertisement, 이하 'MOB-NBR-ADV'라 칭하기로 한다) 메시지를 송신한다(811단계). 상기 MSS(800)는 상기 MOB-NBR-ADV 메시지를 수신함에 따라 인접 기지국(neighbor BS)들에 대한 정보를 획득할 수 있으며, 상기 MSS(800) 자신이 인접 기지국들로부터 송신되는 파일럿 채널 신호들의 CINR들을 스캐닝하기를 원할 때 상기 서빙 기지국(810)으로 이동 가입자 단말기 스캔 요구(MOB-SCN-REQ: Mobile Scanning Interval Allocation Request, 이하 'MOB-SCN-REQ'라 칭하기로 한다) 메시지를 송신한다(813단계). 상기 MSS(800)가 스캔 요구를 하는 시점은 상기 파일럿 채널 신호의 CINR 스캐닝 동작과 직접적인 연관이 없으므로 여기서는 그 상세한 설명은 생략하기로 한다. 상기 MOB-SCN-REQ 메시지를 수신한 서빙 기지국(810)은 상기 MSS(800)가 스캐닝할 정보를 포함하는 이동 가입자 단말기 스캔 응답(MOB-SCN-RSP: Mobile Scanning Interval Allocation Response, 이하 'MOB-SCN-RSP'라 칭하기로 한다) 메시지를 상기 MSS(800)로 송신한다(815단계). 상기 스캐닝 정보를 포함하는 MOB-SCN-RSP 메시지를 수신한 상기 MSS(800)는 상기 MOB-NBR-ADV 메시지 수신을 통해 획득한 인접 기지국들에 대해서 상기 MOB-SCN-RSP 메시지에 포함되어 있는 파라미터들, 즉 스캔 구간에 상응하게 파일럿 채널 신호들의 CINR 스캐닝을 수행한다(817단계). 한편, 도 8에서는 상기 MSS(800)가 상기 서빙 기지국(810)에서 송신하는 파일럿 채널 신호의 CINR을 측정하는 과정을 별도로 도시하지 않았으나, 상기 MSS(800)는 상기 서빙 기지국(810)에서 송신하는 파일럿 채널 신호의 CINR을 지속적으로 측정하고 있음은 물론이다.
상기 인접 기지국들로부터 수신되는 파일럿 채널 신호들의 CINR들을 스캐닝 완료한 후 상기 MSS(800)가 현재 상기 MSS(800) 자신이 속해있는 서빙 기지국을 변경해야함을 결정하면(819단계), 즉 상기 MSS(800)가 현재의 서빙 기지국을 상기 서빙 기지국(810)과 상이한 새로운 기지국으로 변경해야함을 결정하면 상기 MSS(800)는 상기 서빙 기지국(810)으로 MSS 핸드오버 요구(MOB-MSSHO-REQ: Mobile MSS HandOver Request, 이하 'MOB-MSSHO-REQ'라 칭하기로 한다) 메시지를 송신한다(821단계). 여기서, 상기 MSS(800)가 현재 속해 있는 서빙 기지국이 아닌 새로운 기지국, 즉 상기 MSS(800)가 핸드오버하여 새로운 서빙 기지국이 될 가능성이 있는 기지국을 '타겟 기지국(target BS)'이라 칭하기로 한다. 여기서, 상기 MOB-MSSHO-REQ 메시지는 상기 MSS(800)가 스캐닝한 결과를 포함한다.
상기 서빙 기지국(810)이 상기 MSS(800)가 송신한 MOB-MSSHO-REQ 메시지를 수신하면, 상기 수신한 MOB-MSSHO-REQ 메시지에 포함되어 있는 정보를 사용하여 상기 MSS(800)가 핸드오버 가능한 타겟 기지국 리스트를 검출하게 된다(823단계). 여기서, 설명의 편의상 상기 핸드오버 가능한 타겟 기지국 리스트를 '핸드오버 가능 타겟 기지국 리스트'라 칭하기로 하며, 상기 도 8에서는 상기 핸드오버 가능 타겟 기지국 리스트에 제1타겟 기지국(820)과 제2타겟 기지국(830)이 존재한다고 가정하기로 한다. 물론, 상기 핸드오버 가능 타겟 기지국 리스트에는 다수의 타겟 기지국들이 포함될 수 있다. 상기 서빙 기지국(810)은 상기 핸드오버 가능 타겟 기지국 리스트에 속한 타겟 기지국들, 즉 제1타겟 기지국(820)과 제2타겟 기지국(830)으로 핸드오버 통지(HO-notification, 이하 'HO-notification'라 칭하기로 한다) 메시지를 송신한다(825단계, 827단계).
상기 제1타겟 기지국(820)과 제2타겟 기지국(830)은 상기 서빙 기지국(810)으로부터 HO-notification 메시지를 수신하면, 상기 HO-notification 메시지에 대한 응답 메시지인 핸드오버 통지 응답(HO-notification-response, 이하 'HO-notification-response'라 칭하기로 한다) 메시지를 상기 서빙 기지국(810)으로 송신한다(829단계, 831단계). 상기 HO-notification-response 메시지에는 다수의 IE들, 즉 타겟 기지국들로 핸드오버하고자 하는 MSS(800)의 식별자(MSS ID)와, 타겟 기지국들이 상기 MSS(800)의 핸드오버 요구에 따라 핸드오버를 수행할 수 있는지에 대한 응답(ACK/NACK)과, 각 타겟 기지국들에게 상기 MSS(800)가 핸드오버하였을 때 상기 타겟 기지국들 각각이 제공할 수 있는 대역폭 및 서비스 레벨 정보를 포함한다.
한편, 상기 제1타겟 기지국(820) 및 제2타겟 기지국(830)으로부터 HO-notification-response 메시지를 수신한 서빙 기지국(810)은 상기 제1타겟 기지국(820) 및 제2타겟 기지국(830)으로부터 수신한 HO-notification-response 메시지를 분석하여 상기 MSS(800)가 핸드오버하였을 때 상기 MSS(800)가 요구하는 대역폭과 서비스 레벨을 최적으로 제공해줄 수 있는 타겟 기지국을 검출하여 상기 MSS(800)가 핸드오버할 최종 타겟 기지국으로 선택한다. 일 예로, 상기 제1타겟 기지국(820)이 제공할 수 있는 서비스 레벨은 상기 MSS(800)가 요구한 서비스 레벨보다 낮고, 상기 제2타겟 기지국(830)이 제공할 수 있는 서비스 레벨은 상기 MSS(800)가 요구한 서비스 레벨과 동일하다고 가정하면 상기 서빙 기지국(810)은 상기 제2타겟 기지국(830)을 상기 MSS(800)가 핸드오버할 최종 타겟 기지국으로 선택하는 것이다. 따라서 상기 서빙 기지국(810)은 상기 제2타겟 기지국(830)으로 상기 HO-notification-response 메시지에 대한 응답 메시지로서 핸드오버 통지 확인(HO-notification-confirm, 이하 'HO-notification-confirm'라 칭하기로 한다) 메시지를 송신한다(833단계).
