KR101513038B1

KR101513038B1 - 이종 셀 식별 정보 관리 방법

Info

Publication number: KR101513038B1
Application number: KR1020080118822A
Authority: KR
Inventors: 한승희; 노민석; 권영현; 이현우; 김동철; 문성호; 곽진삼
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2008-08-22
Filing date: 2008-11-27
Publication date: 2015-04-17
Also published as: WO2010021513A3; WO2010021513A2; US20110195720A1; JP2011530948A; JP5190145B2; KR20100023716A

Abstract

중계국/팸토셀/피코셀의 식별 정보 관리 방법에 대해 설명한다. 중계국/팸토셀/피코셀의 식별 정보가 제 1 부분 셀 ID 및 제 2 부분 셀 ID로 구성되는 경우, 중계국/팸토셀/피코셀의 식별 정보는 중계국/팸토셀/피코셀을 커버하는 영역에 할당된 식별 정보의 제 1 부분 셀 ID 및 제 2 부분 셀 ID 중 어느 하나를 승계하는 것을 제안한다. 이때 승계되는 ID는 섹터 ID일 수 있다. 제 1 부분 셀 ID 및 제 2 부분 셀 ID는 계층적 구조를 가질 수도, 그렇지 않을 수도 있다.

relay station, femto cell, pico cell, sector ID

Description

이종 셀 식별 정보 관리 방법{Method For Managing ID Information for Heterogeneous cells}

이하의 설명은 무선 통신 시스템에서 중계국의 식별 정보에 대한 것으로서, 구체적으로 중계국에 효율적으로 식별 정보를 할당하고, 단말이 이 중계국 식별 정보를 효율적으로 획득하는 방법에 대한 것이다.

차세대 무선통신 시스템에서 중계국(Relay station)이 널리 이용될 것으로 전망된다. 중계국 개념에 대해 간단히 설명하면 다음과 같다.

이하에서는 설명의 용이함을 위해 IEEE 802.16j 에서 고려하던 중계국 개념을 중심으로 설명하기로 한다. 다만, 이하에서 설명할 중계국 개념은 3GPP IMT-A (LTE-A)에서 고려하고 있는 중계국에 대해서도 실질적으로 동일한 개념으로 가정할 수 있다.

2006년도 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers, 미국 전기 전자 학회) 802.16에서는 고정 가입자 단말을 대상으로 하는 표준 규격인 IEEE 802.16-2004와 가입자 단말의 이동성을 제공하기 위한 표준 규격인 IEEE 802.16e-2005의 발간 후 현재 멀티홉 릴레이라는 새로운 주제의 표준화 프로젝트가 진행되고 있다. IEEE 802.16 내의 작업반(Task Group) j에서 담당하고 있는 이 프로젝트는 지난 2006년 5월 첫 공식 회의를 가진 이래 2006년 7월 두 번째 회의에서는 활용 모델(Usage Model), 관련 용어(Terminology), 기술적 요구사항(Technical Requirement)에 대해서 본격적으로 논의가 시작되었다. 이하 IEEE 802.16 작업반j를 줄여서 "802.16j"라고 표기하기로 한다.

802.16j의 PAR(Project Authorization Request, 프로젝트 승인 요청)에는 앞으로 진행될 표준화 작업의 다음과 같은 두 가지 목적이 명기되어 있다.

1. 서비스 지역의 확장(Coverage Extension)

2. 성능 강화(Throughput Enhancement)

도 1은 멀티홉 릴레이 시스템에 대한 개념도이다.

도 1에서 도면부호 701은 기지국을, 도면부호 702a 내지 702d는 중계기(Relay Station)를, 도면부호 703a 내지 703d는 단말을 나타낸다. 도 1에 나타난 바와 같이 기지국(701)의 영역 밖의 지역에도 중계국(702a 및 702b)을 통한 신호 전달이 가능해질 수 있다. 또한, 기지국(701) 영역 내에 있는 단말(703d)에 대해서는 중계국(702d)을 통한 높은 수준의 적응변조코딩 (Adaptive Modulation and Coding)방식을 가지는 고품질의 경로를 설정할 수 있도록 함으로써 동일한 무선 자원으로 시스템 용량의 증대를 꾀할 수 있다.

이 프로젝트에 의해서 만들어질 표준 규격은 기존의 802.16-2004와 802.16e-2005 규격에 기반하여 구현된 이동단말은 어떤 기능의 추가 없이 중계국과의 통신이 가능해야 한다는 원칙하에 중계국 자체와 기존 기지국에 중계국을 제어하기 위 한 일부 기능 추가로 그 범위가 한정될 것으로 보인다. 따라서 중계국에 대한 규격이 향후 표준화의 핵심 사안이 될 것으로 예상된다.

중계국은 물리계층과 매체접근 제어계층의 동작을 수행하는 일종의 가입자 단말로 생각할 수 있으며, 주로 기지국에 의해서 제어되지만 필요한 경우 스스로도 약간의 제어 기능을 가질 수 있는 것으로 되어 있다. 현재 논의 중인 활용 모델에는 고정 중계국뿐만 아니라 특정 지역에 대한 일시적인 서비스 제공을 위한 이동 중계국과 자동차나 지하철 등에 장착될 수 있는 중계국까지 고려되고 있다.

