KR101918618B1 - 비면허 대역 상에서 단말이 데이터를 수신하는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

무선 통신 시스템에서 단말이 비면허 대역 상에서 데이터를 수신하는 방법 및 이를 지원하는 장치가 제공된다. 상기 단말은 상기 단말에게 전송될 데이터가 있음을 지시하는 제 1 지시자를 기지국으로부터 수신하고, 타이머 값을 상기 기지국으로부터 수신하고, 타이머가 동작하는 구간에서 채널 센싱을 수행하고, 상기 채널 센싱을 수행한 결과를 기반으로 데이터를 수신하는 것이 가능함을 지시하는 제 2 지시자 또는 데이터를 수신하는 것이 불가능함을 지시하는 제 3 지시자 중 어느 하나를 상기 기지국으로 전송할 수 있다.

Description

비면허 대역 상에서 단말이 데이터를 수신하는 방법 및 장치

본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무선 통신 시스템에서 비면허 대역 상에서의 단말이 데이터를 수신하는 방법 및 이를 지원하는 장치에 관한 것이다.

UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)의 향상인 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(long term evolution)는 3GPP 릴리즈(release) 8로 소개되고 있다. 3GPP LTE는 하향링크에서 OFDMA(orthogonal frequency division multiple access)를 사용하고, 상향링크에서 SC-FDMA(Single Carrier-frequency division multiple access)를 사용한다. 최대 4개의 안테나를 갖는 MIMO(multiple input multiple output)를 채용한다. 최근에는 3GPP LTE의 진화인 3GPP LTE-A(LTE-Advanced)에 대한 논의가 진행 중이다.

최근 데이터 트래픽 사용량이 증가함에 따라, 고객의 데이터 사용에 대한 수요를 충분히 만족시키는 동시에 대규모시설 투자나 통신 요금의 대대적인 인상이 없는 방안이 요구되었다. 이와 같은 맥락에서 데이터 폭발에 대응하기 위해 다수의 무선 통신 사업자가 도입하고 있는 솔루션 중의 하나는 ISM 대역과 같은 비면허 대역(unlicensed band)에서 사용할 수 있는 무선랜 통신 방식을 활용하여 3G 혹은 LTE 네트워크로 집중되는 무선 데이터 트래픽을 분산(off-loading)하는 것이다.

비면허 대역의 특성상, 통신 사업자가 경매 등의 절차를 거쳐 독점적인 주파수 사용권을 확보하는 것이 아니므로, 정교하게 설계된 무선랜 네트워크는 면허 대역에서의 네트워크 구축과는 비교할 수 없는 저렴한 비용으로 상당한 수준의 용량을 분담할 수 있는 장점을 가지고 있다. 반면, 일정 수준 이상의 인접 대역 보호 및 대역 내 간섭 관련 규정만을 준수하면 많은 수의 통신 설비를 제한 없이 사용할 수 있기 때문에 독점적 사용권이 보장된 면허 대역을 통한 통신 서비스가 제공할 수 있는 수준의 통신 품질을 확보하기가 어렵다. 또한, 3GPP 표준 기술인 HSPA나 LTE 서비스와 IEEE 표준 기술인 WiFi와의 연동을 위한 표준화가 2002년부터 진행되고 있으나 핸드오버, QoS 보장 등의 측면에서 서로 다른 망 구조를 갖는 두 개의 네트워크를 완벽하게 통합하여 서비스를 제공하기는 쉽지 않다는 단점이 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 최근 활발히 논의가 진행되고 있는 기술이 바로 비면허 대역에서의 LTE 기술(LTE-U: LTE on Unlicensed spectrum 또는 U-LTE)이다.

비면허 LTE 셀과 WLAN AP가 공존하는 환경에서 숨겨진 노드 문제(Hidden Node Problem)이 발생할 수 있다. 기존의 RTS(Request To Send)/CTS(Clear To Send) 절차는 CTS의 커버리지를 고려하였을 때, 비면허 LTE 셀과 WLAN AP가 공존하는 환경에서 발생할 수 있는 숨겨진 노드 문제를 해결하기 어려울 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 단말이 비면허 대역 상에서 데이터를 수신하는 방법 및 이를 지원하는 장치를 제안한다.

일 실시 예에 있어서, 무선 통신 시스템에서 단말이 비면허 대역 상에서 데이터를 수신하는 방법이 제공된다. 상기 단말은 상기 단말에게 전송될 데이터가 있음을 지시하는 제 1 지시자를 기지국으로부터 수신하고, 타이머 값을 상기 기지국으로부터 수신하고, 타이머가 동작하는 구간에서 채널 센싱(Channel Sensing)을 수행하고, 상기 채널 센싱을 수행한 결과를 기반으로 데이터를 수신하는 것이 가능함을 지시하는 제 2 지시자 또는 데이터를 수신하는 것이 불가능함을 지시하는 제 3 지시자 중 어느 하나를 상기 기지국으로 전송하는 것을 포함할 수 있다. 상기 제 1 지시자는 RRC 메시지, MAC 제어 요소 또는 PDCCH 중 적어도 어느 하나에 포함되어 수신될 수 있다.

상기 단말은 상기 채널 센싱을 수행한 결과 채널이 사용 중이 아니라고 판단되면, 상기 제 2 지시자를 상기 기지국으로 전송하는 것을 더 포함할 수 있다. 상기 제 2 지시자는 WLAN 모듈 또는 LTE 모듈 중 적어도 어느 하나를 이용하여 전송될 수 있다.

상기 단말은 상기 제 2 지시자의 전송이 필요한지 여부를 지시하는 제 4 지시자를 수신하는 것을 더 포함할 수 있다. 상기 제 2 지시자는 상기 제 4 지시자가 상기 제 2 지시자의 전송이 필요함을 지시하는 경우에 한하여 전송될 수 있다. 상기 제 4 지시자는 WLAN 또는 LTE 셀 중 적어도 어느 하나를 통해 수신될 수 있다.

상기 단말은 상기 제 2 지시자에 대한 응답으로 비면허 대역 상의 SCell을 통해 상기 기지국으로부터 데이터를 수신하는 것을 더 포함할 수 있다.

상기 단말은 상기 채널 센싱을 수행한 결과 채널이 사용 중이라고 판단되면, 상기 제 3 지시자를 상기 기지국으로 전송하는 것을 더 포함할 수 있다. 상기 타이머는 상기 단말이 상기 제 1 지시자를 수신한 후 개시될 수 있다. 상기 개시된 타이머는 상기 타이머 값만큼 경과한 후 만료될 수 있다. 상기 제 3 지시자는 상기 타이머가 만료된 후 전송될 수 있다. 상기 제 3 지시자는 LTE 모듈을 사용하여 비면허 주파수 또는 면허 주파수 상의 LTE 셀을 통해 상기 기지국으로 전송될 수 있다. 상기 제 2 지시자는 상기 기지국으로 전송되지 않을 수 있다.

상기 단말은 상기 제 3 지시자에 대한 응답으로 상기 단말에게 전송될 데이터가 있음을 지시하는 제 5 지시자를 상기 기지국으로부터 수신하는 것을 더 포함할 수 있다. 상기 제 1 지시자의 수신기 주소 및 상기 제 5 지시자의 수신기 주소는 서로 다를 수 있다.

다른 실시 예에 있어서, 무선 통신 시스템에서 비면허 대역 상에서 데이터를 수신하는 단말이 제공된다. 상기 단말은 메모리; 송수신기; 및 상기 메모리와 상기 송수신기를 연결하는 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는 상기 송수신기가 상기 단말에게 전송될 데이터가 있음을 지시하는 제 1 지시자를 기지국으로부터 수신하도록 제어하고, 상기 송수신기가 타이머 값을 상기 기지국으로부터 수신하도록 제어하고, 타이머가 동작하는 구간에서 채널 센싱(Channel Sensing)을 수행하고, 상기 송수신기가 상기 채널 센싱을 수행한 결과를 기반으로 데이터를 수신하는 것이 가능함을 지시하는 제 2 지시자 또는 데이터를 수신하는 것이 불가능함을 지시하는 제 3 지시자 중 어느 하나를 상기 기지국으로 전송하는 것을 제어하도록 구성될 수 있다.

비면허 LTE 셀과 WLAN AP가 공존하는 환경에서 발생할 수 있는 숨겨진 노드 문제 등을 해결할 수 있다.

도 1은 LTE 시스템의 구조를 나타낸다.
도 2는 제어 평면에 대한 LTE 시스템의 무선 인터페이스 프로토콜을 나타낸다.
도 3은 사용자 평면에 대한 LTE 시스템의 무선 인터페이스 프로토콜을 나타낸다.
도 4는 초기 전원이 켜진 RRC 아이들 상태의 단말이 셀 선택 과정을 거쳐 네트워크 망에 등록하고, 필요할 경우 셀 재선택을 하는 절차를 나타낸다.
도 5는 RRC 연결을 설정하는 과정을 나타낸다.
도 6은 RRC 연결 재구성 절차를 나타낸다.
도 7은 RRC 연결 재확립 절차를 나타낸다.
도 8은 무선랜(wireless local area network, WLAN)의 구조를 나타낸다.
도 9는 숨겨진 노드 및 노출된 노드의 일 예를 나타낸다.
도 10은 RTS(Request To Send) 및 CTS(Clear To Send)를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 면허-비면허 대역이 통합된 네트워크 구성을 나타낸다.
도 12는 비면허 LTE 셀과 WLAN AP가 공존하는 환경에서 발생하는 숨겨진 노드 문제를 나타낸다.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따라, 단말이 비면허 대역 상에서 데이터 수신이 가능함을 지시하는 방법을 나타낸다.
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따라, 단말이 비면허 대역 상에서 데이터 수신이 불가능함을 지시하는 방법을 나타낸다.
도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따라, 단말은 비면허 대역 상에서 데이터를 수신하는 방법에 관한 블록도이다.
도 16은 본 발명의 실시 예가 구현되는 무선 통신 시스템의 블록도이다.

이하의 기술은 CDMA(code division multiple access), FDMA(frequency division multiple access), TDMA(time division multiple access), OFDMA(orthogonal frequency division multiple access), SC-FDMA(single carrier frequency division multiple access) 등과 같은 다양한 무선 통신 시스템에 사용될 수 있다. CDMA는 UTRA(universal terrestrial radio access)나 CDMA2000과 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. TDMA는 GSM(global system for mobile communications)/GPRS(general packet radio service)/EDGE(enhanced data rates for GSM evolution)와 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. OFDMA는 IEEE(institute of electrical and electronics engineers) 802.11(Wi-Fi), IEEE 802.16(WiMAX), IEEE 802-20, E-UTRA(evolved UTRA) 등과 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. IEEE 802.16m은 IEEE 802.16e의 진화로, IEEE 802.16e에 기반한 시스템과의 하위 호환성(backward compatibility)를 제공한다. UTRA는 UMTS(universal mobile telecommunications system)의 일부이다. 3GPP(3rd generation partnership project) LTE(long term evolution)은 E-UTRA(evolved-UMTS terrestrial radio access)를 사용하는 E-UMTS(evolved UMTS)의 일부로써, 하향링크에서 OFDMA를 채용하고 상향링크에서 SC-FDMA를 채용한다. LTE-A(advanced)는 3GPP LTE의 진화이다.

설명을 명확하게 하기 위해, LTE-A를 위주로 기술하지만 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.

도 1은 LTE 시스템의 구조를 나타낸다. 통신 네트워크는 IMS 및 패킷 데이터를 통한 인터넷 전화(Voice over internet protocol: VoIP)와 같은 다양한 통신 서비스들을 제공하기 위하여 넓게 설치된다.

도 1을 참조하면, LTE 시스템 구조는 하나 이상의 단말(UE; 10), E-UTRAN(evolved-UMTS terrestrial radio access network) 및 EPC(evolved packet core)를 포함한다. 단말(10)은 사용자에 의해 움직이는 통신 장치이다. 단말(10)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, MS(mobile station), UT(user terminal), SS(subscriber station), 무선기기(wireless device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다.