또한, 상기 서빙 기지국(810)은 상기 MSS(800)로 상기 MOB-MSSHO-REQ 메시지에 대한 응답 메시지로서 이동 핸드오버 응답(MOB-HO-RSP: Mobile HandOver Response, 이하 'MOB-HO-RSP'라 칭하기로 한다) 메시지를 송신한다(835단계). 여기서, 상기 MOB-HO-RSP 메시지에는 상기 MSS(800)가 핸드오버할 타겟 기지국에 대한 정보가 포함되어 있다.
상기 MOB-HO-RSP 메시지를 수신한 MSS(800)는 상기 MOB-HO-RSP 메시지에 포함되어 있는 정보를 분석하여 상기 MSS(800) 자신이 핸드오버할 타겟 기지국을 선택한다. 상기 핸드오버할 타겟 기지국을 선택한 MSS(800)는 상기 서빙 기지국(810)으로 MOB-HO-RSP 메시지에 대한 응답 메시지인 이동 핸드오버 지시(MOB-HO-IND: Mobile Handover Indication, 이하 'MOB-HO-IND'라 칭하기로 한다) 메시지를 송신한다(837단계).
상기 MOB-HO-IND 메시지를 수신한 서빙 기지국(810)은 상기 MSS(800)가 상기 MOB-HO-IND 메시지에 포함되어 있는 타겟 기지국, 즉 제2타겟 기지국(830)으로 핸드오버할 것임을 인식한 후 상기 MSS(800)와 현재 셋업되어 있는 링크(link)를 해제한다(839단계). 그리고, 상기 MSS(800)는 상기 제2타겟 기지국(830)과 상기 도 7에서 설명한 바와 같은 초기 레인징 절차를 수행한 후(841단계), 상기 초기 레인징에 성공하면 상기 제2타겟 기지국(830)과 네트워크 진입(network entry) 절차를 수행한다(843단계).
그런데, 상기 MSS(800)는 상기 제2타겟 기지국(830)으로 핸드오버함에 따라 발생하는 초기 레인징 절차를 수행함에 있어 핸드오버가 아닌 비핸드오버 상태에서 사용하는 초기 레인징 코드를 그대로 사용한다. 즉, 상기 MSS(800)는 상기에서 설명한 바와 같은 초기 레인징 슬럿에서 초기 레인징 코드를 사용하여 상기 제2타겟 기지국(830)과 초기 레인징을 수행하기 때문에 충돌이 발생할 확률이 높다.
상기에서 설명한 바와 같이 상기 IEEE 802.16e 통신 시스템에서는 현재 서빙 기지국에서 서비스받는 MSS가 최종 타겟 기지국으로 핸드오버시 초기 레인징을 위해 상기 최종 타겟 기지국의 초기 레인징 코드와 초기 레인징 슬럿을 이용해야만 한다. 즉, 초기접속으로 인한 초기 레인징을 수행하는 MSS와 핸드오버를 수행함으로 인한 초기 레인징을 수행하는 MSS가 서로 동등한 우선 순위를 가지고 있기 때문에, 상기 초기 레인징은 충돌이 발생하게 된다. 그러나, 상기 핸드오버를 수행하는 MSS의 경우는 일반적인 초기 접속을 하는 MSS에 비해 우선 순위가 제공되어야만 정상적인 서비스가 가능하다. 즉, 상기 핸드오버를 수행하는 MSS의 초기 레인징이 지속적으로 충돌 발생할 경우 상기 충돌로 인한 서비스 중단이 불가피하게 되고, 이는 QoS 저하를 초래하게 된다는 문제점을 가진다.
따라서, 본 발명의 목적은 OFDM/OFDMA 통신 시스템에서 핸드오버를 수행하는 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 OFDM/OFDMA 통신 시스템에서 핸드오버 수행시 접속 지연을 최소화하는 레인징 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 OFDM/OFDMA 통신 시스템에서 핸드오버를 위한 별도의 레인징 코드 및 레인징 슬럿을 제공하여 핸드오버를 수행하는 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 시스템은; 직교 주파수 분할 다중/직교 주파수 분할 다중 접속 방식을 사용하는 통신 시스템에서, 서빙 기지국에서 서비스를 제공받고 있는 이동 가입자 단말기가 상기 서빙 기지국과 상이한 타겟 기지국으로 핸드오버시 핸드오버 레인징을 수행하는 시스템에 있어서, 상기 타겟 기지국과 이동 가입자 단말기간의 레인징을 초기 레인징과, 대역폭 요구 레인징과, 주기적 레인징 및 핸드오버 레인징으로 분류하고, 상기 레인징들에 사용할 Q개의 레인징 코드들을 생성하고, 상기 Q개의 레인징 코드들중 A개의 레인징 코드들을 상기 핸드오버 레인징에 사용할 핸드오버 레인징 코드들로 할당한 후 상기 이동 가입자 단말기들로 상기 할당한 핸드오버 레인징 코드들을 포함하는 정보를 송신하는 상기 타겟 기지국과, 상기 타겟 기지국으로부터 상기 정보를 수신하고, 상기 정보내의 상기 핸드오버 레인징 코드들을 사용하여 상기 타겟 기지국과 핸드오버 레인징을 수행하는 상기 이동 가입자 단말기를 포함함을 특징으로 한다.
