KR101629448B1 - 비대칭 통신링크에서의 소형기지국 동기화 장치 및 동기화 방법 - Google Patents

비대칭 통신링크에서의 소형기지국 동기화 장치 및 동기화 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예는 비대칭 통신링크에서의 소형기지국 동기화 장치 및 동기화 방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시예는 비대칭 통신링크에서의 소형기지국 동기화 장치는 GPS 신호에 동기화된 제1 동기신호를 코어네트워크로부터 제공받고, 상기 코어네트워크의 동기정보를 포함하는 제1 패킷을 생성하며, 상기 제1 패킷의 시간지연에 따른 지연시간정보를 제공하도록 복수의 패킷을 송수신하는 마스터; 상기 제1 패킷 및 상기 복수의 패킷이 경유하는 유선망; 상기 제1 동기신호에 동기시켜 제2 동기신호를 생성 및 초기화하고, 상기 동기정보 및/또는 상기 지연시간정보를 이용하여 상기 제2 동기신호를 1차 보정하는 제1 동기화 장치; 상기 제1 패킷을 수신하여 수신시간을 측정하고, 상기 복수의 패킷 중 상기 마스터에 송신한 패킷의 송신 시간을 측정하며, 상기 복수의 패킷 중 상기 마스터로부터 수신한 패킷의 타임스탬프 값을 추출하는 슬레이브; 상기 수신시간, 상기 송신시간 및 상기 타임스탬프 값을 이용하여 상기 제2 동기신호를 2차 보정하는 제2 동기화 장치; 및 상기 2차 보정된 제2 동기신호를 이용해 상기 코어네트워크에 동기화하는 소형기지국을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

비대칭 통신링크에서의 소형기지국 동기화 장치 및 동기화 방법{Apparatus and Method for Synchronizing Micro Base Station in Asymmetric Communication Links}
본 발명의 실시예는 비대칭 통신링크에서의 소형기지국 동기화 장치 및 동기화 방법에 관한 것이다. 더 상세하게는 소형기지국이 매크로기지국과 동일한 통신 규격을 사용할 때 소형기지국으로 동기 정보를 전달하기 위한 FMS(Fixed Mobile Substitution) 방식을 적용하며, 코어네트워크와 소형기지국이 유선 혹은 무선으로 연결되어 있을 때 코어네트워크에서 소형기지국으로 데이터를 전송하는 하향링크(downlink)와 반대로 소형기지국에서 네트워크로 데이터를 전송하는 상향링크(uplink)의 전송속도가 다른 경우 코어네트워크와 소형기지국을 동기화시키는 비대칭 통신링크에서의 소형기지국 동기화 장치 및 동기화 방법에 관한 것이다.
최근 들어, 이동통신망의 커버리지 확장과 서비스 품질 향상, 유무선 통신 서비스의 통합이라는 측면에서 소위 펨토셀(femtocell) 또는 피코셀(picocell)이라 불리는 소형기지국이 많은 주목을 받고 있다. 펨토셀은 디지털 가입자 회선(digital subscriber line) 라우터나 케이블 모뎀 등과 같은 정도의 크기로 매크로(macro) 기지국에 비해 매우 작은 초소형 기지국을 의미한다. 펨토셀은 이동통신 사업자에게 할당된 공인 주파수 대역 혹은 비공인 주파수 대역(ISM band 등)에서 동작할 수 있고, 출력 전압은 10 ~ 200 mW, 통신 거리는 50 ~ 100 m 정도를 커버하며, 10명 이내의 사용자가 동시 접속할 수 있다. 망 운영자 또는 사용자가 직접 설치할 수 있고, 별도의 통신망을 이용하거나 혹은 초고속 인터넷 망을 이용해서 코어네트워크(core network)와 연결된다. 그리고 피코셀은 펨토셀과 매크로 기지국의 중간 개념으로 펨토셀보다 다소 크고 30명 이내의 사용자가 동시에 접속할 수 있으며, 빌딩 사무실이나 학교 등에 설치할 수 있는 소형 기지국을 의미한다.
중계기의 경우 매크로 기지국에서 수신한 신호를 그대로 전송하므로 기지국 커버리지(coverage)는 확대되지만 용량은 증가하지 않는 반면, 소형기지국의 경우에는 기존 매크로 기지국과 유사하게 독립적인 주파수를 할당 받아서 동작하므로 소형기지국의 수에 비례해서 전체 이동통신 네트워크의 용량이 증가한다. 따라서 소형기지국의 경우 커버리지 확대와 동시에 무선 네트워크의 용량을 증가시킨다. 특히, 최근에 상용화되거나 표준화를 진행하고 있는 이동통신 시스템의 경우 사용하는 반송파 주파수가 높고 대역폭이 넓으므로 매크로 기지국의 커버리지가 기존 이동통신 시스템에 비해 좁다. 즉, 매크로 기지국만으로 망을 구축할 경우 필요한 기지국 수가 증가하여 망 구축 비용이 커진다. 또한, 이동통신 시스템의 진화에 따라 음성 통신에 비해 데이터 통신의 비율이 증가하고 있으므로 기존의 매크로 기지국만으로 다수의 사용자에게 고속의 데이터 통신 서비스를 제공하는 것이 힘들다. 이에 대한 대안으로 사람들이 무선통신을 주로 이용하는 사무실이나 가정에 저가의 소형기지국을 설치하여 무선통신 서비스를 제공하는 것이 유력한 대안이 되고 있다.
이러한 소형기지국은 크게 듀얼 모드 단말을 사용하는 FMC(fixed mobile convergence)와 기존의 이동통신 단말을 그대로 이용하는 FMS(fixed mobile substitution) 방식으로 구분되고 있다. 특히 FMS 방식의 경우에는 소형기지국을 이용해서 기존 매크로 기지국과 동일한 전송 방식을 사용하므로 하나의 이동통신 규격을 지원하는 기존의 휴대폰을 이용하여 소형기지국에 의한 커버리지 증가와 용량 증가의 혜택을 누릴 수 있다. 반면에 FMC 방식의 경우에는 매크로 기지국과 소형기지국의 이동통신 규격이 다르므로 사용자가 기존의 단말기를 듀얼 모드를 지원하는 단말기로 교체해야 하는 단점이 있다.
한편, 이동통신망에서 기존의 매크로 기지국과 소형기지국을 동시에 운영하기 위해서는 소형기지국의 반송파 주파수와 신호 전송 시간이 매크로 기지국과 동기화되어야 한다. 특히 모바일 와이맥스(M-WiMax, 국내명 와이브로)와 같이 시분할 다중화(time division duplex) 방식을 사용하는 경우 매크로 기지국과 소형기지국의 신호 전송 시간이 어긋나게 되면 매크로 기지국의 상향/하향링크 신호와 소형기지국의 하향/상향링크 신호간에 간섭이 발생하게 되므로 매크로 기지국과 소형기지국의 시간 동기를 맞추는 것이 매우 중요하다.
이를 위해, 종래에는 매크로 기지국의 경우 송수신 안테나가 실외에 설치되므로 인공위성으로부터 GPS(global positioning system) 정보를 수신하여 코어네트워크와 매크로 기지국을 동기화시킨다. 하지만, 소형기지국의 경우 사무실, 학교, 아파트, 주택 등과 같이 일반적으로 GPS 신호를 수신하기 힘든 실내에 설치되므로 GPS 신호의 동기 획득에 사용할 수 없다. 또한, GPS 신호가 수신 가능한 경우라 하더라도 소형기지국에 GPS 신호 수신을 위한 별도의 장치를 부착하여야 하므로 소형기지국의 가격이 비싸지는 단점이 있다.