E-UTRAN은 하나 이상의 eNB(evolved node-B; 20)를 포함할 수 있고, 하나의 셀에 복수의 단말이 존재할 수 있다. eNB(20)는 제어 평면(control plane)과 사용자 평면(user plane)의 끝 지점을 단말에게 제공한다. eNB(20)는 일반적으로 단말(10)과 통신하는 고정된 지점(fixed station)을 말하며, BS(base station), BTS(base transceiver system), 액세스 포인트(access point) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 하나의 eNB(20)는 셀마다 배치될 수 있다. eNB(20)의 커버리지 내에 하나 이상의 셀이 존재할 수 있다. 하나의 셀은 1.25, 2.5, 5, 10 및 20 MHz 등의 대역폭 중 하나를 가지도록 설정되어 여러 단말에게 하향링크(DL; downlink) 또는 상향링크(UL; uplink) 전송 서비스를 제공할 수 있다. 이때 서로 다른 셀은 서로 다른 대역폭을 제공하도록 설정될 수 있다.

이하에서, DL은 eNB(20)에서 단말(10)로의 통신을 의미하며, UL은 단말(10)에서 eNB(20)으로의 통신을 의미한다. DL에서 송신기는 eNB(20)의 일부이고, 수신기는 단말(10)의 일부일 수 있다. UL에서 송신기는 단말(10)의 일부이고, 수신기는 eNB(20)의 일부일 수 있다.

EPC는 제어 평면의 기능을 담당하는 MME(mobility management entity), 사용자 평면의 기능을 담당하는 S-GW(system architecture evolution (SAE) gateway)를 포함할 수 있다. MME/S-GW(30)은 네트워크의 끝에 위치할 수 있으며, 외부 네트워크와 연결된다. MME는 단말의 접속 정보나 단말의 능력에 관한 정보를 가지며, 이러한 정보는 주로 단말의 이동성 관리에 사용될 수 있다. S-GW는 E-UTRAN을 종단점으로 갖는 게이트웨이이다. MME/S-GW(30)은 세션의 종단점과 이동성 관리 기능을 단말(10)에 제공한다. EPC는 PDN(packet data network)-GW(gateway)를 더 포함할 수 있다. PDN-GW는 PDN을 종단점으로 갖는 게이트웨이이다.

MME는 eNB(20)로의 NAS(non-access stratum) 시그널링, NAS 시그널링 보안, AS(access stratum) 보안 제어, 3GPP 액세스 네트워크 간의 이동성을 위한 inter CN(core network) 노드 시그널링, 아이들 모드 단말 도달 가능성(페이징 재전송의 제어 및 실행 포함), 트래킹 영역 리스트 관리(아이들 모드 및 활성화 모드인 단말을 위해), P-GW 및 S-GW 선택, MME 변경과 함께 핸드오버를 위한 MME 선택, 2G 또는 3G 3GPP 액세스 네트워크로의 핸드오버를 위한 SGSN(serving GPRS support node) 선택, 로밍, 인증, 전용 베이러 설정을 포함한 베어러 관리 기능, PWS(public warning system: 지진/쓰나미 경보 시스템(ETWS) 및 상용 모바일 경보 시스템(CMAS) 포함) 메시지 전송 지원 등의 다양한 기능을 제공한다. S-GW 호스트는 사용자 별 기반 패킷 필터링(예를 들면, 심층 패킷 검사를 통해), 합법적 차단, 단말 IP(internet protocol) 주소 할당, DL에서 전송 레벨 패킹 마킹, UL/DL 서비스 레벨 과금, 게이팅 및 등급 강제, APN-AMBR에 기반한 DL 등급 강제의 갖가지 기능을 제공한다. 명확성을 위해 MME/S-GW(30)은 "게이트웨이"로 단순히 표현하며, 이는 MME 및 S-GW를 모두 포함할 수 있다.

사용자 트래픽 전송 또는 제어 트래픽 전송을 위한 인터페이스가 사용될 수 있다. 단말(10) 및 eNB(20)은 Uu 인터페이스에 의해 연결될 수 있다. eNB(20)들은 X2 인터페이스에 의해 상호간 연결될 수 있다. 이웃한 eNB(20)들은 X2 인터페이스에 의한 망형 네트워크 구조를 가질 수 있다. eNB(20)들은 S1 인터페이스에 의해 EPC와 연결될 수 있다. eNB(20)들은 S1-MME 인터페이스에 의해 EPC와 연결될 수 있으며, S1-U 인터페이스에 의해 S-GW와 연결될 수 있다. S1 인터페이스는 eNB(20)와 MME/S-GW(30) 간에 다수-대-다수 관계(many-to-many-relation)를 지원한다.

eNB(20)은 게이트웨이(30)에 대한 선택, RRC(radio resource control) 활성(activation) 동안 게이트웨이(30)로의 라우팅(routing), 페이징 메시지의 스케줄링 및 전송, BCH(broadcast channel) 정보의 스케줄링 및 전송, UL 및 DL에서 단말(10)들로의 자원의 동적 할당, eNB 측정의 설정(configuration) 및 제공(provisioning), 무선 베어러 제어, RAC(radio admission control) 및 LTE 활성 상태에서 연결 이동성 제어 기능을 수행할 수 있다. 상기 언급처럼 게이트웨이(30)는 EPC에서 페이징 개시, LTE 아이들 상태 관리, 사용자 평면의 암호화, SAE 베어러 제어 및 NAS 시그널링의 암호화와 무결성 보호 기능을 수행할 수 있다.

도 2는 제어 평면에 대한 LTE 시스템의 무선 인터페이스 프로토콜을 나타낸다. 도 3은 사용자 평면에 대한 LTE 시스템의 무선 인터페이스 프로토콜을 나타낸다.

단말과 E-UTRAN 간의 무선 인터페이스 프로토콜의 계층은 통신 시스템에서 널리 알려진 OSI(open system interconnection) 모델의 하위 3개 계층을 바탕으로 L1(제1 계층), L2(제2 계층) 및 L3(제3 계층)으로 구분된다. 단말과 E-UTRAN 간의 무선 인터페이스 프로토콜은 수평적으로 물리 계층, 데이터 링크 계층(data link layer) 및 네트워크 계층(network layer)으로 구분될 수 있고, 수직적으로는 제어 신호 전송을 위한 프로토콜 스택(protocol stack)인 제어 평면(control plane)과 데이터 정보 전송을 위한 프로토콜 스택인 사용자 평면(user plane)으로 구분될 수 있다. 무선 인터페이스 프로토콜의 계층은 단말과 E-UTRAN에서 쌍(pair)으로 존재할 수 있고, 이는 Uu 인터페이스의 데이터 전송을 담당할 수 있다.

물리 계층(PHY; physical layer)은 L1에 속한다. 물리 계층은 물리 채널을 통해 상위 계층에 정보 전송 서비스를 제공한다. 물리 계층은 상위 계층인 MAC(media access control) 계층과 전송 채널(transport channel)을 통해 연결된다. 물리 채널은 전송 채널에 맵핑 된다. 전송 채널을 통해 MAC 계층과 물리 계층 사이로 데이터가 전송될 수 있다. 서로 다른 물리 계층 사이, 즉 송신기의 물리 계층과 수신기의 물리 계층 간에 데이터는 물리 채널을 통해 무선 자원을 이용하여 전송될 수 있다. 물리 계층은 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 방식을 이용하여 변조될 수 있고, 시간과 주파수를 무선 자원으로 활용한다.

물리 계층은 몇몇의 물리 제어 채널(physical control channel)을 사용한다. PDCCH(physical downlink control channel)은 PCH(paging channel) 및 DL-SCH(downlink shared channel)의 자원 할당, DL-SCH와 관련되는 HARQ(hybrid automatic repeat request) 정보에 대하여 단말에 보고한다. PDCCH는 상향링크 전송의 자원 할당에 관하여 단말에 보고하기 위해 상향링크 그랜트를 나를 수 있다. PCFICH(physical control format indicator channel)은 PDCCH를 위해 사용되는 OFDM 심벌의 개수를 단말에 알려주며, 모든 서브프레임마다 전송된다. PHICH(physical hybrid ARQ indicator channel)은 UL-SCH 전송에 대한 HARQ ACK(acknowledgement)/NACK(non-acknowledgement) 신호를 나른다. PUCCH(physical uplink control channel)은 하향링크 전송을 위한 HARQ ACK/NACK, 스케줄링 요청 및 CQI와 같은 UL 제어 정보를 나른다. PUSCH(physical uplink shared channel)은 UL-SCH(uplink shared channel)를 나른다.

물리 채널은 시간 영역에서 복수의 서브프레임(subframe)들과 주파수 영역에서 복수의 부반송파(subcarrier)들로 구성된다. 하나의 서브프레임은 시간 영역에서 복수의 심벌들로 구성된다. 하나의 서브프레임은 복수의 자원 블록(RB; resource block)들로 구성된다. 하나의 자원 블록은 복수의 심벌들과 복수의 부반송파들로 구성된다. 또한, 각 서브프레임은 PDCCH를 위하여 해당 서브프레임의 특정 심벌들의 특정 부반송파들을 이용할 수 있다. 예를 들어, 서브프레임의 첫 번째 심벌이 PDCCH를 위하여 사용될 수 있다. PDCCH는 PRB(physical resource block) 및 MCS(modulation and coding schemes)와 같이 동적으로 할당된 자원을 나를 수 있다. 데이터가 전송되는 단위 시간인 TTI(transmission time interval)는 1개의 서브프레임의 길이와 동일할 수 있다. 서브프레임 하나의 길이는 1ms일 수 있다.

전송채널은 채널이 공유되는지 아닌지에 따라 공통 전송 채널 및 전용 전송 채널로 분류된다. 네트워크에서 단말로 데이터를 전송하는 DL 전송 채널(DL transport channel)은 시스템 정보를 전송하는 BCH(broadcast channel), 페이징 메시지를 전송하는 PCH(paging channel), 사용자 트래픽 또는 제어 신호를 전송하는 DL-SCH 등을 포함한다. DL-SCH는 HARQ, 변조, 코딩 및 전송 전력의 변화에 의한 동적 링크 적응 및 동적/반정적 자원 할당을 지원한다. 또한, DL-SCH는 셀 전체에 브로드캐스트 및 빔포밍의 사용을 가능하게 할 수 있다. 시스템 정보는 하나 이상의 시스템 정보 블록들을 나른다. 모든 시스템 정보 블록들은 같은 주기로 전송될 수 있다. MBMS(multimedia broadcast/multicast service)의 트래픽 또는 제어 신호는 MCH(multicast channel)를 통해 전송된다.

단말에서 네트워크로 데이터를 전송하는 UL 전송 채널은 초기 제어 메시지(initial control message)를 전송하는 RACH(random access channel), 사용자 트래픽 또는 제어 신호를 전송하는 UL-SCH 등을 포함한다. UL-SCH는 HARQ 및 전송 전력 및 잠재적인 변조 및 코딩의 변화에 의한 동적 링크 적응을 지원할 수 있다. 또한, UL-SCH는 빔포밍의 사용을 가능하게 할 수 있다. RACH는 일반적으로 셀로의 초기 접속에 사용된다.

L2에 속하는 MAC 계층은 논리 채널(logical channel)을 통해 상위 계층인 RLC(radio link control) 계층에게 서비스를 제공한다. MAC 계층은 복수의 논리 채널에서 복수의 전송 채널로의 맵핑 기능을 제공한다. 또한, MAC 계층은 복수의 논리 채널에서 단수의 전송 채널로의 맵핑에 의한 논리 채널 다중화 기능을 제공한다. MAC 부 계층은 논리 채널상의 데이터 전송 서비스를 제공한다.

논리 채널은 전송되는 정보의 종류에 따라, 제어 평면의 정보 전달을 위한 제어 채널과 사용자 평면의 정보 전달을 위한 트래픽 채널로 나눌 수 있다. 즉, 논리 채널 타입의 집합은 MAC 계층에 의해 제공되는 다른 데이터 전송 서비스를 위해 정의된다. 논리채널은 전송 채널의 상위에 위치하고 전송채널에 맵핑 된다.

