KR101637361B1 - 무선 통신 시스템에서 금지셀 취급 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선 통신 시스템에서 금지셀 취급 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 양상에 따른 복수의 주파수들을 이용하는 무선 통신 시스템의 단말에서 금지셀 취급 방법에 있어서, 단말은 상기 단말과 네트워크 사이의 인증이 실패하면 RRC (Radio Resource Control) 연결을 해제하고, 상기 RRC 연결이 해제되면, 상향 무선링크와 하향 무선링크가 함께 존재하는 셀, 상향 무선링크만 존재하는 셀 및 하향 무선링크만 존재하는 셀을 금지셀(barred cell)로 간주한다.

Description

무선 통신 시스템에서 금지셀 취급 방법 및 장치{METHOD OF OPERATING OF HANDLING BARRED CELL IN A WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 무선 통신 시스템에서 금지셀 취급 방법에 관한 것이다.

먼저, UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)의 망구조에 대해 도 1을 참조하여 설명한다.

도 1은 UMTS의 망구조를 나타낸 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, UMTS 시스템은 단말(user equipment, UE), UTMS 무선접속망(UMTS terrestrial radio access network, UTRAN) 및 핵심망(core network, CN)을 포함한다. UTRAN은 한 개 이상의 무선망부시스템(radio network sub-systems, RNS)으로 구성되며, RNS 각각은 하나의 무선망제어기(radio network controller, RNC) 및 RNC에 의해서 관리되는 하나 이상의 기지국(Node B)을 포함한다. 하나의 기지국에는 하나 이상의 셀(Cell)이 존재한다.

다음으로, UMTS에서 사용하는 무선 프로토콜의 구조에 대해 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2는 UMTS에서 사용하는 무선 프로토콜의 구조를 나타낸 도면이다. 이러한 무선 프로토콜 계층들은 단말과 UTRAN에 쌍(pair)으로 존재하여, 무선 구간의 데이터 전송을 담당한다. 각각의 무선 프로토콜 계층들에 대해 설명하면, 제1 계층인 물리 계층(physical layer, PHY 계층)은 다양한 무선전송기술을 이용해 데이터를 무선 구간으로 전송하는 역할을 한다. PHY 계층은 상위 계층인 MAC 계층과 전송채널(transport channel)을 통해 연결되어 있으며, 전송채널은 크게 채널의 공유 여부에 따라 전용(dedicated) 전송 채널과 공용(common) 전송 채널로 나뉜다.

제2 계층에는 MAC, RLC, PDCP, 및 BMC 계층이 존재한다. MAC 계층은 다양한 논리 채널(logical channel)을 다양한 전송 채널에 맵핑시키고, 복수의 논리 채널을 하나의 전송 채널에 맵핑시키는 논리 채널 다중화(Multiplexing)도 수행한다.

MAC 계층은 상위계층인 RLC 계층과는 논리 채널로 연결되어 있으며, 논리 채널은 전송되는 정보의 종류에 따라 제어 평면(control plane)의 정보를 전송하는 제어 채널(control channel)과 사용자 평면(user plane)의 정보를 전송하는 트래픽 채널(traffic channel)로 나뉜다. 제어 채널에는 공용 제어 정보를 전송하는 CCCH(Common Control Channel) 논리 채널, 특정 단말에게 제어 정보를 전송하는 DCCH(Dedicated Control Channel) 논리 채널, 셀에 공통으로 적용되는 시스템 정보를 수신하는 BCCH(Broadcast Control Channel) 논리 채널, 페이징 메시지를 수신하는 PCCH(Paging Control Channel) 논리 채널 등이 있다. 트래픽 채널에는 특정 단말에게 사용자 평면의 데이터를 전달하는 DTCH(Dedicated Traffic Channel)가 존재한다.

또한, MAC 계층은 세부적으로 관리하는 전송 채널의 종류에 따라 MAC-b 부계층(Sublayer), MAC-d 부계층, MAC-c/sh 부계층, MAC-hs/ehs 부계층 및 MAC-e/es 또는 MAC-i/is 부계층으로 구분된다. MAC-b 부계층은 시스템 정보의 방송을 담당하는 전송 채널인 BCH(Broadcast Channel)의 관리를 담당하고, MAC-c/sh 부계층은 다른 단말들과 공유되는 FACH(Forward Access Channel) 공용 전송 채널을 관리하며, MAC-d 부계층은 특정 단말에 대한 전용 전송 채널인 DCH(Dedicated Channel)의 관리를 담당한다. 또한, MAC-hs/ehs 부계층은 고속 하향 데이터 전송을 위한 전송 채널인 HS-DSCH(High Speed Downlink Shared Channel)를 관리하며, MAC-e/es 또는 MAC-i/is 부계층은 고속 상향 데이터 전송을 위한 전송 채널인 E-DCH(Enhanced Dedicated Channel)를 관리한다.

RLC 계층은 무선 베어러(radio Bearer, RB)의 QoS에 대한 보장과 데이터의 전송을 담당한다. RLC는 RB 고유의 QoS를 보장하기 위해 RB 마다 한 개 또는 두 개의 독립된 RLC 개체(Entity)를 두고 있으며, 다양한 QoS를 지원하기 위해 투명모드 (Transparent Mode, TM), 무응답모드(Unacknowledged Mode, UM) 및 응답모드 (Acknowledged Mode, AM)의 세가지 RLC 모드를 제공하고 있다. 또한, RLC는 하위계층이 무선 구간으로 데이터를 전송하기에 적합하도록 데이터 크기를 조절하는 역할도 하고 있으며, 이를 위해 상위계층으로부터 수신한 데이터를 분할 및 연결하는 기능도 수행한다.

