KR101044566B1 - 기지국들의 식별 - Google Patents

Abstract

고 기지국 밀도의 지역 내 무선 통신 기지국들의 식별은 기지국들에 의해 전송되는 특정 식별 신호 패턴(pattern)을 사용하여 달성된다. 특히, 각 기지국은 적어도 한 시간 벤치마크(benchmark)에 관해서 적어도 2개의 시간 위상 시프트들(shifts)을 가진 패턴을 구비한 신호를 전송한다. 이들 위상 시프트들의 조합은 전송하는 기지국을 식별할 수 있게 한다. 복수의 위상 시프트들은 많은 수의 동시적 위상 시프트 조합들에 이르게 하기 때문에, 기지국들을 식별하는 역량이 커진다.

콤팩트 셀, 통신 링크, 위상 시프트, 식별 신호 패턴, 의사-랜덤 잡음 패턴, 스크램블링 코드, 벤치마크 시간, 캐리어 주파수

Description

기지국들의 식별{IDENTIFICATION OF BASE STATIONS}

본 발명은 무선 통신 시스템들에 관한 것으로, 특히 기지국들의 식별을 요구하는 무선 통신 시스템들에 관한 것이다.

무선 네트워크는 일반적으로 각 셀(cell)이 적어도 한 기지국을 갖는 복수의 셀들로 분할된다. 정보를 보내기를 원하는 셀 내의 사용자는 셀 내 기지국과 통신을 수립한다. 이 수신 기지국은 전형적으로 이동 교환 센터(mobile switching center; MSC), 또 다른 기지국, 혹은 의도된 수신자가 위치된 셀 내 중앙국 혹은 기지국에 정보를 네트워크를 통해 전달하는 또 다른 네트워크 개체와 통신한다.

이러한 목적을 달성하기 위해 다양한 프로토콜들이 개발되었다. 임의의 네트워크의 주 요구는 신호를 수신하고 있는 기지국을 식별하는 이동국의 능력이다. 이러한 식별을 달성하기 위해 몇가지 기술들이 개발되었다. 이들 기술들은 일반적으로 주 통신을 위해 사용되지 않고 대신에 기지국 식별과 같은 네트워크 관리(administrative) 목적들을 위해 사용되는 채널로 패터닝된(patterned) 신호의 전송을 수반한다. (이 관리 채널은 일반적으로 파일럿(pilot) 채널이라 지칭되고 이것이 전송하는 신호는 파일럿 신호라 지칭된다). 예를 들면, CDMA2000 시스템들에서 기지국 식별 목적들을 위해 의사 랜덤 잡음(PN; pseudo random noise) 패턴이 사용된다. 이 패턴은 각 칩(chip)이 약 0.813 마이크로초의 타이밍 주기를 구성하는 2¹⁵ 칩들의 26-2/3 밀리초 간격들로 반복된다. 한편 한 간격의 2¹⁵ 칩들은 각각의 오프셋 위치 사이에 64 칩들에 의해 격리되는 512 유효 PN 오프셋들로 분할된다. 이에 따라, 기지국은 의사 랜덤 잡음 패턴의 시작부분을 기지국의 할당된 PN 오프셋과 일치시켜 파일럿 채널로 전송함으로써 자신을 식별하게 한다. 통신을 개시하기를 원하는 사용자는 특정 캐리어 주파수 상의 가장 강한 파일럿 신호를 탐색하고 가장 강한 파일럿 신호에 연관된 오버헤드(overhead) 채널들을 복조한다. 이 오버헤드 채널로 브로드캐스트되는(broadcasted) 정보는 통신을 위해 기지국의 PN 오프셋에 의해 식별할 수 있게 한다. 일단 사용자가 기지국과 통신을 수립하면, 현 서비스하는 기지국과의 링크가 약해질 경우 핸드오프(handoff)에 대비하여 이웃 기지국들의 파일럿 신호들을 계속하여 탐색한다.