소형기지국에서 GPS 신호를 수신할 수 없는 경우 매크로 기지국에서 송신한 파일럿(pilot) 신호를 이용해서 동기를 획득하는 방안이 제안되었다. 하지만, 이 방식은 소형 기지국이 설치된 지역에서 매크로 기지국의 하향링크 파일럿 신호를 수신할 수 있는 경우에만 적용할 수 있는 단점이 있다. 소형기지국은 매크로 기지국 신호가 전달되지 않는 지역에 설치되어 무선통신 서비스 영역을 넓히고 용량을 확대하는 것을 주목적으로 한다. 그런데 소형기지국이 매크로 기지국의 커버리지 내에 설치되어야 한다면 소형기지국의 효용성이 현저히 줄어들게 된다.
도 1은 종래기술에 따른 IEEE 1588을 이용하여 코어네트워크와 소형기지국간의 동기화를 위한 시스템을 나타내는 도면이다.
도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, IEEE 1588을 이용하는 경우 코어네트워크(100)와 소형기지국(140)이 IP 네트워크(Internet Protocol Network)(120)에 의해 유선으로 연결된다. 코어네트워크(100)에서는 GPS 안테나(107) 등을 이용해서 동기를 획득하고, 이 정보를 유선으로 소형기지국(140)에 전달한다. 동기정보 전달을 위해 코어네트워크(100)에는 IEEE 1588 마스터(110)가 사용되고, 소형기지국(140)에서 IEEE 1588 슬레이브(130)가 사용된다. IEEE 1588 마스터(110)에서는 코어네트워크(100)의 동기정보를 기록한 패킷을 IEEE 1588 슬레이브(130)로 주기적으로 전달한다. IEEE 1588 슬레이브(130)에서는 수신한 패킷에 기록된 동기정보와 전송지연을 고려해서 시간 동기를 추정하고, 그 값을 이용해 소형기지국(140)의 시간 동기를 보정해서 코어네트워크(100)와 소형기지국(140)의 동기가 일치되도록 한다. 매크로 기지국(105)의 경우 GPS 신호를 이용해서 코어네트워크(100)와 동기화되므로 결국 매크로 기지국(105)과 소형기지국(140)의 동기가 일치하게 된다.
그런데, IEEE 1588은 코어네트워크(100)에서 소형기지국(140)으로 데이터를 전송하는 하향링크와, 반대로 소형기지국(140)에서 코어네트워크(100)로 데이터를 전송하는 상향링크의 전송지연이 동일한 경우에만 적용 가능하다. 즉, 이더넷(ethernet)과 같이 상향링크와 하향링크의 전송 속도가 동일한 경우에는 IEEE 1588을 이용해서 정확한 동기를 획득할 수 있지만, 초고속 인터넷과 같이 디지털 가입자 회선망(DSL: Digital Subscriber Line)을 사용하는 경우에는 하향링크와 상향링크의 전송 속도에 상당한 차이가 나므로 IEEE 1588 규격을 그대로 적용하는 경우 전송지연 차이에 의해 심각한 동기 추정 오차가 발생하게 된다.
도 2는 도 1의 시스템에서 IEEE 1588을 이용하여 마스터와 슬레이브간 클럭을 동기화시키는 과정을 나타내는 도면이다.
도 2에서 볼 때, 우선 마스터에서는 Sync() 메시지를 슬레이브로 전송하고, 곧바로 Sync() 메시지의 송신 시간 t0을 포함하고 있는 Follow_up(t0) 메시지를 슬레이브로 전송한다.
슬레이브에서는 Follow_up(t0) 메시지를 수신한 후 곧바로 Delay_Req() 메시지를 마스터로 전송한다.
마스터에서는 Delay_Req() 메시지가 수신된 시간 t3를 측정한 후 수신시간 t3를 Delay_Res(t3) 메시지에 포함시켜서 슬레이브로 전송한다.
이때 t0와 t3는 마스터 클럭에 의해 측정되고, t1과 t2는 슬레이브 클럭에 의해 측정된다.
마스터 클럭에 비해 슬레이브 클럭이 t_offset 만큼 빠르다고 가정하자. 그러면 Sync() 메시지 전송에서 t0와 t1의 관계는 <수학식 1>과 같이 표현된다.
(수학식 1)
t1 = t0 + D_DL + t_offset
이때, D_DL은 마스터에서 슬레이브로 패킷 전송시 시간지연을 나타낸다. 그리고 Delay_Req() 메시지 전송에서 t2와 t3의 관계는 <수학식 2>와 같이 주어진다.
(수학식 2)
t3 = t2 + D_UL - t_offset
이때, D_UL은 슬레이브에서 마스터로 패킷 전송시 시간지연을 나타낸다.
참고로 슬레이브에서는 Follow_up(t0) 메시지와 Delay_Res(t3) 메시지를 이용하여 t0와 t3를 수신하므로 t0, t1, t2, t3를 모두 알 수 있다.
D_DL과 D_UL이 동일하다고 가정하자. 그러면 슬레이브에서는 <수학식 1> 및 <수학식 2>를 이용하여 t_offset을 다음과 같이 계산할 수 있다.
(수학식 3)
Figure 112010017285244-pat00001
실제 유선 망에서는 패킷 전송시 지터(jitter)가 발생하므로 <수학식 3>의 방법으로 t_offset을 추정할 경우 오차가 발생한다.
코어네트워크와 소형기지국이 유선으로 연결된 경우, 하향링크의 시간지연 D_DL과 상향링크의 시간지연 D_UL이 동일한 경우 <수학식 3>의 방법으로 IEEE 1588을 이용해서 소형기지국의 동기를 획득할 수 있다.
하지만 일반적인 네트워크에서 상향링크와 하향링크의 라우팅 경로(routing path)가 달라지거나 상향링크와 하향링크의 전송 속도가 다른 경우 D_DL과 D_UL이 달라질 수 있다.
이 경우 <수학식 3>의 방법으로 마스터와 슬레이브의 클럭 차이를 추정할 경우 t_offset의 추정치 t_offset_est는 <수학식 4>와 같이 나타난다.
(수학식 4)
Figure 112010017285244-pat00002
즉, t_offset의 추정치에 (D_DL-D_UL)/2 만큼의 오차(bias)가 발생한다.
M-WiMax 표준 규격에서는 소형기지국에서 핸드오버(handover)를 지원하지 않는 경우 클럭의 시간 오차가 ± 20 ㎲ 이하가 되도록 규정하고 있다.
그런데 가정에서 상용 초고속인터넷망에 소형기지국을 연결해서 사용하는 경우 D_DL과 D_UL의 평균값이 수백 ㎲에서 수 ms 정도 되고, D_DL과 D_UL의 차이도 수십 ㎲에서 수 ms 정도가 된다.
예를 들어 KT 초고속인터넷망에서 시간지연을 측정한 결과를 보면 VDSL(very high-data rate digital subscriber line)망의 경우 D_DL과 D_UL이 1 ms 정도 차이가 나고, 광랜의 경우 D_DL과 D_UL이 70 ㎲ 정도 차이가 난다.
따라서 이 경우 (D_DL-D_UL)/2로 계산되는 오차가 20 ㎲보다 커지므로 M-WiMax 규격을 만족하지 못하게 된다.