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상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 다른 시스템은; 직교 주파수 분할 다중/직교 주파수 분할 다중 접속 방식을 사용하는 통신 시스템에서, 서빙 기지국에서 서비스를 제공받고 있는 이동 가입자 단말기가 상기 서빙 기지국과 상이한 타겟 기지국으로 핸드오버시 핸드오버 레인징을 수행하는 시스템에 있어서, 상기 타겟 기지국과 이동 가입자 단말기간의 레인징을 초기 레인징과, 대역폭 요구 레인징과, 주기적 레인징 및 핸드오버 레인징으로 분류하고, 상기 레인징들을 수행할 Q개의 레인징 슬럿들을 결정하고, 상기 Q개의 레인징 슬럿들중 A개의 레인징 슬럿들을 상기 핸드오버 레인징을 수행할 핸드오버 레인징 슬럿들로 할당한 후 상기 이동 가입자 단말기로 상기 할당한 핸드오버 레인징 슬럿들을 포함하는 정보를 송신하는 상기 타겟 기지국과, 상기 타겟 기지국으로부터 상기 정보를 수신하고, 상기 정보내의 핸드오버 레인징 슬럿들에서 상기 타겟 기지국과 핸드오버 레인징을 수행하는 상기 이동 가입자 단말기를 포함함을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 방법은; 직교 주파수 분할 다중/직교 주파수 분할 다중 접속 방식을 사용하는 통신 시스템에서 레인징 코드를 할당하는 방법에 있어서, 상기 통신 시스템의 기지국과 이동 가입자 단말기들간의 레인징을 초기 레인징과, 대역폭 요구 레인징과, 주기적 레인징 및 핸드오버 레인징으로 분류하는 과정과, 상기 레인징들에 사용할 Q개의 레인징 코드들을 생성하고, 상기 Q개의 레인징 코드들중 A개의 레인징 코드들을 상기 핸드오버 레인징에 사용할 핸드오버 레인징 코드들로 할당하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 다른 방법은; 직교 주파수 분할 다중/직교 주파수 분할 다중 접속 방식을 사용하는 통신 시스템에서, 서빙 기지국에서 서비스를 제공받고 있는 이동 가입자 단말기가 상기 서빙 기지국과 상이한 타겟 기지국으로 핸드오버시 핸드오버 레인징을 수행하는 방법에 있어서, 상기 타겟 기지국으로부터 핸드오버 레인징에 사용할 핸드오버 레인징 코드들을 포함하는 정보를 수신하는 과정과, 상기 핸드오버 레인징 코드들을 사용하여 상기 타겟 기지국과 핸드오버 레인징을 수행하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 방법은; 직교 주파수 분할 다중/직교 주파수 분할 다중 접속 방식을 사용하는 통신 시스템에서, 레인징 슬럿을 할당하는 방법에 있어서, 상기 통신 시스템의 기지국과 이동 가입자 단말기들간의 레인징을 초기 레인징과, 대역폭 요구 레인징과, 주기적 레인징 및 핸드오버 레인징으로 분류하는 과정과, 상기 레인징들을 수행할 Q개의 레인징 슬럿들을 결정하고, 상기 Q개의 레인징 슬럿들중 A개의 레인징 슬럿들을 상기 핸드오버 레인징을 수행할 핸드오버 레인징 슬럿들로 할당하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 방법은; 직교 주파수 분할 다중/직교 주파수 분할 다중 접속 방식을 사용하는 통신 시스템에서, 서빙 기지국에서 서비스를 제공받고 있는 이동 가입자 단말기가 상기 서빙 기지국과 상이한 타겟 기지국으로 핸드오버시 핸드오버 레인징을 수행하는 방법에 있어서, 상기 타겟 기지국은 상기 타겟 기지국과 이동 가입자 단말기간의 레인징을 초기 레인징과, 대역폭 요구 레인징과, 주기적 레인징 및 핸드오버 레인징으로 분류하고, 상기 레인징들에 사용할 Q개의 레인징 코드들을 생성하고, 상기 Q개의 레인징 코드들중 A개의 레인징 코드들을 상기 핸드오버 레인징에 사용할 핸드오버 레인징 코드들로 할당한 후 상기 이동 가입자 단말기들로 상기 할당한 핸드오버 레인징 코드들을 포함하는 정보를 송신하는 과정과, 상기 이동 가입자 단말기는 상기 타겟 기지국으로부터 상기 정보를 수신하고, 상기 정보내의 상기 핸드오버 레인징 코드들을 사용하여 상기 타겟 기지국과 핸드오버 레인징을 수행하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 방법은; 직교 주파수 분할 다중/직교 주파수 분할 다중 접속 방식을 사용하는 통신 시스템에서, 서빙 기지국에서 서비스를 제공받고 있는 이동 가입자 단말기가 상기 서빙 기지국과 상이한 타겟 기지국으로 핸드오버시 핸드오버 레인징을 수행하는 방법에 있어서, 상기 타겟 기지국으로부터 핸드오버 레인징을 수행할 핸드오버 레인징 슬럿들을 포함하는 정보를 수신하는 과정과, 상기 핸드오버 레인징 슬럿들에서 상기 타겟 기지국과 핸드오버 레인징을 수행하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 방법은; 직교 주파수 분할 다중/직교 주파수 분할 다중 접속 방식을 사용하는 통신 시스템에서, 서빙 기지국에서 서비스를 제공받고 있는 이동 가입자 단말기가 상기 서빙 기지국과 상이한 타겟 기지국으로 핸드오버시 핸드오버 레인징을 수행하는 방법에 있어서, 상기 타겟 기지국은 상기 타겟 기지국과 이동 가입자 단말기간의 레인징을 초기 레인징과, 대역폭 요구 레인징과, 주기적 레인징 및 핸드오버 레인징으로 분류하고, 상기 레인징들을 수행할 Q개의 레인징 슬럿들을 결정하고, 상기 Q개의 레인징 슬럿들중 A개의 레인징 슬럿들을 상기 핸드오버 레인징을 수행할 핸드오버 레인징 슬럿들로 할당한 후 상기 이동 가입자 단말기로 상기 할당한 핸드오버 레인징 슬럿들을 포함하는 정보를 송신하는 과정과, 상기 이동 가입자 단말기는 상기 타겟 기지국으로부터 상기 정보를 수신하고, 상기 정보내의 상기 핸드오버 레인징 슬럿들에서 상기 타겟 기지국과 핸드오버 레인징을 수행하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
본 발명은 직교 주파수 분할 다중(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 ‘OFDM'이라 칭하기로 한다) 방식 및 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 이하 'OFDMA'이라 칭하기로 한다) 방식을 사용하는 통신 시스템(이하 'OFDM/OFDMA 통신 시스템'이라 칭하기로 한다)에서 접속 지연 시간을 최소화하면서도 충돌이 발생하지 않는 핸드오버 레인징(handover ranging) 방안을 제안한다. 또한, 본 발명은 OFDM/OFDMA 통신 시스템에서 상기 접속 지연 시간을 최소화하면서도 충돌이 발생하지 않는 레인징을 위해서 핸드오버 레인징 코드(handover ranging code) 및 핸드오버 레인징 슬럿(handover ranging slot)을 새롭게 제안한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16e 통신 시스템의 업링크(uplink) 프레임(frame) 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 도 9를 설명하기에 앞서, 본 발명은 OFDM/OFDMA 통신 시스템에서 적용되며, 설명의 편의상 IEEE 802.16e 통신 시스템을 상기 OFDM/OFDMA 통신 시스템의 일 예로 하여 설명하는 것임에 유의하여야만 한다. 