이웃 기지국들로부터 수신된 파일럿 신호는 임의의 64 칩 간격의 시작부분에서 반드시 검출되는 것은 아니다. 흔히, 신호가 전송기와 수신기간의 거리를 횡단하는 통과 시간은 시간 지연, 즉 위상 시프트(shift)를 야기하며, 따라서 신호는 64 칩 간격의 시작부분 이외의 시간에서 검출된다. 또한, 신호들은 흔히, 산들과 같은 자연 건조물 및 건물들과 같은 인공 건조물들로부터 반사된다. 수신 전에 이러한 반사는 전송 경로를 증가시키고 따라서 위상 시프트를 증가시킨다. 실제로, 위상 시프트들은 탐색 창을 채용함으로써 수용된다. PN 패턴의 시작부분에 대해서 64 칩 간격의 시작부분 주위에 시간 영역이 탐색된다. 일반적으로, 이 시간간격은 +/- 10 칩들이다. 창 내에서 신호가 검출된다면, 창의 중앙에 연관된 PN 오프셋이 할당된다. 비교적 먼 물체들로부터 반사들에 기인하여 빈번한 더 큰 위상 시프트들을 야기하는 지역들에 대해 더 큰 창이 종종 채용된다. 그럼에도 불구하고, 창 내에 패턴 시작의 관찰은 창 중앙에 대응하는 PN 오프셋에 연관된다.

유사하게, UMTS(universal mobile telecommunication systems)와 같은 다른 시스템들에 있어서, 식별은 PN 코드를 사용함으로써 달성된다. WCDMA/UMTS 시스템에서, 기지국들은 예를 들면 GPS 신호를 사용함으로써, 동기되어야 하는 것은 아니다. 서로 다른 기지국들을 식별하기 위해서, 각 기지국은 고유의 의사-랜덤 스크램블링(scrambling) 시퀀스로서 512 골드(Gold) 코드 시퀀스들 중 하나를 사용한다. 각각의 UMTS 기지국은 변조되지 않은 스크램블링 시퀀스를 공통 파일럿 채널로서 방사한다. 효율적인 기지국 식별을 돕기 위해서, 기지국은 또한 주 및 2차 탐색 채널을 방사한다. 전자는 전송 슬롯(slot)의 시작에서 모든 기지국들에 대한 고정된 반복되는 짧은 시퀀스이다. 후자 또한 매 프레임 혹은 매 15 슬롯들마다 반복되는 고정된 짧은 시퀀스(64개의 가능한 변조들을 갖는)이다. 조합은 기지국 신호 프레밍(framing)의 식별들을 용이하게 하며 탐색될 스크램블링 코드들의 수를 현격히 제한한다.

식별 프로세스 동안 사용자는 사용자의 지리적 영역 내 기지국들에 대한 비교적 적은 수의 PN 코드들 혹은 이외 식별 표시를 명시하는 테이블(일반적으로 이웃 리스트라 지칭된다)에 액세스(access)한다. 이 이웃 리스트의 크기를 제한시키고 이의 효과적인 사용을 향상시키기 위해서, 리스트는 전형적으로 최대 20 내지 30 기지국들로 제한된다. 이에 따라 기지국 신호를 검출하는 사용자는 네트워크 내 기지국들에 대한 모든 가능한 PN 오프셋들을 탐색할 필요가 없고 검출된 파일럿 신호를 이웃 리스트 상의 PN 오프셋들과 단지 비교한다.

흔히 도시 지역들에서 많은 건물들은 이들 자신의 기지국 및 연관된 식별자를 갖고 있다. 그러나, 제한된 지리적 영역 내에 약 30개 이상의 건물들이 있다면, 이웃 리스트는 효율적 식별에 영향을 줄만큼 충분히 커지게 된다. 또한, 이를 테면 매우 밀접한 역내(indoor) 이동 셀들을 갖는 지역에 연관된 현저하게 더 많은 기지국들이 있다면, PN 오프셋들의 수 자체가 고갈될 수도 있을 것이다. 어느 경우이든, 현저한 본질적 문제들이 생긴다.

