KR102040864B1 - Ｌｔｅ-ｌａａ기반의 ｌｂｔ 제어방법 및 그 기지국 장치 - Google Patents

Abstract

엘티이(LTE)-LAA 기반의 LBT(Listen Before Talk) 제어방법이 개시된다. 본 발명의 LBT 제어방법은 캐리어 센싱에 사용되는 수신신호 세기의 임계치를 고정하지 않고, 엘티이 데이터 점유율에 따라 적응적으로 임계치를 조정함으로써, 상호 간섭을 최소화하면서도 대역을 최대한 활용하는 방식으로 Wifi 채널과 LTE-LAA가 비면허 대역을 공유할 수 있다.

Description

ＬＴＥ-ＬＡＡ기반의 ＬＢＴ 제어방법 및 그 기지국 장치{Method for Controlling LBT on LTE-LAA and Nobe-B thereof}

본 발명은 LTE-LAA와 WiFi 사이의 LBT를 위하여 캐리어 센싱방법에 관한 것으로서, LAA와 WiFi 사이의 비면허 대역 점유율에 따라 적응적으로 캐리어 센싱의 기준이 되는 수신신호 세기의 임계치를 조정하는 LBT 제어방법에 관한 것이다.

주파수 자원은 한정되어 있기 때문에 주파수 자원의 부족은 이미 일상적인 상황이다. 현재 LTE(Long Term Evolution) 이동통신 서비스는 엘티이 전용 채널로 허가된 이른바 '면허대역'을 사용하고 있지만, 이동통신망의 트래픽이 계속 폭증하고 있기 때문에 엘티이를 위해 허가된 면허대역만으로 폭증하는 이동통신 트래픽을 감당하기가 점점 어려워진다.

그렇다고 새로운 주파수 대역을 추가적으로 면허대역으로 허가받는 것은 상당한 비용을 지급해야 하므로, 무료로 사용할 수 있는 비면허 대역을 엘티이용으로 이용하고자 하는 노력이 다국적 모바일 네트워크 장비 제조사를 중심으로 이루어졌다. 그 결과로 3GPP(3rd Generation Partnership Project)에서 LAA(Licensed-assisted Access)라는 이름으로 비면허대역과 면허대역의 주파수를 집성(Carrier Aggregation)하는 LTE-U(LTE Unlicensed Spectrum) 및 LTE-LAA(LTE License-Assisted Access) 기술이 제안되었다. 문제는 LTE 진영에서 사용하려는 비면허대역이 5 ㎓대역인데, 이 대역은 이미 wi-fi가 먼저 사용하고 있다는 것이다.

LLTE-U와 LTE-LAA의 차이는 캐리어 센싱(Carrier Sensing)을 위한 LBT(Listen Before Talk) 과정을 수행하는가인데, LTE-LAA는 LBT를 수행한다. LAA는 LTE 면허대역을 앵커(Anchor)로 하여, 면허대역과 비면허대역을 캐리어 애그리게이션(CA: Carrier Aggregation)기술을 이용하여 하나로 묶어 사용한다. LTE-LAA에서 단말기는 항상 면허대역으로 망에 접속하여 서비스를 이용하고, 대신 기지국이 상황에 따라 면허대역과 비면허대역을 캐리어 애그리게이션으로 결합하여 면허대역의 트래픽을 비면허대역으로 오프로딩(Offloading)한다. 이때, 면허대역을 프라이머리 셀(PCell: Primary Cell)이라 하고, 비면허 대역을 세컨더리 셀(SCell: Secondary Cell)이라 한다. 오프로딩에 의해 트래픽을 분할하더라도, 시스템 제어정보는 프라이머리 채널로 제공하고, 사용자 데이터만 비면허대역인 세컨더리 채널로 제공한다. 세컨더리 셀은 wi-fi와 같은 다른 무선 기기들도 사용하는 비면허대역이기 때문에 상대적으로 채널 상태가 우수하지 못한 단점이 있다.