본 발명의 실시예는 상향링크와 하향링크의 비대칭적인 전송 속도에 의해 하향링크의 전송지연과 상향링크의 전송지연이 비대칭적으로 발생하는 경우, IEEE 1588 슬레이브에서 클럭 오차를 추정하고 보상하여 슬레이브 클럭을 마스터 클럭과 동기화시키는 비대칭 통신링크에서의 소형기지국 동기화 장치 및 동기화 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 비대칭 통신링크에서의 소형기지국 동기화 장치는 GPS 신호에 동기화된 제1 동기신호를 코어네트워크로부터 제공받고, 상기 코어네트워크의 동기정보를 포함하는 제1 패킷을 생성하며, 상기 제1 패킷의 시간지연에 따른 지연시간정보를 제공하도록 복수의 패킷을 송수신하는 마스터; 상기 제1 패킷 및 상기 복수의 패킷이 경유하는 유선망; 상기 제1 동기신호에 동기시켜 제2 동기신호를 생성 및 초기화하고, 상기 동기정보 및/또는 상기 지연시간정보를 이용하여 상기 제2 동기신호를 1차 보정하는 제1 동기화 장치; 상기 제1 패킷을 수신하여 수신시간을 측정하고, 상기 복수의 패킷 중 상기 마스터에 송신한 패킷의 송신 시간을 측정하며, 상기 복수의 패킷 중 상기 마스터로부터 수신한 패킷의 타임스탬프 값을 추출하는 슬레이브; 상기 수신시간, 상기 송신시간 및 상기 타임스탬프 값을 이용하여 상기 제2 동기신호를 2차 보정하는 제2 동기화 장치; 및 상기 2차 보정된 제2 동기신호를 이용해 상기 코어네트워크에 동기화하는 소형기지국을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 비대칭 통신링크에서의 소형기지국 동기화 장치는 GPS 신호에 동기화된 제1 동기신호를 코어네트워크로부터 제공받고, 상기 코어네트워크의 동기정보를 포함하는 제1 패킷을 생성하며, 상기 제1 패킷의 시간지연에 따른 지연시간정보를 제공하도록 복수의 패킷을 송수신하는 마스터; 상기 제1 패킷 및 상기 복수의 패킷이 경유하는 유선망; 상기 제1 동기신호에 동기시켜 제2 동기신호를 생성 및 초기화하고, 상기 동기정보 및/또는 상기 지연시간정보를 이용하여 상기 제2 동기신호를 1차 보정하는 제1 동기화부, 상기 제1 패킷을 수신하여 수신시간을 측정하고, 상기 복수의 패킷 중 상기 마스터에 송신한 패킷의 송신 시간을 측정하며, 상기 복수의 패킷 중 상기 마스터로부터 수신한 패킷의 타임스탬프 값을 추출하고, 상기 수신시간, 상기 송신시간 및 상기 타임스탬프 값을 이용하여 상기 제2 동기신호를 2차 보정하는 제2 동기화부를 갖는 슬레이브; 및 상기 2차 보정된 제2 동기신호를 이용해 상기 코어네트워크에 동기화하는 소형기지국을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 비대칭 통신링크에서의 소형기지국 동기화 장치의 동기화 방법은 코어네트워크의 동기정보를 포함하는 제1 패킷 및 상기 제1 패킷의 송신시간정보를 포함하는 제2 패킷을 수신하는 단계; 상기 제1 패킷의 시간지연에 따른 지연시간정보를 요청하는 제3 패킷을 송신하는 단계; 상기 제3 패킷의 송신에 대한 수신시간정보를 포함하는 제4 패킷을 수신하는 단계; 동기신호를 생성하며, 상기 동기정보 및/또는 상기 지연시간정보를 이용하여 상기 동기신호를 1차 보정하는 단계; 상기 제1 패킷의 수신시간 및 상기 제3 패킷의 송신시간을 측정하는 단계; 상기 제2 패킷 및 상기 제4 패킷의 타임스탬프 값을 추출하는 단계; 상기 수신시간, 상기 송신시간 및 상기 타임스탬프 값을 이용하여 상기 동기신호를 2차 보정하는 단계; 및 상기 2차 보정된 제2 동기신호를 이용해 소형기지국을 상기 코어네트워크에 동기화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상향링크와 하향링크의 비대칭적인 전송 속도에 의해 하향링크의 전송지연과 상향링크의 전송지연이 비대칭적으로 발생하는 경우에도 IEEE 1588 슬레이브에서 클럭 오차를 추정하고 보상하여 슬레이브 클럭을 마스터 클럭과 동기화시킬 수 있을 것이다.
도 1은 종래기술에 따른 IEEE 1588을 이용하여 코어네트워크와 소형기지국간의 동기화를 위한 시스템을 나타내는 도면,
도 2는 도 1의 시스템에서 IEEE 1588을 이용하여 마스터와 슬레이브간 클럭을 동기화시키는 과정을 나타내는 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 비대칭 통신링크에서의 소형화기지국 동기화 장치를 나타내는 도면,
도 4는 도 3의 제1 동기화 장치를 나타내는 도면,
도 5는 도 3의 제2 동기화 장치를 나타내는 도면,
도 6은 IEEE 1588을 이용하여 코어네트워크의 시간 동기를 소형기지국에 전달하는 과정을 나타내는 흐름도,
도 7은 도 6에서 하향링크와 상향링크의 전송지연이 비대칭인 경우 IEEE 1588 슬레이브 클럭을 마스터 클럭에 동기화시키기 과정을 나타내는 도면,
도 8은 도 7의 클럭 동기화 방법에 따라 마스터와 슬레이브간 동작 절차를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 예에 대한 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시될 수 있으므로 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 비대칭 통신링크에서의 소형기지국 동기화 장치를 나타내는 도면이고, 도 4는 도 3의 제1 동기화 장치를 나타내는 도면이고, 도 5는 도 3의 제2 동기화 장치를 나타내는 도면이다.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 비대칭 통신링크에서의 소형기지국 동기화 장치는 코어네트워크(300)에 동기화되는 IEEE 1588 마스터(310), 유선망(320), 제1 동기화 장치(330), IEEE 1588 슬레이브(340), 제2 동기화 장치(350) 및 소형기지국(360)을 포함한다. 이때, 소형기지국(350)은 이동통신단말기와 접속하며, 이동통신단말기에는 휴대폰, 노트북, PDA(Personal Digital Assistants) 등이 포함될 수 있다.
코어네트워크(300)는 교환기, 매크로 기지국(305), 기지국 제어기 및/또는 GPS 안테나(307)를 모두 포함하는 의미로 사용될 수 있으며, 동기식 및 비동기식을 모두 지원한다. 동기식인 경우에는 송신 및 수신 매크로 기지국(305)은 BTS(Base-Station Transmission System), 송신 및 수신 기지국 제어기는 BSC(Base Station Controller)가 될 것이고, 비동기식인 경우에는 송신 및 수신 매크로 기지국(305)은 RTS(Radio Transceiver Subsystem), 송신 및 수신 기지국 제어기는 RNC(Radio Network Controller)가 될 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예에서 코어네트워크(300)는 CDMA 망이 아닌 GSM 망 및 향후 구현될 제4 세대 이동통신 시스템의 접속망에 사용될 수 있는 신호 중계기를 통칭하는 것이라 할 수 있다.
IEEE 1588 마스터(310)는 코어네트워크(300)의 교환기 등에 포함될 수 있으며, GPS 신호에 동기화되는 동기신호(혹은 제1 동기신호)를 코어네트워크(300)으로부터 수신하여 동기화하고, 코어네트워크(300)의 동기정보가 기록된 패킷(이하, 제1 패킷)을 유선망(320)을 경유하여 IEEE 1588 슬레이브(340)로 전송한다. 또한, IEEE 1588 마스터(310)는 시간지연에 대한 시간동기를 추정하기 위하여 제1 패킷 전송시 제1 패킷의 전송 시간을 IEEE 1588 슬레이브(340)에 전달하기 위하여 전송시간을 포함하는 패킷(이하, 제2 패킷)을 전송하며, 제2 패킷에 대한 응답 패킷(이하, 제3 패킷)을 IEEE 1588 슬레이브(340)로부터 수신하여 제3 패킷에 대한 응답 패킷(이하, 제4 패킷)을 전송한다. 여기서, 제1 패킷, 제2 패킷, 제3 패킷 및 제4 패킷은 IEEE 1588 규격에 따라 Sync 메시지, Follow_up 메시지, Delay_Req 메시지, Delay_Res 메시지에 각각 대응될 수 있다.