PDCP 계층은 RLC 계층의 상위에 위치하며, IPv4나 IPv6와 같은 IP 패킷을 이용하여 전송되는 데이터가 상대적으로 대역폭이 작은 무선 구간에서 효율적으로 전송될 수 있도록 한다. 이를 위해, PDCP 계층은 헤더압축(Header Compression) 기능을 수행하는데, 이는 데이터의 헤더(Header) 부분에서 반드시 필요한 정보만을 전송하도록 하여, 무선 구간의 전송 효율을 증가시키는 역할을 한다. PDCP 계층은 헤더 압축이 기본 기능이기 때문에 주로 패킷망(packet switched, PS) 영역에 존재하며, 각 PS 서비스에 대해 효과적인 헤더 압축 기능을 제공하기 위해 RB 당 한 개의 PDCP 개체가 존재한다. 그러나, PDCP 계층이 서킷망(circuit switched, CS) 영역에 존재하는 경우에는 헤더 압축 기능을 제공하지 않는다.

그 외에도 제 2계층에는 BMC (Broadcast/Multicast Control) 계층이 RLC 계층의 상위에 존재하여, 셀 방송 메시지(Cell Broadcast Message)를 스케줄링하고, 특정 셀에 위치한 단말들에게 방송하는 기능을 수행한다.

제3 계층의 가장 하부에 위치한 무선자원제어(radio resource control, RRC) 계층은 제어 평면에서만 정의되며, RB들의 설정, 재설정 및 해제와 관련되어 제1 계층 및 제2 계층의 파라미터들을 제어하고, 논리채널, 전송채널 및 물리채널들의 제어를 담당한다. 이때, RB는 단말과 UTRAN간의 데이터 전달을 위해 무선 프로토콜의 제1 계층 및 제2 계층에 의해 제공되는 논리적 경로(path)를 의미하고, 일반적으로 RB가 설정된다는 것은 특정 서비스를 제공하기 위해 필요한 무선 프로토콜 계층 및 채널의 특성을 규정하고, 각각의 구체적인 파라미터 및 동작 방법을 설정하는 과정을 의미한다.

그리고, 제3 계층의 상부에 위치한 NAS(Non Access Stratum) 계층은 MM(Mobility Management) 엔터티와 CM(Connection Management) 엔터티를 포함한다. MM 엔터티는 TMSI(Temporary Mobile Subscriber Identity) 재 할당 과정, 인증 과정, 단말 식별 과정, IMSI(International Mobile Subscriber Identity) 첨부 과정 등을 수행하며, 각각의 단말을 구분하고 여러 단말을 관리한다. 또한, MM 엔터티는 위치 정보 갱신 과정을 통하여 현재 단말의 위치정보를 관리한다. CM 엔터티는 네트워크에 의해 제공된 서비스를 제공하고 제어한다. 따라서, 해당 CM 엔터티는 음성 통화의 연결 설정, 관리, 종료 및 데이터 통신에 해당하는 세션 연결 설정, 관리, 종료 및 SMS(Short Message Serving) 의 제공, 제어 또는 부가 서비스 제공 연결 설정, 관리, 종료 등의 과정을 수행한다.

다음으로, 듀얼 셀 HSPA(Dual Cell High Speed Packet Access)에 대하여 살펴본다. 듀얼 셀 HSPA는 단말이 기존에 하나의 주파수만을 이용해 E-DCH 전송을 하던 것을 하나의 단말이 동시에 두 개의 주파수를 이용하여 데이터를 전송하여 기존 E-DCH 보다 데이터 전송 량을 두 배로 늘리는 기술이다. 단말이 두 개의 주파수를 이용하여 데이터를 전송하는 동작을 듀얼 셀 E-DCH 동작(Dual Cell E-DCH Operation) 이라 한다. 또한, 하향링크에 대하여 종래에는 단말이 하나의 주파수을 이용하여 HS-DSCH를 수신하였는데, 두 개의 주파수를 동시에 이용하여 HS-DSCH를 수신하여 데이터 수신 량을 두 배로 늘리는 기술을 듀얼 셀 HSDPA 동작(Dual Cell HSDPA Operation)이라 한다.

종래 기술에 따르면, 액티브 셋(Active Set)은 한 셀 내에 상향 무선 링크와 하향 무선 링크를 동시에 지니고 있는 셀들의 집합으로 정의된다. 따라서, 듀얼 셀 HSDPA 동작을 수행하는 단말의 경우, 하나의 상향 무선 링크와 하나의 하향 무선 링크를 동시에 지니고 있는 제1 셀은 액티브 셋에 속하고, 하향 무선 링크만 존재하는 제2 셀은 액티브 셋에 속하지 않는다.

듀얼 셀 HSDPA 동작을 수행하는 단말이 인증 실패로 인하여 상위 계층으로부터 RRC 연결 해제(RRC Connection Release) 메시지를 수신하면, 단말은 연결 접속한 모든 무선 자원을 해제하고, 유휴(idle) 모드로 들어가기 전에 액티브 셋에 존재하는 제1 셀을 접속 차단된(barred) 셀로 간주하고, 제2 셀은 액티브 셋에 존재하지 않으므로 접속 차단된 셀로 간주하지 않는다.

따라서, 단말이 유휴 모드로 이동한 뒤 다시 새로운 셀을 선택할 때 제2 셀의 무선환경이 좋은 경우 단말은 다시 제2 셀을 선택할 수 있다. 하지만, 제2 셀은 인증 과정이 실패하였던 셀이므로 단말이 제2 셀과 연결 접속이 이루어지더라도, 다시 인증 과정이 실패하게 될 것이다. 이 후, 단말의 상위 계층은 인증 과정 실패로 인한 RRC 연결 해제 메시지를 RRC 계층에게 전송하고 단말은 제2 셀은 접속 차단된 셀로 간주하여 단말이 새로운 셀을 선택할 때 제2 셀은 다시 선택하지 않는다. 즉, 듀얼 셀 HSDPA 동작 시에 추가적인 불필요한 셀 선택 과정이 수행될 수 있다.

