KR102427299B1

KR102427299B1 - 무선 백홀을 통해서 무선 접속망과의 연결을 제공하는 방법 및 장치

Info

Publication number: KR102427299B1
Application number: KR1020150114605A
Authority: KR
Inventors: 김영수
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2015-08-13
Filing date: 2015-08-13
Publication date: 2022-08-01
Also published as: US20170048775A1; US10383075B2; KR20170019997A

Abstract

본 개시는, LTE와 같은 4G 통신 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 제공될 5G 또는 pre-5G 통신 시스템에 관련된 것이다.
본 개시는, 무선 백홀을 통해서 무선 접속망과의 연결을 제공하는 방법에 있어서, 상기 무선 접속 망과 연결된 제1노드가 모든 빔들 이용하여 동작하는 제1상태와, 상기 제1상태에서 결정된 상기 제1노드의 최적 빔을 사용하여 동작하는 제2상태 중 하나로 상기 제1노드의 동작 모드를 결정하는 과정과, 상기 결정된 동작 모드에서 상기 제1노드가 무선 접속 노드에게 상기 무선 접속망과의 연결을 제공하는 과정을 포함한다.

Description

무선 백홀을 통해서 무선 접속망과의 연결을 제공하는 방법 및 장치{A METHOD AND APPARATUS FOR PROVIDING A CONNECTION WITH A RADIO ACCESS NETWORK}

본 개시는 무선 백홀을 통해서 무선 접속망과의 연결을 제공하는 기술에 관한 것으로, 특히 빔 포밍을 기반으로 무선 접속 노드에게 네트워크 연결을 제공하는 백홀 노드의 무선 백홀 통신을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

4G (4^th-Generation) 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G (5^th-Generation) 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템은 4G 네트워크 이후 (Beyond 4G Network) 통신 시스템 또는 LTE 시스템 이후 (Post LTE) 이후의 시스템이라 불리고 있다.

높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파 (mmWave) 대역 (예를 들어, 60기가 (60GHz) 대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서의 전파의 경로 손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍 (beamforming), 거대 배열 다중 입출력 (massive multi-input multi-output: massive MIMO), 전차원 다중입출력 (Full Dimensional MIMO: FD-MIMO), 어레이 안테나 (array antenna), 아날로그 빔형성 (analog beam-forming), 및 대규모 안테나 (large scale antenna) 기술들이 논의되고 있다.

또한, 시스템의 네트워크 개선을 위해, 5G 통신 시스템에서는 진화된 소형 셀, 개선된 소형 셀 (advanced small cell), 클라우드 무선 액세스 네트워크 (cloud radio access network: cloud RAN), 초고밀도 네트워크 (ultra-dense network), 기기 간 통신 (Device to Device communication: D2D), 무선 백홀 (wireless backhaul), 이동 네트워크 (moving network), 협력 통신 (cooperative communication), CoMP (Coordinated Multi-Points), 및 수신 간섭제거 (interference cancellation) 등의 기술 개발이 이루어지고 있다.

이 밖에도, 5G 시스템에서는 진보된 코딩 변조 (Advanced Coding Modulation: ACM) 방식인 FQAM (Hybrid FSK and QAM Modulation) 및 SWSC (Sliding Window Superposition Coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC (Filter Bank Multi Carrier), NOMA (non orthogonal multiple access), 및 SCMA (sparse code multiple access) 등이 개발되고 있다.

한편, 무선 백홀(Wireless Backhaul) 방식은 PTP(Point-to-Point) 무선 백홀과, PMP(Point-to-Multi-Point) 무선 백홀 두 가지로 나눌 수 있다. PTP 무선 백홀은 하나의 송신기와 하나의 수신기가 1대1로 통신한다. 따라서, PTP 무선 백홀은 일반적으로 송신기와 수신기 각각의 안테나가 매우 좁은 빔을 생성하며 서로를 향하여 최적의 성능을 얻는 방향으로 고정되어 설치된다. 이때, 높은 주파수를 사용할수록 동일한 크기의 안테나가 생성하는 빔 폭이 더 좁아지고, 안테나 이득이 높아지므로, PTP 무선 백홀은 고주파에 유리하며 간섭이 작고 높은 안테나 이득을 통해 통신성능이 우수한 장점이 있다. 그러나, 무선 백홀은 LOS(Line-of-Sight)가 확보되는 위치에서 빔 방향을 정밀하게 맞추어 설치해야 하므로, 서비스 커버리지가 넓은 매크로(macro) 기지국에 주로 사용되고, 상대적으로 서비스 커버리지가 작은 기지국(이하, ‘스몰 셀(Small Cell) 기지국’이라 칭함)에는 적합하지 않다.