상기 도 9를 참조하면, 상기 업링크 프레임은 핸드오버 레인징을 위한 핸드오버 전용 영역(900)과, 초기 레인징(Initial Ranging) 및 주기적 레인징(Periodic Ranging)을 위한 Initial Maintenance Opportunities 영역(910)과, 대역폭 요구 레인징(Bandwidth Request Ranging)을 위한 Request Contention Opportunities 영역(920)과, 가입자 단말기(SS: Subscriber Station, 이하 'SS'라 칭하기로 한다)들의 업링크 데이터들을 포함하는 SS scheduled data 영역(930)으로 구성된다. 여기서, 상기 Initial Maintenance Opportunities 영역(910)과, Request Contention4 Opportunities 영역(920)과, SS scheduled data 영역(930)은 상기 종래 기술 부분의 도 4에서 설명한 Initial Maintenance Opportunities 영역(400)과, Request Contention4 Opportunities 영역(410)과, SS scheduled data 영역(420)과 동일하므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
상기 핸드오버 전용 영역(900)에 대해서 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 종래 기술에서 설명한 바와 같이 이동 가입자 단말기(MSS: Mobile Subscriber Station, 이하 'MSS'라 칭하기로 한다)가 서빙 기지국(serving BS(Base Station))과 서비스를 수행하는 중에 새로운 기지국, 즉 타겟 기지국(target BS)으로 핸드오버를 할 경우 상기 타겟 기지국의 초기 레인징에 사용되는 초기 레인징 코드 및 초기 레인징 슬럿을 사용하여 초기 레인징을 수행하게 된다. 즉, 경쟁 기반(contention based) 방식의 초기 레인징을 수행함으로써 상기 MSS는 핸드오버를 수행함에 따른 초기 레인징을 수행함에도 불구하고 상기 타겟 기지국에서 MSS의 초기 접속에 따른 초기 레인징과의 충돌이 발생하게 되어 상기 타겟 기지국과의 서비스 접속 지연이 발생하게 되었었다. 따라서, 본 발명에서는 상기 IEEE 802.16e 통신 시스템의 업링크 프레임이 핸드오버를 수행함에 따른 초기 레인징을 수행하는 별도의 구간, 즉 핸드오버 전용 영역을 포함한다. 여기서, 상기 핸드오버를 수행함에 따른 초기 레인징을 '핸드오버 레인징'이라 칭하기로 한다. 상기 핸드오버 전용 영역(900)에서는 핸드오버 레인징만을 수행하도록 하여 일반 초기 접속을 위한 초기 레인징과 상기 핸드오버 레인징과의 충돌 발생을 제거함으로써 고속 핸드오버를 가능하게 한다. 여기서, 상기 일반 초기 접속을 위한 초기 레이징을 '비핸드오버 레인징'이라 칭하기로 한다.
여기서, 상기 핸드오버 전용 영역(900)에 대한 정보는 핸드오버 레인징 정보 엘리먼트(IE: Information Element)(이하 '핸드오버 IE'라 칭하기로 한다)에 포함되며, 상기 핸드오버 레인징 IE는 UL(UpLink)-MAP 메시지의 IE 필드에 포함된다. 상기 UL-MAP 메시지는 상기 종래 기술 부분의 표 2에서 설명한 바와 동일한 포맷을 가지며, 다만 상기 핸드오버 레인징 IE가 포함된다는 면에서만 상이할 뿐이므로 상기 핸드오버 레인징 IE에 관련된 설명만 하기로 한다.
상기 핸드오버 레인징 IE는 기존 UL-MAP 메시지에서 사용되고 있는 UIUC(UIUC: Uplink Interval Usage Code, 이하 'UIUC'라 칭하기로 한다)중 하나를 선택하여 사용한다. 일 예로 상기 OFDMA 방식을 사용할 경우, 예약되어 있는(reserved) 되어 있는 UIUC 13번을 상기 핸드오버 레인징 IE로 선택하여 사용할 수 있다. 상기 OFDMA 방식을 사용할 경우 UL-MAP 메시지의 IE를 검출시 상기 검출한 IE의 UIUC 영역에 13이 기록되어 있다면, 상기 검출된 IE의 위치 정보(Location Information)는 상기 핸드오버 레인징 영역임을 나타내는 것이다.
상기 도 9에서는 본 발명의 실시예에 따른 IEEE 802.16e 통신 시스템의 업링크 프레임 구조에 대해서 설명하였으며, 다음으로 도 10을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 IEEE 802.16e 통신 시스템의 레인징 코드 구조에 대해서 설명하기로 한다.
상기 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 IEEE 802.16e 통신 시스템의 레인징 코드 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 도 10을 설명하기에 앞서, 상기 종래 기술 부분에서 설명한 바와 같이 일반적으로 레인징은 그 목적에 따라 초기 레인징과, 주기적 레인징과 대역폭 요구 레인징으로 분류되며, 상기 IEEE 802.16e 통신 시스템은 OFDM/OFDMA 방식을 사용하기 때문에 상기 레인징 절차에는 레인징 서브 채널(ranging sub-channel)들과 레인징 코드들이 필요하고, 기지국은 상기 레인징들의 목적, 즉 종류에 따라서 각각 사용 가능한 레인징 코드들을 할당한다.
즉, 상기 레인징 코드는 먼저 미리 설정된 길이, 일 예로 215-1비트(bits) 길이를 가지는 의사 랜덤 잡음(PN: Psuedorandom Noise, 이하 'PN'이라 칭하기로 한다) 시퀀스를 미리 설정된 단위로 세그멘테이션(segmentation)하여 생성된다. 일반적으로 53비트 길이를 갖는 레인징 서브 채널 2개가 한 개의 레인징 채널을 구성하고, 106비트 길이의 레인징 채널을 통해서 PN 코드를 세그먼테이션하여 레인징 코드를 구성한다. 이렇게 구성된 레인징 코드는 일 예로 최대 48개(RC(Ranging Code)#1~RC#48)까지 MSS에게 할당될 수 있으며, 디폴트(default)값으로 MSS당 최소 2개의 레인징 코드들이 상기 3가지 목적의 레인징, 즉 초기 레인징과, 주기적 레인징 및 대역폭 요구 레인징에 할당된다. 이렇게, 상기 3가지 목적의 레인징들 각각에 상이한 레인징 코드들이 할당되는데, 일 예로 N개의 레인징 코드들이 초기 레인징을 위해 할당되고(N RC(Ranging Code)s for initial ranging), M개의 레인징 코드들이 주기적 레인징을 위해 할당되고(M RCs for periodic ranging), L개의 레인징 코드들이 대역폭 요구 레인징에 할당된다(L RCs for BW-request ranging). 이렇게 할당된 레인징 코드들에 대한 정보는 상기에서 설명한 바와 같이 UCD 메시지를 통해 MSS들로 송신되고, 상기 MSS들은 상기 UCD 메시지에 포함되어 있는 레인징 코드들에 대한 정보를 그 목적에 맞게 사용하여 레인징 절차를 수행하는 것이다.