위에서 설명한 바와 같이, 종래 기술에 따르면, 불필요한 셀 선택 과정이 수행되는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 불필요한 셀 선택 과정의 발생을 방지하는 셀 선택 방법을제공하는 것이다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 달성하기 위해, 본 발명의 일 양상에 따른 복수의 주파수들을 이용하는 무선 통신 시스템의 단말에서 금지셀 취급 방법에 있어서, 단말은 상기 단말과 네트워크 사이의 인증이 실패하면 상기 단말과 상기 네트워크 사이의 RRC (Radio Resource Control) 연결을 해제하고, 상기 RRC 연결이 해제되면, 제1 상향 무선링크와 제1 하향 무선링크가 함께 존재하는 셀, 제2 상향 무선링크만 존재하는 셀 및 제2 하향 무선링크만 존재하는 셀을 금지셀(barred cell)로 간주한다.

이때, 상기 단말은 상기 네트워크로부터 RRC(radio resource control) 연결 해제 메시지를 수신할 수 있다.

또한, 상기 단말은 상기 금지셀들을 제외하고 캠핑온하기에 적합한(suitable) 셀을 선택할 수 있다.

또한, 상기 무선 통신 시스템은 UMTS(Universal Mobile Telecommunication System)이고, 상기 제1 상향 무선링크와 제1 하향 무선링크가 함께 존재하는 셀은 액티브 셋(active set)에 속하고, 상기 액티브 셋은 상기 단말과 네트워크 사이의 무선링크들의 집합일 수 있다.

또한, 상기 금지 셀들은 주 서빙 HS-DSCH 셀(primary serving High Speed-Downlink Shared Channel cell) 및 모든 부(secondary) 서빙 HS-DSCH 셀들을 포함할 수 있다.

또한, 상기 무선 통신 시스템은 LTE(Long Term Evolution) 시스템이고, 상기 금지셀들은 주 서빙 셀(primary serving cell)과 모든 부 서빙 셀(secondary serving cell)들을 포함할 수 있다.

또한, 상기 단말과 상기 네트워크 사이의 인증은 상기 단말의 NAS(Non-Access Stratum) 계층에서 수행될 수 있다.

또한, 상기 단말과 상기 네트워크 사이의 인증이 실패하면, 상기 NAS 계층은 상기 단말의 RRC 계층으로 RRC 연결 해제를 요청할 수 있다.

또한, 상기 제1 하향 무선링크 및 상기 제2 하향 무선링크 각각은 주파수와 셀 식별자로 식별되고, 상기 주파수는 UARFCN (UTRA (Universal Mobile Telecommunications System) Absolute Radio Frequency Channel Number) 및 EARFCN (Evolved Absolute Radio Frequency Channel Number) 중 적어도 하나이며, 상기 셀 식별자는 PSC (Primary Scrambling Code) 및 PCI (Physical Cell Identifier) 중 적어도 하나일 수 있다.

또한, 상기 제1 상향 무선링크 및 상기 제2 상향 무선링크 각각은 주파수와 셀 식별자로 식별되고, 상기 주파수는 상기 상향 무선링크를 통한 데이터를 전송하는 상향 주파수인 UARFCN(UTRA(Universal Mobile Telecommunications System) Absolute Radio Frequency Channel Number) 및 EARFCN (Evolved Absolute Radio Frequency Channel Number) 중 적어도 하나이며, 상기 셀 식별자는 상향링크 스크램블링 코드(Uplink scrambling code), PRACH(Physical Random Access Channel) 스크램블링 코드 또는 PCI (Physical Cell Identifier)와 C-RNTI (Cell Radio Network Temporary Identifier) 중 적어도 하나일 수 있다.

또한, 상기 제1 상향 무선링크 및 상기 제2 상향 무선링크 각각은 상향 링크 전송에 필요한 제어정보를 수신하는 하향무선링크의 주파수와 셀 식별자로 식별되고, 상기 주파수는 UARFCN(UTRA(Universal Mobile Telecommunications System) Absolute Radio Frequency Channel Number) 및 EARFCN (Evolved Absolute Radio Frequency Channel Number) 중 적어도 하나이며, 상기 셀 식별자는 상향링크 스크램블링 코드 (Uplink scrambling code), PRACH(Physical Random Access Channel) 스크램블링 코드 또는 PCI (Physical Cell Identifier)와 C-RNTI (Cell Radio Network Temporary Identifier) 중 적어도 하나일 수 있다.

상기 과제를 달성하기 위해, 본 발명의 다른 양상에 따른 복수의 주파수들을 이용하는 무선 통신 시스템의 단말은 상기 단말과 네트워크 사이의 인증이 실패하면 상기 단말과 상기 네트워크사이의 RRC (Radio Resource Control) 연결을 해제하고, 제1 상향 무선링크와 제1 하향 무선링크가 함께 존재하는 셀, 제2 상향 무선링크만 존재하는 셀 및 제2 하향 무선링크만 존재하는 셀을 금지셀로 간주하는 프로세서를 포함한다.

본 발명의 실시예들에 따르면 불필요한 셀 선택 과정의 발생을 방지할 수 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 UMTS의 망구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 UMTS에서 사용하는 무선 프로토콜의 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 듀얼 셀 HSPA를 나타낸 도면이다.
도 4는 LTE-A 시스템의 캐리어 집합을 나타낸 도면이다.
도 5는 단말과 네트워크 사이의 인증이 실패한 경우를 나타낸 도면이다.
도 6은 단말과 네트워크 간의 인증 과정을 나타낸 도면이다.
도 7은 단말이 하나의 주파수를 사용하는 경우 E-DACH 액티브 셋을 나타낸 도면이다.
도 8은 듀얼 셀 HSDPA를 수행하는 단말의 E-DCH 액티브 셋을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 셀 선택 방법을 나타낸 순서도이다.
도 10은 본 발명의 실시예들이 구현될 수 있는 송신기 및 수신기의 구성을 나타내는 도면이다.