향후 논의될 대표적인 기술적 이슈들은 다음과 같이 정리될 수 있다.

1. 기지국이 자신의 영역에 존재하는 중계국을 식별하고 이들과의 연결 구조 (topology)에 대한 정보를 획득하고 유지하기 위한 절차

2. 기존의 IEEE 802.16/16e 시스템과 호환성(backward compatibility)을 가지는 이동단말과 중계국 사이의 물리적인 전송 프레임 구조의 정의

3. 중계국간 혹은 중계국과 기지국간의 이동성 제공을 위한 신호 절차

4. 중계국의 기지국으로의 진입(network entry) 절차 및 이동단말의 중계국을 통한 진입 절차

이 외에도 많은 기술적인 이슈가 있을 수 있으나 이들을 풀어나가는데 있어서 기존 시스템과의 호환성이 가장 큰 걸림돌이 될 것으로 예상된다. 앞에서도 언급한 바와 같이, 802.16-2004와 802.16e-2005의 표준에 따라서 구현된 모든 단말은 어떤 추가적인 기능 없이 중계국을 통한 기지국과의 통신이 가능해야 한다는 원칙은 기존의 두 표준에 정의되어 있는 거의 모든 기능이 중계국을 통해서도 가능해야 한다는 제약인 동시에 중계국의 복잡도를 증가시킬 수 있는 요인으로 작용할 수 있기 때문이다. 그러므로 이 문제를 어떻게 풀어나갈 수 있는지의 여부가 향후 표준화 진행 속도와 시장성에 큰 영향을 미칠 것으로 전망된다.

한편, 상술한 중계국과 유사한 개념으로서 팸토셀(Femto Cell)에 대해 설명한다.

"팸토(Femto)"란 10^-15 의 매우 작은 단위를 나타낸다. 이러한 의미에서 팸토셀이란 초소형/저전력 가정/사무실용 옥내 기지국을 의미한다. 피코셀(picocell)과도 동일한 의미로 사용되지만, 좀 더 기능이 진화된 의미로 사용이 되고 있다. 챔토셀은 브로드밴드 라우터에 연결하는 소형 셀룰러 기지국으로 기존의 2G는 물론 3G의 음성 및 데이터를 DSL링크 등을 통해 이동통신사의 백본망으로 연결해 주는 역할을 한다.

이와 같은 팸토셀의 장점에 대해 설명하면 다음과 같다.

최근 팸토셀이 3G 보급을 촉진시키고, 옥내 커버리지를 넓히는 기폭제가 될 수 있다는 조사 보고서가 발표되어 주목을 끌고 있다. 2011년까지 전세계 팸토셀 단말 사용자가 1억 200만 명으로 증가할 것이며 기지국인 AP(Access Point)의 설치도 3,200만 개에 달하는 것으로 전망 했다. ABI Research의 스튜어트 칼로우 수석 애널리스트는 “기술적인 면에서 W-CDMA, HSDPA, EVDO와 같은 기술의 옥내 커버리지 강화는 서비스 제공에 있어 매우 중요한 역할을 한다”며 “IP 네트워크를 통해 트래픽을 라우팅함으로써 네트워크 품질과 수용력이 매우 강화됨과 동시에 이동통 신사들이 백홀 전용회선에 투자하는 OPEX도 감소되어 전략적, 경제적인 관점에서도 커다란 혜택이 있다”고 말하였다.

팸토셀은 커버리지를 강화할 수 있고, 음성서비스의 품질(Quality)을 높여줄 수 있으며, 이동 통신사들이 팸토셀을 이용, 데이터 서비스 제공을 통해 가입자들을 완전히 3G에 적응시킬 수 있을 것으로 예상하고 있다. 상기 팸토셀은 팸토 기지국 또는 팸토 BTS(Base Transceiver Station)로 지칭될 수도 있다.

정리하면 팸토셀은 다음과 같은 장점을 가지고 있다고 분석이 된다.

1. 커버리지 증가(Coverage Improvement)

2. 인프라 구조 비용 감소(Infrastructure cost decrease)

3. 새로운 서비스 제공(New service Offering)

4. FMC (Fixed Mobile Convergence) 가속화

한편, 상술한 중계국과 유사한 또 다른 개념으로서 피코셀(Pico Cell)에 대해 설명한다.

피코셀은 일반적으로 사무실, 쇼핑몰, 기차역, 최근에는 비행기내 등과 같은 작은 영역을 커버하는 무선 통신 시스템이다. 피코셀은 WiFi 접속점(Access Point)와 유사한 개념으로 볼 수도 있다.

GSM과 같은 셀룰러 무선 통신 시스템에서, 피코셀 기지국은 BSC(Base Station Controller )와의 연결을 위한, 일반적으로 저가이고 소형(일반적으로 A4 종이 크기, 그리고 2-3 cm 두께)의 유닛을 말한다. 복수의 피코셀 '헤드(Head)'는 각 BSC와 연결된다. BSC는 무선 자원 관리 및 핸드오버 기능을 수행하며, MSC(Mobile Switching Centre) 및/또는 GSN(GPRS Support Node)을 통과하는 데이터를 조합할 수 있다.

