KR101576257B1 - 펨토셀 기지국, 펨토셀 탐색 단말 및 펨토셀 탐색 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동기 신호를 이용하여 펨토셀을 탐색할 수 있는 펨토셀 기지국, 펨토셀 탐색 단말 및 펨토셀 탐색 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른, 펨토셀 탐색 방법은 사용자 단말이 망에 초기 진입시, 마크로셀에 대한 셀 탐색과 상기 마크로셀에 대한 탐색 결과를 이용하여 특정 마크로셀과의 동기화 절차를 수행하는 (a)단계; 상기 사용자 단말이 상기 마크로셀 간의 신호 품질(CINR, Carrier to Interference and Noise Ratio)과 상기 사용자 단말의 이동성을 측정하는 (b)단계; 상기 사용자 단말의 이동성 측정 결과에 의하여 상기 사용자 단말이 기 설정된 속도 이하로 저속 이동 중인 것으로 판단되는 경우, 펨토셀 기지국에서 전송된 CS(Common Signal)를 이용하여 측정한 상기 마크로셀과 펨토셀 간 신호품질인 CSCINR을 측정하는, (c)단계; 상기 CINR 측정 결과와 상기 CSCINR 측정 결과를 이용하여 상기 사용자 단말이 마크로셀 경계에 존재하는지 또는 펨토셀 경계에 존재하는지 판단하는, (d)단계; 및 상기 사용자 단말이 펨토셀 경계에 존재하는 것으로 판단되면, 상기 펨토셀 탐색을 시작하는 (e)단계를 포함할 수 있다.

Description

펨토셀 기지국, 펨토셀 탐색 단말 및 펨토셀 탐색 방법{Femtocell Base Station, Femtocell Searching Equipment and Femtocell Searching Method}

본 발명은 펨토셀 기지국, 펨토셀 탐색 단말 및 펨토셀 탐색 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 동기 신호를 이용하여 펨토셀을 탐색할 수 있는 펨토셀 기지국, 펨토셀 탐색 단말 및 펨토셀 탐색 방법에 관한 것이다.

마크로셀(Macrocell)은 높은 투과 손실로 인해 옥내 서비스 확보에 취약하여 저비용, 저전력 기지국인 펨토셀(Femtocell)을 옥내에 설치하여 사용하는 방안이 연구 개발되고 있다.

펨토셀은 사용 대역이나 사용자의 접근 정도에 따라 분류되는데, 이 중 코 채널(Co-Channel) 펨토셀은 마크로셀과 펨토셀 간섭 때문에 아웃티지(Outage) 확률이 큰 문제점이 존재한다.

반면에 오픈 어세스(Open Access) 펨토셀은 모든 단말이 접근할 수 있기 때문에 핸드오버(Handover) 시도가 빈번히 발생하며, 펨토셀의 자원을 다수의 사용자와 나누어 쓰기 때문에 펨토셀을 설치한 사용자의 전송 속도를 저하시키는 문제점이 존재한다.

마크로셀 내에 다수의 펨토셀이 존재할 경우 펨토셀의 PCI(Preamble Cell ID)는 중복 할당될 수 있으므로 마크로셀은 펨토셀에 대한 이웃 목록(Neighbor List)을 방송할 수 없다. 따라서 마크로셀 간 핸드오버처럼 방송된 이웃 목록을 이용하여 셀 탐색(cell searching) 시 필요한 시간과 전력 소모를 감소시킬 수 없다.

또한, 펨토셀이 클로즈드 어세스(closed access) 모드로 동작할 때 접근이 허용되지 않은 단말이 펨토셀을 탐색하고 핸드오버를 시도하거나, 창가나 건물 외벽에 가깝게 설치된 코채널 디플로이먼트(co-channel deployment) 펨토셀의 신호가 옥외로 누수되는 현상 때문에 옥외에서 이동 중인 마크로셀 단말이 펨토셀을 탐색하고 핸드오버를 시도하거나, 클로즈드 어세스 펨토셀 주변에서 마크로셀 단말의 동기 성능을 열화시킬 수 있는 문제점이 있는 것으로 알려져 있다.

마크로셀 내 펨토셀 수를 고려할 때 클로즈드 어세스 펨토셀 주변에서 마크로셀 단말의 동기 소실 및 빈번한 셀 탐색 및 핸드오버 시도는 시스템 성능을 열화 시키는 원인이 될 수 있다.

펨토셀 도입 시 발생할 셀 탐색 및 핸드오버 문제를 해결하기 위하여 펨토셀이 CSG(Closed Subscriber Group) indicator를 전송하는 방법, 단말이 subscriber로 등록된 펨토셀의 위치 정보(펨토셀이 포함된 마크로셀의 cell ID나 GPS정보(Global Positioning System))를 이용하는 방법, 셀 타입에 따라 PCI를 할당하는 방법, advanced WiMAX 단말이 펨토셀을 탐색할 때 펨토셀 프리앰블에 할당된 PCI의 CINR(Carrier to Interference and Noise Ratio)을 검출하고 자신의 위치 정보와 함께 기지국에 보고하면, 기지국이 해당 단말을 위한 neighbor list를 전송하고 단말은 이를 이용하여 추가적인 셀 탐색을 수행하는 방법 등이 제안되었다.

하지만 위치 정보를 이용하거나 CSG indicator 전송 및 셀 타입 정보를 PCI에 할당하는 방법은 클로즈드 어세스 펨토셀에 대한 핸드오버를 줄이기 위한 방법이므로 오픈 어세스나 하이브리드 어세스(hybrid access) 펨토셀에서 신호의 옥외 누수로 인한 불필요한 셀 탐색 및 핸드오버 시도를 줄일 수 없다.

또한, 이웃 목록을 유니캐스트(unicast)하는 경우도 시스템 정보를 확인하는 회수 및 클로즈드 어세스 펨토셀에 대한 불필요한 핸드오버 시도를 줄일 수 있지만, 이웃 목록을 유니캐스트 하기 때문에 오버헤드(overhead)를 증가시킬 수 있고, 단말이 위치정보를 획득하지 못할 경우 적용할 수 없으며, 전력 누수에 의한 옥외 단말의 셀 탐색 및 핸드오버 시도 문제도 여전히 남아있다.

일반적으로 셀 탐색에서 단말은 neighbor list의 마크로셀 기지국의 CINR을 측정하고 이웃 목록 상의 기지국 ID와 함께 CINR 측정 결과를 보고한다. 펨토셀이 도입될 경우 단말은 이웃 목록의 마크로셀 프리앰블에 대한 CINR 측정뿐만 아니라 펨토셀 프리앰블의 CINR도 측정해야 한다. 그런데 마크로셀 내에서 펨토셀 PCI 충돌 문제로 마크로셀 기지국이 펨토셀에 대한 이웃 목록을 방송할 수 없기 때문에 펨토셀 프리앰블의 CINR(Carrier to Interference plus Noise Ratio) 측정과 함께 시스템 정보를 읽어 펨토셀의 ID를 검출하거나 기지국으로부터 유니캐스트되는 펨토셀의 이웃 목록을 이용한 추가적인 셀 탐색 과정을 거쳐 펨토셀의 ID를 검출해야 한다.