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. 예를 들어, 이하의 상세한 설명은 이동통신 시스템이 UMTS 시스템인 경우를 가정하여 구체적으로 설명하나, UMTS 시스템의 특유한 사항을 제외하고는 다른 임의의 이동통신 시스템에도 적용 가능하다.

몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다. 또한, 본 명세서 전체에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.

아울러, 이하의 설명에 있어서 단말은 UE(User Equipment), MS(Mobile Station) 등 이동 또는 고정형의 사용자단 기기를 통칭하는 것을 가정한다. 또한, 기지국은 Node B, eNode B, Base Station 등 단말과 통신하는 네트워크 단의 임의의 노드를 통칭하는 것을 가정한다.

먼저, 듀얼 셀 HSPA(Dual Cell High Speed Packet Access)에 대해 도 3을 참조하여 설명한다.

도 3은 듀얼 셀 HSPA를 나타낸 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 종래에는 단말이 하나의 주파수를 이용해 E-DCH(Enhanced Dedicated Channel)를 전송했으나, 듀얼 셀 HSPA에서는 단말이 동시에 두 주파수를 이용하여 데이터를 전송하여 종래보다 데이터 전송 량이 두 배로 늘어난다. 듀얼 셀 HSPA에는 단말은 최대 20Mbps까지 전송할 수 있으며, 단말이 동시에 두 주파수를 이용해 데이터를 전송하는 동작을 듀얼 셀 E-DCH 동작(Dual Cell E-DCH Operation)이라 한다.

또한, 하향 링크에 대하여도 종래에는 단말이 하나의 주파수를 이용하여 HS-DSCH(High Speed Downlink Shared Channel)를 수신했으나, 듀얼 셀 HSPA에서는 하나의 단말이 두 개의 주파수를 이용해 데이터를 수신하여 데이터 수신량이 두 배로 늘어난다. 듀얼 셀 HSPA에서 단말은 최대 80Mbps까지 수신할 수 있으며, 단말이 동시에 두 주파수를 이용해 데이터를 수신하는 동작을 듀얼 셀 HSDPA 동작(Dual Cell HSDPA Operation)이라 한다. 그리고, 하나의 단말이 네 개의 주파수를 동시에 수신하여 기본 HS-DSCH보다 데이터 수신 량을 네 배로 늘릴 수 있다. 그러면, 단말은 최대 160Mbps까지 수신할 수 있으며, 이를 포 캐리어 HSDPA 동작(Four Carrier HSDPA Operation)이라 한다.

듀얼 셀 HSPA에서 단말의 기본 상향 주파수(Primary Uplink Frequency)를 통한 데이터 전송을 위해 필요한 하향 제어신호를 수신하는 셀을 서빙 HS-DSCH 셀(Serving HS-DSCH Cell) 혹은 주 서빙 HS-DSCH 셀(Primary Serving HS-DSCH Cell)이라 한다. 그리고, 단말이 데이터를 수신하는 셀 중 서빙 HS-DSCH 셀이 아닌 셀을 부 서빙 HS-DSCH 셀(Secondary Serving HS-DSCH Cell)이라 한다. 이때, 기본 상향 주파수는 수신된 하향링크 데이터에 대한 확인 응답(acknowledgement /non-acknowledgement, ACK/NACK)을 전송하는 HS-DPCCH 채널이 존재하는 상향 주파수이다.

다음으로, LTE-A 시스템의 캐리어 집합(Carrier Aggregation, CA)에 대해 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4는 LTE-A 시스템의 캐리어 집합을 나타낸 도면이다.

LTE-A 기술 표준은 ITU(International Telecommunication Union)의 IMT-Advanced 후보 기술로써, ITU의 IMT-Advanced 기술 요구사항에 부합되도록 설계되고 있다. 이에 따라, LTE-A에서는 ITU의 요구사항을 만족시키기 위하여 기존 LTE 시스템에 대비하여 대역폭을 확장하는 논의가 진행 중이다. LTE-A 시스템에서는 대역폭을 확장하기 위하여 기존 LTE 시스템에서 가질 수 있는 캐리어(Carrier)를 콤포넌트 캐리어(Component Carrier, CC)라고 정의하고, CC를 최대 5개까지 묶어서 사용할 수 있도록 하는 방안이 논의되고 있다. CC는 LTE 시스템과 같이 최대 20MHz의 대역폭을 가질 수 있기 때문에, 최대 100MHz까지 대역폭을 확장할 수 있는 개념이다. 이처럼 복수의 CC를 묶어서 사용하는 기술은 캐리어 집합이라고 한다.

캐리어 집합 기술이 적용될 때, 단말은 주 서빙 셀(Primary Serving Cell, Pcell)과 부 서빙 셀(Secondary Serving Cell, Scell)들을 가진다. 이때, 주 서빙 셀은 단말이 캠핑온(Camping On) 과정을 수행한 셀이다. 혹은, 네트워크가 셀 공통으로 SIB을 통하여 알려준 셀이다. 부 서빙 셀은 단말이 데이터 수신이 가능한 셀 중 주 서빙 셀이 아닌 셀을 말한다.

다음으로, 단말과 네트워크 사이의 인증 과정에 대해 도 5 및 6을 참조하여 설명한다. 도 5는 단말과 네트워크 사이의 인증이 실패한 경우를 나타낸 도면이다.

도 5(a)는 단말이 인증 과정을 수행한 때 인증이 실패한 경우를 나타내고, 도 5(b)는 네트워크가 인증 과정을 수행한 때 인증이 실패한 경우를 나타낸다.