피코셀 헤드와 BSC 사이의 연결은 일반적으로 빌딩내 배선을 통해 이루어진다. 초기(1990년대)에 개발된 시스템이 PDH 링크, 예를 들어 E1/T1 링크를 이용하여 피코셀 헤드와 BSC 사이의 연결을 수행하였던데 반해, 최근에는 이더넷(Ethernet) 배선을 이용하고 있다.

더욱 최근에는 피코셀만이 아니라 BSC 및 MSC의 일부 기능을 포함하는 헤더 유닛에 대한 개념이 개발되고 있다. 이러한 피코셀은 접속점 기지국 또는 상술한 팸토셀로 지칭되고 있다. 이 경우, 상술한 헤더 유닛은 BSC/MSC 인프라 구조의 도움 없이 인터넷에 접속하기 위해 요구되는 모든 기능을 포함할 수 있다.

셀룰러 네트워크에서 피코셀은 일반적으로 옥외 신호가 잘 미치지 못하는 옥내 커버리지를 증가시키기 위해, 또는 기차역과 같이 매우 높은 통화 집적도를 가진 영역에서 네트워크 성능을 향상시키기 위해 이용되고 있다.

한편, 도 2는 셀 반경에 따라 일반적으로 이용되는 셀 명칭을 설명하기 위한 도면이다.

각각의 셀 명칭에 대한 셀 반경의 정확한 수치 기준 정의는 없으나 통상적으로 셀 커버리지에 따라 다음과 같이 분류될 수 있다.

ㅇ 메가 셀 (Mega cell) : 반경 100~500Km

ㅇ 메크로 셀 (Macro cell) : 반경 35Km 이내 (5~30Km 정도)

ㅇ 마이크로 셀 (Micro cell) : 반경 1Km 이내

ㅇ 피코 셀 (Pico cell) : 반경 50m 또는 200m 이내

이하의 설명에 있어서 설명의 편의를 위해 상술한 중계국, 마이크로셀, 팸토셀 및 피코셀을 메가셀, 메크로 셀 등과 구분되는, 커버리지 증가를 위한 소형 접속점으로서의 개념으로서 "중계국"으로 통칭하여 지칭하기로 한다. 즉, 이하의 설명에 있어서 중계국은 팸토셀, 피코셀 등의 개념을 포함하는 개념이다.

상술한 바와 같은 중계국에 효율적으로 식별 정보를 할당하고, 단말이 이 중계국 식별 정보를 효율적으로 획득하는 방법에 대한 연구가 필요하다.

상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시형태에서는 다중 셀 환경 통신 시스템에서 중계국(Relay station)에 식별 정보를 할당하는 방법에 있어서, 상기 중계국이 위치하는 영역에 서비스를 제공하는 특정 셀 또는 섹터에 할당된 셀 ID 및 섹터 ID 조합 중 상기 섹터 ID를 상기 중계국의 섹터 ID로서 할당하는 단계; 및 상기 중계국이 상기 특정 셀 또는 섹터 내의 다른 중계국과 구분되도록 상기 중계국에 셀 ID를 할당하는 단계를 포함하는 중계국에 식별 정보를 할당하는 방법을 제안한다.

이때, 상기 중계국에 할당되는 상기 셀 ID는 다른 셀 또는 섹터 내에 위치하는 중계국의 셀 ID와 중복 가능할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 일 실시형태에서는 다중 셀 환경 통신 시스템에서 중계국(Relay station)에 식별 정보를 할당하는 방법에 있어서, 제 1 부분 셀 ID 및 제 2 부분 셀 ID가 조합에 의해 각각의 서비스 영역 식별 정보로 이용되며, 상기 제 2 부분 셀 ID는 상기 제 1 부분 셀 ID의 값에 따라 다른 범위의 값을 가지도록 설정된 경우, 상기 중계국가 위치하는 영역에 서비스를 제공하는 특정 셀 또는 섹터에 할당된 제 1 부분 셀 ID 및 제 2 부분 셀 ID 중 어느 하나를 상기 중계국 식 별 ID로서 승계하는 단계를 포함하는 중계국에 식별 정보를 할당하는 방법을 제안한다.

이때, 상기 제 1 부분 셀 ID는 섹터 ID, 상기 제 2 부분 셀 ID는 셀 ID일 수 있으나, 이에 한정될 필요는 없다. 또한, 상기 중계국은 상기 특정 셀 또는 섹터에 할당된 섹터 ID를 상기 중계국의 섹터 ID로서 승계하는 것일 수 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 일 실시형태에서는 다중 셀 환경 통신 시스템에서 중계국(Relay station) 식별 정보를 획득하는 방법에 있어서, 상기 중계국의 식별 정보를 섹터 ID와 셀 ID의 조합 형태로 포함하는 동기 채널을 수신하는 단계; 및 상기 섹터 ID 및 상기 셀 ID를 순차적으로 검출하는 단계를 포함하며, 상기 중계국의 섹터 ID는 상기 중계국가 위치하는 특정 셀 또는 섹터에 할당된 셀 ID와 섹터 ID 조합에 포함된 섹터 ID와 동일한 것을 특징으로 하는 중계국 식별 정보 획득 방법을 제안한다.

