KR101496412B1 - 광대역 무선통신 시스템에서 방송메시지를 동기화하기 위한방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광대역 무선통신 시스템에서 방송메시지를 동기화하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 광대역 무선통신 시스템에서 방송메시지를 동기화하기 위한 방법은, 각 방송 메시지들의 전송주기를 주변 기지국들과 동일하게 설정하는 과정과, 상기 각 방송 메시지들의 시작 프레임 번호를 상기 주변 기지국들과 동일하게 설정하는 과정과, 상기 여러 방송 메시지들의 전송시점이 하나의 프레임에 일치하여 전송지연이 발생할 시, 주기를 일정하게 유지하는 과정을 포함하여, 빔포밍이 적용되는 데이터 메시지와 빔포밍이 적용되지 않는 방송 메시지들간 간섭을 최소화할 수 있다. 또한, 간섭으로 인한 셀 처리율 감소를 줄일 수 있다.
빔포밍, 방송메시지, 동기.
Description
본 발명은 광대역 무선통신 시스템에서 방송 메시지에 관한 것으로, 특히 빔포밍으로 인한 간섭을 최소화하기 위한 방송 메시지 동기화 방법 및 장치에 관한 것이다.
이동통신 시스템은 셀 간 혹은 셀 내에서 발생하는 동일채널 간섭신호와 다중경로 페이딩, 도플러와 같은 무선 채널 특성에 의해 시스템 성능과 용량이 제한된다. 이러한 성능 저하 요소에 대응하여 전체 시스템 용량을 늘릴 수 있는 기술 중 하나가 빔포밍(beamforming) 기술이다.
상기 빔포밍 기술은 기지국이 기본적으로 각 사용자 단말로부터 각 무선 채널에 대한 정보를 피드백 받아, 각 사용자 단말에 최적화된 빔을 형성해 주는 기술로, 여러 가지 방식으로 구분될 수 있다. 그 중 널리 쓰이는 기법이 제로포 싱(zero-forcing) 빔포밍이다.
도 1은 광대역 무선통신 시스템에서 빔포밍 예를 도시하고 있다.
상기 도 1을 참조하면, 각 기지국(100, 110, 120)에서 발생하는 빔의 형성을 보여주고 있다. (a)는 모든 기지국이 동시에 빔포밍 전송하지만, 인접 기지국에 간섭을 주지 않는 이상적인 경우를 나타내고 있다. 즉, 각 기지국(100, 110, 120)은 각 사용자 단말에 송신할 하향링크 트래픽에 빔포밍 계수를 곱하여, 각 사용자 단말의 방향으로 빔이 형성되도록 한다. 이상적인 경우, 제로포싱 빔포밍 알고리즘에 의하여 각 기지국(100, 110, 120)에서의 빔이 서로 충돌하기 않도록 빔이 형성되기 때문에 간섭이 적다.
한편, (b)에서처럼 하나의 기지국에서 각 사용자 단말에 전송하는 데이터 메시지가 있는 반면, 해당 기지국 안에 있는 모든 사용자 단말에 동시에 전송되어야 할 방송 메시지(시스템 정보 등등)도 존재할 수 있다. 상기 각 사용자 단말에 전송되는 데이터 메시지에는 빔포밍 기술을 적용하여 빔을 형성해 전송하면 되지만, 모든 사용자 단말이 수신해야 하는 방송 메시지에 대해서는 빔포밍 기술을 적용할 수 없다. 즉, 기존과 같이 모든 방향으로 동시에 전송해야 한다.
(b)를 참조하면, 빔포밍 기술이 적용되지 않은 방송 메시지와 빔포밍 되어 전송되는 데이터 메시지가 동시에 발생하는 경우, 인접 기지국의 빔포밍된 데이터 메시지와 빔포밍이 적용되지 않은 방송 메시지 간 심각한 간섭을 일으키게 된다. 예를 들면, 해당 기지국(150, 160)은 해당 단말에 전송할 데이터에 빔포밍 계수를 적용하여 빔을 형성하고 있고, 기지국(170)은 모든 기지국들이 수신해야 하는 방송 메시지를 전송하고 있다. 이때, 상기 기지국(150)은 기지국(170) 방향이 아닌 다른 방향으로 빔을 형성하고 있어 상기 기지국(170)에 간섭을 일으키지 않는다. 하지만, 상기 기지국(160)은 기지국(170) 방향으로 빔을 형성하고 있어, 상기 기지국(170)에 간섭을 일으키게 된다.