일반적으로는 유휴한 단말이 네트워크에 접속하여 데이터 송수신을 수행한다. 그러나, 단말과 네트워크가 서로 성공적으로 데이터 송수신을 하는 것처럼 보이지만, 거짓 기지국(False BS)이라는 거짓 네트워크가 특정 단말을 도청하기 위하여 단말의 정보를 불법으로 획득하는 경우가 있다. 또한, 인증 받지 않은 단말이 과금 없이 네트워크에 접속하여 무료로 데이터 송수신을 수행할 수도 있다. 따라서, 이러한 경우를 막기 위하여 주기적으로 또는 단말이 네트워크에 연결 접속시 단말과 네트워크는 인증 과정을 수행한다. 이러한 인증 과정 수행 시, 네트워크와 단말과의 인증 과정이 실패하였을 때, 네트워크는 현재 단말이 접속한 셀을 해제한다. 이는 인증에 실패한 단말이 접속한 셀을 네트워크가 인증하지 않은 셀로 간주하기 때문이다. 혹은 네트워크가 현재의 무선 링크가 모두 도청당했다고 생각하고, 네트워크는 모든 무선 자원을 해제하기 때문이다.

네트워크와 단말이 거짓 기지국을 검출해 내기가 쉽지 않다. 왜냐하면, 거 기지국은 네트워크가 단말에게 또는 단말이 네트워크에게 전송한 메시지를 수신하여 그대로 전달하기 때문이다. 이때, 거짓 기지국은 암호화되지 않은 메시지를 엿들을 수 있다. 암호화되거나 인증과정이 수행된 값은 거짓 기지국이 처리할 수 없다. 또한, 거짓 기지국은 단말이나 네트워크가 전송한 메시지를 수정하여 전송할 수 있다. 하지만, 암호화된 메시지나 단말이 전송하는 RRC 연결 요청(RRC Connection Request) 내에 존재하는 IMSI(International Mobile Subscriber Identify) 값은 암호화되지 않고 무결성 검사 체크 없이 전달되기 때문에 거짓 기지국은 단말의 IMSI 값을 알 수 있다.

도 6은 단말과 네트워크 간의 인증 과정을 나타낸 도면이다.

네트워크는 단말에게 AUTH 값, RAND 값 및 MAC 값을 포함하는 인증 요청(authentication request, AUTH REQ) 메시지를 전송한다. 이때, RAND 값은 메시지 전송 시마다 업데이트된다. 단말은 USIM에서 네트워크가 전송한 AUTH 값과 RAND 값을 이용하여 MAC 값을 도출하고, 도출된 MAC 값을 수신된 MAC 값과 비교한다. 도출된 MAC 값이 수신된 MAC 값과 같지 않으면 단말은 네트워크에게 인증 실패(Authentication Failure, AUTH Failure) 메시지를 전송한다.

인증 실패 메시지를 수신한 네트워크는 단말에게 IMSI 값을 요청하는 아이덴터티 요청(identity request, IDENTITY REQ) 메시지를 전송하고, 단말은 네트워크에게 IMSI를 포함하는 아이덴터티 응답(identity response, IDENTITY RSP) 메시지를 전송한다. 그러면, 네트워크는 수신된 IMSI를 기반으로 새로운 인증 요청 메시지를 생성하여 단말에게 전송한다. 새로운 인증 요청 메시지에 포함된 AUTH 값 및 RAND값은 새로운 값으로 업데이트된 값이다.

네트워크가 새로운 인증 메시지를 전송했는데도 불구하고 단말이 인증 실패하면, 단말은 중간에 거짓 기지국이 존재한다고 판단한다. 거짓 기지국은 수신한 메시지를 그대로 전달해 줄 수도 있고, 메시지를 변형시킬 수도 있기 때문이다. 단말은 거짓 기지국에 의하여 인증 실패가 발생했다고 판단하면 연결된 모든 무선 자원을 해제한다. 유휴 모드로 들어가기 전에 단말이 Cell_DCH 상태인 경우에는 모든 액티브 셋 내에 존재하는 모든 셀을 접속 차단(barred)시키고, 단말이 다른 상태인 경우에는 단말이 캠핑온을 수행한 셀을 접속 차단시킨다. 이러한 접속 차단은 단말이 새로운 SIB 메시지를 업데이트 하기 전까지 지속된다. 이때, 단말이 액티브 셋 또는 캠핑온을 수행한 셀을 모두 접속 차단하는 것은 연결된 모든 무선 링크가 도청당하고 있다고 여기기 때문이다.

다음으로, 인증 실패가 발생한 경우, 단말의 동작에 대해 설명한다. 단말이 인증 실패로 인하여 상위 계층으로부터 RRC 연결 해제(RRC Connection Release) 메시지를 수신하면, 단말이 연결된 모든 무선 자원을 해제하고 RRC 유휴 모드로 들어간다.

그리고, 단말은 RRC 유휴 모드로 들어가기 전에 액티브 셋 내에 존재했던 모든 셀 또는 캠핑온을 수행하였던 셀을 접속 차단된(barred)셀로 간주하고, 접속 차단된 셀을 제외하고 캠핑온하기에 적합한(Suitable) 셀을 찾는다.

여기서, 단말이 액티브 셋 내에 존재했던 모든 셀을 접속 차단된 셀로 간주한 이유는, 단말이 액티브 셋으로 여기는 모든 무선 링크가 인증 실패한 무선 링크이므로 신뢰할 수 없기 때문이다.

셀(Cell)은 하나의 UTRAN 액세스 포인트(Access Point)로부터 하나의 특정 지역에 걸쳐 해당 지역에 존재하는 모든 단말에게 방송 메시지를 전송하는 무선 네트워크 객체로서 셀 식별자로서 구분된다. 캠핑온을 수행한 셀은 단말이 셀 선택 과정 및 셀 재선택 과정을 성공적으로 완료하고 선택한 하나의 셀을 의미한다.