이와 같이 IEEE 1588 마스터(310)와 IEEE 1588 슬레이브(340)가 제1 패킷부터 제4 패킷까지 주고 받는 과정을 동기화 프로토콜이라 하면, IEEE 1588 마스터(310)와 IEEE 1588 슬레이브(340)는 수 회에서 수십 회에 걸쳐 동기화 프로토콜을 이용한 주기적인 메시지 교환 과정을 수행하게 된다. 여기서, 주기적이라 함은 IEEE 1588 마스터(310)는 홀수 번째와 짝수 번째로 구분하여 홀수 번째 횟수의 제1 패킷, 즉 Sync 메시지의 크기와 짝수 번째 횟수의 제1 패킷의 크기를 달리하되 이를 반복하는 것을 의미한다. 예를 들어, 홀수 번째 횟수마다의 제1 패킷과 제3 패킷은 서로 동일한 크기를 갖고, 또 짝수 번째 횟수마다의 제1 패킷과 제3 패킷은 서로 동일한 크기를 갖지만, 홀수 번째 횟수의 제1 패킷과 짝수 번째 횟수의 제1 패킷은 서로 다른 크기를 가지며, 홀수 번째 횟수의 제3 패킷과 짝수 번째 횟수의 제3 패킷도 서로 다른 크기를 갖도록 하여 전송한다.
IEEE 1588 마스터(310)는 IEEE 1588 메시지 즉 제1, 제2 및/또는 제4 패킷을생성하기 위하여 물리계층, 1588 검출기 및 응용계층을 포함할 수 있으며, 응용계층에는 IEEE 1588 패킷을 처리하는 1588 코드가 존재할 수 있다. 1588 코드에서 IEEE 1588 메시지를 생성하면 IEEE 1588 마스터(310)는 MII(media independent interface)를 통해 물리계층으로 메시지를 전달하고, 전달된 메시지는 다시 유선망(320)을 통해 IEEE 1588 슬레이브(340)로 전송된다.
유선망(320)은 DSL, VDSL 및 광랜 등의 IP 네트워크이다. 이러한 IP 네트워크는 비대칭 통신링크로서 코어네트워크(300)에서 소형기지국(360)으로 데이터를 전송하는 하향링크와, 반대로 소형기지국(350)에서 코어네트워크(300)로 데이터를 전송하는 상향링크간 데이터의 전송속도 오차(bias)를 발생시키게 된다. 물론, 본 발명의 실시예에서는 유선망(320)이 비대칭 통신링크인 것을 전제로 하고 있지만, 그것에 특별히 한정하지는 않을 것이다. 또한, 유선망(320)은 유선망(320)에 접속된 다수의 통신기기 간의 패킷 전송 흐름을 제어하고 패킷 송수신을 담당하는 라우터, 스위치, 허브 및 모뎀 등의 장치를 포함할 수 있다.
제1 동기화 장치(330)는 IEEE 1588 마스터(310)와 IEEE 1588 슬레이브(350)간 패킷 데이터의 송수신시 발생되는 지터(jitter), 즉 전파 지연(propagation delay) 및 스케쥴링 지연(scheduling delay)을 보상한다. 예를 들어, 제1 동기화 장치(300)는 유선망(320)을 구성하는 라우터, 스위치, 허브 및 모뎀 등의 장치에 개별적으로 포함될 수 있고, 이를 통해 유선망(320) 내에서 패킷을 전송하는 과정에서 발생하는 전파 지연과 스케쥴링 지연을 보상한다. 통상, IEEE 1588 마스터(310)와 IEEE 1588 슬레이브(340) 사이에서 패킷 데이터를 주고 받을 때 발생하는 시간지연은 전파 지연, 스케쥴링 지연 및 전송 지연을 통합하는 의미로 사용된다. 여기서, 전파 지연은 네트워크 장비 사이에서 전파가 물리적으로 전송되는데 걸리는 시간을 의미하고, 네트워크 장비 사이의 거리, 네트워크 장비를 연결하는 링크의 종류 등에 의해 결정된다. 스케쥴링 지연은 네트워크 장비에서 IEEE 1588 패킷을 수신한 후 다른 패킷과 함께 스케쥴링 한 후에 다시 전송할 때까지 걸리는 시간을 나타낸다. 그리고 전송지연은 네트워크 장비 사이의 링크를 이용해 IEEE 1588 패킷 수신을 시작하여 수신이 완료될 때까지의 시간을 나타낸다.
그 가운데, 전파 지연 및 스케쥴링 지연 관련 지터를 저감하기 위하여 제1 동기화 장치(330)는 예를 들어 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 물리계층(410), 큐(420), 제2 물리계층(430), 제1 검출기(415), 제2 검출기(435) 및 1588 코드(440)를 포함할 수 있다. 제1 물리계층(420)은 IEEE 1588 마스터(310)의 물리계층에 연결되어 제1, 제2 및 제4 패킷을 수신해 제1 검출기(415) 및 큐(420)로 전달한다. 제2 물리계층(430)은 IEEE 1588 슬레이브(340)의 물리계층에 연결되어 제3 패킷을 수신해 제2 검출기(435) 및 큐(420)로 전달한다. 큐(420)는 제1 물리계층(410)을 통해 제공된 제1, 제2 및 제4 패킷을 대기시켰다가(혹은 저장하였다가 순차적으로) 물리계층(430)으로 제공하거나 제2 물리계층(430)을 통해 제공된 제3 패킷을 대기시켰다가 제1 물리계층(410)으로 제공한다. 또한 제1 검출기(415)는 제1 물리계층(410)에서 수신한 제1, 제2 및 제4 패킷의 1588을 검출하고, 제2 검출기(435)는 제2 물리계층(430)에서 수신한 제3 패킷의 1588을 검출하며, 1588 코드(440)는 제1 및 제2 검출기(415, 435)에서 각각 제공한 제1 내지 제4 패킷의 IEEE 1588 패킷을 처리한다.
좀더 살펴보면, 제1 동기화 장치(330)의 제1 물리계층(410)으로 IEEE 1588 메시지가 수신되면 제1 검출기(415)에서 IEEE 1588 메시지를 검출한 후 1588 코드(440)로 전달한다. 1588 코드(440)에서는 IEEE 1588 메시지의 수신 시간과 스케쥴링 후 IEEE 1588 슬레이브(340)로 재전송되는 시간 차이, IEEE 1588 마스터(310)에서 제1 동기화 장치(330) 간의 링크 지연을 IEEE 1588 메시지의 보정 필드(correction field)에 기록한다. 제1 동기화 장치(330)와 IEEE 1588 슬레이브(340) 간의 유선 링크를 통해 IEEE 1588 메시지가 수신되면 IEEE 1588 슬레이브(340)에 연결된 제2 검출기(435)에서 IEEE 1588 메시지를 감지하여 응용계층의 1588 코드(440)로 전달한다. 그러면, 슬레이브(340)의 1588 코드에서 수신된 IEEE 1588 메시지의 송수신 시간, IEEE 1588 메시지에 포함된 타임스탬프(timestamp), IEEE 1588 메시지의 보정 필드 등을 이용해서 슬레이브(340)의 클럭을 마스터(310)와 동기화시킨다. 만약, 슬레이브(340)의 1588 코드에서 IEEE 1588 메시지를 생성한 경우라면 IEEE 1588 메시지는 위에서 설명한 하향링크와 유사한 과정으로 제1 동기화 장치(330)에서 IEEE 1588 마스터(310)의 1588 코드로 전달된다.