한편, LBT(Listen Before Talk) 규약을 위해, LAA는 동일 주파수 채널에 대한 센싱을 시행한다. 주파수 센싱을 통해 비면허 대역의 무선 신호가 감지되면 해당 비면허 대역이 다른 무선 신호에 의해 점유된 것으로 판단하여 LTE 데이터를 송출하지 않고, 감지되지 않으면 LTE 데이터를 송출하는 것이 LTE-LAA 이다. 주파수 센싱은 해당 비면허 대역에서 수신되는 무선 신호의 세기(RSSI)를 측정하고 실제로는 WiFi AP(Access Point)의 출력신호의 세기를 수신신호의 세기(RSSI)로 측정하는 것이기 때문에, 실제로 간섭을 받는 WiFi 서비스 단말의 위치나 채널상태가 LBT에서 고려되지 않고 WiFi 서비스 단말이 얼마나 간섭을 받는지 판단하기 어려운 문제가 있다.

간섭이 발생하는 상황에서, 무선 신호(WiFi 신호) 감지의 기준이 되는 수신신호의 세기의 임계치(Threshold)는 다양한 환경조건에서 하나로 정하기가 어렵다. 신호 간의 간섭은 단말의 채널 상태에 따라 영향을 많이 받게 되는데, LTE-OFF(LTE 데이터 송출 중단)를 위한 수신신호 세기의 임계치(수신감도)를 높게 하는 경우, LAA 송신주기가 늘어나지만 그만큼 WiFi 채널과 간섭될 확률이 증가한다. 만약에, 단말의 채널 상태가 좋지 않으면 WiFi 송신주기도 짧은데 간섭 확률까지 증가하여, 기존 WiFi 서비스에 좋지 않은 영향을 많이 주게 되며, LBT의 장점이 저하되는 원인이 된다. 반대로, LTE-OFF를 위한 수신신호 세기의 임계치를 낮게 하는 경우, WiFi 채널을 간섭할 확률은 줄어들겠지만, 그만큼 LAA 송신의 기회가 줄어들어, WiFi에 비해 LAA를 통한 비면허 대역 활용이 줄어들 수 있다.

LBT는 실제 WiFi 단말의 채널의 상태가 아닌 WiFi AP의 출력 신호를 감지하여 수신신호의 세기를 측정하기 때문에, 수신신호 세기는 LAA 스몰 셀(Small Cell)과 WiFi AP의 상호 위치에 의해 결정되고, 실제 간섭이 발생하는 WiFi 서비스 단말과 WiFi AP 사이의 위치나 거리는 고려되지 않는다. 만약, WiFi 서비스 단말이 약전계 상태면 WiFi AP가 송출하는 데이터의 양이 적다는 것이므로, LAA의 비면허 대역을 통해서 더 많은 데이터를 송출할 기회가 생기게 되고, 약전계의 WiFi 서비스 단말은 더 많이 간섭될 수 있다. 즉, 약전계의 WiFi 단말은 LBT 동작으로 인해 더 많은 성능 열화의 가능성이 생긴다. 반대로 약전계에서 성능 열화를 보상하기 위해 수신감도를 낮게 설정하면 WiFi 신호를 감지할 가능성이 커지므로, 채널 상태가 좋은 상태인데도 불구하고 비면허 대역의 활용도는 떨어질 수밖에 없다.

[관련 선행기술]

대한민국 공개특허 제10-2016-0138556호 (LTE LAA 운영을 위해 이웃의 WLAN 정보를 검색 및 이용하는 디바이스들 및 방법)

이 발명은 LAA 운용을 위해서 비면허대역에 대한 정보를 단말기에게 요청하여 획득하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 목적은 LTE-LAA와 WiFi 사이의 LBT를 위하여 캐리어 센싱방법으로서, LAA와 WiFi 사이의 비면허 대역 점유율에 따라 적응적으로 캐리어 센싱의 기준이 되는 수신신호 세기의 임계치를 조정하는 LBT 제어방법을 제공함에 있다.