이때, 상기 중계국의 셀 ID는 상기 중계국가 위치하는 특정 셀 또는 섹터 내의 다른 중계국들과 구분되도록 할당되는 것이 바람직하며, 상기 중계국의 셀 ID는 상기 중계국가 위치하는 특정 셀 또는 섹터와 다른 셀 또는 섹터 내에 위치하는 중계국의 셀 ID와 중복 가능할 수 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 일 실시형태에서는 다중 셀 환경 통신 시스템에서 중계국(Relay station) 식별 정보를 획득하는 방법에 있어서, 상기 중계국의 식별 정보를 제 1 부분 셀 ID 및 제 2 부분 셀 ID의 조합 형태로서 포함하는 동기 채널을 수신하는 단계; 및 상기 제 1 부분 셀 ID 및 상기 제 2 부분 셀 ID를 순차적으 로 검출하는 단계를 포함하며, 상기 제 2 부분 셀 ID는 상기 제 1 부분 셀 ID의 값에 따라 다른 범위의 값을 가지도록 설정되며, 상기 중계국의 식별 정보 중 어느 하나는 상기 중계국가 위치하는 특정 셀 또는 섹터에 할당된 제 1 부분 셀 ID 및 제 2 부분 셀 ID 중 어느 하나를 승계한 것인 중계국 식별 정보 획득 방법을 제안한다.

이때, 상기 제 1 부분 셀 ID는 섹터 ID, 상기 제 2 부분 셀 ID는 셀 ID이며,

상기 중계국은 상기 특정 셀 또는 섹터에 할당된 섹터 ID를 상기 중계국의 섹터 ID로서 승계하는 것일 수 있다.

여기서, 셀 ID는 NodeB ID 혹은 BS ID로 불리울 수 있다.

상술한 실시형태들에 있어서, 상기 중계국는 팸토셀(Femto Cell) 및 피코 셀(Pico Cell)를 포함하는 개념으로 가정한다. 또한, 상기 중계국은 이종 셀 간 배치(deployment)를 가정하였을 경우 서로 다른 셀들 간의 배치 개념을 포함하는 개념으로 가정한다.

한편, 상술한 실시형태들에서 "섹터 ID"는 통상적으로 재사용 패턴(reuse pattern)과 연관된다. 예를 들어, 재사용율이 3인 시스템에서 reuse #0은 알파 섹터(alpha sector) (sector ID #0), reuse#1은 베타 섹터(beta sector) (sector ID#1), reuse#2는 감마 섹터(gamma sector) (sector ID#2)에 상응할 수 있다. 또한, 재사용율이 6인 경우에는 reuse#0/#1은 알파 섹터 (sector ID #0), reuse#2/#3은 베타 섹터 (sector ID#1), reuse#4/#5는 감마 섹터 (sector ID#2)에 상응할 수 있다. 따라서, 상술한 실시형태에서 섹터 ID를 승계하는 개념은 상술한 의미의 재 사용 패턴 인덱스의 승계로 해석될 수도 있다.

상술한 바와 같은 실시형태에 따르면 중계국에 효율적으로 식별 정보를 할당하고, 단말이 이 중계국 식별 정보를 효율적으로 획득할 수 있다.

특히, 셀 식별 ID가 2중 구조를 가지는 경우, 상술한 바와 같은 실시형태에 따르면 셀 검출 속도를 향상시킬뿐만 아니라 모호성 문제가 해결되어 셀 검출 성능이 향상될 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다.

이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다. 몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시된다. 또한, 본 명세서 전체에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 중계국에 효율적으로 식별 정보를 할당하고, 단말이 이 중계국 식별 정보를 효율적으로 획득하는 방법을 제공하는데 있다.

일반적으로 셀 식별 정보는 동기 채널을 통해 전송되며, 중계국의 식별 정보 역시 동기 채널을 통해 전달되는 것이 바람직하다. 본 명세서 전반에 걸쳐 사용하는 동기 채널은 시스템에 따라 다르게 불리고 있다. 예를 들어, 3GPP LTE에서는 SS (Synchronization Signal), IEEE 802.16e에서는 프리엠블(preamble)이라 불린다. 따라서, 본 발명에 대한 설명 전반에 있어서 "동기 채널"은 단말이 기지국과의 시간/주파수 동기를 수행하는 채널/신호 등 모두를 총칭하는 것으로 가정한다.

상술한 동기 채널 또는 프리엠블 구조에 대해 살펴봄으로써, 효율적으로 중계국용 셀 식별 정보를 할당/전달하고, 이를 효율적으로 획득하는 방법이 구체화될 수 있을 것이다.

먼저, IEEE 802.16m 시스템에서의 구조를 먼저 살펴본다.

이하의 설명은 IEEE 802.16e 표준을 기본으로, 즉 아래 표 1의 IEEE 802.16e의 OFDM 파라미터를 바탕으로 하며, 다만, 5ms 의 프레임 구조를 가지도록 IEEE 802.16m의 새로운 프레임 구조 역시 동일한 파라미터에 기반하게 된다.