제어 채널은 제어 평면의 정보 전달만을 위해 사용된다. MAC 계층에 의하여 제공되는 제어 채널은 BCCH(broadcast control channel), PCCH(paging control channel), CCCH(common control channel), MCCH(multicast control channel) 및 DCCH(dedicated control channel)을 포함한다. BCCH는 시스템 제어 정보를 방송하기 위한 하향링크 채널이다. PCCH는 페이징 정보의 전송 및 셀 단위의 위치가 네트워크에 알려지지 않은 단말을 페이징 하기 위해 사용되는 하향링크 채널이다. CCCH는 네트워크와 RRC 연결을 갖지 않을 때 단말에 의해 사용된다. MCCH는 네트워크로부터 단말에게 MBMS 제어 정보를 전송하는데 사용되는 일대다 하향링크 채널이다. DCCH는 RRC 연결 상태에서 단말과 네트워크간에 전용 제어 정보 전송을 위해 단말에 의해 사용되는 일대일 양방향 채널이다.

트래픽 채널은 사용자 평면의 정보 전달만을 위해 사용된다. MAC 계층에 의하여 제공되는 트래픽 채널은 DTCH(dedicated traffic channel) 및 MTCH(multicast traffic channel)을 포함한다. DTCH는 일대일 채널로 하나의 단말의 사용자 정보의 전송을 위해 사용되며, 상향링크 및 하향링크 모두에 존재할 수 있다. MTCH는 네트워크로부터 단말에게 트래픽 데이터를 전송하기 위한 일대다 하향링크 채널이다.

논리 채널과 전송 채널간의 상향링크 연결은 UL-SCH에 맵핑 될 수 있는 DCCH, UL-SCH에 맵핑 될 수 있는 DTCH 및 UL-SCH에 맵핑 될 수 있는 CCCH를 포함한다. 논리 채널과 전송 채널간의 하향링크 연결은 BCH 또는 DL-SCH에 맵핑 될 수 있는 BCCH, PCH에 맵핑 될 수 있는 PCCH, DL-SCH에 맵핑 될 수 있는 DCCH, DL-SCH에 맵핑 될 수 있는 DTCH, MCH에 맵핑 될 수 있는 MCCH 및 MCH에 맵핑 될 수 있는 MTCH를 포함한다.

RLC 계층은 L2에 속한다. RLC 계층의 기능은 하위 계층이 데이터를 전송하기에 적합하도록 무선 섹션에서 상위 계층으로부터 수신된 데이터의 분할/연접에 의한 데이터의 크기 조정을 포함한다. 무선 베어러(RB; radio bearer)가 요구하는 다양한 QoS를 보장하기 위해, RLC 계층은 투명 모드(TM; transparent mode), 비 확인 모드(UM; unacknowledged mode) 및 확인 모드(AM; acknowledged mode)의 세 가지의 동작 모드를 제공한다. AM RLC는 신뢰성 있는 데이터 전송을 위해 ARQ(automatic repeat request)를 통해 재전송 기능을 제공한다. 한편, RLC 계층의 기능은 MAC 계층 내부의 기능 블록으로 구현될 수 있으며, 이때 RLC 계층은 존재하지 않을 수도 있다.

PDCP(packet data convergence protocol) 계층은 L2에 속한다. PDCP 계층은 상대적으로 대역폭이 작은 무선 인터페이스 상에서 IPv4 또는 IPv6와 같은 IP 패킷을 도입하여 전송되는 데이터가 효율적으로 전송되도록 불필요한 제어 정보를 줄이는 헤더 압축 기능을 제공한다. 헤더 압축은 데이터의 헤더에 필요한 정보만을 전송함으로써 무선 섹션에서 전송 효율을 높인다. 게다가, PDCP 계층은 보안 기능을 제공한다. 보안기능은 제3자의 검사를 방지하는 암호화 및 제3자의 데이터 조작을 방지하는 무결성 보호를 포함한다.

RRC(radio resource control) 계층은 L3에 속한다. L3의 가장 하단 부분에 위치하는 RRC 계층은 오직 제어 평면에서만 정의된다. RRC 계층은 단말과 네트워크 간의 무선 자원을 제어하는 역할을 수행한다. 이를 위해 단말과 네트워크는 RRC 계층을 통해 RRC 메시지를 교환한다. RRC 계층은 RB들의 구성(configuration), 재구성(re-configuration) 및 해제(release)와 관련되어 논리 채널, 전송 채널 및 물리 채널들의 제어를 담당한다. RB는 단말과 네트워크 간의 데이터 전달을 위해 L1 및 L2에 의해 제공되는 논리적 경로이다. 즉, RB는 단말과 E-UTRAN 간의 데이터 전송을 위해 L2에 의해 제공되는 서비스를 의미한다. RB가 설정된다는 것은 특정 서비스를 제공하기 위해 무선 프로토콜 계층 및 채널의 특성을 규정하고, 각각의 구체적인 파라미터 및 동작 방법을 결정함을 의미한다. RB는 SRB(signaling RB)와 DRB(data RB) 두 가지로 구분될 수 있다. SRB는 제어 평면에서 RRC 메시지를 전송하는 통로로 사용되며, DRB는 사용자 평면에서 사용자 데이터를 전송하는 통로로 사용된다.

RRC 계층 상위에 위치하는 NAS(Non-Access Stratum) 계층은 연결관리(Session Management)와 이동성 관리(Mobility Management) 등의 기능을 수행한다.

도 2를 참조하면, RLC 및 MAC 계층(네트워크 측에서 eNB에서 종료)은 스케줄링, ARQ 및 HARQ와 같은 기능을 수행할 수 있다. RRC 계층(네트워크 측에서 eNB에서 종료)은 방송, 페이징, RRC 연결 관리, RB 제어, 이동성 기능 및 단말 측정 보고/제어와 같은 기능을 수행할 수 있다. NAS 제어 프로토콜(네트워크 측에서 게이트웨이의 MME에서 종료)은 SAE 베어러 관리, 인증, LTE_IDLE 이동성 핸들링, LTE_IDLE에서 페이징 개시 및 단말과 게이트웨이 간의 시그널링을 위한 보안 제어와 같은 기능을 수행할 수 있다.

도 3을 참조하면, RLC 및 MAC 계층(네트워크 측에서 eNB에서 종료)은 제어 평면에서의 기능과 동일한 기능을 수행할 수 있다. PDCP 계층(네트워크 측에서 eNB에서 종료)은 헤더 압축, 무결성 보호 및 암호화와 같은 사용자 평면 기능을 수행할 수 있다.

이하 단말의 RRC 상태(RRC state)와 RRC 연결 방법에 대해 상술한다.

RRC 상태는 단말의 RRC 계층이 E-UTRAN의 RRC 계층과 논리적으로 연결되어 있는지 여부를 지시한다. RRC 상태는 RRC 연결 상태(RRC_CONNECTED) 및 RRC 아이들 상태(RRC_IDLE)와 같이 두 가지로 나누어질 수 있다. 단말의 RRC 계층과 E-UTRAN의 RRC 계층 간의 RRC 연결이 설정되어 있을 때, 단말은 RRC 연결 상태에 있게 되며, 그렇지 않은 경우 단말은 RRC 아이들 상태에 있게 된다. RRC_CONNECTED의 단말은 E-UTRAN과 RRC 연결이 설정되어 있으므로, E-UTRAN은 RRC_CONNECTED의 단말의 존재를 파악할 수 있고, 단말을 효과적으로 제어할 수 있다. 한편, E-UTRAN은 RRC_IDLE의 단말을 파악할 수 없으며, 핵심 망(CN; core network)이 셀보다 더 큰 영역인 트래킹 영역(tracking area) 단위로 단말을 관리한다. 즉, RRC_IDLE의 단말은 더 큰 영역의 단위로 존재만 파악되며, 음성 또는 데이터 통신과 같은 통상의 이동 통신 서비스를 받기 위해서 단말은 RRC_CONNECTED로 천이해야 한다.

RRC_IDLE 상태에서, 단말이 NAS에 의해 설정된 DRX(discontinuous reception)를 지정하는 동안에, 단말은 시스템 정보 및 페이징 정보의 방송을 수신할 수 있다. 그리고, 단말은 트래킹 영역에서 단말을 고유하게 지정하는 ID(identification)를 할당 받고, PLMN(public land mobile network) 선택 및 셀 재선택을 수행할 수 있다. 또한 RRC_IDLE 상태에서, 어떠한 RRC context도 eNB에 저장되지 않는다.

RRC_CONNECTED 상태에서, 단말은 E-UTRAN에서 E-UTRAN RRC 연결 및 RRC context를 가져, eNB로 데이터를 전송 및/또는 eNB로부터 데이터를 수신하는 것이 가능하다. 또한, 단말은 eNB로 채널 품질 정보 및 피드백 정보를 보고할 수 있다. RRC_CONNECTED 상태에서, E-UTRAN은 단말이 속한 셀을 알 수 있다. 그러므로 네트워크는 단말에게 데이터를 전송 및/또는 단말로부터 데이터를 수신할 수 있고, 네트워크는 단말의 이동성(핸드오버 및 NACC(network assisted cell change)를 통한 GERAN(GSM EDGE radio access network)으로 inter-RAT(radio access technology) 셀 변경 지시)을 제어할 수 있으며, 네트워크는 이웃 셀을 위해 셀 측정을 수행할 수 있다.

RRC_IDLE 상태에서 단말은 페이징 DRX 주기를 지정한다. 구체적으로 단말은 단말 특정 페이징 DRX 주기 마다의 특정 페이징 기회(paging occasion)에 페이징 신호를 모니터링 한다. 페이징 기회는 페이징 신호가 전송되는 동안의 시간 간격이다. 단말은 자신만의 페이징 기회를 가지고 있다.

페이징 메시지는 동일한 트래킹 영역에 속하는 모든 셀에 걸쳐 전송된다. 만약 단말이 하나의 트래킹 영역에서 다른 하나의 트래킹 영역으로 이동하면, 단말은 위치를 업데이트하기 위해 TAU(tracking area update) 메시지를 네트워크에 전송한다.

사용자가 단말의 전원을 최초로 켰을 때, 단말은 먼저 적절한 셀을 탐색한 후 해당 셀에서 RRC_IDLE에 머무른다. RRC 연결을 맺을 필요가 있을 때, RRC_IDLE에 머무르던 단말은 RRC 연결 절차를 통해 E-UTRAN의 RRC와 RRC 연결을 맺고 RRC_CONNECTED로 천이할 수 있다. RRC_IDLE에 머무르던 단말은 사용자의 통화 시도 등의 이유로 상향링크 데이터 전송이 필요할 때, 또는 E-UTRAN으로부터 페이징 메시지를 수신하고 이에 대한 응답 메시지 전송이 필요할 때 등에 E-UTRAN과 RRC 연결을 맺을 필요가 있을 수 있다.

NAS 계층에서 단말의 이동성을 관리하기 위하여 EMM-REGISTERED(EPS Mobility Management-REGISTERED) 및 EMM-DEREGISTERED 두 가지 상태가 정의되어 있으며, 이 두 상태는 단말과 MME에게 적용된다. 초기 단말은 EMM-DEREGISTERED 상태이며, 이 단말이 네트워크에 접속하기 위해서 초기 연결(Initial Attach) 절차를 통해서 해당 네트워크에 등록하는 과정을 수행한다. 상기 연결(Attach) 절차가 성공적으로 수행되면 단말 및 MME는 EMM-REGISTERED 상태가 된다.