위 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, WiFi 서비스 단말의 채널상태와 상관없이, 동일 주파수 대역의 활용 기회가 동등하게 이뤄져야 LAA는 WiFi와 공존하는 상태에서 효율적인 성능을 발휘할 수 있다는 점에 기초하여, 일정시간 동안 비면허 대역에 대해서 LAA 점유율과 WiFi 점유율을 비교해서 수신신호 세기의 임계치를 조정하는 방안을 제시한다.

따라서 본 발명은 엘티이(LTE)-LAA 기반의 LBT(Listen Before Talk) 제어방법에 관한 것으로서, 본 발명은 기지국 장치가 비면허대역의 수신신호 세기를 검출하고, 기설정된 임계치 이하인 경우에 비면허대역을 세컨더리 채널로 사용 가능하다고 판단하는 단계와; 상기 기지국 장치가 상기 비면허 대역의 LTE 점유율을 계산하는 단계와; 상기 기지국 장치가 상기 LTE 점유율을 다른 무선 서비스의 점유율과 비교하여, 상기 LTE 점유율이 낮을 경우에 상기 임계치를 높여 상기 LTE 점유율이 높아지도록 제어하고, 상기 LTE 점유율이 높은 경우에 상기 임계치를 낮추어 상기 LTE 점유율이 낮아지도록 제어하는 단계를 포함한다.

실시 예에 따라, 상기 LTE 점유율을 계산하는 단계는, 상기 기지국 장치가 상기 비면허 대역을 세컨더리 채널로 LTE 데이터를 송출한 시간과 상기 비면허 대역을 이용하는 다른 무선 신호를 감지한 시간을 비교하여 상기 LTE 점유율을 계산할 수 있다.

더 나아가, 상기 LTE 점유율을 계산하는 단계에서, 상기 LBT 동작을 위해 캐리어 센싱에 소요된 시간을 상기 비면허 대역을 이용하는 다른 무선 신호를 감지한 시간으로 결정할 수 있다.

다른 실시 예에 따라, 상기 LTE 점유율을 계산하는 단계는 기설정된 시간 주기로 수행하며, 상기 엘티이 점유율은 상기 기설정된 시간동안 LAA가 상기 비면허 대역을 점유한 시간으로 계산할 수 있다.

본 발명은 상기의 엘티이(LTE)-LAA 기반의 LBT(Listen Before Talk) 제어방법을 수행하여 비면허 대역에서의 엘티이 점유율을 적응적으로 제어하는 기지국 장치에도 미친다.

본 발명에 의하면, 비면허 대역에 대한 LAA의 점유율이 낮으면 수신신호 세기의 임계치를 높여 LAA의 점유율을 올리고, 비면허 대역에 대한 LAA의 점유율이 WiFi 점유율보다 높으면 수신신호 세기의 임계치를 낮춤으로써 비면허 대역에 대한 LAA의 점유율을 낮추어 WiFi 채널의 할당이 좀 더 늘어나도록 할 수 있다.

따라서 종래처럼 WiFi AP의 신호를 측정하는 방식에 비하여, 간섭을 최소화하면서도 대역을 최대한 활용하는 방식으로, WiFi 서비스 단말의 채널 상태와 상관없이, LTE-LAA 비면허 대역과 WiFi 채널 대역이 가장 효율적인 상태로 공존할 수 있다.

도 1은 본 발명의 이동통신 기지국과 이동통신 단말기 사이의 채널 구성도,
도 2는 본 발명의 LBT를 위한 적응적 수신감도 제어방법의 설명에 제공되는 흐름도, 그리고
도 3은 비면허 대역에서의 LBT에 기초한 엘티이와 WiFi 점유상태를 예시적으로 도시한 도면이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 이동통신 기지국 장치(110)는 면허 대역인 프라이머리 셀(PCell: Primary Cell)(110a)과 비면허대역인 세컨더리 셀(SCell: Secondary Cell)(110b)을 통해 이동통신 단말기(130)와 연결된다.