우선, 제1 동기화 장치(330)에서는 IEEE 1588 패킷이 수신되면 패킷이 수신된 시간(ingress timestamp)을 측정한다. 또한, 제1 동기화 장치(330)의 내부에서 스케쥴링 과정을 거쳐서 IEEE 1588 패킷이 재송신되면 송신된 시간(egress timestamp)을 측정한다. 그리고 IEEE 1588 패킷을 전송한 IEEE 1588 마스터(310)와 제1 동기화 장치(330) 사이의 전파 지연을 아는 경우, 이 전파 지연을 제1 동기화 장치(330)에서 링크 지연(link delay)으로 기록한다. 그리고 IEEE 1588을 재송신하기 직전에 IEEE 1588에 정의된 보정 필드를 <수학식 5>와 같이 갱신한다.
(수학식 5)
(correction field) = (correction field) + (egress timestamp)
- (ingress timestamp) + (link delay)
IEEE 1588 마스터(310)에서 IEEE 588 패킷을 송신한 후 IEEE 1588이 통과하는 라우터, 스위치, 허브 및 모뎀 등의 장치에 개별적으로 포함된 제1 동기화 장치(330)에서 보정 필드를 <수학식 5>와 같이 순차적으로 누적하면, 최종적으로 IEEE 1588 슬레이브(340)에서 IEEE 1588 패킷을 수신했을 때 IEEE 1588 마스터(310)와 IEEE 1588 슬레이브(340) 사이의 전파 지연과 스케쥴링 지연의 합을 알 수 있다. 따라서 전체 하향링크 시간 지연 중에서 전파 지연과 스케쥴링 지연을 배제할 수 있다. 이때 <수학식 1>은 <수학식 6>과 같이 수정된다.
(수학식 6)
t1 = t0 + D_DL - (correction field) + t_offset
또한, 유사한 방법으로 상향링크에서 IEEE 1588의 보정 필드를 이용하여 전파 지연과 스케쥴링 지연을 측정한 후 이를 제외하면 <수학식 2>는 <수학식 7>과 같이 수정된다.
(수학식 7)
t3 = t2 + D_UL -(correction field) - t_offset
이와 같이 제1 동기화 장치(330)의 보정 필드를 이용해서 전파 지연과 스케쥴링 지연을 보정하면 하향링크와 상향링크의 시간 지연 차이가 상당히 감소한다.
IEEE 1588 슬레이브(340)는 제2 동기화 장치(330)와 함께 소형기지국(360)에 포함될 수 있다. IEEE 1588 슬레이브(340)는 IEEE 1588 마스터(340)의 제1 동기신호에 동기되어 초기화하는 동기신호(혹은 제2 동기신호), 즉 클럭신호를 발생하며, 유선망(320)을 경유하여 제공된 동기정보 및/또는 지연시간정보인 타임스탬프를 이용하여 보정된 동기정보를 소형기지국(360)으로 전송하며, IEEE 1588 마스터(310)에서 제공한 동기정보 및/또는 지연시간정보에 대한 응답, 즉 IEEE 1588 마스터(310)에서 전송한 제2 패킷에 대한 제3 패킷을 제1 동기화 장치(330) 및 유선망(320)을 경유해 IEEE 1588 마스터(310)로 전송한다. IEEE 1588 슬레이브(340)는 제3 패킷 전송시 앞서 언급한 대로 홀수 번째 및 짝수 번째에 각각 해당되는 IEEE 1588 마스터(310)의 제1 패킷과 동일한 크기로 전송하지만, 홀수 번째와 짝수 번째의 제3 패킷은 서로 다른 크기로 하여 주기적으로 변경하며 전송한다.
IEEE 1588 슬레이브(340)는 IEEE 1588 마스터(310)와 마찬가지로 물리계층, 1588 디코더 및 응용계층을 포함하며, 응용계층에는 IEEE 1588 패킷을 처리하는 1588 코드가 존재할 수 있다. 1588 코드에서 IEEE 1588 메시지를 생성하면 IEEE 1588 슬레이브(340)는 MII를 통해 물리계층으로 메시지를 전달하고, 전달된 메시지를 다시 유선망(320)을 경유해 IEEE 1588 마스터(310)로 전송한다. 또한, IEEE 1588 슬레이브(340)는 도 5에 도시된 바와 같이, 패킷 수신시간 측정부(510), 패킷 디코딩부(520), 타임스탬프 추출부(530), 메시지 발생부(540), 패킷 인코딩부(550), 패킷 전송시간 측정부(560)를 포함한다.
여기서, 패킷 수신시간 측정부(510)는 제1 동기화 장치(310)와의 유선 링크(500)를 통해 제공되는 제1 패킷, 제2 패킷 및/또는 제4 패킷 중 제1 패킷의 수신시간을 측정하며, 측정된 시간정보를 주파수 오차 및 위상 오차 추정부(570)로 제공한다. 패킷 디코딩부(520)는 패킷 수신시간 측정기(510)에서 제공한 제1 패킷, 제2 패킷 및/또는 제4 패킷을 복호화한다. 타임스탬프 추출부(530)는 복호화된 제2 패킷 및/또는 제4 패킷을 수신하고 타임스탬프를 추출하여 주파수 오차 및 위상 오차 추정부(570)에 제공한다. 메시지 발생부(540)는 메시지, 즉 제3 패킷을 발생하여 패킷 인코딩부(550)에 제공한다. 패킷 인코딩부(550)는 메시지 발생부(540)에서 제공된 제3 패킷을 인코딩한다. 패킷 전송시간 측정부(560)는 패킷 인코딩부(550)에서 제공된 제3 패킷의 전송시간을 측정하고, 측정된 전송시간 정보를 주파수 오차 및 위상 오차 추정부(570)에 제공하며 제3 패킷은 유선 링크(500)를 통해 IEEE 1588 마스터(310)로 전송된다.
제2 동기화 장치(350)는 제1 동기화 장치(330)에 의해 보상되고 남은 잔류 지연, 즉 전송지연(transmission delay)을 주파수 오차 및 위상 오차를 이용하여 시간동기를 보상한다. 이를 위하여, 제2 동기화 장치(350)는 주파수 오차 및 위상 오차 추정부(570), 로컬 클럭 발생부(580) 및 클럭 보정부(590)를 더 포함할 수 있다. 주파수 오차 및 위상 오차 추정부(570)는 타임스탬프 추출부(530)에서 제공한 타임스탬프, 패킷 수신시간 측정부(510)에서 제공한 수신시간 정보, 패킷 전송시간 측정부(560)에서 제공한 전송시간 정보를 이용하여 주파수 오차 및 위상 오차를 추정해 낸다.
이와 같은 과정에 따라, 제2 동기화 장치(350)는 상향링크와 하향링크의 비대칭적인 전송 속도에 의해 IEEE 1588 마스터(310)와 IEEE 1588 슬레이브(340) 간에 비대칭적인 시간지연이 발생하는 경우, 클럭 보정부(590)는 주파수 오차 및 위상 추정부(570)에서 제공된 주파수 오차 및 위상 오차, 그리고 로컬 클럭 발생부(580)에서 제공된 로컬 클럭을 이용해 IEEE 1588 슬레이브(340)의 클럭을 IEEE 1588 마스터(310)의 클럭에 정밀하게 동기화시킨다.
가령, 마스터 클럭의 타이머를 t_master, 슬레이브 클럭의 타이머를 t_slave라고 할 때, 마스터 클럭과 슬레이브 클럭 사이의 주파수 오차와 위상 오차를 고려하여 <수학식 8>에서와 같이 표현할 수 있다.
(수학식 8)
t_slave = a ·t_master + b
여기서, a는 마스터 클럭 주파수 대비 슬레이브 클럭 주파수의 비를 의미하고, b는 슬레이브 클럭과 마스터 클럭의 위상 차이를 나타낸다.