다음은 셀 상태 및 셀 예약에 대하여 설명한다. 네트워크는 단말의 셀 선택 과정 및 셀 재선택 과정을 제어하기 위하여 셀의 상태를 접속 차단된 셀과 접속 차단되지 않은(not barred) 셀로 구분한다. 접속 차단된 셀은 단말이 캠핑온하지 못하는 셀이고, 접속 차단되지 않은(not barred) 셀은 단말이 캠핑온할 수 있는 셀이다.

그리고, 네트워크 운용자가 특정 용도로 사용하기 위하여 일반 유저들은 캠핑온하지 못하도록 설정한 셀을 예약된(reserved) 셀 이라고 하고, 그 외의 셀을 예약되지 않은(not reserved) 셀이라고 한다. 단말은 셀 선택 과정 및 재 선택 과정에서 접속 차단된 셀은 셀 선택이 가능한 셀로 간주하지 않는다. 단말은 접속 차단되지 않은 셀이나 예약되지 않은 셀만을 셀 선택이 가능한 셀로 간주한다.

적합한(Suitable) 셀은 단말이 일반적 용도의 범용 서비스(public use) 서비스를 제공받을 수 있는 셀을 의미한다. 적합한 셀은 단말 입장에서, 접속 차단되지 않고, 단말이 측정한 신호의 세기가 현재 단말에게 서비스를 제공하는 셀의 세기 보다 일정값 이상으로 크고, 단말이 접속할 수 있는 PLMN(Public Land Mobile Network) 소속이고, 단말의 위치 영역(Location Area) 갱신 절차 또는 트래킹 영역(Tracking Area) 갱신 절차의 수행이 금지되지 않은 셀이어야 한다.

듀얼 셀 HSDPA와 같이 복수의 주파수를 사용하는 단말에서 셀에 대해 살펴보면, 일반적으로 셀은 하나의 하향링크와 이와 연관된 하나의 상향링크로 구성된다. 하지만, 복수의 주파수를 사용하는 시스템에서 셀은 항상 하나의 상향링크와 하나의 하향링크로 구성되어 있지 않다. 단말은 두 개의 하향링크 혹은 4개의 하향링크와 하나의 상향링크로 구성되어 있을 수 있다. 따라서, 이런 경우에는 연관된 상향링크가 존재하지 않는 하향링크가 존재할 수 있다. 즉, 하향링크만으로 구성된 셀 또는 상향링크만으로 구성된 셀이 존재할 수 있다.

다음, 액티브 셋에 대해 도 7 및 8을 참조하여 설명한다.

무선링크(Radio Link)는 하나의 단말과 하나의 네트워크 장비 사이의 하나의 논리적인 관계이다.

하향 무선링크는 주파수와 셀 식별자로 식별되고, 상기 주파수는 UARFCN (UTRA(Universal Mobile Telecommunications System) Absolute Radio Frequency Channel Number) 및 EARFCN (Evolved Absolute Radio Frequency Channel Number) 중 적어도 하나이며, 상기 셀 식별자는 PSC (Primary Scrambling Code) 및 PCI (Physical Cell Identifier) 중 적어도 하나이다.

상향 무선링크는 주파수와 셀 식별자로 식별되고, 상기 주파수는 상기 상향 무선링크를 통한 데이터를 전송하는 상향 주파수인 UARFCN 및 EARFCN 중 적어도 하나이다. UMTS에서는 셀 식별자는 상향링크 스크램블링 코드(Uplink scrambling code) 또는 PRACH(Physical Random Access Channel) 스크램블링 코드이고, LTE 시스템에서는 셀은 PCI (Physical Cell Identifier)와 C-RNTI (Cell Radio Network Temporary Identifier)로 식별된다.

또는, 상향 무선링크는 상향 링크 전송에 필요한 제어정보를 수신하는 하향무선링크의 주파수와 셀 식별자로 식별될 수도 있다.

액티브 셋은 단말과 네트워크 사이에 특정 통신 서비스를 수행하기 위한 무선링크의 집합을 말하고, 이러한 액티브 셋 내에 존재하는 셀은 소프트 핸드오버가 가능한 지역에 있는 셀이다. 핸드 오버로 인하여 실제적으로 데이터 전송 시 하나 이상의 무선링크를 통하여 데이터 전송이 수행될 수 있다.

도 7은 단말이 하나의 주파수를 사용하는 경우 E-DACH 액티브 셋을 나타낸 도면이다. 액티브 셋은 DCH 전송을 위한 액티브 셋과 E-DCH 전송을 위한 E-DCH 액티브 셋이 존재하지만, 일반적으로 액티브 셋은 DCH 및 E-DCH 전송을 위한 액티브 셋을 말한다. E-DCH는 HS-DSCH와 항상 쌍으로 존재한다. E-DCH 전송을 위하여 단말은 E-AGCH을 통해 그랜트를 수신하고 E-HICH를 통해 전송한 데이터에 대한 ACK/NACK을 수신한다. 만약 단말이 HS-DSCH 로 3개의 무선 링크(C1, C2, C3)를 이용하여 데이터 수신이 가능하고, 이때, E-HICH 수신이 가능한 무선 링크(C1, C2)가 존재하고, 단말이 E-AGCH를 수신하는 무선 링크(C1)가 존재하는 경우, C1, C2는 단말의 액티브 셋에 포함되는 셀이고, C3는 단말의 액티브 셋에 속하지 않는다.