그러나, 본 발명에서는 상기 3가지 종류의 레인징들 이외에도 상기 핸드오버 레인징을 위한 별도의 레인징 코드들을 할당함으로써 일반 초기 접속을 위한 레인징, 즉 비핸드오버 레인징에 사용되는 레인징 코드들과 상기 핸드오버 레인징을 위한 레인징 코드들을 차별화시켜 충돌 가능성을 최소화시킨다. 여기서, 상기 핸드오버 레인징을 위해 사용되는 레인징 코드를 '핸드오버 레인징 코드'라 칭하기로 한다. 즉, 본 발명에서는 일반적인 IEEE 802.16e 통신 시스템에서 사용하고 있는 레인징 코드들(1000)을 상기 도 10에 도시한 바와 같이 두 가지 용도로 나누어서 사용한다. 즉, 일반적인 초기 레인징, 즉 비핸드오버 레인징에 할당되는 레인징 코드들(1010)과 상기 핸드오버 레인징에 할당되는 레인징 코드들(1020)을 상이하게 설정함으로써 상기 비핸드오버 레인징과 핸드오버 레인징의 충돌을 최소화한다. 종래에는 임의의 기지국에서 초기 접속을 수행하는 제1MSS와 상기 임의의 기지국으로 핸드오버한 제2MSS가 상기 초기 레인징 코드들(1010)중 랜덤하게 어느 한 초기 레인징 코드를 사용하여 초기 레인징을 수행함으로써 충돌이 발생할 가능성이 높았었다. 일 예로, 상기 제1MSS와 제2MSS 모두 초기 레인징 코드 C2(1011)를 사용하여 초기 레인징을 수행하는 경우 충돌이 발생하게 되어, 상기 제2MSS는 핸드오버로 인해 고속 접속이 되어야함에도 불구하도 상기 초기 레인징을 백오프(backoff)값 이후의 시간에 다시 레인징을 수행하게 되므로 접속 지연이 발생했었다. 그러나 본 발명에서는 상기 제1MSS는 상기 초기 레인징 코드들(1010)중 랜덤하게 어느 한 초기 레인징 코드를 사용하여 비핸드오버 레인징을 수행하고, 상기 제2MSS는 상기 핸드오버 레인징 코드(1020)들중 랜덤하게 어느 한 핸드오버 레인징 코드를 사용하여 핸드오버 레인징을 수행함으로써 충돌 발생을 제거하게 된다. 일 예로, 상기 제1MSS는 초기 레인징 코드 C2(1011)를 사용하여 초기 레인징을 수행하고, 상기 제2MSS는 핸드오버 레인징 코드 CK+2(1021)를 사용하여 초기 레인징을 수행하면 충돌이 발생하지 않게 되고, 따라서 상기 제2MSS의 고속 핸드오버가 가능하게 되는 것이다.
상기 도 10에서는 본 발명의 실시예에 따른 IEEE 802.16e 통신 시스템의 레인징 코드 구조에 대해서 설명하였으며, 다음으로 도 11을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 IEEE 802.16e 통신 시스템의 핸드오버 레인징 과정에 대해서 설명하기로 한다.
상기 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 IEEE 802.16e 통신 시스템의 핸드오버 레인징 과정을 도시한 신호 흐름도이다.
상기 도 11을 참조하면, 먼저 MSS(1150)는 타겟 기지국인 기지국(1100)으로 핸드오버함에 따라 상기 기지국(1100)으로부터 수신되는 다운 링크 프레임의 프리앰블(preamble)을 수신하여 상기 기지국(1100)과의 시스템 동기를 획득한다. 상기 MSS(1150)와 기지국(1100)간에 시스템 동기가 획득되면, 상기 기지국(1100)은 상기 MSS(1150)로 DL-MAP 메시지를 송신한다(1111단계). 상기 기지국(1100)은 상기 DL-MAP 메시지를 송신한 후 상기 MSS(1150)로 UCD 메시지를 송신한다(1113단계).
상기 기지국(1100)은 상기 UCD 메시지를 송신한 후 상기 MSS(1150)로 UL-MAP 메시지를 송신한다(1115단계). 상기 기지국(1100)으로부터 UL-MAP 메시지까지 수신한 후 상기 MSS(1150)는 상기 핸드오버 레인징에 사용되는 핸드오버 레인징 코드들과, 변조 방식 및 코딩 방식 정보와, 핸드오버 레인징 채널과 핸드오버 레인징 슬럿을 인식할 수 있다. 여기서, 상기 핸드오버 레인징 슬럿은 상기 핸드오버 레인징을 수행할 때 사용하도록 지정된 타임 슬럿(time slot)으로서, 비핸드오버 레인징을 수행할 때 사용하는 레인징 슬럿, 즉 비핸드오버 레인징 슬럿과는 상이하게 설정된다. 또한, 본 발명에서는 상기 핸드오버 레인징 슬럿에서 상기 핸드오버 레인징 코드를 사용하여 핸드오버 레인징을 수행하는 경우를 일 예로 하여 설명하지만 상기 핸드오버 레인징 코드만을 사용하여 핸드오버 레인징을 수행할 경우라도 상기 일반적인 초기 레인징 코드, 즉 비핸드오버 레인징 코드를 사용하여 핸드오버 레인징을 수행하는 경우에 비해 충돌 발생 확률이 현저하게 낮아진다. 상기 MSS(1150)는 상기 핸드오버 레인징에 사용되는 핸드오버 레인징 코드들중 랜덤하게 한 핸드오버 레인징 코드를 선택하고, 상기 핸드오버 레인징에 사용되는 핸드오버 레인징 슬럿들 중 랜덤하게 한 핸드오버 레인징 슬럿을 선택한 후, 상기 선택한 핸드오버 레인징 슬럿을 통해 상기 선택한 핸드오버 레인징 코드를 상기 기지국(1100)으로 송신한다(1117단계). 상기 1117단계에서 상기 핸드오버 레인징 코드를 송신하는 송신 전력(transmit power)은 최소 송신 전력 레벨을 가진다.