여기서, 프라이머리 셀(110a)과 세컨더리 셀(110b)의 구분은 이동통신 기지국 장치(110)의 관점에서의 분류로서, 프라이머리 셀(110a)은 엘티이(LTE) 규약에 따른 무선채널에 전용 사용하도록 면허된 주파수 대역을 이용하는 셀 또는 그 무선 채널을 의미한다.

세컨더리 셀(110b)은 특정 무선채널에 전용하도록 허가된 적이 없는 비면허 주파수 대역을 이용한 셀 또는 그 무선 채널이다. 비면허대역은 특정 무선채널로 전용 사용하도록 허가된 것이 아니므로, 이동통신만 뿐만 아니라 다른 무선채널도 사용할 수 있다. 예컨대, 5 ㎓대역은 비면허대역이며, WiFi가 먼저 사용하고 있는 대역이다. 이하의 설명도 5 ㎓대역을 예로 들어 설명한다. 세컨더리 셀(110b)은 기지국 장치(110)가 수행하는 캐리어 애그리게이션(Carrier Aggregation)에 의해 프라이머리 셀(110a)과 함께 활성화되며, 단독으로 엘티이 트래픽을 처리하지 않는 것으로 가정한다.

도 1에 도시된 것처럼, LBT는 실제 WiFi 단말의 채널의 상태가 아닌 WiFi AP(Access Point)(10)의 출력 신호를 감지하여 수신신호의 세기를 측정하고, 수신신호 세기는 기지국 장치(110)와 WiFi AP(10)의 상호 위치에 의해 결정될 뿐이며, 실제 간섭이 발생하는 WiFi 서비스 단말(150)과 WiFi AP(10) 사이의 위치나 거리는 고려되지 않는다. 따라서 비면허대역에서의 엘티이와 WiFi 사이의 점유율이 공평하게 분배되지 않는 문제가 생길 수 있는 상황이다. 그러나 본 발명의 기지국 장치(110)는 아래에서 설명하는 것처럼 엘티이 데이터 점유율에 따라 적응적으로 LBT 수신감도(수신신호 세기의 임계치)를 조정함으로써, 상호 간섭을 최소화하면서도 대역을 최대한 활용하는 방식으로 Wifi 채널과 LTE-LAA가 비면허 대역을 공유할 수 있다.

이하에서는 도 2 및 도 3을 참조하여, 기지국 장치(110)의 동작을 중심으로 본 발명의 적응적 수신신호 세기의 임계치를 조정하는 방법을 설명한다.

<주기적으로 비면허 대역의 단위시간당 엘티이 점유율 계산: S201>

기지국 장치(110)는 비면허 대역의 캐리어 센싱의 기준이 되는 수신신호 세기의 임계치를 적응적으로 조정하기 위하여 기설정된 단위시간 주기로 비면허 대역에서의 '단위시간당 엘티이 점유율'을 계산한다.

엘티이 점유율은 단위시간 동안 엘티이가 비면허 대역을 점유한 시간이 된다. 여기서, 단위시간은 임의로 설정될 수 있으며, 예컨대 1 초(sec), 또는 2초로 설정할 수 있다. 아래의 도 3에서 설명하는 것처럼, 비면허 대역인 세컨더리 셀(110b)은 LTE가 점유한 시간(t1), 아이들(Idle) 시간, 그리고 다른 무선채널이 점유한 시간으로 채워진다. 다른 무선채널은 WiFi를 포함하여 비면허대역을 사용하는 LTE 이외의 모든 무선 신호를 포함한다. 다만, 이하에서는 WiFi를 예로 들어 설명한다.

여기서 LTE가 점유한 시간은, LAA 규약내의 세컨더리 셀에는 하향데이터 물리채널(PDSCH, Physical Downlink Shared Channel)만 존재하므로, 기지국 장치(110)의 물리계층(PHY)은 PDSCH 물리채널이 스케쥴링된 시간을 통해 쉽게 조회가 가능하고, 이는 오롯이 비면허 대역을 통해 엘티이 데이터 패킷을 송출하여 점유한 시간이 된다.