상술한 바와 같이, 현재 광대역 무선통신 시스템(예: IEEE 802.16)에서는 각 기지국에서 방송 메시지들이 서로 독립적으로 발생하여 전송되기 때문에 이러한 간섭문제가 발생하게 되는 문제점이 있다. 또한, 상기 기술된 이러한 간섭 발생으로 셀 처리율(cell throughput)이 20~30% 정도 감소한다.
본 발명의 목적은 광대역 무선통신 시스템에서 빔포밍이 적용되지 않는 방송 메시지들과 빔포밍이 적용되는 데이터 메시지간 간섭을 최소화하기 위한 방법 및 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 광대역 무선통신 시스템에서 방송 메시지를 동기화하기 위한 방법 및 장치를 제공함에 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 광대역 무선통신 시스템에서 방송메시지를 동기화하기 위한 방법에 있어서, 각 방송 메시지들의 전송주기를 주변 기지국들과 동일하게 설정하는 과정과, 상기 각 방송 메시지들의 시작 프레임 번호를 상기 주변 기지국들과 동일하게 설정하는 과정과, 상기 방송 메시지들이 전송시점이 해당 프레임과 일치하여 전송지연이 발생할 시, 주기를 일정하게 유지하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 광대역 무선통신 시스템에서 방송메시지를 동기화하기 위한 장치에 있어서, 각 방송 메시지들의 전송주기를 주변 기지국들과 동일하게 설정하는 방송 메시지 주기 설정부와, 상기 각 방송 메시지들의 시작 프레임 번호를 상기 주변 기지국들과 동일하게 설정하고, 상기 방송 메시지들이 전송시점이 해당 프레임과 일치하여 전송지연이 발생할 시, 주기를 일정하게 유지하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 광대역 무선통신 시스템에서 방송 메시지를 동기화함으로써, 빔포밍이 적용되는 데이터 메시지와 빔포밍이 적용되지 않는 방송 메시지들간 간섭을 최소화할 수 있다. 또한, 간섭으로 인한 셀 처리율 감소를 줄일 수 있다.
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 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 본 발명은 광대역 무선통신 시스템에서 방송메시지를 동기화하기 위한 방법 및 장치에 대해 설명하기로 한다.
이하 설명에서, 본 발명에서는 각 기지국에서 방송 메시지(Broadcast message)들이 랜덤하게 발생하는 것이 아니라, 일정 주기 혹은 규칙에 따라 발생한 다고 가정한다.
광대역 무선통신 시스템에서 사용하는 방송 메시지 종류는 하기 <표 1>에 나타내고 있다.
이름 | Description | 설명 | 발생 주기* |
UCD | UL channel descriptor | 상향링크의 물리적 특성을 기술한 MAC 메시지 | 1465 ms |
DCD | DL channel descriptor | 하향링크의 물리적 특성 을 기술한 MAC 메시지 |
1465 ms |
MOB_TRF-IND | Traffic indication message | 슬립모드에서 단말을 위한 페이징 관련 MAC 메시지 | Positive*: 320+40 ms, 640+40 ms, … 2 배씩 증가하여 5120+40 ms 까지 Negative*: positive 와 동일. |
MOB_NBR-ADV | Neighbor advertisement message | 주변 기지국에 대한 정보를 방송하기 위한 MAC 메시지 |
2000 ms |
MOB_PAG-ADV | BS broadcast paging message | 유휴모드(Idle mode)에서 단말을 위한 페이징 관련 MAC 메시지 | Positive: 1280 ms, 2560 ms, … 2 배씩 증가하여 163840 ms 까지 Negative: 160 ms 마다 |
SII-ADV | Service Identity broadcast |
코어망에 대한 서비스 사업자 정보를 위한 MAC 메시지 | 5000 ms |
이러한 방송 메시지들은 <표 1>에서 제시한 각각의 주기를 따라 송신되고 있다(상세한 주기의 값은 구현상에서 변경될 수 있음). 여기서, DCD, UCD, MOB_NBR-ADV, SII-ADV 메시지들은 일정한 주기에 따라 방송되고, 페이징(paging) 관련 메시지 MOB_TRF-IND 및 MOB_PAG-ADV 메시지는 슬립모드(sleep mode)의 클래스 및 유휴모드(idle mode)의 특성상 청취구간(listening window)이 2배씩 증가하는 특성이 있어 발생 시간이 2 배씩 증가하는 규칙이 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 광대역 무선통신 시스템에서 방송메시지를 동기화하기 위한 기지국 동작 흐름도를 도시하고 있다.