상기 MSS(1150)는 상기 핸드오버 레인징 코드를 송신하였음에도 불구하고 상기 기지국(1100)으로부터 별도의 응답을 수신하지 못했을 경우 다시 한번 상기 핸드오버 레인징에 사용되는 핸드오버 레인징 코드들중 랜덤하게 한 핸드오버 레인징 코드를 선택하고, 상기 핸드오버 레인징에 사용되는 핸드오버 레인징 슬럿들 중 랜덤하게 한 핸드오버 레인징 슬럿을 선택한 후, 상기 선택한 핸드오버 레인징 슬럿을 통해 상기 선택한 핸드오버 레인징 코드를 송신한다(1119단계). 상기 1119단계에서 상기 핸드오버 레인징 코드를 송신하는 송신 전력은 상기 1119단계에서 핸드오버 레인징 코드를 송신하는 송신 전력보다 증가된 송신 전력 레벨을 가진다. 물론, 상기 1117단계에서 송신한 핸드오버 레인징 코드에 대해서 상기 MSS(1150)가 상기 기지국(1100)으로부터 응답을 수신하였을 경우에는 상기 1119단계는 거치지 않게 된다.
상기 기지국(1100)은 상기 MSS(1150)로부터 임의의 핸드오버 레인징 슬럿을 통해서 임의의 핸드오버 레인징 코드를 수신하면, 핸드오버 레인징 코드 수신에 성공하였음을 나타내는 성공 정보, 일 예로 OFDMA 심벌(symbol) 번호와, 서브 채널, 레인징 코드 등과 같은 레인징 응답(RNG-RSP: Ranging-Response, 이하 'RNG-RSP'라 칭하기로 한다) 메시지를 상기 MSS(1150)로 송신한다(1121단계). 여기서, 도시하지는 않았지만 상기 MSS(1150)는 상기 RNG-RSP 메시지를 수신함에 따라, 상기 RNG-RSP 메시지에 포함되어 있는 레인징 성공 정보를 사용하여 시간 및 주파수 오프셋을 조정하고, 송신 전력을 조정하게 되는 것이다. 또한, 상기 기지국(1100)은 상기 MSS(1150)로 상기 MSS(1150)를 위한 코드 분할 다중 접속(CDMA: Code Division Multiple Access, 이하 'CDMA'라 칭하기로 한다) 할당 IE(CMDA-Allocation-IE)를 포함하는 UL-MAP 메시지를 송신한다(1123단계). 여기서, 상기 CDMA 할당 IE에는 상기 MSS(1150)가 레인징 요구(RNG-REQ: Ranging-Request, 이하 'RNG-REQ'라 칭하기로 한다) 메시지를 송신할 업링크 대역폭이 포함되어 있다.
상기 기지국(1100)으로부터 UL-MAP 메시지를 수신한 상기 MSS(1150)는 상기 UL-MAP 메시지에 포함되어 있는 CDMA 할당 IE를 검출하고, 상기 CDMA 할당 IE에 포함되어 있는 업링크 자원, 즉 업링크 대역폭을 사용하여 매체 접속 제어(MAC: Medium Access Control, 이하 'MAC'이라 칭하기로 한다) 어드레스를 포함하는 RNG-REQ 메시지를 상기 기지국(1100)으로 송신한다(1125단계). 상기 MSS(1150)로부터 RNG-REQ 메시지를 수신한 상기 기지국(1100)은 상기 MSS(1150)의 MAC 어드레스에 상응하게 연결 식별자(CID: Connection ID, 이하 'CID'라 칭하기로 한다)들, 즉 basic CID와 primary management CID를 포함하는 RNG-RSP 메시지를 상기 MSS(1150)로 송신한다(1127단계).
상기 도 11에서 설명한 바와 같이 핸드오버 레인징 슬럿에서 핸드오버 레인징 코드를 사용하여 핸드오버 레인징을 수행할 경우, 일반 초기 접속을 위한 초기 레인징과 충돌이 발생하지 않아 고속 접속이 가능하게 된다.
상술한 바와 같은 본 발명은, OFDM/OFDMA 통신 시스템에서 핸드오버 수행에 따른 핸드오버 레인징시 별도의 핸드오버 레인징 코드와 핸드오버 레인징 슬럿을 사용함으로써 MSS가 핸드오버한 타겟 기지국과의 접속 지연을 최소화시킨다는 이점을 가진다. 즉, 일반적인 초기 접속을 위한 초기 레인징과 핸드오버시의 초기 접속을 위한 핸드오버 레인징을 별도의 레인징 코드 및 레인징 슬럿을 사용하도록 함으로써 충돌을 최소화시켜 고속 핸드오버를 가능하게 함으로써 상기 OFDM/OFDMA 통신 시스템의 서비스 지연을 최소화시킬 수 있다는 이점을 가진다. 결과적으로, 일반적인 MSS들과 핸드오버를 수행하는 MSS들이 별도로 초기 레인징을 수행하도록 하여 상기 핸드오버를 수행하는 MSS들에 일반적인 MSS들에 비해 우선 순위를 제공하는 것이 가능하다는 이점을 가진다.

Claims (24)

  1. 직교 주파수 분할 다중/직교 주파수 분할 다중 접속 통신 시스템에서 레인징 코드를 할당하는 방법에 있어서,
    기지국과 이동 가입자 단말기들간의 레인징을 초기 레인징과, 대역폭 요구 레인징과, 주기적 레인징 및 핸드오버 레인징으로 분류하는 과정과,
    상기 레인징들에 사용할 Q개의 레인징 코드들을 생성하고, 상기 Q개의 레인징 코드들중 A개의 레인징 코드들을 상기 핸드오버 레인징에 사용할 핸드오버 레인징 코드들로 할당하는 과정을 포함하는 레인징 코드 할당 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 핸드오버 레인징 코드들을 제외한 Q-A개의 레인징 코드들중 B개의 레인징 코드들을 상기 초기 레인징에 사용할 초기 레인징 코드들로 할당하고, C개의 레인징 코드들을 상기 주기적 레인징에 사용할 주기적 레인징 코드들로 할당하고, D개의 레인징 코드들을 상기 대역폭 요구 레인징에 사용할 대역폭 요구 레인징 코드들로 할당하는 과정을 더 포함하는 레인징 코드 할당 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 핸드오버 레인징은 상기 이동 가입자 단말기들중 상기 기지국과 상이한 기지국에서 상기 기지국으로 핸드오버한 이동 가입자 단말기가 수행하는 초기 레인징임을 특징으로 하는 레인징 코드 할당 방법.