반면에,　엘티이 점유율에 대응되는 WiFi 점유율은 단위시간 동안 다른 무선신호(예컨대 WiFi)가 비면허대역을 점유한 시간이 된다. WiFi가 비면허대역을 점유한 시간은 WiFi가 데이터를 전송한 시간으로서, 기지국 장치(110)가 직접적으로 구하기 어렵다. 그러나 WiFi도 데이터 전송 전에 먼저 주파수 센싱을 수행하기 때문에 엘티이 데이터 전송 중에 WiFi가 데이터를 전송하는 일이 발생하지 않는다. 따라서 LBT 동작중 엘티이 데이터를 전송하지 않고 대기(Back-off)한 시간만큼을 WiFi 점유 시간으로 간주할 수 있다. 따라서 기지국 장치(110)는 물리계층(PHY)을 조회하여 엘티이 데이터를 전송하지 못하고 대기(Back-Off)한 시간을 조회함으로써 WiFi가 점유한 시간도 확인할 수 있다.

도 3은 세컨더리 셀(110b)의 점유 형태를 도식적으로 나타낸 것으로서, 엘티이 데이터를 전송한 전송 구간(t1)은 빈 칸으로 표시되어 있고, 주파수 센싱이 발생한 주파수 센싱 구간(t2)이 빗금으로 표시되어 있고, 엘티이 데이터 전송이 없는 아이들(Idle) 구간은 점을 찍어 표시되어 있다. 1칸은 LTE 스케줄링 주기인 1ms(0.001초)로 간주할 수 있다.

세컨더리 셀(110b)을 통한 엘티이 데이터의 전송은 상시로 발생하는 것이 아니라, 일정한 조건(예컨대 단말의 쓰루풋이 일정한 크기 이상인 때)을 만족할 때 발생한다. 이때, 기지국 장치(110)는 캐리어 센싱을 통해 수신한 WiFi 신호의 세기가 적응적으로 조정된 임계치 미만이면, 세컨더리 셀(110b)을 활성화(Activation)하여 엘티이 데이터를 전송한다. LAA가 세컨더리 셀(110b)을 점유할 필요가 없으면, 아이들 구간으로 진입한다.

세컨더리 셀(110b)을 통해 전송할 엘티이 데이터가 있는 경우, 기지국 장치(110)의 LAA 물리계층(PHY)은 LBT 동작을 통해 세컨더리 셀(110b)을 우선 센싱하고, WiFi 신호가 세컨더리 셀(110b)을 점유하고 있지 않으면 바로 엘티이 데이터를 전송한다. 하지만, WiFi 신호가 세컨더리 셀(110b)을 점유하고 있으면, 기지국 장치(110)는 대기(Back-Off)하였다가 다시 캐리어 센싱을 시도한다. 반복된 주파수 센싱 결과, 세컨더리 셀(110b)에 WiF 신호가 임계치 이상으로 검출되지 않게 되면, 기지국 장치(110)는 비로소 다시 엘티이 데이터를 전송한다.

여기서, 전송 구간(t1)이 LTE가 점유한 시간이 되고, 센싱 구간(t2)이 WiFi가 점유한 시간이 되므로, 기지국 장치(110)는 기설정된 주기(예컨대 1초)동안 엘티이 점유시간을 누적하여 계산할 수 있다.

<비면허 대역의 엘티이 점유율에 따른 임계치 조정: S203 내지 S207>

기지국 장치(110)는 S201 단계에서 계산한 엘티이 점유율과 WiFi 점유율을 비교한다. 다시 말해, 단위시간동안 엘티이 점유시간을 WiFi 점유시간과 비교한다(S203). 비교결과, 엘티이 점유율이 WiFi 점유율보다 작으면 임계치를 높여 엘티이 점유율을 높이고(S205), 엘티이 점유율이 WiFi 점유율보다 많으면 임계치를 낮추어 엘티이 점유율을 낮춤으로써(S207) 비면허 대역의 점유 상태에 적응적으로 임계치를 조정한다.