상기 도 2를 참조하면, 기지국은 200 단계에서 GPS(Global Positioning System)로부터 시각정보를 제공받아 물리계층의 프레임 번호 동기화한다. 즉, 상기 시각정보를 이용하여 모든 기지국의 프레임 번호를 동일하게 맞춘다. 예를 들면, 상기 도 1에서 기지국(100)이 프레임 번호 1을 사용한다면, 기지국(110), 기지국(120)은 동일한 프레임 번호 1을 사용한다.
이후, 상기 기지국은 202 단계에서 각 방송 메시지들의 전송주기를 다른 인접한 기지국들과 동일하게 설정한다. 그리고, 상기 기지국은 204 단계에서 해당 주기에 각 방송 메시지를 전송할 시, 상기 각 방송 메시지들의 해당 프레임 번호를 다른 기지국들과 동일하게 설정하여 전송한다. 예를 들면, 도 1에서 기지국(100)이 상기 <표 1>에 기술된 방송 메시지들을 일정한 주기에 따라 n+주기 번째 프레임을 통해 방송할 때, 다른 기지국(110, 120)에서도 n+주기 번째 프레임을 통해 해당 방송 메시지를 방송한다. 따라서, 각 기지국들은 동일한 프레임번호에 자신의 해당 방송 메시지를 동일한 시점에 전송한다.
상기 각 방송 메시지들의 주기를 주변 기지국들과 동일하게 설정하는 방법은, 현시점의 프레임 번호를 각 방송 메시지의 주기로 나누어 나머지가 특정한 상수 값이 나올 때, 방송 메시지를 전송한다. 예를 들면, 주기가 5 프레임이고 7 번째 프레임부터 전송된 방송 메시지는 7, 12, 17, 22 번째 프레임에 전송될 것이다. 이때, 7, 12, 17, 22 번째 프레임에서 주기 5로 나누면 특정한 상수 2가 나온다. 따라서, 연산 과정 시 상수가 2가 나올 때, 상기 방송 메시지가 전송된다.
이후, 상기 기지국은 206 단계에서 해당 주기에 각 방송 메시지를 현재 프레 임에 모두 전송하지 못하고 다음 프레임에 이어서 전송해야할 시, 208 단계로 진행한다. 다시 말해, 각 방송 메시지들의 주기가 다르기 때문에, 여러 방송 메시지들이 한 프레임(N 번째 프레임)에 집중되는 경우가 발생한다. 이때 우선순위에서 따라서 해당 방송 메시지를 다음 프레임(N+1 번째 프레임)에 전송하는 경우, 방송 메시지를 동기화하기 위해, 그 다음번 해당 방송 메시지를 전송할 프레임 번호는 (N+1+주기)가 아니라 (N+주기)번째 프레임에서 전송되도록 한다. 이하 도 3에서 예를 들어 설명하기로 한다.
이후, 본원 발명의 절차를 종료한다.
도 3은 종래기술과 본 발명에서 방송 메시지 동기화를 위한 예를 도시하고 있다.
상기 도 3 (a)를 참조하면, 각 기지국에서 기타 방송 메시지(UCD, DCD, MOB_NBR-ADV, SII-ADV)(300, 320)들은 기설정된 규칙에 따라서(예: 5 프레임마다 전송된다고 가정) 전송되고, 페이징 관련 방송 메시지(MOB_TRF-IND, MOB_PAG-ADV)(310, 330)들은 일정주기(예: 3 프레임마다 전송된다고 가정)를 가지며 전송된다. 여기서, 기지국 1에서 상기 기타 방송 메시지(300)와 페이징 관련 방송 메시지(310)가 프레임(316)에 중복되어 전송되어야 하는 경우(315), UCD, DCD, MOB_NBR-ADV, SII-ADV 메시지들은 우선순위에서 밀려 다음 프레임(317)에 전송될 수 있다. 이때, 종래에는 우선순위에서 밀려 다음 프레임(317)에 전송되는 UCD, DCD, MOB_NBR-ADV, SII-ADV 메시지들은 기설정된 규칙에 따라서(예: 5 프레임마다 전송됨) 다음 주기 즉, 프레임(322)에 전송된다. 따라서, 기지국 1에서 프레임(322)을 통해 방송 메시지를 전송할 때, 기지국 2에서는 해당 트래픽을 빔포밍하여 프레임(322)을 통해 전송하게 된다. 반면, 기지국 1에서 해당 트래픽을 빔포밍하여 프레임(321)을 통해 전송할 때, 기지국 2에서 프레임(321)을 통해 방송 메시지를 전송한다.