  4. 직교 주파수 분할 다중/직교 주파수 분할 다중 접속 통신 시스템에서, 이동 가입자 단말기가 핸드오버시 핸드오버 레인징을 수행하는 방법에 있어서,
    타겟 기지국으로부터 핸드오버 레인징에 사용할 핸드오버 레인징 코드들을 포함하는 정보를 수신하는 과정과,
    상기 핸드오버 레인징 코드들을 사용하여 상기 타겟 기지국과 핸드오버 레인징을 수행하는 과정을 포함하는 이동 가입자 단말기가 핸드오버시 핸드오버 레인징을 수행하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 정보는 초기 레인징과, 대역폭 레인징과, 주기적 레인징 및 상기 핸드오버 레인징 각각에 할당된 초기 레인징 코드들과, 대역폭 레인징 코드들과, 주기적 레인징 코드들 및 상기 핸드오버 레인징 코드들을 포함함을 특징으로 하는 이동 가입자 단말기가 핸드오버시 핸드오버 레인징을 수행하는 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 핸드오버 레인징은 상기 타겟 기지국으로 핸드오버한 이동 가입자 단말기가 수행하는 초기 레인징임을 특징으로 하는 이동 가입자 단말기가 핸드오버시 핸드오버 레인징을 수행하는 방법.
  7. 직교 주파수 분할 다중/직교 주파수 분할 다중 접속 통신 시스템에서, 레인징 슬럿을 할당하는 방법에 있어서,
    상기 통신 시스템의 기지국과 이동 가입자 단말기들간의 레인징을 초기 레인징과, 대역폭 요구 레인징과, 주기적 레인징 및 핸드오버 레인징으로 분류하는 과정과,
    상기 레인징들을 수행할 Q개의 레인징 슬럿들을 결정하고, 상기 Q개의 레인징 슬럿들중 A개의 레인징 슬럿들을 상기 핸드오버 레인징을 수행할 핸드오버 레인징 슬럿들로 할당하는 과정을 포함하는 레인징 슬럿 할당 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 핸드오버 레인징 슬럿들을 제외한 Q-A개의 레인징 슬럿들중 B개의 레인징 슬럿들을 상기 초기 레인징을 수행할 초기 레인징 슬럿들로 할당하고, C개의 레인징 슬럿들을 상기 주기적 레인징을 수행할 주기적 레인징 슬럿들로 할당하고, D개의 레인징 슬럿들을 상기 대역폭 요구 레인징을 수행할 대역폭 요구 레인징 슬럿들로 할당하는 과정을 더 포함하는 레인징 슬럿 할당 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 핸드오버 레인징은 상기 이동 가입자 단말기들중 상기 기지국과 상이한 기지국에서 상기 기지국으로 핸드오버한 이동 가입자 단말기가 수행하는 초기 레인징임을 특징으로 하는 레인징 슬럿 할당 방법.
  10. 직교 주파수 분할 다중/직교 주파수 분할 다중 접속 통신 시스템에서, 핸드오버 레인징을 수행하는 시스템에 있어서,
    타겟 기지국과 이동 가입자 단말기간의 레인징을 초기 레인징과, 대역폭 요구 레인징과, 주기적 레인징 및 핸드오버 레인징으로 분류하고, 상기 레인징들에 사용할 Q개의 레인징 코드들을 생성하고, 상기 Q개의 레인징 코드들중 A개의 레인징 코드들을 상기 핸드오버 레인징에 사용할 핸드오버 레인징 코드들로 할당한 후 상기 이동 가입자 단말기들로 상기 할당한 핸드오버 레인징 코드들을 포함하는정보를 송신하는 상기 타겟 기지국과,
    상기 타겟 기지국으로부터 상기 정보를 수신하고, 상기 정보내의 상기 핸드오버 레인징 코드들을 사용하여 상기 타겟 기지국과 핸드오버 레인징을 수행하는 상기 이동 가입자 단말기를 포함하는 핸드오버 레인징 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 타겟 기지국은 상기 핸드오버 레인징 코드들을 제외한 Q-A개의 레인징 코드들중 B개의 레인징 코드들을 상기 초기 레인징에 사용할 초기 레인징 코드들로 할당하고, C개의 레인징 코드들을 상기 주기적 레인징에 사용할 주기적 레인징 코드들로 할당하고, D개의 레인징 코드들을 상기 대역폭 요구 레인징에 사용할 대역폭 요구 레인징 코드들로 할당한 후, 상기 초기 레인징 코드들과, 상기 주기적 레인징 코드들 및 상기 대역폭 요구 레인징 코드들을 상기 정보에 포함시켜 상기 이동 가입자 단말기로 송신함을 특징으로 하는 핸드오버 레인징 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 핸드오버 레인징은 상기 타겟 기지국으로 핸드오버한 이동 가입자 단말기가 수행하는 초기 레인징임을 특징으로 하는 핸드오버 레인징 시스템.
  13. 직교 주파수 분할 다중/직교 주파수 분할 다중 접속 통신 시스템에서, 핸드오버 레인징을 수행하는 방법에 있어서,
    타겟 기지국은 상기 타겟 기지국과 이동 가입자 단말기간의 레인징을 초기 레인징과, 대역폭 요구 레인징과, 주기적 레인징 및 핸드오버 레인징으로 분류하고, 상기 레인징들에 사용할 Q개의 레인징 코드들을 생성하고, 상기 Q개의 레인징 코드들중 A개의 레인징 코드들을 상기 핸드오버 레인징에 사용할 핸드오버 레인징 코드들로 할당한 후 상기 이동 가입자 단말기들로 상기 할당한 핸드오버 레인징 코드들을 포함하는 정보를 송신하는 과정과,
    상기 이동 가입자 단말기는 상기 타겟 기지국으로부터 상기 정보를 수신하고, 상기 정보내의 상기 핸드오버 레인징 코드들을 사용하여 상기 타겟 기지국과 핸드오버 레인징을 수행하는 과정을 포함하는 핸드오버 레인징 수행 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 타겟 기지국은 상기 핸드오버 레인징 코드들을 제외한 Q-A개의 레인징 코드들중 B개의 레인징 코드들을 상기 초기 레인징에 사용할 초기 레인징 코드들로 할당하고, C개의 레인징 코드들을 상기 주기적 레인징에 사용할 주기적 레인징 코드들로 할당하고, D개의 레인징 코드들을 상기 대역폭 요구 레인징에 사용할 대역폭 요구 레인징 코드들로 할당하는 과정과,
    상기 타겟 기지국은 초기 레인징 코드들과, 상기 주기적 레인징 코드들 및 상기 대역폭 요구 레인징 코드들을 상기 정보에 포함시켜 상기 이동 가입자 단말기로 송신하는 과정을 더 포함하는 핸드오버 레인징을 수행하는 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 핸드오버 레인징은 상기 타겟 기지국으로 핸드오버한 이동 가입자 단말기가 수행하는 초기 레인징임을 특징으로 하는 핸드오버 레인징을 수행하는 방법.