곤란들은 기지국들을 갖는 고 밀도 건물들이 있는 경우뿐만 아니라, 작은 셀들, 예를 들면 미니(mini) 혹은 피코(pico)-셀들의 밀집 집결을 갖는 영역들에서도 나타난다. (제한된 지리적 영역, 즉 30,000 제곱 미터 미만의 영역을 갖는, 예를 들면 건물 내 셀들, 미니-, 혹은 피코-셀들을 포함하기 위해 콤팩트(compact) 셀이라는 용어가 사용될 것이다). 이러한 콤팩트 셀들은 이를 테면 트래픽 핫 스폿들(traffic hot spots)을 경감시키는 것과 같은 목적들을 위해 채용된다. 옥내(indoor) 셀들, 미니-셀들, 및/또는 피코-셀들의 증가하는 사용에 따라, 연관된 식별 곤란들도 실질적으로 증가한다.

그러므로, 무선 시스템에서 PN 오프셋들과 같은 사용가능한 식별 파라미터들을 증가시키는 방법을 확립하는 것이 바람직하다. 이러한 방법이 하드웨어의 추가를 피하고 대신 기존 장비에 소프트웨어 수정을 채용하는 것이 특히 잇점이 있 다.

콤팩트 셀들에서 기지국을 식별하기 위해 하나 이상의 타이밍 마커(marker), 예를 들면 PN 오프셋의 사용은 새로운 장비의 설계에 대한 필요성 없이, 사용가능한 구별되는 식별 코드들을 실질적으로 증가시킴을 알게 되었다. 예를 들면, CDMA의 경우에 콤팩트 셀 내 한 기지국은 2개의 PN 오프셋들을 사용하여, 그리고 각각의 이러한 오프셋에 연관된 위상 시프트와 함께 파일럿 채널 상에서 전송한다. 이에 따라 도 1에 도시된 바와 같이, 콤팩트 셀 내 기지국은 이의 의사 랜덤 잡음 패턴을 예를 들면 시간(3) 및 시간(4)에서 시작한다. 시간(3)은 PN 오프셋(7)에 연관된 위상 시프트(6)를 가지며 시간(4)는 PN 오프셋(9)에 연관된 위상 시프트(8)를 갖는다. 2개의 특정한 위상 시프트들의 존재 및/또는 위상(3)과 위상(4) 사이에 차이(1) 및/또는 위상 시프트(6)과 위상 시프트(8) 사이의 차이가, 기지국 식별을 나타낸다. 예를 계속하여, 또 다른 기지국은 PN 오프셋(7)에 연관된 위상 시프트(23) 및 PN 오프셋(9)에 연관된 위상 시프트(24)를 사용함으로써 자신을 식별하게 한다. 일 실시예에서, 위상(23)과 위상(24) 사이의 시간 폭(time spread;21)은 이 제 2 기지국을 식별한다. 시간 블록(block) 1 및 시간 블록(21)에 대응하는 2개의 기지국들은 이들의 블록 시간 기간에 의해 구별된다. 이에 따라, 블록(21)은 블록(1)과는 다른(더 큰) 시간 기간을 갖기 때문에, 둘은 서로 다른 기지국 식별들을 암시한다.

이 방법은 2보다 많은 간격 식별자들, 예를 들면 PN 오프셋들을 고르고, 가능한 식별 코드들을 확장하기 위해 간격들 간에 위상 시프트들의 조합 혹은 순열을 사용함으로써 확장될 수 있다. 또한, 각 패턴 간격의 시작, 예를 들면 특정 PN 오프셋에 대한 위상 시프트는 연관된 세기와 함께 전송될 수 있다. 이러한 세기는 식별 코드들을 구별하는데 있어 또한 유용하다. 주 캐리어, 즉 활성 데이터 혹은 음성 트래픽을 갖는 캐리어에서 1개 이상의 PN 오프셋들의 사용은 캐리어에 상호간섭을 야기한다. 이에 따라, 비콘들(즉, 활성 데이터 혹은 음성 트래픽을 담지 않은 캐리어들)을 방사하기 위해 복수의 PN 오프셋들을 채용하나 대신 하드 핸드오프(hard handoff)를 용이하게 하기 위해 파일럿 신호들만을 내포하는 것이 바람직하다.