따라서, 본원 발명에서는 도 3 (b)에서처럼, 각 기지국에서 기타 방송 메시지(350, 370)들은 기설정된 규칙에 따라서(예: 5 프레임마다 전송된다고 가정) 전송되고, 페이징 관련 방송 메시지들(360, 380)은 일정주기(예: 3 프레임마다 전송된다고 가정)를 가지며 전송된다. 여기서, 기지국 1에서 상기 기타 방송 메시지(350)와 페이징 관련 방송 메시지(360)가 프레임(355)에 중복되어 전송되어야 하는 경우, 기타 방송 메시지들(350)은 우선순위에서 밀려 다음 프레임(356)에 전송될 수 있다. 이때 본원 발명에서는 우선순위에서 밀려 다음 프레임(356)에 전송되는 기타 방송 메시지들(350)은 기설정된 규칙에 따라서(예: 5 프레임마다 전송됨) 다음 주기 즉, 프레임(357)에 전송된다. 따라서, 기지국 1에서 프레임(357)을 통해 방송 메시지를 전송할 때, 기지국 2에서도 방송 메시지를 전송한다.
상술한 바와 같이, 여러 방송 메시지가 중복되어 N 번째 프레임에서 전송되어야 할 방송 메시지를 N+1 프레임에서 전송한 후, 다음번 전송이 [N+1+주기]번째 프레임으로 하지 않고, [N+주기] 번째 프레임으로 유지함으로써, 방송 메시지를 동기화하여 빔포밍에 의한 간섭을 줄일 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 광대역 무선통신 시스템에서 방송메시지를 동기화하기 위한 기지국 장치를 도시하고 있다.
상기 도 4를 참조하면, 상기 기지국 장치는 OFDM 수신기(400), 제어기(402), OFDM 송신기(404), 방송 메시지 주기 설정부(406), 프레임 번호 동기부(408)를 포함하여 구성된다.
상기 OFDM 수신기(400)는 안테나를 통해 수신되는 고주파(RF : Radio Frequency)신호를 기저대역 아날로그 신호로 주파수 하향변조하고, 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다. 그리고, 시간 영역의 신호를 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform)하여 주파수 영역의 신호로 변환하여 출력한다. 상기 OFDM 수신기(400)는 또한 주파수 영역의 데이터에서 실제 수신하고자 하는 부반송파들의 데이터를 선택하고, 상기 선택된 데이터를 미리 정해진 변조수준(MCS 레벨)에 따라 복조(demodulation) 및 복호(decoding)하여 출력한다.
상기 OFDM 송신기(404)는 상기 제어기(402)로부터 제공받은 신호를 미리 정해진 변조수준(MCS레벨)에 따라 부호 및 변조하여 출력하고, 주파수 영역의 신호를 역 고속 푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform)하여 시간 영역 샘플 신호로 변환한다. 또한, 샘플 신호를 아날로그 신호로 변환하여 출력한다. 그리고, 기저대역 신호를 고주파(RF:Radio Frequency) 신호로 주파수 상향 변조하여 안테나를 통해 송신한다.
여기서, 상기 OFDM 수신기(400)와 상기 OFDM 송신기(404)는 FDD(Frequency Division Duplex) 방식 혹은 TDD(Time Division Duplex) 방식으로 동작한다.
상기 방송 메시지 주기 설정부(406)는 시스템 정보 및 상기 제어기(402)로부터 방송 메시지 관련 정보를 제공받아, 각 방송 메시지들의 전송주기를 다른 인접한 기지국들과 동일하게 설정한다. 예를 들면, 도 1에서 기지국(100)이 상기 <표 1>에 기술된 방송 메시지들을 일정한 주기에 따라 n+주기 번째 프레임을 통해 방송할 때, 다른 기지국(110, 120)에서도 n+주기 번째 프레임을 통해 해당 방송 메시지를 방송한다. 따라서, 각 기지국들은 동일한 프레임번호에 자신의 해당 방송 메시지를 동일한 시점에 전송한다.
상기 프레임 번호 동기부(408)는 GPS(Global Positioning System)로부터 시각정보를 제공받아 물리계층의 프레임 번호 동기화하고, 상기 동기화 정보를 상기 제어기(402)로 제공한다. 여기서, 상기 시각정보를 이용하여 모든 기지국의 프레임 번호를 동일하게 맞춘다.