단말과 EPC간 시그널링 연결(signaling connection)을 관리하기 위하여 ECM(EPS Connection Management)-IDLE 상태 및 ECM-CONNECTED 상태 두 가지 상태가 정의되어 있으며, 이 두 상태는 단말 및 MME에게 적용된다. ECM-IDLE 상태의 단말이 E-UTRAN과 RRC 연결을 맺으면 해당 단말은 ECM-CONNECTED 상태가 된다. ECM-IDLE 상태에 있는 MME는 E-UTRAN과 S1 연결(S1 connection)을 맺으면 ECM-CONNECTED 상태가 된다. 단말이 ECM-IDLE 상태에 있을 때에는 E-UTRAN은 단말의 context 정보를 가지고 있지 않다. 따라서 ECM-IDLE 상태의 단말은 네트워크의 명령을 받을 필요 없이 셀 선택(cell selection) 또는 셀 재선택(reselection)과 같은 단말 기반의 이동성 관련 절차를 수행한다. 반면 단말이 ECM-CONNECTED 상태에 있을 때에는 단말의 이동성은 네트워크의 명령에 의해서 관리된다. ECM-IDLE 상태에서 단말의 위치가 네트워크가 알고 있는 위치와 달라질 경우 단말은 트래킹 영역 갱신(Tracking Area Update) 절차를 통해 네트워크에 단말의 해당 위치를 알린다.

도 4는 초기 전원이 켜진 RRC 아이들 상태의 단말이 셀 선택 과정을 거쳐 네트워크 망에 등록하고, 필요할 경우 셀 재선택을 하는 절차를 나타낸다.

도 4를 참조하면, 단말은 자신이 서비스 받고자 하는 망인 PLMN(public land mobile network)과 통신하기 위한 라디오 접속 기술(radio access technology; RAT)를 선택한다(S410). PLMN 및 RAT에 대한 정보는 단말의 사용자가 선택할 수도 있으며, USIM(universal subscriber identity module)에 저장되어 있는 것을 사용할 수도 있다.

단말은 측정한 기지국과 신호세기나 품질이 특정한 값보다 큰 셀 중에서, 가장 큰 값을 가지는 셀을 선택한다(Cell Selection)(S420). 이는 전원이 켜진 단말이 셀 선택을 수행하는 것으로서 초기 셀 선택(initial cell selection)이라 할 수 있다. 셀 선택 절차에 대해서 이후에 상술하기로 한다. 셀 선택 이후 단말은, 기지국이 주기적으로 보내는 시스템 정보를 수신한다. 상기 말하는 특정한 값은 데이터 송/수신에서의 물리적 신호에 대한 품질을 보장받기 위하여 시스템에서 정의된 값을 말한다. 따라서, 적용되는 RAT에 따라 그 값은 다를 수 있다.

단말은 망 등록 필요가 있는 경우 망 등록 절차를 수행한다(S430). 단말은 망으로부터 서비스(예: Paging)를 받기 위하여 자신의 정보(예: IMSI)를 등록한다. 단말은 셀을 선택 할 때 마다 접속하는 망에 등록을 하는 것은 아니며, 시스템 정보로부터 받은 망의 정보(예: Tracking Area Identity; TAI)와 자신이 알고 있는 망의 정보가 다른 경우에 망에 등록을 한다.

단말은 셀에서 제공되는 서비스 환경 또는 단말의 환경 등을 기반으로 셀 재선택을 수행한다(S440). 단말은 서비스 받고 있는 기지국으로부터 측정한 신호의 세기나 품질의 값이 인접한 셀의 기지국으로부터 측정한 값보다 낮다면, 단말이 접속한 기지국의 셀 보다 더 좋은 신호 특성을 제공하는 다른 셀 중 하나를 선택한다. 이 과정을 2번 과정의 초기 셀 선택(Initial Cell Selection)과 구분하여 셀 재선택(Cell Re-Selection)이라 한다. 이때, 신호특성의 변화에 따라 빈번히 셀이 재 선택되는 것을 방지하기 위하여 시간적인 제약조건을 둔다. 셀 재선택 절차에 대해서 이후에 상술하기로 한다.

도 5는 RRC 연결을 설정하는 과정을 나타낸다.

단말은 RRC 연결을 요청하는 RRC 연결 요청(RRC Connection Request) 메시지를 네트워크로 보낸다(S510). 네트워크는 RRC 연결 요청에 대한 응답으로 RRC 연결 설정(RRC Connection Setup) 메시지를 보낸다(S520). RRC 연결 설정 메시지를 수신한 후, 단말은 RRC 연결 모드로 진입한다.

단말은 RRC 연결 확립의 성공적인 완료를 확인하기 위해 사용되는 RRC 연결 설정 완료(RRC Connection Setup Complete) 메시지를 네트워크로 보낸다(S530).

도 6은 RRC 연결 재구성 절차를 나타낸다.

RRC 연결 재구성(reconfiguration)은 RRC 연결을 수정하는데 사용된다. 이는 RB 구성/수정(modify)/해제(release), 핸드오버 수행, 측정 셋업/수정/해제하기 위해 사용된다.

네트워크는 단말로 RRC 연결을 수정하기 위한 RRC 연결 재구성(RRC Connection Reconfiguration) 메시지를 보낸다(S610). 단말은 RRC 연결 재구성에 대한 응답으로, RRC 연결 재구성의 성공적인 완료를 확인하기 위해 사용되는 RRC 연결 재구성 완료(RRC Connection Reconfiguration Complete) 메시지를 네트워크로 보낸다(S620).

다음은 단말이 셀을 선택하는 절차에 대해서 자세히 설명한다.

전원이 켜지거나 셀에 머물러 있을 때, 단말은 적절한 품질의 셀을 선택/재 선택하여 서비스를 받기 위한 절차들을 수행한다.

RRC 아이들 상태의 단말은 항상 적절한 품질의 셀을 선택하여 이 셀을 통해 서비스를 제공받기 위한 준비를 하고 있어야 한다. 예를 들어, 전원이 막 켜진 단말은 네트워크에 등록을 하기 위해 적절한 품질의 셀을 선택해야 한다. RRC 연결 상태에 있던 상기 단말이 RRC 아이들 상태에 진입하면, 상기 단말은 RRC 아이들 상태에서 머무를 셀을 선택해야 한다. 이와 같이, 상기 단말이 RRC 아이들 상태와 같은 서비스 대기 상태로 머물고 있기 위해서 어떤 조건을 만족하는 셀을 고르는 과정을 셀 선택(Cell Selection)이라고 한다. 중요한 점은, 상기 셀 선택은 상기 단말이 상기 RRC 아이들 상태로 머물러 있을 셀을 현재 결정하지 못한 상태에서 수행하는 것이므로, 가능한 신속하게 셀을 선택하는 것이 무엇보다 중요하다. 따라서 일정 기준 이상의 무선 신호 품질을 제공하는 셀이라면, 비록 이 셀이 단말에게 가장 좋은 무선 신호 품질을 제공하는 셀이 아니라고 하더라도, 단말의 셀 선택 과정에서 선택될 수 있다.

이제 3GPP LTE에서 단말이 셀을 선택하는 방법 및 절차에 대하여 상술한다.

셀 선택 과정은 크게 두 가지로 나뉜다.

먼저 초기 셀 선택 과정으로, 이 과정에서는 상기 단말이 무선 채널에 대한 사전 정보가 없다. 따라서 상기 단말은 적절한 셀을 찾기 위해 모든 무선 채널을 검색한다. 각 채널에서 상기 단말은 가장 강한 셀을 찾는다. 이후, 상기 단말이 셀 선택 기준을 만족하는 적절한(suitable) 셀을 찾기만 하면 해당 셀을 선택한다.

다음으로 단말은 저장된 정보를 활용하거나, 셀에서 방송하고 있는 정보를 활용하여 셀을 선택할 수 있다. 따라서, 초기 셀 선택 과정에 비해 셀 선택이 신속할 수 있다. 단말이 셀 선택 기준을 만족하는 셀을 찾기만 하면 해당 셀을 선택한다. 만약 이 과정을 통해 셀 선택 기준을 만족하는 적절한 셀을 찾지 못하면, 단말은 초기 셀 선택 과정을 수행한다.

상기 단말이 일단 셀 선택 과정을 통해 어떤 셀을 선택한 이후, 단말의 이동성 또는 무선 환경의 변화 등으로 단말과 기지국간의 신호의 세기나 품질이 바뀔 수 있다. 따라서 만약 선택한 셀의 품질이 저하되는 경우, 단말은 더 좋은 품질을 제공하는 다른 셀을 선택할 수 있다. 이렇게 셀을 다시 선택하는 경우, 일반적으로 현재 선택된 셀보다 더 좋은 신호 품질을 제공하는 셀을 선택한다. 이런 과정을 셀 재선택(Cell Reselection)이라고 한다. 상기 셀 재선택 과정은, 무선 신호의 품질 관점에서, 일반적으로 단말에게 가장 좋은 품질을 제공하는 셀을 선택하는데 기본적인 목적이 있다.

무선 신호의 품질 관점 이외에, 네트워크는 주파수 별로 우선 순위를 결정하여 단말에게 알릴 수 있다. 이러한 우선 순위를 수신한 단말은, 셀 재선택 과정에서 이 우선 순위를 무선 신호 품질 기준보다 우선적으로 고려하게 된다.

위와 같이 무선 환경의 신호 특성에 따라 셀을 선택 또는 재 선택하는 방법이 있으며, 셀 재선택시 재선택을 위한 셀을 선택하는데 있어서, 셀의 RAT와 주파수(frequency) 특성에 따라 다음과 같은 셀 재선택 방법이 있을 수 있다.

- 인트라-주파수(Intra-frequency) 셀 재선택: 단말이 캠핑(camp) 중인 셀과 같은 RAT과 같은 중심 주파수(center-frequency)를 가지는 셀을 재선택

- 인터-주파수(Inter-frequency) 셀 재선택: 단말이 캠핑 중인 셀과 같은 RAT과 다른 중심 주파수를 가지는 셀을 재선택

- 인터-RAT(Inter-RAT) 셀 재선택: 단말이 캠핑 중인 RAT와 다른 RAT을 사용하는 셀을 재선택

셀 재선택 과정의 원칙은 다음과 같다

첫째, 단말은 셀 재선택을 위하여 서빙 셀(serving cell) 및 이웃 셀(neighboring cell)의 품질을 측정한다.

둘째, 셀 재선택은 셀 재선택 기준에 기반하여 수행된다. 셀 재선택 기준은 서빙 셀 및 이웃 셀 측정에 관련하여 아래와 같은 특성을 가지고 있다.

인트라-주파수 셀 재선택은 기본적으로 랭킹(ranking)에 기반한다. 랭킹이라는 것은, 셀 재선택 평가를 위한 지표값을 정의하고, 이 지표값을 이용하여 셀들을 지표값의 크기 순으로 순서를 매기는 작업이다. 가장 좋은 지표를 가지는 셀을 흔히 최고 순위 셀(highest ranked cell)이라고 부른다. 셀 지표값은 단말이 해당 셀에 대해 측정한 값을 기본으로, 필요에 따라 주파수 오프셋 또는 셀 오프셋을 적용한 값이다.

인터-주파수 셀 재선택은 네트워크에 의해 제공된 주파수 우선순위에 기반한다. 단말은 가장 높은 주파수 우선순위를 가진 주파수에 머무를(camp on) 수 있도록 시도한다. 네트워크는 브로드캐스트 시그널링(broadcast signaling)를 통해서 셀 내 단말들이 공통적으로 적용할 또는 주파수 우선순위를 제공하거나, 단말 별 시그널링(dedicated signaling)을 통해 단말 별로 각각 주파수 별 우선순위를 제공할 수 있다. 브로드캐스트 시그널링을 통해 제공되는 셀 재선택 우선순위를 공용 우선순위(common priority)라고 할 수 있고, 단말 별로 네트워크가 설정하는 셀 재선택 우선 순위를 전용 우선순위(dedicated priority)라고 할 수 있다. 단말은 전용 우선순위를 수신하면, 전용 우선순위와 관련된 유효 시간(validity time)를 함께 수신할 수 있다. 단말은 전용 우선순위를 수신하면 함께 수신한 유효 시간으로 설정된 유효성 타이머(validity timer)를 개시한다. 단말은 유효성 타이머가 동작하는 동안 RRC 아이들 모드에서 전용 우선순위를 적용한다. 유효성 타이머가 만료되면 단말은 전용 우선순위를 폐기하고, 다시 공용 우선순위를 적용한다.