Transmission Bandwidth (MHz)	5	10	20
Over-sampling Factor	28/25
Sampling Frequency (MHz)	5.6	11.2	22.4
FFT Size	512	1024	2048
Sub-carrier Spacing (kHz)	10.94
OFDM Symbol Time, Tu (us)	91.4
Cyclic Prefix (CP)	Ts (us)	OFDM Symbols per Frame	Idle Time (us)
Tg=1/4 Tu	91.4 + 22.85=114.25	43	87.25
Tg=1/8 Tu	91.4 + 11.42=102.82	48	64.64
Tg=1/16 Tu	91.4 + 5.71=97.11	51	47.39
Tg=1/32 Tu	91.4 + 2.86=94.26	53	4.22

IEEE 802.16m (이하 "16m"이라 약칭함)프레임이 IEEE 802.16e(이하 "16e"라 약칭함) 프레임 구조와 다른 점은, 16m 프레임 구조에는 다수의 프레임을 포함하는 수퍼 프레임(Super-Frame) 구조가 존재하고, 하나의 프레임 안에 작은 크기의 서브 프레임(Sub-frame) 구조가 포함되어 있다는 것이다.

수퍼 프레임 구조를 통하여 빈번하게 전송될 필요가 없는 제어 정보의 전송 주기를 수퍼 프레임 단위로 전송하므로 인해서 전송의 효율성을 높일 수 있다. 또한, 데이터의 할당과 스케쥴링은 가장 빈번하게는 서브프레임 단위로 이루어지게 하여 재전송 매커니즘을 고려한 데이터 전송의 지연특성을 줄여줄 수 있는 장점을 가진다. 16m의 프레임 구조를 위해서 고려되는 수퍼 프레임은 4개의 프레임을 포함하며, 8개의 서브프레임이 하나의 프레임을 구성하는 것을 고려한다. 하지만 이는 예시에 불가하며 다른 크기의 수퍼 프레임과 서브프레임 크기도 가능할 수 있다.

도 3는 IEEE 802.16m의 일반적인 프레임 구조이다.

앞서 언급한 바와 같이 도 3에서는 4개의 프레임을 하나의 수퍼프레임으로 하며, 8개의 서브프레임이 하나의 프레임으로 구성되는 예를 표현하였다. 각 수퍼 프레임은 수퍼 프레임 헤더(Super-frame header: SFH)라고 하는 제어 정보를 포함할 수 있다.

도 4는 IEEE 802.16m의 동기 채널의 수퍼프레임 내 위치를 나타낸 도면이다.

각각의 동기 채널(Synchronization Channel; 이하 "SCH")는 하나의 OFDM 심볼로 구성될 수 있다. 또한, 본 SCH 심볼 이외의 초기 동기/셀 정보 획득 혹은 핸드오버 시에 동기/셀 정보 획득을 위한 추가적인 SCH 심볼이 매 프레임 마다 존재하는 계층적(Hierarchical) SCH 구조로 구성될 수도 있다. 하지만, 도 4에서는 가장 간단한 형태의 비계층적(Non-hierarchical) SCH 구조를 도시하고 있으며, 전송 주기도 가장 빈번한 5 ms 단위로 전송되는 예를 도시하고 있다.

상술한 IEEE 802.16계열의 동기 채널 구조는 초기 타이밍/주파수 동기를 잡는 방법에 따라서 크게 두 가지로 구분 될 수 있다.

첫 번째 방법은 교차상관(cross-correlation) 특성을 이용해서 초기 타이밍/주파수 동기를 잡는 방법이다. 이 경우에는 주파수 축에서 모든 서브캐리어(subcarrier)에 SCH가 전송되도록 해야 한다. 만약, 짝수번째 서브캐리어에만 SCH를 전송하거나, 홀수번째 서브프레임에만 SCH를 전송하는 경우, 또는 이들을 모두 일반화하여 매 n (n>=2)번째 서브캐리어에만 SCH 신호를 전송하는 경우에는 교차상관 수행 시 모호성 있는 첨두치(ambiguous peak)가 발생하여 초기 타이밍/주파수 동기 형성에 문제가 될 수 있다.

두 번째 방법은 자동 상관(auto-correlation) 특성을 이용하여 초기 타이밍/주파수 동기를 잡는 방법이며, 이 방법을 사용하기 위해서는 시간 축에서 신호의 반복 패턴이 나타나도록 SCH를 전송해 주어야 한다. 가장 간단하게 시간 축에서 반복 패턴을 만드는 방법은 주파수 축에서 매 n(n>=2) 번째 서브캐리어에만 SCH 신호를 실어서 보내는 것이다.

아래 표 2는 이러한 두 종류의 채널 구조에 장단점을 나타낸다.

	Pros	Cons
Cross-correlation based algorithm	l It can obtain a sharpened peak in timing acquisition under very small frequency offset environment. It means the coarse timing step can be skipped in the synchronization procedure.	l The complexity increases significantly. l In order to achieve the fundamental goal, i.e, cell search, of the synchronization channel, it requires, at least, one additional channel either in time/frequency/code/space domain to carry cell ID information. This is because it is not feasible to adapt multiple correlators for hundreds of hypothesis tests during the timing detection from practical implementation perspective. l Under a large frequency offset environment, the benefit of sharpened peak would disappear due to partial correlation which could result in stubby peak.
Auto-correlation based algorithm	l The complexity is very small. l It is possible for the synchronization channel to consist of only a single OFDM symbol. In other words, it does not require additional resources or channels. l It can works well regardless of frequency offset effect due to differential operation.	l Additional fine timing is required after cell ID detection.