따라서 neighbor list를 이용하는 셀 탐색 기법과 비교할 때, 단말의 전력 소모 및 콜 드롭(call drop)이 증가할 수 있다. 뿐만 아니라 마크로셀 기반 셀룰러 시스템에서 아이들 모드(idle mode) 단말이 페이징(paging) 정보를 수신하기 위하여 깨어날 때 CINR 감소 때문에 셀 탐색을 수행하는 경우가 마크로셀 단위로 이동할 때 발생하는 반면, 펨토셀 도입 시에는 펨토셀 단위의 이동에서 마크로셀의 CINR이 감소할 수 있기 때문에 idle mode 단말의 셀 탐색 수행 빈도가 높아져서 UE의 소모 전력 감소 효율을 저하할 수 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 코 채널 디플로이먼트 클로즈드 어세스(co-channel deployment closed access) 펨토셀(Femtocell) 주변에서 마크로셀 단말의 동기 소실 문제를 해결하고 펨토셀의 전력 누수 때문에 발생하는 셀 탐색을 줄임으로써 펨토셀 도입 시 셀 탐색 및 핸드오버 빈도를 줄이기 위한 펨토셀 기지국, 펨토셀 탐색 단말 및 펨토셀 탐색 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 펨토셀 내 마크로셀 단말이 동기를 유지하면서 펨토셀의 존재 여부를 파악할 수 있도록 펨토셀 CS(Common Signal)을 전송하는 펨토셀 기지국을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 단말 자신의 이동성 및 CS를 이용하여 측정한 신호 품질인 CSCINR(Common Signal Carrier to Interference and Noise Ratio)을 측정하여 펨토셀 탐색 수행 여부를 결정하는 펨토셀 탐색 단말 및 펨토셀 탐색 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해 될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제1 태양(ASPECT)에 따른 펨토셀 탐색 단말은, 마크로셀과 동기화된 상태에서 펨토셀을 탐색하는 단말에 있어서, 상기 동기화된 마크로셀의 영역 내에 존재하는 특정 펨토셀 기지국이 상기 마크로셀의 프리앰블(Preamble)과 동일한 시퀀스로 신호를 생성하고, 상기 생성된 신호를 마크로셀의 프리앰블과 동일한 심볼 구간에 전송한 신호인 CS(Common Signal)를 수신하는 수신부; 및 상기 수신된 CS를 이용하여 상기 동기화된 마크로셀 기지국의 프리앰블을 검출하여 상기 동기화된 마크로셀 기지국과 동기를 유지하는 마크로셀 동기유지부를 포함하는, 펨토셀 탐색 단말.

상기 펨토셀 기지국에 의하여 전송되는 CS는, 상기 CS를 시간 영역에서 위상 회전시킨 후 전송되고, 상기 수신부는, 상기 시간 영역에서 위상 회전 시킨 CS를 수신할 수 있다.

상기 펨토셀 기지국에 의하여 전송되는 CS는, 프레임 단위로 상기 CS의 위상을 π만큼 회전한 후 전송되고, 상기 수신부는, 상기 시간 영역에서 위상 회전 시키고, π만큼 위상을 회전시킨 CS를 수신할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 펨토셀 탐색 단말은, 상기 시간 영역에서 위상 회전 시키고, π만큼 위상을 회전시킨 상기 수신된 CS의 프레임간 위상 차이를 이용하여 상기 마크로셀과 펨토셀 간 신호품질인 CSCINR를 측정하여 상기 펨토셀 기지국의 존재 여부를 판단하는 펨토셀 기지국 판단부를 더 포함할 수 있다.

상기 펨토셀 탐색 단말은, 상기 채널의 시간 상관을 측정하는 시간상관 측정부; 및 상기 시간상관 측정부에 의하여 측정된 채널 상관을 문턱 값과 비교하여 채널의 변화 정도를 추정하여 상기 펨토셀 탐색 단말의 이동성을 판단하는 이동성 판단부를 더 포함하고, 상기 이동성 판단부의 판단 결과, 상기 펨토셀 탐색 단말이 기 설정된 속도 이하로 이동 중인 경우에만 상기 CSCINR을 측정할 수 있다.

상기 펨토셀 탐색 단말은, 상기 펨토셀 탐색 단말이 망에 초기 진입 시, 마크로셀(Macrocell) 탐색과 상기 탐색된 마크로셀과의 동기화 절차를 수행하고, 상기 탐색된 마크로셀과의 신호 품질(CINR, Carrier to Interference and Noise Ratio)을 측정하는 마크로셀 동기부를 더 포함하며, 상기 펨토셀 기지국 판단부는 상기 마크로셀 동기부에 의하여 측정된 CINR과 상기 펨토셀 기지국 판단부에 의하여 측정된 CSCINR을 이용하여 상기 펨토셀 탐색 단말이 상기 마크로셀 경계에 존재하는지 또는 펨토셀 경계에 존재하는지 여부를 판단하여 상기 펨토셀 탐색 여부를 판단할 수 있다.

상기 시간상관 측정부는, OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 기반에서 이용되는 주파수 영역 채널 추정 값을 이용하며, 상기 채널 추정 값을 곱하여 상기 OFDMA 심볼 구간의 배수만큼 시간 차가 발생하도록 한 후, 프레임 단위로 가중 평균(weighted average)을 수행하여 상기 채널의 시간 상관을 측정할 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제2 태양(ASPECT)에 따른 펨토셀 탐색 방법은 사용자 단말이 망에 초기 진입시, 마크로셀에 대한 셀 탐색과 상기 마크로셀에 대한 탐색 결과를 이용하여 특정 마크로셀과의 동기화 절차를 수행하는 (a)단계; 상기 사용자 단말이 상기 마크로셀 간의 신호 품질(CINR, Carrier to Interference and Noise Ratio)과 상기 사용자 단말의 이동성을 측정하는 (b)단계; 상기 사용자 단말의 이동성 측정 결과에 의하여 상기 사용자 단말이 기 설정된 속도 이하로 저속 이동 중인 것으로 판단되는 경우, 펨토셀 기지국에서 전송된 CS(Common Signal)를 이용하여 측정한 상기 마크로셀과 펨토셀 간 신호품질인 CSCINR을 측정하는, (c)단계; 상기 CINR 측정 결과와 상기 CSCINR 측정 결과를 이용하여 상기 사용자 단말이 마크로셀 경계에 존재하는지 또는 펨토셀 경계에 존재하는지 판단하는, (d)단계; 및 상기 사용자 단말이 펨토셀 경계에 존재하는 것으로 판단되면, 상기 펨토셀 탐색을 시작하는 (e)단계를 포함할 수 있다.

상기 (c)단계는, 상기 사용자 단말이 기 설정된 속도 초과로 고속 이동 중인 것으로 판단되면, 상기 CSCINR 측정하는 과정, (d)단계 및 (e)단계를 수행하지 않고, 상기 마크로셀과의 연결을 유지할 수 있다.

상기 펨토셀 탐색 방법은, 상기 동기화된 마크로셀의 영역 내에 존재하는 특정 펨토셀 기지국이 상기 마크로셀의 프리앰블(Preamble)과 동일한 시퀀스로 신호를 생성하고, 상기 생성된 신호를 마크로셀의 프리앰블과 동일한 심볼 구간에 전송한 신호인 CS(Common Signal)를 수신하는 (f)단계를 더 포함하며, 상기 (f)단계에서 수신하는 상기 CS는 상기 생성된 신호를 상기 펨토셀 기지국에 의하여 전송 시 시간 영역에서 위상 회전 시키고, π만큼 위상을 회전시킨 신호이며, 상기 (c)단계는, 상기 수신된 CS의 프레임간 위상 차이를 이용하여 CSCINR을 측정할 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제3 태양(ASPECT)에 따른 펨토셀 기지국은, 특정 마크로셀의 영역 내에 존재하는 펨토셀 기지국에 있어서, 상기 마크로셀의 프리앰블(Preamble)과 동일한 시퀀스로 생성된 신호인 CS(Common Signal)을 생성하는 CS 생성부; 및 상기 생성된 CS를 상기 마크로셀의 프리앰블과 동일한 심볼 구간에 전송하는 CS 전송부를 포함할 수 있다.