인터-주파수 셀 재선택을 위해 네트워크는 단말에게 셀 재선택에 사용되는 파라미터(예를 들어 주파수 별 오프셋(frequency-specific offset))를 주파수 별로 제공할 수 있다.

인트라-주파수 셀 재선택 또는 인터-주파수 셀 재선택을 위해 네트워크는 단말에게 셀 재선택에 사용되는 이웃 셀 리스트(Neighboring Cell List, NCL)를 단말에게 제공할 수 있다. 이 NCL은 셀 재선택에 사용되는 셀 별 파라미터(예를 들어 셀 별 오프셋(cell-specific offset))를 포함한다

인트라-주파수 또는 인터-주파수 셀 재선택을 위해 네트워크는 단말에게 셀 재선택에 사용되는 셀 재선택 금지 리스트(black list)를 단말에게 제공할 수 있다. 금지 리스트에 포함된 셀에 대해 단말은 셀 재선택을 수행하지 않는다.

이어서, 셀 재선택 평가 과정에서 수행하는 랭킹에 관해 설명한다.

셀의 우선순위를 주는데 사용되는 랭킹 지표(ranking criterion)은 수학식 1와 같이 정의된다.

여기서, Rs는 서빙 셀의 랭킹 지표, Rn은 이웃 셀의 랭킹 지표, Qmeas,s는 단말이 서빙 셀에 대해 측정한 품질값, Qmeas,n는 단말이 이웃 셀에 대해 측정한 품질값, Qhyst는 랭킹을 위한 히스테리시스(hysteresis) 값, Qoffset은 두 셀간의 오프셋이다.

인트라-주파수에서, 단말이 서빙 셀과 이웃 셀 간의 오프셋(Qoffsets,n)을 수신한 경우 Qoffset=Qoffsets,n 이고, 단말이 Qoffsets,n 을 수신하지 않은 경우에는 Qoffset = 0 이다.

인터-주파수에서, 단말이 해당 셀에 대한 오프셋(Qoffsets,n)을 수신한 경우 Qoffset = Qoffsets,n + Qfrequency 이고, 단말이 Qoffsets,n 을 수신하지 않은 경우 Qoffset = Qfrequency 이다.

서빙 셀의 랭킹 지표(Rs)과 이웃 셀의 랭킹 지표(Rn)이 서로 비슷한 상태에서 변동하면, 변동 결과 랭킹 순위가 자꾸 뒤바뀌어 단말이 두 셀을 번갈아 가면서 재선택을 할 수 있다. Qhyst는 셀 재선택에서 히스테리시스를 주어, 단말이 두 셀을 번갈아 가면서 재선택 하는 것을 막기 위한 파라미터이다.

단말은 위 식에 따라 서빙 셀의 Rs 및 이웃 셀의 Rn을 측정하고, 랭킹 지표 값이 가장 큰 값을 가진 셀을 최고 순위(highest ranked) 셀로 간주하고, 이 셀을 재 선택한다. 만약 재 선택한 셀이 정규 셀(suitable cell)이 아니면 단말은 해당 주파수 또는 해당 셀을 셀 재선택 대상에서 제외한다.

도 7은 RRC 연결 재확립 절차를 나타낸다.

도 7을 참조하면, 단말은 SRB 0(Signaling Radio Bearer #0)을 제외한 설정되어 있던 모든 무선 베어러(radio bearer) 사용을 중단하고, AS(Access Stratum)의 각종 부계층을 초기화 시킨다(S710). 또한, 각 부계층 및 물리 계층을 기본 구성(default configuration)으로 설정한다. 이와 같은 과정 중에 단말은 RRC 연결 상태를 유지한다.

단말은 RRC 연결 재확립 절차를 수행하기 위한 셀 선택 절차를 수행한다(S720). RRC 연결 재확립 절차 중 셀 선택 절차는 단말이 RRC 연결 상태를 유지하고 있음에도 불구하고, 단말이 RRC 아이들 상태에서 수행하는 셀 선택 절차와 동일하게 수행될 수 있다.

단말은 셀 선택 절차를 수행한 후 해당 셀의 시스템 정보를 확인하여 해당 셀이 적합한 셀인지 여부를 판단한다(S730). 만약 선택된 셀이 적절한 E-UTRAN 셀이라고 판단된 경우, 단말은 해당 셀로 RRC 연결 재확립 요청 메시지(RRC connection reestablishment request message)를 전송한다(S740).

한편, RRC 연결 재확립 절차를 수행하기 위한 셀 선택 절차를 통하여 선택된 셀이 E-UTRAN 이외의 다른 RAT을 사용하는 셀이라고 판단된 경우, RRC 연결 재확립 절차를 중단되고, 단말은 RRC 아이들 상태로 진입한다(S750).

단말은 셀 선택 절차 및 선택한 셀의 시스템 정보 수신을 통하여 셀의 적절성 확인은 제한된 시간 내에 마치도록 구현될 수 있다. 이를 위해 단말은 RRC 연결 재확립 절차를 개시함에 따라 타이머를 구동시킬 수 있다. 타이머는 단말이 적합한 셀을 선택하였다고 판단된 경우 중단될 수 있다. 타이머가 만료된 경우 단말은 RRC 연결 재확립 절차가 실패하였음을 간주하고 RRC 아이들 상태로 진입할 수 있다. 이 타이머를 이하에서 무선 링크 실패 타이머라고 언급하도록 한다. LTE 스펙 TS 36.331에서는 T311이라는 이름의 타이머가 무선 링크 실패 타이머로 활용될 수 있다. 단말은 이 타이머의 설정 값을 서빙 셀의 시스템 정보로부터 획득할 수 있다.

단말로부터 RRC 연결 재확립 요청 메시지를 수신하고 요청을 수락한 경우, 셀은 단말에게 RRC 연결 재확립 메시지(RRC connection reestablishment message)를 전송한다.

셀로부터 RRC 연결 재확립 메시지를 수신한 단말은 SRB1에 대한 PDCP 부계층과 RLC 부계층을 재구성한다. 또한 보안 설정과 관련된 각종 키 값들을 다시 계산하고, 보안을 담당하는 PDCP 부계층을 새로 계산한 보안키 값들로 재구성한다. 이를 통해 단말과 셀간 SRB 1이 개방되고 RRC 제어 메시지를 주고 받을 수 있게 된다. 단말은 SRB1의 재개를 완료하고, 셀로 RRC 연결 재확립 절차가 완료되었다는 RRC 연결 재확립 완료 메시지(RRC connection reestablishment complete message)를 전송한다(S760).

반면, 단말로부터 RRC 연결 재확립 요청 메시지를 수신하고 요청을 수락하지 않은 경우, 셀은 단말에게 RRC 연결 재확립 거절 메시지(RRC connection reestablishment reject message)를 전송한다.

RRC 연결 재확립 절차가 성공적으로 수행되면, 셀과 단말은 RRC 연결 재확립 절차를 수행한다. 이를 통하여 단말은 RRC 연결 재확립 절차를 수행하기 전의 상태를 회복하고, 서비스의 연속성을 최대한 보장한다.

도 8은 무선랜(wireless local area network, WLAN)의 구조를 나타낸다. 도 8(a)는 IEEE(institute of electrical and electronic engineers) 802.11의 인프라스트럭쳐 네트워크(infrastructure network)의 구조를 나타낸다. 도 8(b)는 독립 BSS를 나타낸다.

도 8(a)를 참조하면, 무선랜 시스템은 하나 또는 그 이상의 기본 서비스 세트(Basic Service Set, BSS, 800, 805)를 포함할 수 있다. BSS(800, 805)는 성공적으로 동기화를 이루어서 서로 통신할 수 있는 AP(access point, 825) 및 STA1(Station, 800-1)과 같은 AP와 STA의 집합으로서, 특정 영역을 가리키는 개념은 아니다. BSS(805)는 하나의 AP(830)에 하나 이상의 결합 가능한 STA(805-1, 805-2)을 포함할 수도 있다.

인프라스트럭쳐 BSS는 적어도 하나의 STA, 분산 서비스(Distribution Service)를 제공하는 AP(825, 830) 및 다수의 AP를 연결시키는 분산 시스템(Distribution System, DS, 810)을 포함할 수 있다.

분산 시스템(810)는 여러 BSS(800, 805)를 연결하여 확장된 서비스 셋인 ESS(extended service set, 840)를 구현할 수 있다. ESS(840)는 하나 또는 여러 개의 AP(825, 830)가 분산 시스템(810)을 통해 연결되어 이루어진 하나의 네트워크를 지시하는 용어로 사용될 수 있다. 하나의 ESS(840)에 포함되는 AP는 동일한 SSID(service set identification)를 가질 수 있다.

포털(portal, 820)은 무선랜 네트워크(IEEE 802.11)와 다른 네트워크(예를 들어, 802.X)와의 연결을 수행하는 브리지 역할을 수행할 수 있다.

도 8(a)와 같은 인프라스트럭쳐 네트워크에서는 AP(825, 830) 사이의 네트워크 및 AP(825, 830)와 STA(800-1, 805-1, 805-2) 사이의 네트워크가 구현될 수 있다. 하지만, AP(825, 830)가 없이 STA 사이에서도 네트워크를 설정하여 통신을 수행하는 것도 가능할 수 있다. AP(825, 830)가 없이 STA 사이에서도 네트워크를 설정하여 통신을 수행하는 네트워크를 애드-혹 네트워크(Ad-Hoc network) 또는 독립 BSS(independent basic service set)라고 정의한다.

도 8(b)를 참조하면, 독립 BSS(independent BSS, IBSS)는 애드-혹 모드로 동작하는 BSS이다. IBSS는 AP를 포함하지 않기 때문에 중앙에서 관리 기능을 수행하는 개체(centralized management entity)가 없다. 즉, IBSS에서는 STA(850-1, 850-2, 850-3, 855-1, 855-2)들이 분산된 방식(distributed manner)으로 관리된다. IBSS에서는 모든 STA(850-1, 850-2, 850-3, 855-1, 855-2)이 이동 STA으로 이루어질 수 있으며, 분산 시스템으로의 접속이 허용되지 않아서 자기 완비적 네트워크(self-contained network)를 이룬다.

STA은 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11 표준의 규정을 따르는 매체 접속 제어(Medium Access Control, MAC)와 무선 매체에 대한 물리계층(Physical Layer) 인터페이스를 포함하는 임의의 기능 매체로서, 광의로는 AP와 비-AP STA(Non-AP Station)을 모두 포함하는 의미로 사용될 수 있다.

STA은 이동 단말(mobile terminal), 무선 기기(wireless device), 무선 송수신 유닛(Wireless Transmit/Receive Unit; WTRU), 사용자 장비(User Equipment; UE), 이동국(Mobile Station; MS), 이동 가입자 유닛(Mobile Subscriber Unit) 또는 단순히 유저(user) 등의 다양한 명칭으로도 불릴 수 있다.

이하, 매체 액세스 메커니즘(Medium Access Mechanism)에 대하여 설명한다.

IEEE 802.11에 따른 무선랜 시스템에서, MAC(Medium Access Control)의 기본 액세스 메커니즘은 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) 메커니즘이다. CSMA/CA 메커니즘은 IEEE 802.11 MAC의 분배 조정 기능(Distributed Coordination Function, DCF)이라고도 불리는데, 기본적으로 "listen before talk" 액세스 메커니즘을 채용하고 있다. 이러한 유형의 액세스 메커니즘 따르면, AP 및/또는 STA은 전송을 시작하기에 앞서, 소정의 시간구간(예를 들어, DIFS(DCF Inter-Frame Space) 동안 무선 채널 또는 매체(medium)를 센싱(sensing)하는 CCA(Clear Channel Assessment)를 수행할 수 있다. 센싱 결과, 만일 매체가 유휴 상태(idle status)인 것으로 판단 되면, 해당 매체를 통하여 프레임 전송을 시작한다. 반면, 매체가 점유 상태(occupied status)인 것으로 감지되면, 해당 AP 및/또는 STA은 자기 자신의 전송을 시작하지 않고 매체 액세스를 위한 지연 기간(예를 들어, 임의 백오프 주기(random backoff period))을 설정하여 기다린 후에 프레임 전송을 시도할 수 있다. 임의 백오프 주기의 적용으로, 여러 STA들은 서로 다른 시간 동안 대기한 후에 프레임 전송을 시도할 것이 기대되므로, 충돌(collision)을 최소화시킬 수 있다.