결론적으로는 자동 상관 기반의 동기 채널 구조가, 수신 시 단말의 계산량을 줄이고 주파수 오프셋(Frequency offset)에 따른 영향을 받지 않을 수 있으므로 더욱 선호되는 것으로 볼 수 있다.

IEEE 802.16e의 프리엠블도 이와 같은 이유로 자기상관 기반의 동기 알고리즘을 지원하기 위한 SCH 구조를 가지며, 시간 축에서 3개의 반복 패턴이 나타내도록 주파수 축에서 매 3번째 서브캐리어에 전송 신호를 실어주는 구조를 가진다. IEEE 802.16m의 SCH 경우에도 시간 축 반복 패턴을 만들어주어야 한다.

도 5는 IEEE 802.16m의 레거시 지원 모드에서 IEEE 802.16e 프리엠블과 IEEE 802.16m의 동기 채널 사이의 관계를 도시한 도면이다.

상술한 바와 같이 16m SCH 역시 시간축 반복 패턴을 통해 가동 상관을 통한 동기 채널 검출이 가능하도록 설정되는 것이 바람직하다. 다만, 도 5에 도시된 바와 같은 레거시 지원 모드(legacy-support mode, 즉 16e와 16m의 SCH가 TDM으로 섞여서 전송되는 모드)의 경우에, 16m의 SCH가 16e의 프리엠블 신호와 혼돈되는 것을 피하기 위해 16m SCH는 3과 서로 소인 수에 해당하는 반복 계수(repetition factor)를 가지도록 전송되는 것이 바람직하다.

한편, 단말이 SCH 수신 시에 인접 셀로부터 간섭을 받을 수 있으며, 이러한 간섭으로 인해서 셀 ID 획득시 성능의 열화를 가져올 수 있다. 또한, SCH를 이용하여 주파수 재사용 계수(frequency reuse factor) 3를 적용하는 네트워크에서, 각 셀 별로 수신되는 CQ (Channel Quality)를 측정시 정확도가 떨어지는 문제가 있다. 따라서, 이러한 문제를 근본적으로 해결하기 위한 방안으로 SCH 자체에 주파수 재사용(frequency reuse)을 주어 전송할 수 있다.

도 6은 동기 채널 자체에 주파수 재사용을 적용하는 구조를 도시한 도면이다.

도 6에 있어서 주파수 재사용 계수는 F라고 가정하였다. F개의 셀들은 서로 겹치지 않도록 주파수 축의 정해진 부분을 사용하며 배치하면 되고, 구체적인 방법에는 제한이 없다. 예를 들어, 도 6의 상단에 도시된 바와 같이 특정부분에 특정 셀을 위한 주파수 자원을 몰아서 두는 국지적 할당(Localized Allocation) 방식이 있을 수 있다. 반대로 도 6의 하단에 도시된 바와 같이 특정 셀을 위한 주파수 자원을 전 주파수 대역에 일정하게 퍼트려서 배치하는 분산 할당(Distributed Allocation) 방식이 있을 수 있다.

상술한 바와 같은 동기 채널의 구조 등을 바탕으로 본 발명에 따라 중계국의 셀 식별 정보를 전송하고, 이를 효율적으로 식별하는 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 일 실시형태에서는 셀 식별 정보의 검출시 복잡도를 감소시키기 위해 계층적 구조의 동기 채널을 이용하는 것을 제안한다.

예를 들어, 510개의 총 물리 셀 ID가 있다고 하자. 이 경우 통상적으로 510개의 서로 다른 코드를 정의하여 단말이 510개의 코드에 대해 상관 연산을 수행하여 자신이 속한 셀을 검출해야 한다.

본 실시형태에서는 이와 같은 전체 셀 ID를 cell ID1과 cell ID2와 같은 부분 셀 ID로 구분하는 것을 가정한다. 즉, 전체 셀 ID=cellI D1 * cell ID2의 구조를 가지는 것을 의미한다. 예를 들어, 510개의 물리 셀 ID는 3개의 cell ID1과 170개의 cell ID2로 구분될 수 있다(510=3*170). cell ID1은 하나의 시간/주파수/코드/공간 자원을 통해 전송될 수 있고, cell ID2는 또 다른 하나의 시간/주파수/코드/공간 자원을 통해 전송될 수 있다. 이때, 상술한 예에 따르면 cell ID1은 3개의 코드를 정의하고, cell ID2는 170개의 코드를 정의할 수 있다.

이와 같이 셀 ID 정보가 전송되는 경우 수신단에서 필요한 것은 cell ID1 검출을 위한 3번의 상관연산과 cell ID2검출을 위한 170개의 상관 연산, 즉, 총 173번의 상관 연산을 통해 최종 셀 ID를 검출할 수가 있다.

이때, cellID1은 섹터 ID, cell ID2는 셀 ID로 불릴 수 있다. cell ID1의 개수가 3인 경우 3 섹터 시스템을 위한 것일 수 있다. 즉, cell ID1은 섹터별로 특정(sector-specific)하게 할당될 수 있으며, cell ID2는 셀별로 특정(cell specific)하게 할당될 수 있다(IEEE802.16 계열).