상기 CS 전송부는, 상기 CS를 시간 영역에서 위상 회전 시킨 후 전송할 수 있다.

상기 CS 전송부는, 상기 CS를 프레임 단위로 π만큼 위상 회전 시킨 후 전송할 수 있다.

본 발명은 코 채널 디플로이먼트 클로즈드 어세스(co-channel deployment closed access) 펨토셀 주변에서 마크로셀 단말의 동기 소실 문제를 해결하고, 펨토셀의 전력 누수 때문에 발생하는 셀 탐색을 줄여 펨토셀 도입 시 셀 탐색 및 핸드오버의 빈도를 줄일 수 있다.

또한, 본 발명은, 펨토셀 CS 설계시 마크로셀 내에서 마크로셀 기지국의 CINR, 특히 프리앰블 구간에 대한 CINR을 큰 값으로 유지되도록 설계함으로써 코 채널 디플로이먼트 클로즈드 어세스(co-channel deployment closed access) 펨토셀 영역에서 마크로셀 단말이 동기를 유지하고 아이들 모드(idle mode) 단말의 셀 탐색 빈도를 줄일 수 있다.

또한, 본 발명은 마크로셀 단말이 CSCINR을 측정하여 펨토셀 존재 여부를 판단한 후 펨토셀 탐색을 수행하기 때문에 마크로셀과 펨토셀의 셀 탐색을 구분하여 수행할 수 있으므로 셀 탐색 시 검출해야 하는 프리앰블의 수를 줄일 수 있다.

또한, 본 발명은 저속 이동 중인 마크로셀에 동기화된 단말만 펨토셀에 대한 셀 탐색을 수행하여 옥외에서 이동 중인 마크로셀 단말의 펨토셀 탐색 및 핸드오버 시도를 줄일 수 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해 될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 펨토셀 기지국 및 펨토셀 탐색 단말이 포함되는 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 펨토셀 기지국에 관한 블록도이다.
도 3은 normal CP(Cyclic Prefix)를 이용하는 LTE 시스템에서 펨토셀 기지국이 CS를 전송하는 일 예를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 펨토셀 탐색 단말(200)에 관한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 펨토셀 탐색 방법에 관한 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “연결되어”있다거나 “접속되어”있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “직접 연결되어”있다거나 “직접 접속되어”있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함될 수 있다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

본 발명은 코 채널 디플로이먼트 클로즈드 어세스(co-channel deployment closed access) 펨토셀 주변에서 단말의 동기 소실 문제를 해결하고 펨토셀의 전력 누수 때문에 발생하는 셀 탐색을 줄임으로써 펨토셀 도입 시 셀 탐색 및 핸드오버의 빈도를 줄이는 기술에 관한 것이다. 본 발명은 펨토셀 내 단말이 동기를 유지하면서 펨토셀의 존재 여부를 파악할 수 있도록 펨토셀 CS(Common Signal)를 전송할 수 있다.

CSCINR(Common Signal Carrier to Interference and Noise Ratio)은 마크로셀과 펨토셀 간 신호품질을 CS를 이용하여 측정한 것을 의미한다.

CS와 CSCINR에 관하여는 차후 보다 자세하게 설명한다.

본 발명에 따른 펨토셀 탐색 단말 및 펨토셀 탐색 방법은 펨토셀 탐색 단말 자신의 이동성 및 CSCINR을 측정하여 펨토셀 탐색 수행 여부를 결정한다.

구체적으로 본 발명에 따른 펨토셀 탐색 단말이 단말 자신의 이동성 및 CSCINR을 측정하여 펨토셀 탐색 수행 여부를 결정하는 전체적인 과정 도 1을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 펨토셀 기지국 및 펨토셀 탐색 단말이 포함되는 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면 펨토셀 탐색 단말(200)은 마크로셀 기지국(10)의 망에 초기 진입할 때 마크로셀에 대한 셀 탐색 및 탐색된 마크로셀과의 동기화 절차를 수행할 수 있다. 펨토셀 탐색 단말(200)이 마크로셀에 대한 셀 탐색 및 탐색된 마크로셀과의 동기화 절차를 수행하는 과정은 공지된 기술을 이용할 수 있다.

그 다음으로, 펨토셀 탐색 단말(200)은 마크로셀 간 신호 품질(CINR, Carrier to Interference and Noise Ratio)과 상기 사용자 단말의 이동성을 측정할 수 있다.

이동성 측정 결과, 상기 사용자 단말이 기 설정된 속도 이하로 저속 이동 중인 것으로 판단되는 경우, 펨토셀 탐색 단말(200)은 CS를 이용하여 마크로셀과 펨토셀 간 신호품질인 CSCINR을 측정할 수 있다.

구체적으로 CS는 사용자 단말과 동기화된 마크로셀의 영역 내에 존재하는 특정 펨토셀 기지국(100)이 상기 동기화된 마크로셀의 프리앰블(Preamble)과 동일한 시퀀스로 생성하고, 상기 동기화된 마크로셀의 프리앰블과 동일한 심볼 구간에 전송되는 CS(Common Signal)을 수신한 것이다. 상기 CS는 시간 영역에서 위상 변화 및 π만큼 위상 변화 후에 펨토셀 탐색 단말(200)로 전송될 수 있다.

펨토셀 탐색 단말(200)은 상기 CINR 측정 결과와 상기 CSCINR 측정 결과를 이용하여 상기 사용자 단말이 마크로셀 경계에 존재하는지 또는 펨토셀 경계에 에 존재하는지를 판단할 수 있다.

상기 사용자 단말이 펨토셀에 존재하는 것으로 판단되면, 사용자 단말(본 발명에 따른 펨토셀 탐색 단말(200))은 펨토셀 탐색을 시작할 수 있다.

본 발명에 따른 펨토셀 탐색 단말(200) 및 펨토셀 탐색 방법에 관하여 보다 자세하게 설명하기 위하여 첫 번째로, 펨토셀 기지국(100)의 CS 생성 및 전송 방법에 관하여 설명하고, 두 번째로, CSCINR 측정 및 펨토셀 존재 여부 판단 방법에 대해 설명하고, 세 번째로 펨토셀 탐색 단말(200)이 자신의 이동성을 판단하는 방법에 관하여 나누어 도 2내지 4와 함께 설명한다.

첫 번째로 펨토셀 기지국(100)이 생성하는 CS 및 CS의 전송방법에 관하여 도 2 및 도 3과 함께 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 펨토셀 기지국에 관한 블록도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 펨토셀 기지국(100)은 CS 생성부(110) 및 CS 전송부(120)를 포함할 수 있다.

CS 생성부(110)는 펨토셀 주변의 펨토셀 탐색 단말(200)이 마크로셀과의 동기를 유지할 수 있도록 CS를 생성할 수 있다.

CS 생성부(110)가 펨토셀 주변의 펨토셀 탐색 단말(200)이 마크로셀과의 동기를 유지할 수 있도록 CS를 생성하는 것이 필요한 이유는 하기와 같다.