신호 반사들 및 전송 시간 지연들에 연관된 곤란들은 복수의 PN 오프셋들간에 상대적 시간 혹은 강도 관계들을 변경하지 않는다. 그러므로, 현존의 장비는 발명의 실시에서 기지국 식별에 연관된 시간차이들을 해상할 수 있다. 이에 따라, 비용이 드는 변경들의 추가없이 기존의 장비가 사용될 수 있다. 결국, 기존 장치에 콤팩트 셀들의 급증을 수용하는 것이 가능하다.

도 1 및 도 2는 기지국 식별에 수반되는 시간 시퀀스들을 도시한 것이다.

도 3은 특정 실시예들에 연관된 가능한 개선점들을 도시한 것이다.

콤팩트 셀들에서 기지국들의 식별은 비콘(beacon)신호의 적어도 한 벤치마크(benchmark), 바람직하게는 적어도 2개의 벤치마크들에 대한 위상 시프트들을 사 용하여 달성된다. (위상 시프트 및 위상이라는 용어들은 이 개시의 나머지에서 상호교환적으로 사용된다). 본 발명의 목적상, 벤치마크는 반복되는 전송 패턴으로부터 특정하게 식별될 수 있는 시점(point in time)이다. 이에 따라, CDMA 시스템의 예에서, 예시적인 벤치마크들은 각각의 PN 오프셋이 시작하는 시간들이다. UTMS 시스템에 있어서도, 예시적인 벤치마크들은 또한 각 데이터 프레임의 시작부분들에 있다. 각 벤치마크에 연관된 위상은 비콘 신호의 패턴이 실제로 시작하는 각 벤치마크에 대한 시점이다. 예시하기 위해서, CDMA 시스템에서 2개의 제 2 시간간격의 시작부분은 GPS(global positioning satellite) 신호에 의해 마크된다. 앞에서 논의된 바와 같이, 이러한 2개의 제 2 간격은 75개의 26-2/3 밀리초 구획들(division)로 분할된다. 각 구획은 2초 간격의 시작부분을 마크하는 GPS 신호에 관하여 벤치마크 시간을 갖는 512 PN 오프셋들로 다시 분할된다. 이에 따라, 더 예시하기 위해서, 33번째 PN 오프셋이 벤치마크이다. 비콘 신호가 33번째 PN 오프셋(7) 후에 8 칩들의 의사 랜덤 잡음 패턴을 시작한다면(도 1에서 6), 이 신호의 위상 시프트의 시점은 시간 선(2) 상에서 시점(3)이다. 유사하게, 후속되는 시간 구획에서, 34번째 PN 오프셋(9) 전에 비콘 신호의 패턴이 4개의 칩들을 시작하게 만들어진다면(도 1에서 8), 위상 시프트는 시간(4)에 의해 표시된다.

벤치마크(들)에 관하여 적어도 2개의 위상들을 가져오게 비콘 신호의 패턴을 조절함으로써, 네트워크에 대한 식별 가능성들의 수는 실질적으로 증가된다. 특히, 도 1의 예에서, 기지국 식별은 2개의 특정 위상(3) 및 위상(4)에 연관될 뿐만 아니라, 2개의 위상들(3, 4)간의 시간 차이(1)에 연관된다. 기지국의 식별은 기지국을 위상 시간 차이(시간 간격 차이(1))에 및/또는 위상들의 조합에(두 위상들(3, 4)의 검출)에 및/또는 위상 시프트들의 부호를 가진(signed) 크기간에 차이(예를 들면, 도 1에서 6과 8 사이의 차이)에 할당함으로써 행해진다. 유사하게, 도 2에 도시된 7, 9인 동일한 2개의 벤치마크들에 대해서, 기지국의 식별은 위상들(23, 24) 사이의 차이인 기간(21)에 관하여 및/또는 두 위상들(23, 24)의 검출에 관하여 및/또는 28에서 25를 감하거나 28에서 27을 감한 것에 관하여 기지국의 식별이 행해진다.