도 8은 듀얼 셀 HSDPA를 수행하는 단말의 E-DCH 액티브 셋을 나타낸 도면이다. 단말이 복수의 주파수를 사용하는 경우, 상향 무선 링크 및 하향 무선 링크가 모두 존재하는 셀은 액티브 셋에 속하지만, 상향 무선 링크 또는 하향 무선 링크만 존재하는 셀은 액티브 셋에 속하지 않는다. E-DCH 전송에서의 액티브 셋은 상향 전송을 위한 하향 제어 신호를 수신하는 무선 링크이다. 따라서 하나의 상향 주파수와 두 개의 하향 주파수를 이용하여 데이터 전송을 수행할 때 도 8과 같이 무선 링크가 설정될 수 있다. 이 경우 E-HICH를 수신하는 하향 무선 링크들은 액티브 셋에 속하고, 그렇지 않은 하향 무선 링크들은 모두 액티브 셋에 속하지 않는다.

다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 셀 선택 방법에 대해 도 9를 참조하여 설명한다. 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 셀 선택 방법을 나타낸 순서도이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 단말은 네트워크와 단말 사이의 인증이 실패하면 단말에게 연결되어 있는 모든 무선 자원을 해제한다(S910).

단말의 NAS 계층은 도 6에 도시된 것과 같이 네트워크와 인증 과정을 수행하여, 인증 실패가 발생하면 단말의 RRC 계층으로 RRC 연결 해제 메시지를 전송한다. RRC 연결 해제 메시지를 수신한 RRC 계층은 연결되어 있는 모든 무선 자원을 해제한다.

그리고, 단말은 단말과 상향무선링크가 존재하는 셀, 하향무선링크가 존재하는 셀 및 상향무선링크와 하향무선링크가 존재하는 셀을 모두 접속 차단시킨다(S920).

UMTS 시스템에서는 단말이 E-DCH가 설정된 상태에 있으면, 단말과 연결이 존재하는 서빙 HS-DSCH 셀 및 모든 부 서빙 HS-DSCH 셀을 모두 접속 차단시킨다.

LTE 시스템에서는 단말이 캐리어 집합이 설정되어 있으면, 단말과 연결이 존재하는 주 서빙 셀과 모든 부 서빙 셀을 모두 접속 차단시킨다.

그리고, 단말은 유휴 모드로 진입하고(S930), 셀 재선택 과정을 수행한다(S940).

단말은 셀 재선택 과정에서 캠핑온하기에 적합한 셀을 찾기 위한 동작을 수행한다. 이때, 단말은 접속 차단된 셀을 제외하고, 캠핑온하기에 적합한 셀을 찾는다.

UMTS 시스템에서 셀 선택 기준을 살펴보면, 셀이 접속차단되어 있지 않아야하고, 단말이 측정한 셀의 신호의 세기가 현재 단말에게 서비스를 제공하는 셀의 세기 보다 일정값 이상으로 크고, 단말이 접속할 수 있는 PLMN(Public Land Mobile Network) 소속이고, 단말의 위치 영역(Location Area) 갱신 절차의 수행이 금지되지 않은 셀이어야 한다.

즉, 단말은 임의의 셀을 선택한 후 주변 셀들의 신호 세기를 측정하여, 선택된 임의의 셀의 신호 세기보다 오프셋 이상으로 신호 세기가 큰 주변 셀이 있으면, 주변 셀을 선택할 수 있다. 이때, 선택되기 위해서 셀은 접속차단되어 있지 않고, 단말이 접속할 수 있는 PLMN 소속이고, 단말의 위치 영역 갱신 절차의 수행이 금지되지 않은 셀이어야 한다.

LTE 시스템에서 셀 선택 기준을 살펴보면, 셀이 접속차단되어 있지 않아야 하고, 단말이 측정한 셀의 신호의 세기가 현재 단말에게 서비스를 제공하는 셀의 세기 보다 일정값 이상으로 크고, 단말이 접속할 수 있는 PLMN(Public Land Mobile Network) 소속이고, 단말의 트래킹 영역(tracking area) 갱신 절차의 수행이 금지되지 않은 셀이어야 한다.

단말은 위에서 설명한 셀 선택 기준에 따라 셀을 선택하여, 선택된 셀로 캠핑온 과정을 수행한다.

도 10은 본 발명의 또 다른 실시예로서, 위에서 설명한 본 발명의 실시예들이 구현될 수 있는 송신기 및 수신기의 구성을 나타내는 도면이다.

송신기 및 수신기은 정보, 데이터, 신호 및/또는 메시지 등을 송수신할 수 있는 안테나(1000, 1010), 안테나를 제어하여 메시지를 전송하는 송신 모듈(Tx module, 1040, 1050), 안테나를 제어하여 메시지를 수신하는 수신 모듈(Rx module, 1060, 1070), 기지국과의 통신과 관련된 정보 들을 저장하는 메모리(1080, 1090) 및 송신모듈, 수신모듈 및 메모리를 제어하는 프로세서(1020, 1030)를 각각 포함한다.

안테나(1000, 1010)는 전송모듈(1040, 1050)에서 생성된 신호를 외부로 전송하거나, 외부로부터 무선 신호를 수신하여 수신모듈(1060, 1070)로 전달하는 기능을 수행한다. 다중 안테나(MIMO) 기능이 지원되는 경우에는 2개 이상의 안테나가 구비될 수 있다.

프로세서(1020, 1030)는 통상적으로 송신기 또는 수신기의 전반적인 동작을 제어한다. 특히, 프로세서는 상술한 본 발명의 실시예들을 수행하기 위한 제어 기능, 서비스 특성 및 전파 환경에 따른 MAC(Medium Access Control) 프레임 가변 제어 기능, 핸드오버(Hand Over) 기능, 인증 및 암호화 기능 등을 수행할 수 있다. 또한, 프로세서(1020, 1030)는 다양한 메시지들의 암호화를 제어할 수 있는 암호화 모듈 및 다양한 메시지들의 송수신을 제어하는 타이머 모듈을 각각 더 포함할 수 있다.