또한, IEEE 802.11 MAC 프로토콜은 HCF(Hybrid Coordination Function)를 제공한다. HCF는 상기 DCF와 PCF(Point Coordination Function)를 기반으로 한다. PCF는 폴링(polling) 기반의 동기식 액세스 방식으로 모든 수신 AP 및/또는 STA이 데이터 프레임을 수신할 수 있도록 주기적으로 폴링하는 방식을 일컫는다. 또한, HCF는 EDCA(Enhanced Distributed Channel Access)와 HCCA(HCF Controlled Channel Access)를 가진다. EDCA는 제공자가 다수의 사용자에게 데이터 프레임을 제공하기 위한 액세스 방식을 경쟁 기반으로 하는 것이고, HCCA는 폴링(polling) 메커니즘을 이용한 비경쟁 기반의 채널 액세스 방식을 사용하는 것이다. 또한, HCF는 WLAN의 QoS(Quality of Service)를 향상시키기 위한 매체 액세스 메커니즘을 포함하며, 경쟁 주기(Contention Period; CP)와 비경쟁 주기(Contention Free Period; CFP) 모두에서 QoS 데이터를 전송할 수 있다.

상기 CSMA/CA 메커니즘은 AP 및/또는 STA이 매체를 직접 센싱하는 물리적 캐리어 센싱(physical carrier sensing) 외에 가상 캐리어 센싱(virtual carrier sensing)도 포함한다. 가상 캐리어 센싱은 숨겨진 노드 문제(hidden node problem) 등과 같이 매체 액세스에서 발생할 수 있는 문제를 보완하기 위한 것이다. 가상 캐리어 센싱을 위하여, 무선랜 시스템의 MAC은 네트워크 할당 벡터(Network Allocation Vector; NAV)를 이용할 수 있다. NAV는 현재 매체를 사용하고 있거나 또는 사용할 권한이 있는 AP 및/또는 STA이, 매체가 이용 가능한 상태로 되기까지 남아 있는 시간을 다른 AP 및/또는 STA에게 지시(indicate)하는 값이다. 따라서 NAV로 설정된 값은 해당 프레임을 전송하는 AP및/또는 STA에 의하여 매체의 사용이 예정되어 있는 기간에 해당하고, NAV 값을 수신하는 STA은 해당 기간 동안 매체 액세스(또는 채널 액세스)가 금지(prohibit) 또는 연기(defer)된다. NAV는, 예를 들어, 프레임의 MAC 헤더(header)의 "duration" 필드의 값에 따라 설정될 수 있다.

또한, 충돌 가능성을 감소시키기 위해서 강인한 충돌 검출(robust collision detect) 메커니즘이 도입되었다. 이에 대해서 도 9 및 도 10을 참조하여 설명한다. 실제 캐리어 센싱 범위와 전송 범위는 동일하지 않을 수도 있지만, 설명의 편의를 위해서 동일한 것으로 가정한다.

도 9는 숨겨진 노드 및 노출된 노드의 일 예를 나타낸다. 도 9(a)는 숨겨진 노드의 일 예를 나타내며, 도 9(b)는 노출된 노드의 일 예를 나타낸다.

도 9(a)에서, STA A와 STA B는 통신 중에 있고, STA C는 전송할 정보를 가지고 있다고 가정한다. 이 경우, STA A가 STA B에 정보를 전송하고 있음에도 불구하고, STA C가 STA B로 데이터를 보내기 전에 캐리어 센싱을 수행할 때에, 매체가 유휴 상태인 것으로 판단할 수 있다. 이는 STA A의 전송(즉, 매체 점유)을 STA C의 위치에서는 센싱하지 못할 수 있기 때문이다. 이러한 경우에, STA B는 STA A와 STA C의 정보를 동시에 받기 때문에 충돌이 발생할 수 있다. 이 때, STA A는 STA C의 숨겨진 노드라고 할 수 있다.

도 9(b)에서, STA B는 STA A에 데이터를 전송하고 있고, STA C가 STA D로 전송할 정보를 가지고 있다고 가정한다. 이 경우, STA C가 캐리어 센싱을 수행하면, STA B의 전송으로 인하여 매체가 점유된 상태라고 판단할 수 있다. 이에 따라, STA C가 STA D에 전송할 정보가 있더라도 매체 점유 상태라고 센싱되기 때문에, STA C는 매체가 유휴 상태가 될 때까지 기다려야 한다. 그러나, 실제로는 STA A가 STA C의 전송 범위 밖에 있으므로, STA C로부터의 전송과 STA B로부터의 전송은 STA A의 입장에서는 충돌하지 않을 수 있다. 따라서, STA C가 STA B가 전송을 멈출 때까지 대기하는 것은 불필요할 수 있다. 이 때, STA C는 STA B의 노출된 노드라고 할 수 있다.

도 10은 RTS(Request To Send) 및 CTS(Clear To Send)를 설명하기 위한 도면이다. 도 10(a)는 숨겨진 노드 문제를 해결하는 방법의 일 예를 나타내며, 도 10(b)는 노출된 노드 문제를 해결하는 방법의 일 예를 나타낸다.

도 9와 같은 예시적인 상황에서 충돌 회피(collision avoidance) 메커니즘을 효율적으로 이용하기 위해서, RTS 및 CTS 등의 짧은 시그널링 패킷(short signaling packet)을 이용할 수 있다. 두 STA 간의 RTS/CTS는 주위의 STA(들)이 오버히어링(overhearing)할 수 있도록 하여, 상기 주위의 STA(들)이 상기 두 STA 간의 정보 전송 여부를 고려하도록 할 수 있다. 예를 들어, 데이터를 전송하려는 STA이 데이터를 받는 STA에 RTS 프레임을 전송하면, 데이터를 받는 STA은 CTS 프레임을 주위의 STA들에게 전송함으로써 자신이 데이터를 받을 것임을 알릴 수 있다.

도 10(a)에서, STA A 및 STA C가 STA B에 데이터를 전송하려 한다고 가정한다. STA A가 RTS를 STA B에 보내면 STA B는 CTS를 자신의 주위에 있는 STA A 및 STA C에게 전송을 한다. 그 결과 STA C는 STA A 및 STA B의 데이터 전송이 끝날 때까지 기다리게 되어 충돌을 피할 수 있다.

도 10(b)에서, STA A와 STA B 간의 RTS/CTS 전송을 STA C가 오버히어링함으로써, STA C는 자신이 다른 STA(예를 들어, STA D)에게 데이터를 전송하더라도 충돌이 발생하지 않을 것으로 판단할 수 있다. 즉, STA B는 주위의 모든 STA들에게 RTS를 전송하고, 실제로 보낼 데이터가 있는 STA A만 CTS를 전송하게 된다. STA C는 RTS만을 받고 STA A의 CTS를 받지 못했기 때문에 STA A는 STC C의 캐리어 센싱 밖에 있다는 것을 알 수 있다.

이하, 비면허 대역(unlicensed band)에서의 LTE 서비스에 대하여 설명한다.

면허 대역(licensed band)은 한 사업자에게 독점적 사용권이 주어지기 때문에 모두가 공유하는 자원인 비면허 대역에 비해 더 나은 신뢰성과 통신 품질 등이 보장된다. 그러나 주파수 경매 등으로 인해 면허 대역 확보는 막대한 비용이 들어가며, 현재의 데이터 수요를 감당하기 위해서는 추가적인 주파수 확보가 반드시 필요한 상황이다. 이에 대한 방안으로 비면허 대역에서의 LTE 서비스 (LTE in Unlicensed Spectrum: LTE-U)가 제안되었다.

LTE-U는 LTE의 장점을 비면허 대역으로 확장하여 향상된 이동성, 보안성 및 통신 품질을 제공할 수 있고, 기존 무선접속기술들에 비해 LTE가 주파수 효율성이 높아 데이터 처리 성능을 증가시킬 수 있다. 또한, 면허-비면허 대역이 통합된 네트워크를 나타내는 도 11을 참조하면, 기존 코어 네트워크를 크게 변경하지 않고 면허 대역과 비면허 대역을 하나의 네트워크로 통합 관리할 수 있어 투자 및 운영비용 측면에서도 큰 장점을 가진다.

다만, 비면허 대역은 통상 송신 출력을 제한하는 경우가 대부분이기 때문에, 동일한 주파수 대역이라고 하더라도 독점적 사용이 가능한 면허 대역보다 커버리지의 크기가 작아지는 경우가 많다. 또한, 동일 주파수 대역 내 혼재된 타 통신 방식 혹은 타 서비스 제공자의 통신 장치와의 간섭을 최소화하기 위해 설정된 규제 사항을 준수하기 위해서는 일정 지역 내 균등한 수준의 서비스를 보장할 수 없는 환경이 존재하기도 한다. 또한, 비면허 대역을 사용하여 기존 셀룰러 방식에 근거한 서비스 커버리지를 구축할 경우, 제어 채널 등을 통해 전송되어야 하는 중요한 신호 전달에 대한 신뢰성이 충분히 확보되지 않을 수 있다. 이러한 문제를 회피하면서도 비면허 대역이 갖는 장점을 최대한 이끌어 내기 위해 면허 대역에서의 LTE 서비스와 결합한 CA 혹은 보조 다운링크(SDL, Supplemental Downlink)로 활용하는 방안 등이 제안되었다.

네트워크의 관리, 무선 자원의 할당, 단말 이동성 제어 등 LTE 서비스 제공을 위해 신뢰성이 반드시 보장되어야 하는 신호의 전달은, 주요소반송파(PCC, Primary Component Carrier) 역할을 하는 면허 대역 LTE를 통해 이루어진다. 이에 반해, 비면허 대역 LTE는 상/하향링크 모두 지원 혹은 하향링크 만을 지원하는 시나리오를 모두 수용할 수 있지만, 항상 부 요소 반송파(SCC, Secondary Component Carrier) 역할을 하며, PCC 상의 LTE 서비스를 보완하여 셀 용량 및 사용자 당 평균 데이터 속도 등의 성능을 향상하는 방식으로 동작한다. 이와 같이, 면허 대역 LTE 서비스와 통합되어 비면허 대역 LTE 서비스가 제공되는 시나리오 하에서는, 면허 대역 간의 CA에서 구현할 수 있는 반송파 간 스케줄링(cross-carrier scheduling), 보안 및 QoS 보장 등의 기술 적용이 가능할 뿐만 아니라, 셀 간 간섭 조정(ICIC, Inter-Cell Interference Coordination) 기술을 통해 상대적으로 간섭에 취약한 비면허 대역의 LTE 서비스 성능을 보완할 수 있다.

LTE-U 서비스의 핵심 이슈는 기존 비면허 대역의 무선접속기술들, 특히 WLAN과의 공존으로 생기는 공정성 문제이다. LTE와 WLAN 기술은 PHY/MAC 구조상 근본적인 차이가 있어 이 기술들이 한 대역에 공존하게 되면 LTE로만 서비스가 집중되는 공정성 문제가 심각하게 발생할 수 있다. 즉, LTE는 OFDMA 방식으로 동시에 주파수를 공유하는 것이 가능하지만 WLAN는 CSMA/CA방식이라 채널을 동시에 사용할 수 없고 IDLE 상태가 될 때까지 기다려야 하기 때문에 LTE 위주로 통신이 이뤄질 가능성이 크다. 이를 해결하기 위해 해당 대역에 간섭을 일으킬 수 있는 다른 통신 전파가 없는지 확인하는 LBT(Listen Before Talk) 등의 메커니즘 등을 적용할 수 있다.

도 12는 비면허 LTE 셀과 WLAN AP가 공존하는 환경에서 발생하는 숨겨진 노드 문제를 나타낸다.

도 12를 참조하면, 비면허 LTE 셀의 커버리지 내에 단말 및 WLAN AP가 존재하고, WLAN AP의 커버리지 내에 단말이 존재한다고 가정한다.