이동환경에서, 반사들 및 그외 시간지연들은 위상들의 절대값의 의미를 없애는 경향이 있다. 그러나, 비콘 내 포함된 복수의 PN 오프셋들은 단일 안테나로부터 방사되고, 동일 전파 환경을 경험하기 때문에, 복수의 오프셋들 사이에 시간 및 강도 관계가 보존된다. 이동장비는 현재 비콘 신호 패턴의 시작을 한 칩의 1/8 이내로 해상하는(resolve) 능력을 구비한다. 따라서 콤팩트 셀 내 최신의 장비는 위상 시프트들을 쉽게 검출하고 정확하게 판정할 수 있다. 이러한 시간의 해상은 한 칩의 약 1/8 이내이기 때문에, 2개의 위상 시프트들의 사용으로도 극히 많은 수의 기지국 식별 마크들이 가능하다. 그러나, 식별 시스템에 대한 고 신뢰도를 유지하기 위해서 위상 시프트들을 한 칩 간격들로 제한하는 것이, 필수는 아닐지라도, 일반적으로 잇점이 있다.

2개의 이웃한 콤팩트 셀들(이를 테면 2개의 인접한 건물들 내 셀들과 같은)이 간섭할 어떤 가능성이 있다. 예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이, 기지국 X는 각각 벤치마크들(33, 34)에 연관된 식별 위상들(31, 32)을 갖는다. 인접한 건물 내 기지국 Y는 벤치마크들(33, 34)에 연관된 식별 위상들(35, 36)을 갖는다. 두 건물 들의 근처에 사용자는, 특정 상황들에서, 모든 위상들(31, 32, 35)을 검출할 수도 있을 것이다. 본 장비는 신호 강도에 무관하게 벤치마크에 연관된 제 1 위상 시프트가 검출되고 반면 제 2의 이러한 위상 시프트는 무시되도록 구성된다. 이에 따라 도 3의 도시에서, 위상(21)이 아닌 위상(35)이 벤치마크(33)에 연관될 것이고 위상(32)는 벤치마크(34)에 연관될 것이다. 이에 따라 사용자는 기지국을 위상들(35, 32) -기지국 X 혹은 기지국 Y에 대해 존재하지 않는 위상 조합- 을 갖는 기지국으로서 오 식별할 것이다. 인접 콤팩트 셀들이 비교적 고 신호 강도들을 갖는 상황들에서 이러한 오 식별들을 피하기 위해서, 2개의 셀들은 정밀하게 동일 벤치마크들에 연관된 위상들을 갖지 않아야 한다. 이에 따라, 도 3의 예에서 기지국 Y가 33 및 34와는 다른 벤치마크들에 관한 위상들을 사용하였다면, 오 식별의 가능성이 실질적으로 감소될 것이다.

기지국들에 대해 사용될 수 있는 식별 코드들의 수는 2보다 더 많은 위상들을 사용함으로써 훨씬 더 증가된다. 따라서, 일 실시예에서, 3개의 위상들이 채용되며, 각각은 다른 벤치마크에 연관된다. 2개의 위상들에 대해 사용할 수 있는 수에 관하여 3개의 이러한 위상들에 연관된 조합들 및 순열들의 수는 기지국들에 대한 식별 코드들이 상당히 증가하게 한다. 서로 다른 벤치마크들에 연관된 파일럿 신호들의 상대적 강도가 기지국 식별 특징으로서 채용될 수도 있다. 이에 따라 기지국은 위상 시점들 뿐만 아니라 이들 시점들에 연관된 신호 강도를 사용하여 식별가능하다. 기지국은 위상들 및 이들의 연관된 신호 강도들의 완전한 조합에 의해 식별된다. 따라서, 식별가능한 기지국들의 수가 증가된다. 전형적으로 서로 다른 위상들의 신호 강도들은 이러한 강도들간에 방편 구별이 가능하게 적어도 3dB 만큼 달라야 한다.

앞에서 논의된 바와 같이, 현 채용된 장비는 각 벤치마크 주위로 탐색 창을 갖는다. 이에 따라 탐색 창밖에 있는 위상들은 전형적으로 검출되지 않는다. 결국, 가능한 식별 조합들의 수는 제한된다. 이러한 제약은 탐색 창을 확장함으로써 용이해진다. 그러나, 탐색 창이 커질수록 위상들을 식별하고 이러한 식별을 기지국에 할당하는데 더 오래 걸리게 된다. 전형적인 탐색 창들은 -10 칩들 내지 + 10 칩들이다. 보다 큰 탐색 창들이 배제되는 것은 아닐지라도, 이들은 기지국 식별을 위해 확장된 시간이 수락가능한 시스템들에선 채용될 것이다.