단말의 프로세서(1020)는 네트워크와 단말 사이의 인증 과정을 수행하고, 인증 과정이 실패하면, 단말과 상향 무선링크가 존재하는 셀, 하향 무선링크가 존재하는 셀 및 단말의 액티브 셋에 속하는 셀을 모두 접속 차단시킨다.

전송모듈(1040, 1050)은 프로세서로부터 스케쥴링되어 외부로 전송될 신호 및/또는 데이터에 대하여 소정의 부호화(coding) 및 변조(modulation)를 수행한 후 안테나(1000, 1010)에 전달할 수 있다.

수신모듈(1060, 1070)은 외부에서 안테나(1000, 1010)를 통하여 수신된 무선 신호에 대한 복호(decoding) 및 복조(demodulation)을 수행하여 원본 데이터의 형태로 복원하여 프로세서(1020, 1030)로 전달할 수 있다.

단말의 수신 모듈(1070)은 네트워크로부터 인증 요청 메시지를 수신한다.

메모리(1080, 1090)는 프로세서의 처리 및 제어를 위한 프로그램이 저장될 수도 있고, 입/출력되는 데이터들(이동국의 경우, 기지국으로부터 할당받은 상향링크 그랜트(UL grant), 시스템 정보, 스테이션 식별자(STID), 플로우 식별자(FID), 동작 시간(Action Time), 영역할당정보 및 프레임 오프셋 정보 등)의 임시 저장을 위한 기능을 수행할 수 있다.

또한, 메모리는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어, SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.

상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다.

따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.

Claims (23)

1. 복수의 주파수들을 이용하는 무선 통신 시스템의 단말에서 금지 셀(barred cell)의 취급 방법에 있어서,
   상기 단말과 네트워크 사이의 인증이 실패하면 상기 단말과 상기 네트워크 사이의 RRC (Radio Resource Control) 연결을 해제하는 단계; 및
   상기 RRC 연결이 해제되면, 제1 상향링크와 제1 하향링크가 함께 존재하는 셀, 제2 상향링크만 존재하는 셀 및 제2 하향링크만 존재하는 셀을 상기 금지 셀로 간주하는 단계를 포함하는,
   금지셀 취급 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 네트워크로부터 RRC(radio resource control) 연결 해제 메시지를 수신하는 단계를 더 포함하는,
   금지셀 취급 방법.
3. 제1항에 있어서,
   캠핑-온하기 위한 셀 선택 시, 상기 금지 셀에 대한 접속은 차단되는 것을 특징으로 하는
   금지셀 취급 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 무선 통신 시스템은 UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) 이고,
   상기 제1 상향링크와 제1 하향링크가 함께 존재하는 셀은 액티브 셋(active set)에 속하며,
   상기 액티브 셋은 상기 단말과 네트워크 사이의 무선링크들의 집합인,
   금지셀 취급 방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 금지 셀들은 주 서빙 HS-DSCH 셀(primary serving High Speed-Downlink Shared Channel cell) 및 모든 부(secondary) 서빙 HS-DSCH 셀들을 포함하는,
   금지셀 취급 방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 무선 통신 시스템은 LTE (Long Term Evolution) 시스템이고,
   상기 금지 셀들은 주 서빙 셀(primary serving cell)과 모든 부 서빙 셀(secondary serving cell)들을 포함하는,
   금지셀 취급 방법.
7. 제1항에 있어서,
   상기 단말과 상기 네트워크 사이의 인증은 상기 단말의 NAS (Non-Access Stratum) 계층에서 수행되는,
   금지셀 취급 방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 단말과 상기 네트워크 사이의 인증이 실패하면, 상기 NAS 계층은 상기 단말의 RRC 계층으로 RRC 연결 해제를 요청하는,
   금지셀 취급 방법.
9. 제1항에 있어서,
   상기 제1 하향링크 및 상기 제2 하향링크 각각은 주파수와 셀 식별자로 식별되고,
   상기 주파수는 UARFCN (UTRA (Universal Mobile Telecommunications System) Absolute Radio Frequency Channel Number) 및 EARFCN (Evolved Absolute Radio Frequency Channel Number) 중 적어도 하나이며,
   상기 셀 식별자는 PSC (Primary Scrambling Code) 및 PCI (Physical Cell Identifier) 중 적어도 하나인,
   금지셀 취급 방법.
10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 상향링크 및 상기 제2 상향링크 각각은 주파수와 셀 식별자로 식별되고,
    상기 주파수는 상기 상향링크를 통한 데이터를 전송하는 상향 주파수인 UARFCN(UTRA(Universal Mobile Telecommunications System) Absolute Radio Frequency Channel Number) 및 EARFCN (Evolved Absolute Radio Frequency Channel Number) 중 적어도 하나이며,
    상기 셀 식별자는 상향링크 스크램블링 코드(Uplink scrambling code), PRACH(Physical Random Access Channel) 스크램블링 코드 또는 PCI (Physical Cell Identifier)와 C-RNTI (Cell Radio Network Temporary Identifier) 중 적어도 하나인,
    금지셀 취급 방법.
11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 상향링크 및 상기 제2 상향링크 각각은 상향 링크 전송에 필요한 제어정보를 수신하는 하향무선링크의 주파수와 셀 식별자로 식별되고,
    상기 주파수는 UARFCN(UTRA(Universal Mobile Telecommunications System) Absolute Radio Frequency Channel Number) 및 EARFCN (Evolved Absolute Radio Frequency Channel Number) 중 적어도 하나이며,
    상기 셀 식별자는 상향링크 스크램블링 코드 (Uplink scrambling code), PRACH(Physical Random Access Channel) 스크램블링 코드 또는 PCI (Physical Cell Identifier)와 C-RNTI (Cell Radio Network Temporary Identifier) 중 적어도 하나인,
    금지셀 취급 방법.
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