  16. 직교 주파수 분할 다중/직교 주파수 분할 다중 접속 통신 시스템에서, 이동 가입자 단말기가 핸드오버시 핸드오버 레인징을 수행하는 방법에 있어서,
    타겟 기지국으로부터 핸드오버 레인징을 수행할 핸드오버 레인징 슬럿들을 포함하는 정보를 수신하는 과정과,
    상기 핸드오버 레인징 슬럿들에서 상기 타겟 기지국과 핸드오버 레인징을 수행하는 과정을 포함하는 이동 가입자 단말기가 핸드오버시 핸드오버 레인징을 수행하는 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 정보는 초기 레인징과, 대역폭 레인징과, 주기적 레인징 및 상기 핸드오버 레인징 각각에 할당된 초기 레인징 슬럿들과, 대역폭 레인징 슬럿들과, 주기적 레인징 슬럿들 및 상기 핸드오버 레인징 슬럿들을 포함함을 특징으로 하는 이동 가입자 단말기가 핸드오버시 핸드오버 레인징을 수행하는 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 핸드오버 레인징은 상기 타겟 기지국으로 핸드오버한 이동 가입자 단말기가 수행하는 초기 레인징임을 특징으로 하는 이동 가입자 단말기가 핸드오버시 핸드오버 레인징을 수행하는 방법.
  19. 직교 주파수 분할 다중/직교 주파수 분할 다중 접속 통신 시스템에서, 핸드오버 레인징을 수행하는 방법에 있어서,
    타겟 기지국은 상기 타겟 기지국과 이동 가입자 단말기간의 레인징을 초기 레인징과, 대역폭 요구 레인징과, 주기적 레인징 및 핸드오버 레인징으로 분류하고, 상기 레인징들을 수행할 Q개의 레인징 슬럿들을 결정하고, 상기 Q개의 레인징 슬럿들중 A개의 레인징 슬럿들을 상기 핸드오버 레인징을 수행할 핸드오버 레인징 슬럿들로 할당한 후 상기 이동 가입자 단말기로 상기 할당한 핸드오버 레인징 슬럿들을 포함하는 정보를 송신하는 과정과,
    상기 이동 가입자 단말기는 상기 타겟 기지국으로부터 상기 정보를 수신하고, 상기 정보내의 상기 핸드오버 레인징 슬럿들에서 상기 타겟 기지국과 핸드오버 레인징을 수행하는 과정을 포함하는 핸드오버 레인징 수행 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 타겟 기지국은 상기 핸드오버 레인징 슬럿들을 제외한 Q-A개의 레인징 슬럿들중 B개의 레인징 슬럿들을 상기 초기 레인징을 수행할 초기 레인징 슬럿들로 할당하고, C개의 레인징 슬럿들을 상기 주기적 레인징을 수행할 주기적 레인징 슬럿들로 할당하고, D개의 레인징 슬럿들을 상기 대역폭 요구 레인징을 수행할 대역폭 요구 레인징 슬럿들로 할당하는 과정과,
    상기 타겟 기지국은 초기 레인징 슬럿들과, 상기 주기적 레인징 슬럿들 및 상기 대역폭 요구 레인징 슬럿들을 상기 정보에 포함시켜 상기 이동 가입자 단말기로 송신하는 과정을 더 포함하는 핸드오버 레인징을 수행하는 방법.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 핸드오버 레인징은 상기 타겟 기지국으로 핸드오버한 이동 가입자 단말기가 수행하는 초기 레인징임을 특징으로 하는 핸드오버 레인징을 수행하는 방법.
  22. 직교 주파수 분할 다중/직교 주파수 분할 다중 접속 통신 시스템에서, 핸드오버 레인징을 수행하는 시스템에 있어서,
    타겟 기지국과 이동 가입자 단말기간의 레인징을 초기 레인징과, 대역폭 요구 레인징과, 주기적 레인징 및 핸드오버 레인징으로 분류하고, 상기 레인징들을 수행할 Q개의 레인징 슬럿들을 결정하고, 상기 Q개의 레인징 슬럿들중 A개의 레인징 슬럿들을 상기 핸드오버 레인징을 수행할 핸드오버 레인징 슬럿들로 할당한 후 상기 이동 가입자 단말기로 상기 할당한 핸드오버 레인징 슬럿들을 포함하는 정보를 송신하는 상기 타겟 기지국과,
    상기 타겟 기지국으로부터 상기 정보를 수신하고, 상기 정보내의 핸드오버 레인징 슬럿들에서 상기 타겟 기지국과 핸드오버 레인징을 수행하는 상기 이동 가입자 단말기를 포함하는 핸드오버 레인징 시스템.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 타겟 기지국은 상기 핸드오버 레인징 슬럿들을 제외한 Q-A개의 레인징 슬럿들중 B개의 레인징 슬럿들을 상기 초기 레인징을 수행할 초기 레인징 슬럿들로 할당하고, C개의 레인징 슬럿들을 상기 주기적 레인징을 수행할 주기적 레인징 슬럿들로 할당하고, D개의 레인징 슬럿들을 상기 대역폭 요구 레인징을 수행할 대역폭 요구 레인징 슬럿들로 할당한 후, 상기 초기 레인징 슬럿들과, 상기 주기적 레인징 슬럿들 및 상기 대역폭 요구 레인징 슬럿들을 상기 정보에 포함시켜 상기 이동 가입자 단말기로 송신함을 특징으로 하는 핸드오버 레인징 시스템.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 핸드오버 레인징은 상기 타겟 기지국으로 핸드오버한 이동 가입자 단말기가 수행하는 초기 레인징임을 특징으로 하는 핸드오버 레인징 시스템.
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