혹은, cell ID2는 NodeB ID, cell ID1은 NodeB 내의 각 섹터 ID로 할당될 수 있다(3GPP계열).

다만, 상술한 바와 같은 실시형태에 따라 단순히 계층적 셀 ID 구조를 사용할 경우 다음과 같은 모호성(ambiguity) 문제가 발생할 수 있다. 이하의 설명에 있어서 셀 ID와 섹터 ID의 조합 또는 단순히 제 1 부분 셀 ID와 제 2 부분 셀 ID의 조합을 (섹터 ID, 셀 ID), 또는 (제 1 부분 셀 ID, 제 2 부분 셀 ID)로 표기하기로 한다.

예를 들어, 두 셀을 가정하고 셀 A가 (0,1)의 조합을, 셀 B가 (2,3)의 조합을 갖는다고 하면, 단말은 양 셀에서 제 1 부분셀 성분과 제 2 부분 셀 성분을 잘못 조합하여 (0,3), (2,1)과 같은 잘못된 조합을 검출할 수가 있다.

또한, 상술한 방식을 여러 가지 셀 (macro, micro, pico, femto, relay 등)들이 혼재되어 있을 때 적용하는 경우, 상술한 모호성 문제는 더욱 심각해 질 수 있다.

따라서, 이하에서 설명할 본 발명의 바람직한 일 실시형태에 따른 중계국의 셀 식별 정보 전송 방법 및 이를 이용한 단말의 중계국 식별 정보 획득 방법은 상술한 모호성 문제를 해결하도록 셀 계획(cell planning)을 수행하는 것에 기초한다.

구체적으로 바람직한 일 실시형태에서는 섹터 ID와 셀 ID의 조합이 최종 셀 ID의 계층 구조를 가지도록 구획하는 것을 가정한다. 예를 들어, cell ID_final=cell ID*sector ID와 같은 구조를 가지도록 설정하는 것은 상술한 실시형태에서와 동일하게 한다. 예를 들어, 3섹터 구조에서는 cellID_final=510, cell ID=170, sector ID=3와 같이 설정할 수 있다. 또한, 6 섹터 구조에서는 cellID_final=510, cell ID=85, sector ID=6과 같이 설정할 수 있다. 또한, 6 섹터 구조는 3 섹터를 두 번 반복 시켜서 정의할 수도 있다.

이와 같은 가정 하에서, 본 실시형태에서는 여러 가지 셀들이 혼재 되어 있는 경우, 커버리지가 작은 셀(예를 들어, 중계국)은 자신을 커버하고 있는 큰 셀의 섹터 ID를 승계하고 각각의 셀을 구별하기 위해 다른 셀 ID를 할당받는 것을 제안한다. 예를 들면, 팸토/피코/중계국의 cellID_final 중 섹터 ID는 자신이 속한 매크로 셀의 섹터 ID와 같은 섹터 ID를 사용하는 것을 제안한다.

구체적으로 예를 들어, 섹터 ID=2 및 셀 ID=100를 갖는 매크로 셀내에 중계국(팸토/피코 셀)이 존재하는 경우 섹터 ID=2 및 셀 ID=99를 가질 수 있다. 이것은 운영자(operator)가 시스템을 설계할 때 상술한 바와 같이 세팅할 수 있으며, 또한 SON (Self Organization Network)를 통해서도 조정이 가능하다.

또한, 서로 다른 큰 셀에 각각 존재하는 중계국(팸토/피코 셀)의 섹터 ID는 속한 셀의 섹터 ID를 승계하되, 속한 셀들이 서로 다른 섹터/셀이라면 같은 셀 Id를 할당할 수가 있다. 예를 들면, (0,50)를 가지는 매크로 셀에 속한 팸토 셀 A의 ID는 (0,27)일 수 있으며, (1, 50)를 가지는 매크로 셀에 속한 팸토 셀 B는 (1, 27)일 수 있다. 다시 말하면, 중계국(팸토/피코 셀) ID 할당에는 자신이 속한 셀의 섹터 ID가 구속 조건이 되는 것을 가정한다.

만일 자신이 속한 셀이 섹터화 개념(sectorization concept)을 도입하지 않았을 경우(즉, 섹터 ID는 오직 하나인 경우, 예를 들어, 섹터 ID=0)에도 역시 마찬가지로 적용할 수가 있다.

편의상, (섹터 ID, 셀 ID)=cellID_final이라고 표기하기로 한다. (0,100)을 갖는 매크로 셀내의 밀집한 지역(dense area)에 팸토셀이 있다고 가정한다. 만약, 팸토셀이 속한 매크로 셀의 섹터 ID를 승계하지 않고, (1,50)의 cellID_final을 갖는다고 하면 단말은 (0,50) 혹은 (1,100)의 잘못된 알람을 초래할 수가 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따라 여러 셀이 혼재되어 있을 때 팸토셀, 중계국 등에 셀 ID를 할당하는 일례를 나타낸 도면이다.