비콘 신호가 주 신호, 즉 가입자 정보를 실은 신호와는 다른 캐리어 주파수로 전송된다면, 비콘과 주 채널 간에 상호간섭은 일반적으로 피해진다. 그러나, 두 개가 동일 캐리어 주파수로 전송된다면, 더 큰 상호간섭이 가능하다. 이러한 상호간섭은 일부 시간만을 파일럿 채널로 전송하거나 전송 파워에 대해 동적으로 제어함으로써 감소된다. 불연속한 혹은 동적으로 제어되는 파일럿 전송의 이러한 방편은 주위 셀과는 다른 캐리어 주파수를 사용하여 배치된 옥외(outdoor) 콤팩트 셀들에 대해 특히 유용하다. 주위(매크로(macro)) 셀과 통신하는 이동국이 콤팩트 셀들 중 한 셀의 커버리지(coverage) 영역에 왔을 때, 콤팩트 셀에 의해 방사되는 파일럿 비콘 신호를 감지하고, 콤팩트 셀을 식별하고, 콤팩트 셀에 하드 핸드오프를 개시할 수 있다. 일단 이러한 셀과 통신이 수립되면, 이웃 리스트를 채용하는 사용자는 이의 근처에 가능한 기지국들을 안다. 사용자가 접근할 때 또 다른 기지국 식별 은 종래의 방식으로 이 이웃 리스트의 사용에 의해 용이하게 된다. 또한, 발명의 기지국 식별 방법은 콤팩트 셀들에 대한 다른 방편들에 유용하다. ___에 출원된 함께 계류중의 함께 양도된 미국특허 ___ (De Lind Van Wijngaarden 15-19-15-21-5-3-64-10; 이의 전체를 참조로 여기 포함시킨다)에 기술된 바와 같이, 핸드오프를 위해 특정하게 선택된 PN 오프셋을 갖는 파일럿 및 주 채널에 대해 다른 캐리어 주파수의 사용이 잇점이 있다. 이 잇점이 있는 시스템은 발명의 사용에 의해 더욱 향상된다.

Claims (10)

1. 콤팩트 셀(compact cell)의 사용자와 기지국 간에 통신 링크를 포함하는 무선 통신을 위한 방법에 있어서,

   상기 방법은 상기 사용자에 의한 상기 기지국의 식별 및 상기 통신 링크의 수립 단계를 포함하고,

   상기 식별은, 서로 다른 시간 위상 시프트들(phase shifts)의 조합이 상기 식별을 행하는데 사용되도록 적어도 하나의 벤치마크(benchmark) 시간에 관한 적어도 2개의 상기 서로 다른 시간 위상 시프트들로 특징화되는 식별 신호 패턴의, 상기 기지국에 의한, 전송을 포함하는, 무선 통신 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 식별 신호는 의사-랜덤 잡음 패턴(pseudo-random noise pattern)을 포함하는, 무선 통신 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 식별 신호는 스크램블링(scrambling) 코드를 포함하는, 무선 통신 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 기지국은 상기 벤치마크 시간에 관한 3개의 서로 다른 위상 시프트들로 특징화되는 상기 식별 신호를 전송하는, 무선 통신 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 기지국은 상기 벤치마크 시간에 관한 2개의 서로 다른 위상 시프트들로 특징화되는 상기 식별 신호를 전송하는, 무선 통신 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 식별 신호는 상기 위상 시프트에 연관된 신호 세기로 더욱 특징화되는, 무선 통신 방법.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 식별은 상기 위상 시프트들 사이의 시간차에 기초하는, 무선 통신 방법.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 식별은 상기 위상 시프트들의 존재에 기초하는, 무선 통신 방법.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 사용자는 상기 벤치마크들 중 적어도 하나의 벤치마크의 -10 내지 10 칩들의 범위 내에서 상기 위상 시프트들을 탐색하는, 무선 통신 방법.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 식별 신호의 상기 전송은 통신 링크의 상기 수립을 위해 사용된 캐리어 주파수와는 다른 캐리어 주파수를 사용하여 일어나는, 무선 통신 방법.

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