다음의 표 1은 종래의 LTE와 WiFi 공존 상태에서의 점유율을 나타내고, 표 2는 본 발명에 의해 임계치가 조정되는 경우의 점유율을 나타낸다. 여기서, LTE 점유율은 LTE 점유시간과 WiFi 점유시간의 합을 100%로 두고 계산한 것으로서, 아이들 시간은 고려하지 않았다.

WiFi AP 수신신호 세기 임계치	WiFi 단말의 RSSI	LTE 점유율(%)	WiFi 점유율(%)
- 50dBm	강전계 (-55dBm)	50	50
	약전계 (-75dBm)	80	20
- 90dBm	강전계 (-55dBm)	20	80
	약전계 (-75dBm)	50	50

WiFi AP 수신신호 세기 임계치	WiFi 단말의 RSSI	LTE 점유율(%)	WiFi 점유율(%)
점유율에 따라 임계치 조정 - 50dBm ~ -90dBm	강전계 (-55dBm)	50	50
	약전계 (-75dBm)

표 1을 참조하면, 수신감도(임계치)에 따라 점유율이 한쪽으로 편중됨을 알 수 있다. 그러나 본 발명에 의해 적응적으로 임계치를 조정하면, 엘티이 점유율과 WiFi 점유율이 균등하게 배분됨을 알 수 있다.

이상의 방법으로 본 발명의 방법이 수행된다. 본 발명에 의해, LTE와 WiFi는 비면허 대역을 시분배(Time Sharing)의 관점에서 공평하게 분할하여 이상적으로 공존할 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

Claims (5)

1. 엘티이(LTE)-LAA 기반의 LBT(Listen Before Talk) 제어방법에 있어서,
   기지국 장치가 비면허대역의 수신신호 세기를 검출하고, 기설정된 임계치 이하인 경우에 비면허대역을 세컨더리 채널로 사용할 수 있는 상태로 판단하는 단계;
   상기 기지국 장치가 상기 비면허 대역의 LTE 점유율을 계산하는 단계; 및
   상기 기지국 장치가 상기 LTE 점유율을 다른 무선 서비스의 점유율과 비교하여, 상기 LTE 점유율이 낮을 경우에 상기 임계치를 높여 상기 LTE 점유율이 높아지도록 제어하고, 상기 LTE 점유율이 높은 경우에 상기 임계치를 낮추어 상기 LTE 점유율이 낮아지도록 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘티이-LAA 기반의 LBT 제어방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 LTE 점유율을 계산하는 단계는,
   상기 기지국 장치가 상기 비면허 대역을 세컨더리 채널로 LTE 데이터를 송출한 시간과 상기 비면허 대역을 이용하는 다른 무선 신호를 감지한 시간을 비교하여 상기 LTE 점유율을 계산하는 것을 특징으로 하는 엘티이-LAA 기반의 LBT 제어방법.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 LTE 점유율을 계산하는 단계에서, 상기 LBT 동작을 위해 캐리어 센싱에 소요된 시간을 상기 비면허 대역을 이용하는 다른 무선 신호를 감지한 시간으로 결정하는 것을 특징으로 하는 엘티이-LAA 기반의 LBT 제어방법.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 LTE 점유율을 계산하는 단계는 기설정된 시간 주기로 수행하며, 상기 엘티이 점유율은 상기 기설정된 시간동안 LAA가 상기 비면허 대역을 점유한 시간으로 계산하는 것을 특징으로 하는 엘티이-LAA 기반의 LBT 제어방법.
   
5. 제1항에 기재된 엘티이(LTE)-LAA 기반의 LBT(Listen Before Talk) 제어방법을 수행하여, 비면허 대역에서의 엘티이 점유율을 적응적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 기지국 장치.
   

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