도 7의 예에 있어서, 팸토셀 A는 (섹터 ID, 셀 ID)가 (2, 29)인 섹터에 의해 커버되는 영역에 위치하는바, 섹터 ID 2를 승계하여 (2, 27)의 ID를 할당받는 것을 도시하고 있다. 또한, 팸토셀 B는 (1, 29)를 가지는 섹터에 의해 커버되는 영역에 위치하여, 섹터 ID 1을 승계하고 있다. 아울러, 팸토셀 C 및 중계국 A 역시 동일한 방식으로 자신을 커버하고 있는 섹터의 섹터 ID를 승계하고, 셀 ID는 동일 셀/섹터 내의 다른 대상들과 구분되도록 할당받는 예를 도시하고 있다.

상술한 실시형태에서는 셀 ID가 (섹터 ID, 셀 ID)의 형태를 가지는 경우를 중점적으로 설명하였으나, 이에 한정될 필요는 없으며 (제 1 부분 셀 ID, 제 2 부분 셀 ID)의 구조를 가지며, 단말이 제 1 부분 셀 ID를 검출한 후, 제 1 부분 셀 ID와 연관된 제 2 부분 셀 ID 중 해당 셀의 제 2 부분 셀 ID를 검출하는 구조를 가지는 경우, 중계국이 자신을 커버하는 셀/섹터의 어느 한 부분 셀 ID를 승계하는 방식으로 일반화하여 적용될 수 있다. 이때, 제 1 부분 셀 ID와 제 2 부분 셀 ID는 서로 계층적 구조를 가질 수도 계층적 구조를 가지지 않을 수도 있다.

상술한 실시형태와 달리, 본 발명의 또 다른 일 실시형태에서는 물리 셀 ID에서 팸토셀/피코셀/중계국의 식별을 위해 특정 셀 ID 범위를 유보하여 설정할 수도 있다. 예를 들어, 3*170, 즉 510개의 물리 셀 ID 중 51(=3*17)개의 물리 셀 ID를 유보하고자 하면, 17개의 셀 ID를 유보할 수도 있다.

상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시형태에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 형태를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.

상술한 바와 같은 실시형태는 중계국/팸토셀/피코셀 등이 적용되는 다양한 무선 통신 시스템에서 셀 식별 정보를 할당하고, 단말이 이 식별 정보를 획득하는 방법으로서 광범위하게 이용될 수 있다.

도 1은 멀티홉 릴레이 시스템에 대한 개념도이다.

도 2는 셀 반경에 따라 일반적으로 이용되는 셀 명칭을 설명하기 위한 도면이다.

도 3는 IEEE 802.16m의 일반적인 프레임 구조이다.

Claims

다중 셀 환경 통신 시스템에서 중계국(Relay station) 식별 정보를 설정하는 방법에 있어서,

섹터 ID 및 ID로 구성된 ID 정보를 설정하는 단계

를 포함하며,

상기 섹터 ID는 자기 조직화(Self Organization)을 통해, 상기 중계국이 속한 매크로 셀의 섹터 ID에 기초하여 결정되며,

상기 ID는 상기 섹터 ID에 관련된 특정 섹터에서 상기 중계국이 속한 매크로 셀 및 다른 중계국들로부터 상기 중계국을 구별하는데 사용되며,

상기 섹터 ID가 상기 중계국이 속한 매크로 셀의 섹터 ID로부터 승계된 것인 경우, 상기 ID는 상기 중계국이 속한 매크로 셀의 ID와 반드시 다르게 설정되는, 중계국 식별 정보 설정 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 섹터 ID는 주파수 재사용 패턴에 관련된 것인, 중계국 식별 정보 설정 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 중계국은 팸토셀(Femto Cell), 피코 셀(Pico Cell) 또는 마이크로 셀(Micro Cell) 중 하나인, 중계국 식별 정보 설정 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 섹터 ID의 개수는 3인, 중계국 식별 정보 설정 방법.
삭제
다중 셀 환경 통신 시스템에서 중계국(Relay station) 식별 정보를 획득하는 방법에 있어서,

섹터 ID 및 ID로 구성된 ID 정보를 포함하는 동기 채널을 수신하는 단계

를 포함하며,

상기 섹터 ID는 자기 조직화(Self Organization)을 통해, 상기 중계국이 속한 매크로 셀의 섹터 ID에 기초하여 결정된 것이며,

상기 ID는 상기 섹터 ID에 관련된 특정 섹터에서 상기 중계국이 속한 매크로 셀 및 다른 중계국들로부터 상기 중계국을 구별하는데 사용되며,

상기 섹터 ID가 상기 중계국이 속한 매크로 셀의 섹터 ID로부터 승계된 것인 경우, 상기 ID는 상기 중계국이 속한 매크로 셀의 ID와 반드시 다르게 설정되는, 중계국 식별 정보 획득 방법.
제 6 항에 있어서,

상기 섹터 ID는 주파수 재사용 패턴에 관련된 것인, 중계국 식별 정보 획득 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 섹터 ID의 개수는 3인, 중계국 식별 정보 획득 방법.
제 6 항에 있어서,

상기 중계국은 팸토셀(Femto Cell), 피코 셀(Pico Cell) 또는 마이크로 셀(Micro Cell) 중 하나인, 중계국 식별 정보 획득 방법.
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