펨토셀 탐색 단말(200)은 프리앰블을 이용하여 펨토셀 탐색 단말(200)이 속한 셀의 CINR을 측정할 수 있다. CINR은 단말이 셀 경계로 접근할 때 감소하며, CINR의 품질이 특정 값 이하가 될 때 인접 셀로 핸드오버를 수행한다.

하지만 클로즈드 어세스(closed access) 펨토셀 기지국(100)의 경우 펨토셀 기지국(100)에 접근이 허용된 사용자 단말들만 서비스를 받기 때문에 대부분의 사용자 단말들은 펨토셀 영역 내에서 마크로셀로부터 서비스를 받아야 한다. 따라서 사용자 단말은 클로즈드 어세스 펨토셀 기지국(100) 영역 내에서 마크로셀의 동기를 획득할 수 있어야한다.

그러나, 사용자 단말은 펨토셀 기지국(100)의 간섭으로 인해 마크로셀 동기 획득에 어려움이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 펨토셀 탐색 단말(200)은 펨토셀 기지국(100) 주변의 사용자 단말이 마크로셀과 동기를 유지할 수 있도록 CS를 전송하는 방법을 제안하는 것이다.

본 명세서 전반에 걸쳐 사용되는 사용자 단말은 펨토셀 탐색 단말(200)이 될 수 있다. 즉, 사용자 단말은 마크로셀과 동기를 유지하면서, 펨토셀 탐색을 수행할 수 있는 본 발명에 따른 펨토셀 탐색 단말(200)이 될 수 있다.

또한, 본 명세서 전반에 걸쳐 사용되는 펨토셀 주변의 펨토셀 탐색 단말(200) 또는 사용자 단말은 특정 펨토셀 기지국(100)의 펨토셀 영역 내에 포함된 펨토셀 탐색 단말(200) 또는 사용자 단말을 의미할 수 있다.

CS 생성부(110)는 사용자 단말과 동기화된 마크로셀의 프리앰블(Preamble)과 동일한 시퀀스로 CS를 생성할 수 있다.

또한, CS 전송부(120)는 생성된 CS를 CS를 생성한 CS 생성부(110)가 포함된 펨토셀 기지국(100)의 펨토셀 영역 내(또는 펨토셀 주변)에 존재하는 펨토셀 탐색 단말(200)(또는 사용자 단말)로 전송할 수 있다.

CS 전송부(120)는 사용자 단말과 동기화된 마크로셀 기지국(10)의 프리앰블과 같은 심볼 구간에 CS를 전송할 수 있다.

펨토셀 기지국(100)이 air-interface snooping 등과 같은 방법으로 마크로셀 기지국과 동기를 획득한 후 펨토셀 기지국(100)의 신호를 사용자 단말로 송신할 경우, CS 생성부(110)에 의하여 생성된 CS는 CS 전송부(120)에 의하여 사용자 단말과 동기화된 마크로셀의 프리앰블과 동일한 심볼 구간에 사용자 단말로 도달할 수 있다. 따라서, 펨토셀 기지국(100) 주변에서 마크로셀의 CINR, 특히 프리앰블 구간의 CINR이 큰 값으로 유지되며, 사용자 단말이 펨토셀 기지국(100) 주변에서도 마크로셀과 동기를 유지할 수 있다.

air-interface snooping 방법은 공지된 논문 [R. Y. Kim, J.S. Kwak, K. Etemad, "WiMAX Femtocell: Requirements Challenges, and Solutions," IEEE Commun. Mag .,Vol. 47 , No. 9, pp.84-91, Sep. 2009.], [S. Huan, K. Linling, L. Jianhua, "Interference Avoidance in OFDMA-Based Femtocell Network," IEEE YC -ICT 2009, pp.126-129, Dec. 2009.] 등을 참조하여 알 수 있는 공지된 기술이다.

계속하여, 도 2를 참조하여 CS 생성부(110)에 관하여 설명하면, CS를 이용하여 사용자 단말이 펨토셀 기지국(100) 주변에서 마크로셀 기지국(10)의 프리앰블을 검출하더라도 펨토셀 기지국(100)과 사용자 단말 간에 CFO(Carrier Frequency Offset) 및 사용자 단말과 마크로셀 기지국(10) 간 CFO의 차이 때문에 ICI(Inter-carrier Interference)가 발생할 수 있다.

따라서, CS 전송부(120)는 생성된 CS를 전송 시, 시간 영역에서 위상 회전된 신호를 송신하여 펨토셀 기지국(100) 주변에서 마크로셀과 동기화된 사용자 단말이 ICI를 경험하지 않도록 할 수 있다.

그런데, 펨토셀 기지국(100) 주변에서 마크로셀의 프리앰블 구간의 CINR이 큰 값으로 유지되면 사용자 단말이 마크로셀과 동기는 유지할 수는 있지만, 펨토셀 기지국(100)의 존재 여부를 인식할 수 없는 문제점이 존재할 수 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 CS 전송부(120)는 생성된 CS를 프레임 단위로 위상을 π만큼 회전하여 사용자 단말로 전송할 수 있다.

본 발명에 따른 펨토셀 탐색 단말(200)은 CS의 프레임 간 위상차를 이용하여 CSCINR를 측정함으로써 사용자 단말이 펨토셀 기지국(100)의 존재 여부를 판단할 수 있다.

하기 수학식 1은 펨토셀 기지국(100)이 포함하는 영역을 가진 마크로셀의 프리앰블과 본 발명의 CS 전송부(120)에서 전송되는 CS의 관계를 나타내는 식이다.

[수학식 1]

수학식 1에서 %는 modulo 연산자, t는 CS의 프레임 인덱스, r은 CS의 프레임 내 심볼 인덱스, x_{CSs ,t,r}은 t 프레임 구간의 r번째 심볼 구간에서 펨토셀 기지국(100)이 전송하는 CS, x_{p ,r}은 펨토셀 기지국(100)이 포함된 마크로셀의 프리앰블의 시간 영역 신호, X_{p ,r}은 마크로셀 프리앰블의 주파수 영역 신호, ε_{eNB , HeNBs}는 마크로셀 기지국(10)과 펨토셀 기지국(100) 간의 CFO, N_fft는 고속 퓨리에 변환의 크기이다.

그리고, CS 전송부(120)는 LoS(Line of sight)환경에서 사용자 단말이 펨토셀 기지국(100)의 CS와 마크로셀의 동기화 신호(SS, Synchronization Signal)를 수신하였을 때, 두 신호가 상쇄되지 않도록 위상을 0.5π만큼 회전시킬 수 있다. 참고로, 여기에서의 회전은 선택적으로 고려되며, 회전하지 않도록 구현하는 것도 본 발명의 보호범위에 포함됨은 자명하다.

CS는 펨토셀 기지국(100)의 PCI(Preamble Cell ID) 정보를 포함하고 있지 않기 때문에 CS 전송부(120)는 PCI 정보를 포함하는 프리앰블을 사용자 단말로 전송할 수 있다.

마크로셀을 위해 설계된 프리앰블 후보 중에서 펨토셀 기지국(100)의 프리앰블을 선택할 경우, 사용자 단말은 마크로셀 기지국(10)으로부터 수신한 신호의 전력보다 펨토셀 기지국(100)으로부터 수신한 신호의 전력이 클 때 초기 동기화 절차에서 마크로셀 기지국(10) 또는 펨토셀 기지국(100)을 검출할 수 있으므로 클로즈드 어세스 펨토셀 기지국(100) 주변에서 사용자 단말이 마크로셀 동기 획득에 실패할 가능성이 존재한다.