소형기지국(360)은 펨토셀 또는 피코셀 단위의 소형기지국이다. 소형기지국(360)은 제2 동기화 장치(350)에 의해 보정된 동기정보에 따라 코어네트워크(300)에 동기화된다. 이와 같이 소형기지국(360)은 코어네트워크(300)와 정확한 동기를 이루어 패킷 데이터를 수신하고 패킷 데이터를 다시 이동통신 단말기에 제공하게 된다. 여기서, 단말기는 실내에서 사용되는 가령 휴대폰, PDA, 노트북과 같은 이동통신 단말기이다.
본 발명의 실시예에서는 설명의 편의상 제1 동기화 장치(330), IEEE 1588 슬레이브(340), 제2 동기화 장치(350) 및 소형기지국(360)을 서로 분리하여 기술하였다. 그러나, 경우에 따라서는 제1 동기화 장치(330)와 IEEE 1588 슬레이브(340)를 통합하여 구현할 수 있고, 또는 IEEE 1588 슬레이브(340)와 제2 동기화 장치(350)를 통합하여 구현할 수 있으며, 더 나아가서는 제1 동기화 장치(330), IEEE 1588 슬레이브(340) 및 제2 동기화 장치(350) 및 소형기지국(350)을 모두 통합하여 구현할 수 있을 것이다. 이의 경우, 제1 동기화 장치(330)는 IEEE 1588 슬레이브(340)의 제1 동기화부가 되고, 제2 동기화 장치(350)는 IEEE 1588 슬레이브(340)의 제2 동기화부가 될 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 제1 및 제2 동기화 장치(330, 350)를 어떻게 구성하느냐에 특별히 한정하지는 않을 것이다.
도 6은 IEEE 1588을 이용하여 코어네트워크의 시간 동기를 소형기지국에 전달하는 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 6에서 볼 때, 우선 매크로 기지국(305)은 GPS 안테나(307)를 통해 GPS 신호를 수신하고 GPS 신호를 코어네트워크(300)에 전달한다(S600). 그 결과, 코어네트워크(300)의 클럭은 매크로 기지국(305)과 GPS 신호에 동기화된다.
이어, 코어네트워크(300)는 시간동기정보를 다시 IEEE 1588 마스터(310)에 전달한다(S601). 다시 말해, IEEE 1588 마스터(310)는 코어네트워크(300)의 클럭을 이용하여 IEEE 1588 마스터(310)를 구동함으로써 코어네트워크(300)에 동기화된다.
그리고, IEEE 마스터(310)는 IEEE 1588 슬레이브(340)와 IEEE 1588 메시지를 교환한다(S603). 이와 같이, 메시지 교환시 실질적으로 IEEE 1588 마스터(310)와 IEEE 1588 슬레이브(340) 간에는 제1 동기화 장치를 통해 전파지연 및 스케쥴링 지연을 보정하게 된다.
이어, IEEE 1588 슬레이브(340)는 수신된 패킷의 주파수 오차와 위상 오차를 추정하고(S605a) 이를 이용하여 슬레이브 클럭이 마스터 클럭과 동기화되도록 보정한다(S605b).
소형기지국(360)은 IEEE 1588 슬레이브(340)로부터 슬레이브 클럭을 수신한다(S607). 소형기지국(360)은 슬레이브 클럭을 이용함으로써 코어네트워크(300)와 매크로 기지국(305)에 동기화되어 동작하게 된다.
도 7은 도 6에서 하향링크와 상향링크의 전송지연이 비대칭인 경우 IEEE 1588 슬레이브 클럭을 마스터 클럭에 동기화시키기 과정을 나타내는 도면이다.
도 7에서 볼 때, 우선 마스터에서 t0(n)의 시간에 Sync1() 메시지를 슬레이브로 전송하고, 슬레이브에서는 Sync1() 메시지가 수신된 시간 t1(n)을 측정한다. 이때 n은 Sync() 메시지 전송 횟수를 나타낸다. 마스터에서는 곧바로 Follow_up() 메시지를 통해 Sync1() 메시지의 송신 시간 t0(n)을 슬레이브로 전달한다.
슬레이브에서는 t2(n)의 시간에 Delay_Req1() 메시지를 전송하고, 마스터에서는 Delay_Req1() 메시지의 수신 시간 t3(n)을 측정한 후 Delay_Res() 메시지를 통해 슬레이브로 전달한다.
이와 같은 과정을 통해 슬레이브에서 t0(n), t1(n), t2(n), t3(n)에 대한 정보를 모두 알 수 있다.
또한, Sync1() 메시지를 전송할 때 하향링크에서의 시간지연을 DDL1, Delay_Req1() 메시지를 전송할 때 상향링크에서의 시간지연을 DUL1이라고 정의하고, DDL1과 DUL1을 마스터 클럭을 기준으로 측정하는 경우 <수학식 9> 및 <수학식 10>을 만족한다.
(수학식 9)
Figure 112010017285244-pat00003
(수학식 10)
Figure 112010017285244-pat00004
이때 wDL(n)과 wUL(n)은 하향링크 지터와 상향링크 지터를 각각 나타낸다.
일정 시간 후에 마스터에서는 (n+1)번째 Sync() 메시지를 전달한다. 이때 (n+1)번째에는 n번째 Sync1() 메시지와 크기가 다른 Sync2() 메시지를 전송한다. 슬레이브에서는 Sync2() 메시지 수신 시간 t1(n+1)을 측정하고, 마스터에서는 Follow_up() 메시지를 이용해서 Sync2() 메시지 송신 시간 t0(n+1)을 슬레이브로 전달한다.
슬레이브에서는 n번째 Delay_Req1() 메시지와 크기가 다른 (n+1)번째 Delay_Req2() 메시지를 송신하고, 송신 시간 t2(n+1)을 측정한다.
마스터에서는 Delay_Req2() 메시지 수신 시간 t3(n+1)을 측정해서 Delay_Res() 메시지를 통해 슬레이브로 전송한다.
이때 Sync1() 메시지와 Delay_Req1() 메시지의 크기는 동일하고, Sync2() 메시지와 Delay_Req2() 메시지의 크기도 동일하며, Sync1() 메시지와 Sync2() 메시지의 크기는 다르게 설정한다.
Sync2() 메시지를 전송할 때 하향링크에서의 시간지연을 DDL2, Delay_Req2() 메시지를 전송할 때 상향링크에서의 시간지연을 DUL2라고 정의하고, DDL2와 DUL2를 마스터 클럭을 기준으로 측정하는 경우 <수학식 11> 및 <수학식 12>를 만족하게 된다.
(수학식 11)
Figure 112010017285244-pat00005
(수학식 12)
Figure 112010017285244-pat00006
도 7에서는 설명의 편의상 크기가 다른 Sync() 메시지 두 종류를 사용하는 경우에 대해 설명하였지만, 본 발명의 실시예에서는 슬레이브 클럭 동기화를 위하여 필요한 경우 크기가 다른 Sync() 메시지를 3가지 이상 사용할 수도 있다.
도 8은 도 7의 클럭 동기화 방법에 따라 마스터와 슬레이브간 동작 절차를 나타내는 도면이다.
도 8에서 볼 때, 우선 마스터와 슬레이브가 초기화되면 Sync() 메시지 전송 횟수 n을 1로 초기화한다(S801).
이어, 마스터에서는 Sync1() 메시지를 송신하고, 슬레이브에서 Sync1() 메시지 수신 시간 t1(n)을 측정한다(S803).
그리고 마스터에서 Follow_up() 메시지를 이용해서 Sync1() 메시지의 송신 시간 t0(n)을 슬레이브로 전달한다(S805).
다음으로 슬레이브에서는 Delay_Req1() 메시지를 송신하고 송신 시간 t2(n)을 저장한다(S807).
마스터에서는 Delay_Req1() 메시지의 수신 시간 t3(n)을 측정하고 Delay_Res() 메시지를 이용하여 슬레이브로 전달한다(S809).