상기 제어기(402)는 기지국의 전반적인 제어를 수행하며, 본원 발명에서는 상기 방송 메시지 주기 설정부(406)로부터의 방송 메시지 주기정보 및 상기 프레임 번호 동기부(408)로부터의 동기 정보를 제공받아, 방송 메시지를 해당 프레임을 통해 전송한다. 특히, 해당 주기에 각 방송 메시지를 현재 프레임에 모두 전송하지 못하고 다음 프레임에 이어서 전송해야할 시, 즉, 각 방송 메시지들의 주기가 다르기 때문에, 여러 방송 메시지들이 한 프레임(N 번째 프레임)에 집중되는 경우가 발생한다. 이때 우선순위에서 따라서 해당 방송 메시지를 다음 프레임(N+1 번째 프레임)에 전송하는 경우, 방송 메시지를 동기화하기 위해, 그 다음번 해당 방송 메시 지를 전송할 프레임 번호는 (N+1+주기)가 아니라 (N+주기)번째 프레임에서 전송되도록 한다.
상술한 구성에서, 상기 제어기(402)는 프로토콜 제어부로서, 상기 방송 메시지 주기 설정부(406), 상기 프레임 번호 동기부(408)를 제어한다. 즉, 상기 제어기(402)는 방송 메시지 주기 설정부(406), 프레임 번호 동기부(408)의 기능을 수행할 수 있다. 본 발명에서 이를 별도로 구성한 것은 각 기능들을 구별하여 설명하기 위함이다.
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.
도 1은 광대역 무선통신 시스템에서 빔포밍 예시도,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 광대역 무선통신 시스템에서 방송메시지를 동기화하기 위한 흐름도,
도 3은 종래기술과 본 발명에서 방송 메시지 동기화를 위한 예시도 및,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 광대역 무선통신 시스템에서 방송메시지를 동기화하기 위한 장치도.
Claims (10)
- 광대역 무선통신 시스템에서 방송메시지를 동기화하기 위한 방법에 있어서,각 방송 메시지들의 전송주기를 주변 기지국들과 동일하게 설정하는 과정과,상기 각 방송 메시지들의 시작 프레임 번호를 상기 주변 기지국들과 동일하게 설정하는 과정과,상기 각 방송 메시지들의 전송시점이 하나의 프레임에 일치하여 전송지연이 발생할 시, 상기 전송지연과 무관하게 상기 각 방송 메시지들의 전송주기를 일정하게 유지하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항에 있어서,GPS(Global Positioning System)로부터 시각정보를 제공받아, 상기 주변 기지국과 동일한 프레임 번호를 생성하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 2항에 있어서,상기 동일한 프레임 번호를 생성하는 과정은,상기 시각정보 비트로부터 프레임 번호를 생성하는 것을 특징으로 하는 방 법.
- 제 1항에 있어서,상기 각 방송 메시지들의 시작 프레임 번호를 상기 주변 기지국들과 동일하게 설정하는 과정은, 현시점의 프레임 번호를 각 방송 메시지의 주기로 나누어 해당 특정 상수 값이 나올 때, 상기 해당 현시점의 프레임을 통해 각 방송 메시지를 전송하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 전송주기를 일정하게 유지하는 과정은,N 번째 프레임 번호에서 전송되어야 할 방송메시지가 다른 방송 메시지와 전송시점이 일치하여 N+1 번째 프레임에 전송하더라도 다음 전송시점은 N+주기 번째 프레임에서 전송하도록 하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 광대역 무선통신 시스템에서 방송메시지를 동기화하기 위한 장치에 있어서,각 방송 메시지들의 전송주기를 주변 기지국들과 동일하게 설정하는 방송 메시지 주기 설정부와,상기 각 방송 메시지들의 시작 프레임 번호를 상기 주변 기지국들과 동일하게 설정하고, 상기 각 방송 메시지들의 전송시점이 하나의 프레임에 일치하여 전송지연이 발생할 시, 상기 전송지연과 무관하게 상기 각 방송 메시지들의 전송주기를 일정하게 유지하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 6항에 있어서,GPS(Global Positioning System)로부터 시각정보를 제공받아, 상기 주변 기지국과 동일한 프레임 번호를 생성하는 프레임 번호 동기부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 7항에 있어서,상기 제어부는,상기 시각정보 비트로부터 프레임 번호를 생성하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 6항에 있어서,상기 방송 메시지 주기 설정부는, 현시점의 프레임 번호를 각 방송 메시지의 주기로 나누어 해당 특정 상수 값이 나올 때, 상기 해당 현시점의 프레임을 통해 각 방송 메시지를 전송하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 6항에 있어서,상기 제어부는,N 번째 프레임 번호에서 전송되어야 할 방송메시지가 다른 방송 메시지와 전송시점이 일치하여 N+1 번째 프레임에 전송하더라도 다음 전송시점은 N+주기 번째 프레임에서 전송하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 장치.
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