따라서, CS 전송부(120)는 마크로셀 기지국(10)과 다른 집합에서 펨토셀 기지국(100)의 프리앰블을 선택하여 전송할 수 있다.

도 3은 normal CP(Cyclic Prefix)를 이용하는 LTE 시스템에서 펨토셀 기지국이 CS를 전송하는 일 예를 나타낸다.

도 3을 참조하면, CS 전송부(120)는 마크로셀이 SS(Synchronization Signal)를 전송하는 자원(location 1)에서 CS를 사용자 단말로 전송하고, CS의 다음 서브프레임(sub-frame)의 location 2에서 SS 및 BCH(broadcast channel)를 전송하는 것을 볼 수 있다.

그런데 사용자 단말에 의하여 수신된 CS의 수신 전력은 location 2에서 수신한 신호의 전력과 거의 동일할 것이다. 따라서, CS 전송부(120)가 location 2에서 SS를 송신한다면 사용자 단말이 펨토셀 기지국(100)에 인접하여 마크로셀 기지국(10)으로부터의 수신 전력보다 펨토셀 기지국(100)으로부터의 수신 전력이 월등히 클 때 초기 동기화 절차의 셀 탐색 과정에서 마크로셀 기지국(10) 또는 펨토셀 기지국(100)을 검출할 수 있다. 즉, 클로즈드 어세스 펨토셀 기지국(100) 주변에서 마크로셀 기지국(10) 검출에 실패할 가능성이 존재할 수 있다.

마크로셀 기지국(10) 검출에 실패할 가능성이 존재하는 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 펨토셀 기지국(100)은 초기 동기화 절차에서 사용자 단말이 펨토셀 기지국(100)을 검출하지 않도록 location 2에서 LTE(Long Term Evolution) 시스템의 초기 동기화 신호(PSS, Primary Synchronization Signal) 대신에 펨토셀 기지국(100)을 위한 시퀀스인 펨토셀 기지국(100) 동기화 신호를 전송할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 펨토셀 기지국(100)은 LTE 시스템의 초기 동기화 신호 대신에 펨토셀 기지국(100) 동기화 신호를 전송하여, 사용자 단말이 초기 동기화 절차에서 초기 동기화 신호에 대한 검출만 수행하면 펨토셀 기지국(100)의 존재가 사용자 단말에게 명백하게 되므로, 초기 동기화 절차에서 사용자 단말은 마크로셀 기지국(10)의 동기를 획득할 수 있다.

두 번째로 설명하기로 한, CSCINR 측정 및 펨토셀 존재 여부 판단 방법에 관하여 도 4를 참조하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 펨토셀 탐색 단말에 관한 블록도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 펨토셀 기지국(100)은 마크로셀 동기부(210), 시간상관 측정부(220), 이동성 판단부(230), 수신부(240), 마크로셀 동기유지부(250) 및 펨토셀 기지국 판단부(260)를 포함할 수 있다.

마크로셀 동기부(210)는 망 진입시 마크로셀에 대한 탐색 및 동기화 절차를 수행할 수 있다. 마크로셀 동기부(210)는 탐색된 마크로셀과 동기화 절차를 수행할 수 있으며, 탐색된 마크로셀이 둘 이상인 경우 신호 품질 상태 등 기 설정된 조건에 따라서 동기화 절차를 수행할 수 있다.

수신부(240)는 펨토셀 기지국(100)의 CS 전송부(120)에 의하여 전송된 CS를 수신할 수 있다.

수신부(240)가 수신한 CS 신호는 CS 생성부(110)에 의하여 생성된 CS를 CS 전송부(120)가 시간 영역에서 위상 회전 및 프레임 단위로 π만큼 회전한 신호일 수 있다.

마크로셀 동기유지부(250)는 수신부(240)에 의하여 수신된 CS를 이용하여 펨토셀 기지국(100) 주변의 마크로셀 기지국(10)의 프리앰블을 검출하여 상기 펨토셀 기지국(100) 주변의 마크로셀 기지국(10)과 동기를 유지할 수 있다.

즉, CS 수신부(240)는 펨토셀 기지국(100) 주변의 마크로셀의 프리앰블과 동일한 심볼 구간에 전송한 CS를 수신한 바, 펨토셀 기지국(100) 주변에서 마크로셀의 프리앰블 구간 CINR이 큰 값으로 유지되어 본 발명의 일 실시예에 따른 펨토셀 탐색 단말(200)은 펨토셀 기지국(100) 주변에서도 마크로셀 기지국(10)과의 동기를 유지할 수 있다.

또한, CS 수신부(240)가 수신한 CS는 시간 영역에서 위상 회전된 신호인 바 ICI가 발생하지 않을 수 있다.

또한, CS 수신부(240)가 수신한 CS는 프레임 단위로 위상을 π만큼 회전한 신호인 바, 펨토셀 기지국 판단부(260)는 CS의 프레임 간 위상차를 이용하여 CSCINR을 측정하여 펨토셀 기지국(100)의 존재 여부도 판단할 수 있다.

구체적으로 펨토셀 기지국 판단부(260)가 CS의 프레임 간 위상차를 이용하여 CSCINR을 측정하고, CSCINR을 이용하여 펨토셀 기지국(100)의 존재 여부를 판단하는 과정의 일 예를 하기 수학식 2 내지 7을 참조하여 설명한다.

프레임 내 r번째 심볼 구간에서 마크로셀 기지국(10)의 프리앰블이 전송된다고 가정할 때, t번째 프레임의 프리앰블 구간에서 k번째 서브반송파로 수신한 마크로셀 기지국(10)의 프리앰블과 펨토셀 기지국(100)의 CS의 수신 신호 Yt,r(k)는 하기 수학식 2와 같을 수 있다.

[수학식 2]

수학식 2에서 y는 시간 영역에서의 수신 신호, S_HeNB는 마크로셀 내에서의 펨토셀 기지국(100)의 수, δ_HeNBs는 마크로셀로부터 수신한 신호의 전송 지연을 기준으로 산출한 펨토셀 기지국(100)으로부터 수신한 신호의 전송 지연 값, H는 채널의 주파수 응답, X는 송신 신호의 주파수 영역 심볼, W는 AWGN(added White Gaussian Noise) 잡음 성분이다.

펨토셀 기지국 판단부(260)는 고속 퓨리에 변환을 기반으로 추정된 채널 임펄스 응답을 이용하여 CSCINR을 측정할 수 있다.

수학식 2의 수신 신호 Yt,r(k)를 이용하여 고속 퓨리에 변환을 기반으로 추정한 채널의 임펄스 응답은 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.

[수학식 3]

수학식 3에서, ρ_z는 기지국 z에 대한 경로 손실 상수, D_{z , UE}는 기지국 z와 사용자 단말의 거리, β_z는 기지국 z에 대한 경로 손실의 지수항, P_{Tx ,z}는 기지국 z의 송신 전력, N_sync는 채널 임펄스 응답을 추정할 때 사용되는 고속 퓨리에 변환 크기, p(k)는 채널 임펄스 응답 추정 시 고속 퓨리에 변환의 k 번째 주파수 인덱스에 할당되는 Y_{t ,r}의 부반송파 인덱스, γ_z(n)은 기지국 z와 사용자 단말 간 채널의 n 번째 샘플의 계수, w는 추정 오차를 포함하는 잡음 성분이다.