일 실시 예에 따라, LTE 셀은 단말에게 정보를 전송하고 있고, WLAN AP는 단말로 전송할 정보를 가지고 있다고 가정한다. 이 경우, LTE 셀이 단말에게 정보를 전송하고 있음에도 불구하고, WLAN AP의 위치에서는 LTE 셀의 전송을 센싱하지 못할 수 있다. 따라서, 단말은 LTE 셀 및 WLAN AP로부터 정보를 동시에 받을 수 있고, 이는 충돌로 이어질 수 있다.

다른 실시 예에 따라, WLAN AP는 단말에게 정보를 전송하고 있고, LTE 셀은 단말로 전송할 정보를 가지고 있다고 가정한다. 이 경우, WLAN AP가 단말에게 정보를 전송하고 있음에도 불구하고, LTE 셀의 위치에서는 WLAN AP의 전송을 센싱하지 못할 수 있다. 따라서, 단말은 WLAN AP 및 LTE 셀로부터 정보를 동시에 받을 수 있고, 이는 충돌로 이어질 수 있다.

상기와 같은 충돌을 해결하기 위해, 비면허 LTE 셀과 WLAN AP가 공존하는 환경에서 RTS(Request To Send)/CTS(Clear To Send) 절차를 이용하는 것을 고려할 수 있다. 예를 들어, 단말이 WLAN AP로부터 RTS를 수신하면 단말은 단말의 커버리지 내에 있는 장치로 CTS를 전송할 수 있다. 다만, CTS의 커버리지를 고려하면, LTE 셀은 단말로부터 CTS를 수신하지 못할 수 있다.

상기 예에서 설명한 것처럼, 비면허 LTE 셀과 WLAN AP가 공존하는 환경에서는 숨겨진 노드 문제가 발생할 수 있고, 기존의 RTS/CTS 절차로는 상기와 같은 문제점을 해결하지 못할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 비면허 LTE 셀과 WLAN AP가 공존하는 환경에서 발생할 수 있는 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 방법 및 이를 지원하는 장치를 제안한다.

이하, 본 발명의 일 실시 예에 따라, 무선 통신 시스템에서 단말이 비면허 대역 상에서 데이터를 수신하는 방법 및 이를 지원하는 장치에 대하여 설명한다. 본 발명의 일 실시 예에서, 제 1 지시자는 기지국으로부터 단말에게 전송될 데이터가 있음을 지시하는 지시자일 수 있다. 제 2 지시자는 단말이 데이터를 수신하는 것이 가능함을 지시하는 지시자일 수 있다. 제 3 지시자는 단말이 데이터를 수신하는 것이 불가함을 지시하는 지시자일 수 있다. 제 4 지시자는 상기 제 2 지시자의 전송이 필요한지 여부를 지시하는 지시자일 수 있다. 제 5 지시자는 기지국으로부터 단말에게 전송될 데이터가 있음을 지시하는 지시자일 수 있다. 상기 제 1 지시자와 상기 제 5 지시자는 서로 구별될 수 있다. 단말이 비면허 대역 상에서 데이터를 수신하는 방법은 이하의 단계를 포함할 수 있다.

(1) 제 1 단계

기지국이 비면허 대역 상에서 데이터 전송을 수행하기를 원할 때, 기지국은 비면허 주파수 상의 LTE 셀, 면허 주파수 상의 LTE 셀 또는 WLAN 중 적어도 어느 하나를 통해 제 1 지시자를 전송할 수 있다. 상기 제 1 지시자는 기지국으로부터 단말에게 전송될 데이터가 있음을 지시할 수 있다. 상기 제 1 지시자는 RTS(Request To Send)일 수 있다. 상기 제 1 지시자는 RRC 메시지, MAC 제어 요소 또는 PDCCH 중 적어도 어느 하나에 포함되어 전송될 수 있다.

또한, 기지국은 비면허 주파수 상의 LTE 셀, 면허 주파수 상의 LTE 셀 또는 WLAN 중 적어도 어느 하나를 통해 제 2 지시자가 기지국으로 전송될 필요가 있는지 여부를 지시하는 제 4 지시자를 전송할 수 있다. 상기 제 2 지시자는 단말이 데이터를 수신하는 것이 가능함을 지시할 수 있다. 상기 제 2 지시자는 CTS(Clear To Send)일 수 있다.

또한, 기지국은 상기 제 2 지시자의 전송과 관련된 타이머 값을 전송할 수 있다. 상기 타이머 값은 이하 단계에서 채널 센싱의 성공 또는 실패 여부를 판단하기 위해 이용될 수 있다.

(2) 제 2 단계

WLAN 또는 서빙 LTE 셀을 통해 제 1 지시자를 수신한 후, 단말은 채널 센싱을 수행할 수 있다.

단말이 채널 센싱을 수행한 결과 채널이 클리어(Clear)하다고 판단하면(즉, 해당 채널이 사용 중이지 않다고 판단하면), 상기 단말은 WLAN 모듈 또는 LTE 모듈 중 적어도 어느 하나를 사용하여 제 2 지시자를 전송할 수 있다. 단말은 LTE 모듈을 사용하여 기지국에게 제 2 지시자 전송의 성공을 알릴 수 있다. 상기 제 2 지시자 전송의 성공은 비면허 주파수 상의 LTE 셀 또는 면허 주파수 상의 LTE 셀 중 적어도 어느 하나를 통해 알려질 수 있다. 만약, 상기 제 4 지시자가 기지국으로부터 수신된 경우, 상기 제 2 지시자는 상기 제 4 지시자가 상기 제 2 지시자의 전송이 필요함을 지시하는 경우에 한하여 전송될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 4 지기사가 상기 제 2 지시자의 전송이 필요하지 않음을 지시하는 경우, 상기 단말이 채널 센싱을 수행한 결과 채널이 클리어하다고 판단하더라도, 상기 단말은 제 2 지시자를 전송하지 않을 수 있다.

단말이 채널 센싱을 수행한 결과 채널이 클리어하지 않다고 판단하면(즉, 해당 채널이 사용 중이라고 판단하면), 상기 단말은 제 2 지시자(예를 들어, LBT의 결과)를 전송하지 않을 수 있다. 단말은 LTE 모듈을 사용하여 기지국에게 제 2 지시자 전송의 실패를 알릴 수 있다. 상기 제 2 지시자 전송의 실패는 제 3 지시자를 상기 기지국으로 전송함으로써 알릴 수 있다. 상기 제 3 지시자는 상기 단말이 데이터를 수신하는 것이 불가함을 지시할 수 있다. 상기 제 3 지시자는 비면허 주파수 상의 LTE 셀 또는 면허 주파수 상의 LTE 셀 중 적어도 어느 하나를 통해 알려질 수 있다.

상기 채널 센싱은 타이머가 동작하는 구간에서 수행될 수 있다. 상기 타이머는 상기 단말이 상기 제 1 지시자를 수신한 후 개시될 수 있다. 나아가, 상기 개시된 타이머는 상기 기지국으로부터 수신한 타이머 값만큼 경과한 후 만료될 수 있다. 상기 단말은 상기 타이머가 만료될 때까지 채널이 클리어하지 않으면, 상기 단말은 타이머가 만료된 후 상기 제 3 지시자를 전송할 수 있다. 반대로, 상기 단말은 채널이 클리어하면, 상기 타이머가 만료되기 이전이라도 상기 제 2 지시자를 전송할 수 있다.

(3) 제 3 단계

만약 기지국이 상기 단말로부터 상기 제 2 지시자를 수신하면, 비면허 대역 상의 SCell은 단말에 대하여 데이터 전송을 시작할 수 있다.

만약 기지국이 상기 단말로부터 상기 제 3 지시자를 수신하면, 상기 기지국은 상기 단말로 데이터 전송을 수행하지 않을 수 있다. 또한, 상기 기지국은 상기 제 3 지시자에 대한 응답으로 제 5 지시자를 전송할 수 있다. 상기 제 5 지시자는 상기 단말에게 전송될 데이터가 있음을 지시할 수 있다. 상기 제 5 지시자는 RTS일 수 있다. 다만, 상기 제 1 지시자의 수신기 주소와 상기 제 5 지시자의 수신기 주소는 다를 수 있다.

기지국으로부터 단말에게 전송될 데이터가 있음을 지시하는 제 1 지시자에 대응하여, 단말이 기지국으로 데이터 수신이 가능한지 여부를 지시함으로써(예를 들어, 제 2 지시자를 전송하거나 제 3 지시자를 전송함으로써), 비면허 대역에서 LTE 셀과 WLAN AP가 공존하는 환경에서 발생하는 숨겨진 노드 문제를 해결할 수 있다.

도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따라, 단말이 비면허 대역 상에서 데이터 수신이 가능함을 지시하는 방법을 나타낸다.

도 13을 참조하면, 기지국은 단말에게 제 1 지시자 및 타이머 값을 전송할 수 있다(S1310). 제 1 지시자는 기지국으로부터 단말에게 전송될 데이터가 있음을 지시하는 지시자일 수 있다. 부가적으로, 기지국은 단말에게 제 4 지시자를 전송할 수 있다. 제 4 지시자는 상기 제 2 지시자의 전송이 필요한지 여부를 지시하는 지시자일 수 있다. 상기 제 1 지시자는 WLAN 또는 LTE 셀 중 적어도 어느 하나를 통해 전송될 수 있다. 상기 제 4 지시자는 WLAN 또는 LTE 셀 중 적어도 어느 하나를 통해 전송될 수 있다.

단말은 제 1 지시자를 수신한 후, 채널 센싱을 수행할 수 있다(S1320). 상기 채널 센싱은 타이머가 동작하는 구간에서 수행될 수 있다. 상기 타이머가 동작하는 구간은 타이머가 개시되고 만료될 때까지의 구간일 수 있다. 단말은 제 1 지시자를 수신 시 타이머를 개시할 수 있다. 또는, 단말은 제 1 지시자를 수신한 이후 타이머를 개시할 수 있다. 상기 타이머는 상기 기지국으로부터 수신된 타이머 값만큼 경과한 후 만료될 수 있다. 도 13의 실시 예에서, 채널 센싱을 수행한 결과 해당 채널이 사용 중이지 않은 것으로 가정한다. 즉, 해당 채널은 클리어하다.

단말이 채널 센싱을 수행한 결과 해당 채널이 사용 중이지 않은 것으로 판단하면, 단말은 제 2 지시자를 기지국으로 전송할 수 있다(S1330). 상기 제 2 지시자는 단말이 데이터를 수신하는 것이 가능함을 지시하는 지시자일 수 있다. 상기 제 2 지시자는 비면허 주파수 상의 LTE 셀 또는 면허 주파수 상의 LTE 셀 중 적어도 어느 하나를 통해 전송될 수 있다. 상기 제 2 지시자는 WLAN 모듈 또는 LTE 모듈 중 적어도 어느 하나를 이용하여 전송될 수 있다. 상기 제 2 지시자는 상기 타이머가 만료되기 이전이라도 전송될 수 있다. 상기 제 2 지시자는 상기 제 4 지시자가 상기 제 2 지시자의 전송이 필요하다고 지시하는 경우에 한하여 전송될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 4 지시자가 상기 제 2 지시자의 전송이 필요 없음을 지시하는 경우, 단말이 해당 채널이 사용 중이지 않은 것으로 판단하더라도, 상기 제 2 지시자는 전송되지 않을 수 있다.

기지국은 제 2 지시자를 수신한 후, 해당 채널을 통해 단말에게 데이터 전송을 수행할 수 있다(S1340).

도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따라, 단말이 비면허 대역 상에서 데이터 수신이 불가능함을 지시하는 방법을 나타낸다.