다음 단계로 마스터에서 Sync2() 메시지를 송신하고, 슬레이브에서 Sync2() 메시지 수신 시간 t1(n+1)을 측정한다(S811).
그리고 마스터에서 Follow_up() 메시지를 이용해서 Sync2() 메시지의 송신 시간 t0(n+1)을 슬레이브로 전달한다(S813).
다음으로 슬레이브에서는 Delay_Req2() 메시지를 송신하고 송신 시간 t2(n+1)을 저장한다(S815).
마스터에서는 Delay_Req2() 메시지의 수신 시간 t3(n+1)을 측정하고 Delay_Res() 메시지를 이용하여 슬레이브로 전달한다(S817).
위의 과정을 통해 Sync()를 2번 전달하였으므로 n을 2만큼 증가시키고(S819) 마스터에서 Sync1() 메시지를 전달하는 과정을 반복한다.
위와 같이 반복하면 홀수 번째 전송에서는 Sync1() 메시지와 Delay_Req1() 메시지를 사용하고, 짝수 번째 전송에서는 Sync2() 메시지와 Delay_Req2() 메시지를 사용해서 메시지 교환을 하게 된다.
이제, 도 5를 다시 참조하여, 도 7 및 도 8에 설명한 방법으로 마스터와 슬레이브 간에 IEEE 1588 메시지를 교환할 때, 제2 동기화 장치에서 주파수 오차(a)와 위상 오차(b)를 추정하는 방법을 살펴보고자 한다.
도 5에서 볼 때, 슬레이브의 수신기에서는 IEEE 1588 메시지가 수신되면 수신 시간을 측정하여 주파수 오차 및 위상 오차 추정부(570)에 보고한다. 패킷 복호(decoding)를 통해 수신된 메시지가 Sync1() 혹은 Sync2()인 경우 메시지가 수신된 시간을 저장한다.
패킷 복호를 통해 수신된 메시지가 Follow_up() 혹은 Delay_Res() 메시지인 경우에는 메시지에 포함된 타임스탬프(timestamp) 값을 추출하여 주파수 오차 및 위상 오차 추정부(570)로 전달한다.
슬레이브의 송신기에서 Delay_Req1() 메시지 혹은 Delay_Req2() 메시지를 송신하는 경우 메시지 송신 시간을 측정하여 주파수 오차 및 위상 오차 추정부(570)로 전달한다.
앞서, 도 7 및 도 8을 참조하여 전파 지연과 스케쥴링 지연을 보정하여 전파 지연과 스케쥴링 지연에 의한 상향 및 하향링크의 비대칭성을 제거하였으므로, 도 5의 제2 동기화 장치를 이용해서는 나머지 전송지연을 제거하게 된다.
따라서, 전파 지연과 스케쥴링 지연 보정 후 잔류 지연, 즉 전송지연을 DP라고 하면, DP는 하향링크와 상향링크에서 동일한 값으로 정의할 수 있다.
다음으로 Sync1() 메시지를 전송할 때 하향링크에서의 전송지연을 DT,DL이라고 하고, Delay_Req1() 메시지를 전송할 때 상향링크에서의 전송지연을 DT,UL이라고 정의하자.
Sync1() 메시지 크기 대비 Sync2() 메시지의 크기를 K라고 정의하면 Sync2() 메시지를 전송할 때의 전송지연은 2DT,DL가 되고, Delay_Req2() 메시지를 전송할 때 전송지연을 2DT,UL이 된다.
이와 같이 정의한 변수를 이용하여 <수학식 9> 내지 <수학식 12>를 다시 정리하면 <수학식 13> 내지 <수학식 16>과 같다.
(수학식 13)
Figure 112010017285244-pat00007
(수학식 14)
Figure 112010017285244-pat00008
(수학식 15)
Figure 112010017285244-pat00009
(수학식 16)
Figure 112010017285244-pat00010
이때 K는 0보다 크고 1이 아닌 상수이다.
위의 <수학식 13> 내지 <수학식 16>으로 정의되는 관계식을 이용하여 다수의 메시지 교환 과정을 반복하면 a와 b를 추정할 수 있다.
한 예로서, Sync() 메시지와 Delay_Req() 메시지를 4번씩 주고 받는 경우 <수학식 13> 내지 <수학식 16>을 <수학식 17>과 같이 벡터-행렬식으로 표시할 수 있다.
(수학식 17)
Figure 112010017285244-pat00011
이때, c= aDp, d=aDT,DL, e=aDT,UL로 정의되며, y, A, w는 <수학식 18>과 같이 정의된다.
(수학식 18)
Figure 112010017285244-pat00012
<수학식 18>로부터 최소 자승(least squares) 추정 기법을 이용하여 <수학식 19>와 같이 a와 b를 추정할 수 있다.
(수학식 19)
Figure 112010017285244-pat00013
참고로, a와 b는 위에서 보인 최소 자승 추정 기법 외에 RLS(Recursive Least Squares) 추정 기법, 회귀(regression) 추정 기법, 필터링 추정 기법 등 다양한 방법으로 추정할 수 있다. 주파수 오차 추정값
Figure 112010017285244-pat00014
, 위상 오차
Figure 112010017285244-pat00015
가 정해지면, 슬레이브 클럭을 <수학식 20>과 같이 보정하여 마스터 클럭에 동기화된 클럭을 생성할 수 있다.
(수학식 20)
Figure 112010017285244-pat00016
이때 t_sync는 슬레이브에서 마스터 클럭에 동기화되도록 생성한 클럭을 나타낸다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
그리고, 명세서상에 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명의 실시예는 비대칭 통신 링크에서의 소형기지국 동기화 장치 및 방법에 적용 가능한 것으로서, 상향링크와 하향링크의 비대칭적인 전송 속도에 의해 하향링크의 전송지연과 상향링크의 전송지연이 비대칭적으로 발생하는 경우에도 IEEE 1588 슬레이브에서 클럭 오차를 추정하여 보상하고 슬레이브 클럭을 마스터 클럭과 동기화시킬 수 있을 것이다.