펨토셀 기지국 판단부(260)가 수학식 3을 이용하여 추정된 채널 임펄스 응답을 이용하여 수학식 4와 같이 CSCINR을 측정할 수 있다.

[수학식 4]

수학식 4에서 r₁과 r₂는 각각 CSCINR 측정을 위하여 이용되는 프리앰블의 프레임 내 심볼 인덱스를 의미할 수 있다.

사용자 단말이 기 설정된 속도 이하인 저속으로 이동하여 h_{t +1, r1}(n)≒ h_t+1,r2(n)의 조건을 만족한다고 가정한다. 기 설정된 속도는 보행자의 평균 속도 등을 고려하여 설정될 수 있으며 변경될 수 있다.

사용자 단말이 기 설정된 속도 이하인 저속으로 이동하여 h_{t +1, r1}(n) ≒ h_t+1,r2(n)의 조건을 만족한다고 가정하면, 수학식 4에서

와

는 각각 수학식 5 및 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.

[수학식 5]

[수학식 6]

수학식 5에서,

는 마크로셀 기지국(10)으로부터 수신한 신호가 경험한 채널의 임펄스 응답 추정 값이며,

는 펨토셀 기지국(100)으로부터 수신한 신호가 경험한 채널의 임펄스 응답 추정 값이다.

따라서, 펨토셀 기지국 판단부(260)가 측정하는 CSCINR은 채널 임펄스 응답의 최대 값의 비로 표현이 될 수 있다.

펨토셀 기지국 판단부(260)가 펨토셀 기지국(100) 존재 여부를 판단하는 방법의 일 예를 수학식 7과 함께 설명한다.

수학식 7은 펨토셀 기지국(100) 존재 여부를 판단하는 것에 관한 일 예를 나타낸 식이다.

[수학식 7]

수학식 7에서 condition 1은 사용자 단말이 마크로셀과 펨토셀 경계에 있는 조건에 관한 식이다. condition 2는 마크로셀 간 경계에 있는 조건으로 사용자 단말은 마크로셀 간 신호 품질인 CINR과 마크로셀과 펨토셀 간 신호 품질인 CSCINR 측정 결과가 condition 1에 해당할 경우 펨토셀 탐색을 수행하고, condition 2를 만족할 경우 마크로셀 탐색을 수행할 수 있다.

본 발명과 같이 CS가 적용되지 않은 종래 방법에서는 셀 탐색 시 이웃 목록(neighbor list) 상의 마크로셀 프리앰블과 펨토셀에 할당된 프리앰블을 모두 검출해야 한다.

그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 펨토셀 탐색 단말(200)은 펨토셀 경계와 마크로셀 경계를 구분할 경우, 셀 탐색 수행 과정에서 이웃 목록 상의 마크로셀의 프리앰블과 펨토셀에 할당된 프리앰블 집합 중에서 택일하여 프리앰블을 검출할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 펨토셀 탐색 단말(200)은 셀 탐색 시 검출해야 할 프리앰블 수를 줄일 수 있다.

본 발명에서 CINR의 정의는 구체적으로 간섭과 잡음 전력의 합에 대한 수신 신호 전력의 비로 정의할 수 있다.

수학식 7에서 Th는 마크로셀과 펨토셀 간 CSCINR에 대한 문턱 값이다. Th_M은 마크로셀 간 CIRN에 대한 문턱 값이다. P_Rx는 수신 전력이고, P_{Rx , servingeNB}는 서빙(serving) 마크로셀 기지국(10)으로부터 수신한 신호의 전력이다.

펨토셀 기지국 판단부(260)가 수학식 7을 이용하여 CSCINR을 측정하고, 측정된 CSCINR을 이용하여 펨토셀 기지국(100)의 존재를 판단하는 것은 앞서 가정한 바와 같이, h_{t +1, r1}(n) ≒ h_{t +1, r2}(n)의 조건을 만족하는 경우에만 유효하다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 펨토셀 탐색 단말(200)이 CSCINR을 이용하여 펨토셀 탐색을 수행하기 위해서는, 펨토셀 탐색 단말(200) 자신의 이동성을 측정하여 기 설정된 속도 이하의 저속 이동 중인 경우여서 h_{t +1, r1}(n) ≒ h_{t +1, r2}(n)의 조건을 만족하는 경우인지 판단이 필요할 수 있다.

세 번째로 펨토셀 탐색 단말(200)이 자신의 이동성을 판단하는 방법에 관하여 도 4와 함께 설명한다.

사용자 단말(또는 펨토셀 탐색 단말(200))의 이동성 측정 결과는 앞서 설명한 바와 같이 CSCINR을 이용하여 펨토셀 탐색을 수행하는 것의 유효성 판단 근거로 이용될 수 있다. 또한, 사용자 단말의 이동성은 핸드오버 시도의 판단 근거로도 활용될 수 있다.

펨토셀의 좁은 영역을 고려할 때, 이동 중인 사용자 단말은 빈번한 펨토셀 탐색 및 핸드오버를 경험할 수 있다. 빈번한 펨토셀 탐색 및 핸드오버로 인하여, 사용자 단말은 전력 소모 및 콜 드롭(Call Drop)이 증가할 가능성이 존재한다. 따라서, 보행자 수준으로 기 설정된 속도 이하의 저속 이동 중인 사용자 단말들만 펨토셀 탐색 및 핸드오버를 수행하도록 하는 것이 효율적일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 펨토셀 탐색 단말(200)은 펨토셀 탐색 전에 단말의 저속 이동성을 판단할 수 있어야 한다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 펨토셀 탐색 단말(200)은 셀 통과 시간을 측정하는 방법이 아닌 수신 신호를 이용하여 이동성을 추정하는 방법을 이용할 수 있다.

수신 신호를 이용하여 이동성을 추정하는 방법으로 채널의 상관을 이용하여 최대 도플러 주파수 및 속력을 추정하는 방법이 존재한다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 펨토셀 탐색 단말(200)은 단말의 저속 이동 여부만을 판단하는 것이 목적인바, 속력을 추정하는 대신에 보다 간단한 방법을 이용할 수 있다.

구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 펨토셀 탐색 단말(200)의 시간상관 측정부(220) 및 이동성 판단부(230)에 의하여 펨토셀 탐색 단말(200)(또는 사용자 단말)이 기 설정된 속도 이하의 저속 이동 중인지 여부(이동성)를 판단할 수 있다.

먼저 시간상관 측정부(220)가 채널 상관을 측정하고, 이동성 판단부(230)가 측정된 채널 상관을 문턱 값과 비교하여 채널의 변화 정도를 추정함으로써 사용자 단말의 이동성을 판단할 수 있다.

구체적으로 시간상관 측정부(220)가 채널 상관을 측정하는 방법의 일 예를 설명한다.

시간상관 측정부(220)는 채널 상관 측정시에 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 기반 시스템에 적합하도록 주파수 영역 채널 추정 값을 이용할 수 있다. 시간상관 측정부(220)는 OFDMA 심볼 구간의 배수만큼 시간 차가 발생하도록 추정된 채널 값을 곱한 후 프레임 단위로 가중 평균(weighted average)을 수행하여 해당 시간차에 대한 상관 값을 측정할 수 있다.