도 14를 참조하면, 기지국은 단말에게 제 1 지시자 및 타이머 값을 전송할 수 있다(S1410). 제 1 지시자는 기지국으로부터 단말에게 전송될 데이터가 있음을 지시하는 지시자일 수 있다. 부가적으로, 기지국은 단말에게 제 4 지시자를 전송할 수 있다. 제 4 지시자는 상기 제 2 지시자의 전송이 필요한지 여부를 지시하는 지시자일 수 있다. 상기 제 1 지시자는 WLAN 또는 LTE 셀 중 적어도 어느 하나를 통해 전송될 수 있다. 상기 제 4 지시자는 WLAN 또는 LTE 셀 중 적어도 어느 하나를 통해 전송될 수 있다.

단말은 제 1 지시자를 수신한 후, 채널 센싱을 수행할 수 있다(S1420). 상기 채널 센싱은 타이머가 동작하는 구간에서 수행될 수 있다. 상기 타이머가 동작하는 구간은 타이머가 개시되고 만료될 때까지의 구간일 수 있다. 단말은 제 1 지시자를 수신 시 타이머를 개시할 수 있다. 또는, 단말은 제 1 지시자를 수신한 이후 타이머를 개시할 수 있다. 상기 타이머는 상기 기지국으로부터 수신된 타이머 값만큼 경과한 후 만료될 수 있다. 도 14의 실시 예에서, 채널 센싱을 수행한 결과 해당 채널이 사용 중인 것으로 가정한다. 즉, 해당 채널은 클리어하지 않다.

단말은 상기 타이머가 만료된 후, 제 3 지시자를 기지국으로 전송할 수 있다(S1430). 상기 제 3 지시자는 단말이 데이터를 수신하는 것이 불가함을 지시하는 지시자일 수 있다. 상기 제 3 지시자는 비면허 주파수 상의 LTE 셀 또는 면허 주파수 상의 LTE 셀 중 적어도 어느 하나를 통해 전송될 수 있다. 대안적으로, 단말은 상기 타이머가 만료되면, 어떤 지시자도 기지국으로 전송하지 않을 수 있다.

기지국은 제 3 지시자를 수신한 후, 제 5 지시자를 단말에게 전송할 수 있다(S1440). 상기 제 5 지시자는 기지국으로부터 단말에게 전송될 데이터가 있음을 지시하는 지시자일 수 있다. 상기 제 1 지시자와 상기 제 5 지시자는 서로 구별될 수 있다. 대안적으로, 기지국은 상기 타이머가 만료된 후 단말로부터 지시자를 수신하지 못하면, 제 5 지시자를 단말에게 전송할 수 있다.

도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따라, 단말은 비면허 대역 상에서 데이터를 수신하는 방법에 관한 블록도이다.

도 15를 참조하면, 상기 단말은 상기 단말에게 전송될 데이터가 있음을 지시하는 제 1 지시자를 기지국으로부터 수신할 수 있다(S1510). 상기 제 1 지시자는 RRC 메시지, MAC 제어 요소 또는 PDCCH 중 적어도 어느 하나에 포함되어 수신될 수 있다. 상기 제 1 지시자는 WLAN 또는 LTE 셀 중 적어도 어느 하나를 통해 수신될 수 있다.

상기 단말은 타이머 값을 상기 기지국으로부터 수신할 수 있다(S1520).

상기 단말은 타이머가 동작하는 구간에서 채널 센싱을 수행할 수 있다(S1530). 상기 타이머는 상기 단말이 상기 제 1 지시자를 수신한 후 개시되고, 상기 개시된 타이머는 상기 타이머 값만큼 경과한 후 만료될 수 있다.

상기 단말은 상기 채널 센싱을 수행한 결과를 기반으로 데이터를 수신하는 것이 가능함을 지시하는 제 2 지시자 또는 데이터를 수신하는 것이 불가능함을 지시하는 제 3 지시자 중 어느 하나를 상기 기지국으로 전송할 수 있다(S1540).

상기 단말은 상기 채널 센싱을 수행한 결과 채널이 사용 중이 아니라고 판단되면, 상기 제 2 지시자를 상기 기지국으로 전송할 수 있다. 상기 제 2 지시자는 WLAN 모듈 또는 LTE 모듈 중 적어도 어느 하나를 이용하여 전송될 수 있다. 상기 단말은 상기 제 2 지시자에 대한 응답으로 비면허 대역 상의 SCell을 통해 상기 기지국으로부터 데이터를 수신할 수 있다.

상기 단말은 상기 제 2 지시자의 전송이 필요한지 여부를 지시하는 제 4 지시자를 수신할 수 있다. 상기 제 2 지시자는 상기 제 4 지시자가 상기 제 2 지시자의 전송이 필요함을 지시하는 경우에 한하여 전송될 수 있다. 상기 제 4 지시자는 WLAN 또는 LTE 셀 중 적어도 어느 하나를 통해 수신될 수 있다.

상기 단말은 상기 채널 센싱을 수행한 결과 채널이 사용 중이라고 판단되면, 상기 제 3 지시자를 상기 기지국으로 전송할 수 있다. 상기 제 3 지시자는 상기 타이머가 만료된 후 전송될 수 있다. 상기 제 3 지시자는 LTE 모듈을 사용하여 비면허 주파수 또는 면허 주파수 상의 LTE 셀을 통해 상기 기지국으로 전송될 수 있다. 이 경우, 상기 제 2 지시자는 상기 기지국으로 전송되지 않을 수 있다.

상기 단말은 상기 제 3 지시자에 대한 응답으로 상기 단말에게 전송될 데이터가 있음을 지시하는 제 5 지시자를 상기 기지국으로부터 수신할 수 있다. 상기 제 1 지시자의 수신기 주소 및 상기 제 5 지시자의 수신기 주소는 서로 다를 수 있다.

도 16은 본 발명의 실시 예가 구현되는 무선 통신 시스템의 블록도이다.

기지국(1600)은 프로세서(processor, 1601), 메모리(memory, 1602) 및 송수신기(transceiver, 1603)를 포함한다. 메모리(1602)는 프로세서(1601)와 연결되어, 프로세서(1601)를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다. 송수신기(1603)는 프로세서(1601)와 연결되어, 무선 신호를 송신 및/또는 수신한다. 프로세서(1601)는 제안된 기능, 과정 및/또는 방법을 구현한다. 전술한 실시 예에서 기지국의 동작은 프로세서(1601)에 의해 구현될 수 있다.

단말(1610)은 프로세서(1611), 메모리(1612) 및 송수신기(1613)를 포함한다. 메모리(1612)는 프로세서(1611)와 연결되어, 프로세서(1611)를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다. 송수신기(1613)는 프로세서(1611)와 연결되어, 무선 신호를 송신 및/또는 수신한다. 프로세서(1611)는 제안된 기능, 과정 및/또는 방법을 구현한다. 전술한 실시 예에서 단말의 동작은 프로세서(1611)에 의해 구현될 수 있다.

프로세서는 ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로 및/또는 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 메모리는 ROM(read-only memory), RAM(random access memory), 플래쉬 메모리, 메모리 카드, 저장 매체 및/또는 다른 저장 장치를 포함할 수 있다. 송수신기는 무선 신호를 처리하기 위한 베이스밴드 회로를 포함할 수 있다. 실시 예가 소프트웨어로 구현될 때, 상술한 기법은 상술한 기능을 수행하는 모듈(과정, 기능 등)로 구현될 수 있다. 모듈은 메모리에 저장되고, 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 메모리는 프로세서 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로세서와 연결될 수 있다.

상술한 일례들에 기초하여 본 명세서에 따른 다양한 기법들이 도면과 도면 부호를 통해 설명되었다. 설명의 편의를 위해, 각 기법들은 특정한 순서에 따라 다수의 단계나 블록들을 설명하였으나, 이러한 단계나 블록의 구체적 순서는 청구항에 기재된 발명을 제한하는 것이 아니며, 각 단계나 블록은 다른 순서로 구현되거나, 또 다른 단계나 블록들과 동시에 수행되는 것이 가능하다. 또한, 통상의 기술자라면 간 단계나 블록이 한정적으로 기술된 것이나 아니며, 발명의 보호 범위에 영향을 주지 않는 범위 내에서 적어도 하나의 다른 단계들이 추가되거나 삭제되는 것이 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다.

상술한 실시 예는 다양한 일례를 포함한다. 통상의 기술자라면 발명의 모든 가능한 일례의 조합이 설명될 수 없다는 점을 알 것이고, 또한 본 명세서의 기술로부터 다양한 조합이 파생될 수 있다는 점을 알 것이다. 따라서 발명의 보호범위는, 이하 청구항에 기재된 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서, 상세한 설명에 기재된 다양한 일례를 조합하여 판단해야 할 것이다.

Claims (15)

1. 무선 통신 시스템에서 단말이 비면허 대역(Unlicensed Band) 상에서 데이터를 수신하는 방법에 있어서,
   상기 단말에게 전송될 데이터가 있음을 지시하는 제 1 지시자를 기지국으로부터 수신하고,
   타이머 값을 상기 기지국으로부터 수신하고,
   타이머가 동작하는 구간에서 채널 센싱(Channel Sensing)을 수행하고,
   상기 채널 센싱을 수행한 결과를 기반으로 데이터를 수신하는 것이 가능함을 지시하는 제 2 지시자 또는 데이터를 수신하는 것이 불가능함을 지시하는 제 3 지시자 중 어느 하나를 상기 기지국으로 전송하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 단말은 상기 채널 센싱을 수행한 결과 채널이 사용 중이 아니라고 판단되면, 상기 제 2 지시자를 상기 기지국으로 전송하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제 2 지시자는 WLAN 모듈(Module) 또는 LTE 모듈 중 적어도 어느 하나를 이용하여 전송되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 단말은 상기 제 2 지시자의 전송이 필요한지 여부를 지시하는 제 4 지시자를 수신하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 제 2 지시자는 상기 제 4 지시자가 상기 제 2 지시자의 전송이 필요함을 지시하는 경우에 한하여 전송되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 제 4 지시자는 WLAN 또는 LTE 셀 중 적어도 어느 하나를 통해 수신되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 4 항에 있어서,
   상기 단말은 상기 제 2 지시자에 대한 응답으로 비면허 대역 상의 SCell을 통해 상기 기지국으로부터 데이터를 수신하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 단말은 상기 채널 센싱을 수행한 결과 채널이 사용 중이라고 판단되면, 상기 제 3 지시자를 상기 기지국으로 전송하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 타이머는 상기 단말이 상기 제 1 지시자를 수신한 후 개시되고,
   상기 개시된 타이머는 상기 타이머 값만큼 경과한 후 만료되는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 3 지시자는 상기 타이머가 만료된 후 전송되는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 3 지시자는 LTE 모듈을 사용하여 비면허 주파수 또는 면허 주파수 상의 LTE 셀을 통해 상기 기지국으로 전송되는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제 8 항에 있어서,
    상기 단말은 상기 제 3 지시자에 대한 응답으로 상기 단말에게 전송될 데이터가 있음을 지시하는 제 5 지시자를 상기 기지국으로부터 수신하는 것을 더 포함하되,
    상기 제 1 지시자의 수신기 주소 및 상기 제 5 지시자의 수신기 주소는 서로 다른 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 지시자는 상기 기지국으로 전송되지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 지시자는 RRC 메시지, MAC 제어 요소(Control Element) 또는 PDCCH 중 적어도 어느 하나에 포함되어 수신되는 것을 특징으로 하는 방법.
15. 무선 통신 시스템에서 비면허 대역(Unlicensed Band) 상에서 데이터를 수신하는 단말에 있어서,
    메모리; 송수신기; 및 상기 메모리와 상기 송수신기를 연결하는 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는
    상기 송수신기가 상기 단말에게 전송될 데이터가 있음을 지시하는 제 1 지시자를 기지국으로부터 수신하도록 제어하고,
    상기 송수신기가 타이머 값을 상기 기지국으로부터 수신하도록 제어하고,
    타이머가 동작하는 구간에서 채널 센싱(Channel Sensing)을 수행하고,
    상기 송수신기가 상기 채널 센싱을 수행한 결과를 기반으로 데이터를 수신하는 것이 가능함을 지시하는 제 2 지시자 또는 데이터를 수신하는 것이 불가능함을 지시하는 제 3 지시자 중 어느 하나를 상기 기지국으로 전송하는 것을 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 단말.

Images