300: 코어네트워크 310: IEEE 1588 마스터
320: 유선망 330: 제1 동기화 장치
340: IEEE 1588 슬레이브 350: 제2 동기화 장치
360: 소형기지국 410: 제1 물리계층
415: 제1 검출기 420: 큐
430: 제2 물리계층 435: 제2 검출기
440: 1588 코드 510: 패킷 수신시간 측정부
520: 패킷 디코딩부 530: 타임 스탬프 추출부
540: 메시지 발생부 550: 패킷 인코딩부
560: 패킷 송신시간 측정부 570: 주파수 오차 및 위상 오차 추정부
580: 로컬 클럭 발생부 590: 클럭 보정부

Claims (14)

  1. 코어네트워크의 동기정보를 포함하는 제1 패킷 및 상기 제1 패킷의 송신시간정보를 포함하는 제2 패킷을 전송하는 마스터(Master);
    상기 마스터로 상기 제1 패킷에 대한 지연시간정보를 요청하는 제3 패킷을 송신하고, 상기 마스터로부터 상기 제3 패킷에 대응하는 수신시간정보를 포함하는 제4 패킷을 수신하며, 상기 제1 패킷의 수신시간 및 상기 제3 패킷의 송신시간을 측정하고, 상기 제2 패킷 및 상기 제4 패킷의 타임스탬프(Timestamp) 값을 추출하는 슬레이브(Slave);
    상기 코어네트워크에 대한 동기신호를 생성하며, 상기 동기정보 및/또는 상기 지연시간정보를 이용하여 상기 동기신호를 1차 보정하는 제1 동기화 장치;
    상기 수신시간, 상기 송신시간 및 상기 타임스탬프 값을 이용하여 상기 동기신호를 2차 보정하는 제2 동기화 장치; 및
    상기 2차 보정된 동기신호를 이용해 소형기지국을 상기 코어네트워크에 동기화하는 소형기지국
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 비대칭 통신링크에서의 소형기지국 동기화 장치.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 마스터와 상기 슬레이브가 상기 제1 패킷 내지 상기 제4 패킷을 2회 이상교환시, 홀수 번째 횟수의 제1 패킷 및 제3 패킷은 크기가 서로 동일하고, 짝수 번째 횟수의 제1 패킷 및 제3 패킷의 크기가 서로 동일하며, 상기 홀수 번째 횟수의 제1 패킷과 상기 짝수 번째 횟수의 제1 패킷은 크기가 서로 다르고, 상기 홀수 번째 횟수의 제3 패킷과 상기 짝수 번째 횟수의 제3 패킷은 크기가 서로 다른 것을 특징으로 하는 비대칭 통신링크에서의 소형기지국 동기화 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 동기화 장치는 제1 물리계층, 제2 물리계층, 큐(queues), 제1 검출기, 제2 검출기 및 1588 코드를 포함하되,
    상기 제1 물리계층은 상기 마스터의 물리계층에 연결되어 상기 제1 물리계층으로 제공된 상기 제1, 제2 및/또는 제4 패킷을 상기 제1 검출기 및 상기 큐로 전달하고,
    상기 제2 물리계층은 상기 슬레이브의 물리계층에 연결되어 상기 제2 물리계층으로 제공된 상기 제3 패킷을 상기 제2 검출기 및 상기 큐로 전달하며,
    상기 큐는 상기 제1 물리계층에 제공된 상기 제1, 제2 및/또는 제4 패킷을 저장하였다가 순차적으로 상기 제2 물리계층으로 제공하거나 상기 제2 물리계층에 제공된 상기 제3 패킷을 저장하였다가 순차적으로 상기 제1 물리계층으로 제공하며,
    상기 제1 검출기는 상기 제1 물리계층에서 수신한 상기 제1, 제2 및/또는 제4 패킷의 1588을 검출하고,
    상기 제2 검출기는 상기 제2 물리계층에서 수신한 상기 제3 패킷의 1588을 검출하며,
    상기 1588 코드는 상기 제1 및 제2 검출기에서 제공한 제1 내지 제4 패킷의IEEE 1588 패킷을 처리하는 것을 특징으로 하는 비대칭 통신링크에서의 소형기지국 동기화 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 슬레이브는 패킷 수신시간 측정부, 패킷 디코딩부, 타임스탬프 추출부, 메시지 발생부, 패킷 인코딩부 및 패킷 전송시간 측정부를 포함하되,
    상기 패킷 수신시간 측정부는 상기 제1 패킷의 수신 시간을 측정하여 수신시간 정보를 생성하고,
    상기 패킷 디코딩부는 상기 제1 내지 제4 패킷을 복호화하며,
    상기 타임스탬프 추출부는 복호화된 상기 제2 내지 제4 패킷의 상기 타임스탬프 값을 추출하고,
    상기 메시지 발생부는 상기 제3 패킷을 발생하며,
    상기 패킷 인코딩부는 상기 제3 패킷을 수신하여 인코딩하고,
    상기 패킷 전송시간 측정부는 상기 제3 패킷의 전송시간을 측정하여 전송시간 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 비대칭 통신링크에서의 소형기지국 동기화 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 동기화 장치는 주파수 오차 및 위상 오차 추정부, 클럭 보정부 및 로컬 클럭 발생부를 포함하되,
    상기 주파수 오차 및 위상 오차 추정부는 상기 타임스탬프 값, 수신시간 정보 및 전송시간 정보를 이용해 주파수 오차 및 위상 오차를 추정하여 결과 값을 출력하고,
    상기 클럭 보정부는 상기 결과 값 및 상기 로컬 클럭 발생부에서 제공된 로컬 클럭을 이용해 상기 1차 보정된 동기신호를 2차 보정하는 것을 특징으로 하는 비대칭 통신링크에서의 소형기지국 동기화 장치.
  7. 삭제
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 1차 보정된 동기신호 및 상기 2차 보정된 동기신호는 클럭 신호이고,
    상기 1차 보정된 동기신호의 클럭 신호(t_slave), 상기 2차 보정된 동기신호의 클럭 신호(t_sync), 주파수 오차(
    Figure 112016018750057-pat00017
    ), 위상 오차(
    Figure 112016018750057-pat00018
    )는
    Figure 112016018750057-pat00019
    의 관계식을 가지며,
    상기 주파수 오차는 상기 마스터의 클럭 주파수 대비 상기 슬레이브의 주파수 비이고, 상기 위상 오차는 상기 슬레이브의 클럭과 상기 마스터의 위상 차이인 것을 특징으로 하는 비대칭 통신링크에서의 소형기지국 동기화 장치.
  9. 삭제
  10. 코어네트워크의 동기정보를 포함하는 제1 패킷 및 상기 제1 패킷의 송신시간정보를 포함하는 제2 패킷을 수신하는 단계;
    상기 제1 패킷에 대한 지연시간정보를 요청하는 제3 패킷을 송신하는 단계;
    상기 제3 패킷에 대응하는 수신시간정보를 포함하는 제4 패킷을 수신하는 단계;
    상기 코어네트워크에 대한 동기신호를 생성하며, 상기 동기정보 및/또는 상기 지연시간정보를 이용하여 상기 동기신호를 1차 보정하는 단계;
    상기 제1 패킷의 수신시간 및 상기 제3 패킷의 송신시간을 측정하는 단계;
    상기 제2 패킷 및 상기 제4 패킷의 타임스탬프 값을 추출하는 단계;
    상기 수신시간, 상기 송신시간 및 상기 타임스탬프 값을 이용하여 상기 동기신호를 2차 보정하는 단계; 및
    상기 2차 보정된 동기신호를 이용해 소형기지국을 상기 코어네트워크에 동기화하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 비대칭 통신링크에서의 소형기지국 동기화 장치의 동기화 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 및 제4 패킷의 송수신 과정은 수회에 걸쳐 주기적으로 이루어지며, 상기 제1 및 제4 패킷의 주기적인 송수신시, 홀수 번째 횟수의 제1 패킷과 짝수 번째 횟수의 제1 패킷은 서로 다른 크기로 수신하되, 홀수 번째 횟수의 제1 패킷과 제3 패킷은 동일한 크기로 수신 및 송신하고, 짝수 번째 횟수의 제1 패킷과 제3 패킷은 동일한 크기로 수신 및 송신하는 것을 특징으로 하는 비대칭 통신링크에서의 소형기지국 동기화 장치의 동기화 방법.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 1차 보정된 동기신호를 2차 보정하는 단계는
    상기 수신시간, 상기 송신시간 및 상기 타임스탬프 값을 이용하여 주파수 오차 및 위상 오차를 추정하여 결과 값을 산출하는 단계; 및
    로컬 클럭을 제공받아 상기 로컬 클럭과 상기 결과 값을 이용해 상기 1차 보정된 동기신호를 2차 보정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 비대칭 통신링크에서의 소형기지국 동기화 장치의 동기화 방법.
  13. 제10 항에 있어서,
    상기 타임스탬프 값을 추출하는 단계는,
    상기 제2 패킷 및 상기 제4 패킷을 디코딩하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비대칭 통신링크에서의 소형기지국 동기화 장치의 동기화 방법.
  14. 제10 항에 있어서,
    상기 제3 패킷의 송신시간을 측정하는 단계는
    상기 지연시간정보를 요청하는 상기 제3 패킷을 생성하는 단계; 및
    상기 제3 패킷을 인코딩하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 비대칭 통신링크에서의 소형기지국 동기화 장치의 동기화 방법.
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