시간상관 측정부(220)는 채널의 시간 상관을 측정하기 위해 주파수 영역 수신 신호 Y_{t , r1}, Y_{t , r2}, Y_{t , r2 +1} 중 r2+1 번째 신호를 이용하여 서비스 받고 있는 마크로셀에 대한 채널 추정을 수행할 수 있다. 그리고, 시간상관 측정부(220)는 추정된 채널과 r1, r2 번째 OFDMA 심볼에서 수신한 known 심볼을 이용하여 가중 평균을 수행함으로써 채널 상관 값을 산출할 수 있다.

시간상관 측정부(220)는 채널 추정 시 잡음 제거를 위해 FFT 기반 채널 추정 기법을 이용할 수 있다. known 신호는 r1, r2, r2+1에 따라 프리앰블 심볼 또는 파일롯 심볼이 될 수 있다.

하기 수학식 8은 가중 평균을 이용하여 시간상관 측정부(220)가 측정한 상관 값의 일 예를 나타내는 식이다.

[수학식 8]

수학식 8에서 C_rm은 rm+1번째 OFDMA 심볼 중 known 심볼을 이용하여 추정한 채널과 rm번째 ORDMA 심볼 구간에서 수신한 known 심볼을 이용하여 구상 상관 값이다. 계속하여 수학식 8에서 H는 채널 추정 값, N_known은 known 심볼 시퀀스의 원소 수, α는 평균 가중치(average weight), q(k)는 known 심볼 시퀀스의 k 번째 원소가 할당되는 부반송파 인덱스,

는 채널 상관 추정 결과의 잡음 성분이다.

식 (8)에서 C_rm은 가중치의 영향, 마크로셀 기지국(10)의 송신 전력, 경로 손실 등에 의하여 영향을 받기 때문에 C_r1을 C_r2로 나누어 정규화 할 수 있다. C_r2는 r2+1 번째 OFDMA 심볼 중 known 심볼을 이용하여 추정한 채널과 r2 번째 OFDMA 심볼 구간에서 수신한 known symbol을 이용하여 구한 상관 값으로, 상관이 1인 채널에 대하여 가중 평균을 수행한 값으로 근사화될 수 있다. ?

이동성 판단부(230)는 시간상관 측정부(220)에 의하여 산출된 C_r1을 C_r2로 나누어 정규화한 상관 값 C가 수학식 9를 만족하는 경우에 사용자 단말이 기 설정된 속도 이하의 저속으로 이동 중이라고 판단할 수 있다.

[수학식 9]

수학식 9에서 Th_c는 이동성 판단(즉, 저속 이동 중인지 여부를 판단)을 위한 문턱 값이다. 채널이 느리게 변하여 상관 값이 클 경우 채널의 시간 상관 값과 이동 속력은 일 대 일 매핑이 되고 채널이 빠르게 변하는 경우에는 채널의 시간 상관 값과 이동 속력은 일 대 다 매핑이 될 수 있다. 따라서 식 (9)를 이용하여 이동성을 판단하기 위해서는 단말이 저속으로 이동 중이어야 한다.

마크로셀에 비하여 협소한 펨토셀의 서비스 영역을 고려하여 보행자 수준의 저속 이동 하는 사용자 단말에게만 펨토셀 탐색을 허용하여 사용자 단말의 펨토셀 탐색 빈도를 감소시킬 수 있다. 즉, 사용자 단말이 저속 이동 중인 경우에는 C가 Th_c보다 큰 값을 가지게 되므로 이동성 판단부(230)는 수학식 9를 이용하여 사용자 단말의 이동성을 판단할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 펨토셀 탐색 방법에 관한 흐름도이다.

도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 펨토셀 탐색 방법을 설명하면, 사용자 단말이 망에 초기 진입 시, 마크로셀 동기부(210)에 의하여 마크로셀에 대한 셀 탐색을 수행 및 동기화 절차를 수행하고(S505 단계), 마크로셀에 대한 CINR을 측정할 수 있다(S510 단계).

이동성 판단부(230)는 시간 상관 측정부에 의하여 측정된 시간 상관 값을 이용하여 사용자 단말의 이동성을 판단할 수 있다(S515 단계). 즉, 이동성 판단부(230)는 사용자 단말이 기 설정된 속도 이하로 이동 중인지 여부를 판단할 수 있다.

이동성 판단부(230)에 의하여 판단된 사용자 단말의 이동성이 기 설정된 속도를 초과하여 고속 이동 중인 것으로 판단된 경우, 사용자 단말은 마크로셀과의 연결을 유지하고 마크로셀 기지국(10)으로부터 서비스를 제공 받을 수 있다(S520 단계).

이동성 판단부(230)에 의하여 판단된 사용자 단말의 이동성이 기 설정된 속도 이하의 저속 이동 중인 것으로 판단된 경우, 수신부(240)가 펨토셀 기지국(100)으로부터 CS를 수신하고(S525 단계), 마크로셀 동기유지부(250)가 수신된 CS를 이용하여 동기화된 마크로셀과 동기화를 유지할 수 있다(S530 단계).

펨토셀 기지국 판단부(260)가 CS를 이용하여 마크로셀과 펨토셀 간 신호 품질인 CSCNIR을 측정하고(S535 단계), 마크로셀 동기부(210)에 의하여 측정된 CINR과 CSCINR 측정 결과를 이용하여 사용자 단말이 마크로셀 경계 또는 펨토셀 경계에 존재하는지 여부를 판단할 수 있다(S540 단계).

펨토셀 기지국 판단부(260)가 사용자 단말이 마크로셀 경계에 존재하는 것으로 판단하는 경우, 마크로셀을 탐색하고(S545 단계), 동기화된 마크로셀과의 연결을 유지하고 마크로셀 기지국(10)으로부터 서비스를 제공 받거나, 새롭게 탐색된 마크로셀로 핸드오버할 수 있다(S550 단계).

펨토셀 기지국 판단부(260)가 사용자 단말이 펨토셀 경계에 존재하는 경우, 펨토셀 기지국 판단부(260)는 펨토셀을 탐색할 수 있다(S555 단계). 탐색 결과에 따라서, 사용자 단말은 현재 동기화를 유지하고 있는 마크로셀과의 동기를 유지하거나, 펨토셀로 핸드오버를 수행할 수 있다(S560 단계).

본 발명에 따른 펨토셀 기지국(100), 펨토셀 탐색 단말(200) 및 펨토셀 탐색 방법은 코 채널 디플로이먼트 클로즈드 어세스(co-channel deployment closed access) 펨토셀 주변에서 마크로셀 단말의 동기 소실 문제를 해결하고, 펨토셀의 전력 누수 때문에 발생하는 셀 탐색을 줄여 펨토셀 도입 시 셀 탐색 및 핸드오버의 빈도를 줄일 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 펨토셀 기지국(100), 펨토셀 탐색 단말(200) 및 펨토셀 탐색 방법은 펨토셀 CS 설계시 마크로셀 내에서 마크로셀 기지국(10)의 프리앰블 구간의 CINR이 큰 값으로 유지되도록 설계함으로써 코 채널 디플로이먼트 클로즈드 어세스(co-channel deployment closed access) 펨토셀 영역에서 마크로셀 단말이 동기를 유지하고 아이들 모드(idle mode) 단말의 셀 탐색 빈도를 줄일 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 펨토셀 기지국(100), 펨토셀 탐색 단말(200) 및 펨토셀 탐색 방법은 마크로셀 단말이 CSCINR을 측정하여 펨토셀 존재 여부를 판단한 후 펨토셀 탐색을 수행하기 때문에 마크로셀과 펨토셀의 셀 탐색을 구분하여 수행할 수 있으므로 셀 탐색 시 검출해야하는 프리앰블의 수를 줄일 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 펨토셀 기지국(100), 펨토셀 탐색 단말(200) 및 펨토셀 탐색 방법은 저속 이동 중인 마크로셀 단말만 펨토셀에 대한 셀 탐색을 수행하여 옥외에서 이동 중인 마크로셀 단말의 펨토셀 탐색 및 핸드오버 시도를 줄일 수 있다.

도 2, 4의 각 구성요소는 소프트웨어(software) 또는, FPGA(field-programmable gate array)나 ASIC(application-specific integrated circuit)과 같은 하드웨어(hardware)를 의미할 수 있다. 그렇지만 상기 구성요소들은 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니며, 어드레싱(addressing)할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 실행시키도록 구성될 수도 있다. 상기 구성요소들 안에서 제공되는 기능은 더 세분화된 구성요소에 의하여 구현될 수 있으며, 복수의 구성요소들을 합하여 특정한 기능을 수행하는 하나의 구성요소로 구현할 수도 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (12)

1. 마크로셀과 동기화된 상태에서 펨토셀을 탐색하는 단말에 있어서,
   채널의 시간 상관을 측정하는 시간상관 측정부;
   상기 시간상관 측정부에 의하여 측정된 채널 상관을 문턱 값과 비교하여 채널의 변화 정도를 추정하여 상기 펨토셀 탐색 단말의 이동성을 판단하는 이동성 판단부;
   상기 동기화된 마크로셀의 영역 내에 존재하는 특정 펨토셀 기지국이 상기 마크로셀의 프리앰블(Preamble)과 동일한 시퀀스로 신호를 생성하고, 상기 생성된 신호를 마크로셀의 프리앰블과 동일한 심볼 구간에 전송한 신호인 CS(Common Signal)를 수신하는 수신부; 및
   상기 이동성 판단부의 판단 결과, 상기 펨토셀 탐색 단말이 기 설정된 속도를 초과하여 이동 중인 경우, 상기 수신된 CS를 이용하여 상기 동기화된 마크로셀 기지국의 프리앰블을 검출하여 상기 동기화된 마크로셀 기지국과 동기를 유지하는 마크로셀 동기유지부를 포함하는, 펨토셀 탐색 단말.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 펨토셀 기지국에 의하여 전송되는 CS는, 상기 CS를 시간 영역에서 위상 회전시킨 후 전송되고,
   상기 수신부는, 상기 시간 영역에서 위상 회전 시킨 CS를 수신하는, 펨토셀 탐색 단말.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 펨토셀 기지국에 의하여 전송되는 CS는, 프레임 단위로 상기 CS의 위상을 π만큼 회전한 후 전송되고,
   상기 수신부는, 상기 시간 영역에서 위상 회전 시키고, π만큼 위상을 회전시킨 CS를 수신하는, 펨토셀 탐색 단말.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 펨토셀 탐색 단말은,
   상기 시간 영역에서 위상 회전 시키고, π만큼 위상을 회전시킨 상기 수신된 CS의 프레임간 위상 차이를 이용하여 상기 마크로셀과 펨토셀 간 신호품질인 CSCINR를 측정하여 상기 펨토셀 기지국의 존재 여부를 판단하는 펨토셀 기지국 판단부를 더 포함하는, 펨토셀 탐색 단말.
5. 제 4 항에 있어서,
   펨토셀 기지국 판단부는
   상기 이동성 판단부의 판단 결과, 상기 펨토셀 탐색 단말이 기 설정된 속도 이하로 이동 중인 경우에만 상기 CSCINR을 측정하는, 펨토셀 탐색 단말.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 펨토셀 탐색 단말은,
   상기 펨토셀 탐색 단말이 망에 초기 진입 시, 마크로셀(Macrocell) 탐색과 상기 탐색된 마크로셀과의 동기화 절차를 수행하고, 상기 탐색된 마크로셀과의 신호 품질(CINR, Carrier to Interference and Noise Ratio)을 측정하는 마크로셀 동기부를 더 포함하며,
   상기 펨토셀 기지국 판단부는 상기 마크로셀 동기부에 의하여 측정된 CINR과 상기 펨토셀 기지국 판단부에 의하여 측정된 CSCINR을 이용하여 상기 펨토셀 탐색 단말이 상기 마크로셀 경계에 존재하는지 또는 펨토셀 경계에 존재하는지 여부를 판단하여 상기 펨토셀 탐색 여부를 판단하는, 펨토셀 탐색 단말.
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 시간상관 측정부는, OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 기반에서 이용되는 주파수 영역 채널 추정 값을 이용하며, 상기 채널 추정 값을 곱하여 상기 OFDMA 심볼 구간의 배수만큼 시간 차가 발생하도록 한 후, 프레임 단위로 가중 평균(weighted average)을 수행하여 상기 채널의 시간 상관을 측정하는, 펨토셀 탐색 단말.
8. 사용자 단말이 망에 초기 진입시, 마크로셀에 대한 셀 탐색과 상기 마크로셀에 대한 탐색 결과를 이용하여 특정 마크로셀과의 동기화 절차를 수행하는 (a)단계;
   상기 사용자 단말이 상기 마크로셀 간의 신호 품질(CINR, Carrier to Interference and Noise Ratio)과 상기 사용자 단말의 이동성을 측정하는 (b)단계;
   상기 사용자 단말의 이동성 측정 결과에 의하여 상기 사용자 단말이 기 설정된 속도 이하로 저속 이동 중인 것으로 판단되는 경우, 펨토셀 기지국에서 전송된 CS(Common Signal)를 이용하여 측정한 상기 마크로셀과 펨토셀 간 신호품질인 CSCINR을 측정하는, (c)단계;
   상기 CINR 측정 결과와 상기 CSCINR 측정 결과를 이용하여 상기 사용자 단말이 마크로셀 경계에 존재하는지 또는 펨토셀 경계에 존재하는지 판단하는, (d)단계; 및
   상기 사용자 단말이 펨토셀 경계에 존재하는 것으로 판단되면, 상기 펨토셀 탐색을 시작하는 (e)단계를 포함하는, 펨토셀 탐색 방법.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 (c)단계는,
   상기 사용자 단말이 기 설정된 속도 초과로 고속 이동 중인 것으로 판단되면, 상기 CSCINR 측정하는 과정, (d)단계 및 (e)단계를 수행하지 않고, 상기 마크로셀과의 연결을 유지하는, 펨토셀 탐색 방법.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 펨토셀 탐색 방법은,
    상기 동기화된 마크로셀의 영역 내에 존재하는 특정 펨토셀 기지국이 상기 마크로셀의 프리앰블(Preamble)과 동일한 시퀀스로 신호를 생성하고, 상기 생성된 신호를 마크로셀의 프리앰블과 동일한 심볼 구간에 전송한 신호인 CS(Common Signal)를 수신하는 (f)단계를 더 포함하며,
    상기 (f)단계에서 수신하는 상기 CS는 상기 생성된 신호를 상기 펨토셀 기지국에 의하여 전송 시 시간 영역에서 위상 회전 시키고, π만큼 위상을 회전시킨 신호이며,
    상기 (c)단계는, 상기 수신된 CS의 프레임간 위상 차이를 이용하여 CSCINR을 측정하는, 펨토셀 탐색 방법.
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