한편, PMP(Point-to-Multi-Point) 무선 백홀은 유선 백홀에 연결된 하나의 허브 노드(HN: Hub Node)가 복수개의 리모트 백홀 노드(RBN: Remote Backhaul Node)들과 무선으로 통신하여 네트워크 연결을 제공한다. 종래의 경우, PMP 백홀은 6GHz 이하의 낮은 주파수에서 수평으로 60~90도 정도의 넓은 빔 폭을 갖는 안테나를 주로 사용한다. 이에 따라, PMP 백홀은 설치가 쉽고, NLOS(Non-Line-of-Sight) 환경에서도 통신이 가능한 반면, 간섭에 취약하고 안테나 이득이 낮아서 통신성능이 낮다. 그러므로, PMP 무선 백홀의 경우, 통신 용량은 작은 반면, 다수의 RBN들을 위치에 구애받지 않고 손쉽게 설치할 필요가 있는 스몰 셀 기지국에 유리하다.

최근에는 서비스 영역의 성능(Areal Capacity)을 최대화하기 위해서 매크로 셀의 서비스 커버리지 내에 스몰 셀들 추가로 설치하는 계층 셀 (Heterogeneous Cell) 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 3GPP LTE(Long Term Evolution)에서도 표준을 진행하고 있다. 그리하여, 향후 미래의 이동통신 시스템은 매크로 셀 내에 다수의 스몰 셀들이 공존하게 됨에 따라 스몰 셀의 용량도 현재 보다 크게 증가할 것으로 예상된다. 그러나, 종래의 PMP 무선 백홀은 통신 용량이 너무 작아서 미래의 스몰 셀이 요구하는 용량을 제공하기 어렵다. 또한, 종래의 PTP 무선 백홀은 PMP 백홀보다는 통신 용량이 큰 반면, 설치 및 운용 비용이 높다. 그러므로, 미래의 이동 통신 시스템에서 스몰 셀의 백홀 용량을 증가시키기 위한 방안들이 요구된다.

본 개시는 계층 셀 구조의 이동통신 시스템에서 설치 및 운용이 쉬우며 통신 용량이 큰 PMP 무선 백홀을 운용하는 방안을 제안한다.

본 개시는 고주파에서 안테나 이득이 매우 높은 좁은 송수신 빔을 생성하여 신호를 송수신하여 간섭을 최소화하고 통신 효율을 최대화한다.

본 개시의 실시 예에 따른 방법은; 무선 백홀을 통해서 무선 접속망과의 연결을 제공하는 방법에 있어서, 상기 무선 접속 망과 연결된 제1노드가 모든 빔들을 이용하여 동작하는 제1상태와, 상기 제1상태에서 결정된 상기 제1노드의 최적 빔을 사용하여 동작하는 제2상태 중 하나로 상기 제1노드의 동작 모드를 결정하는 과정과, 상기 결정된 동작 모드에서 상기 제1노드가 무선 접속 노드에게 상기 무선 접속망과의 연결을 제공하는 과정을 포함한다.

본 개시의 실시 예에 따른 다른 방법은; 무선 백홀을 통해서 무선 접속망과의 연결을 제공하는 방법에 있어서, 상기 무선 접속망과 연결된 제2노드가 제1상태 천이 조건을 만족할 경우, 모든 빔을 이용하는 제1상태로 동작하여, 상기 모든 빔들을 통해서 수신한 신호를 기반으로 상기 무선 접속망과 연결된 최적 제1노드와, 최적 빔을 결정하는 과정과, 상기 최적 제1노드에 접속하여 상기 최적 제1노드와 통신하는 과정을 포함한다.

본 개시의 실시 예에 따른 장치는; 무선 백홀을 통해서 무선 접속망과의 연결을 제공하는 장치에 있어서, 상기 무선 접속 망과 연결된 제1노드와 통신하는 송수신부와, 상기 제1노드가 모든 빔들을 이용하여 동작하는 제1상태와, 상기 제1상태에서 결정된 상기 제1노드의 최적 빔을 사용하여 동작하는 제2상태 중 하나로 상기 제1노드의 동작 모드를 결정하고, 상기 결정된 동작 모드에서 상기 제1노드가 무선 접속 노드에게 상기 무선 접속망과의 연결을 제공하도록 상기 송수신부를 제어하는 제어부를 포함함을 특징으로 한다.

본 개시의 실시 예에 따른 다른 장치는; 무선 백홀을 통해서 무선 접속망과의 연결을 제공하는 제2노드에 있어서, 상기 무선 접속망과 연결된 상기 제2노드가 제1상태 천이 조건을 만족할 경우, 모든 빔을 이용하는 제1상태로 동작하여, 상기 모든 빔들을 통해서 수신한 신호를 기반으로 상기 무선 접속망과 연결된 최적 제1노드와, 최적 빔을 결정하는 제어부와, 상기 최적 제1노드에 접속하여 상기 최적 제1노드와 통신하는 송수신부를 포함함을 특징으로 한다.

본 개시의 실시 예에서는 무선 백홀을 모든 빔들을 이용하여 동작하는 상태와, 최적 빔만을 이용하여 통신하는 상태로 구분하여 운용하고, 다시 최적빔을 이용하여 통신하는 상태에서 고정빔을 사용하는 모드, 추가로 최적 빔의 인접 빔들에 대해 제한적인 빔 측정을 수행하는 모드 및 미리 결정된 주기에서만 신호를 송신하는 전원 절약 모드 중 하나로 운용함으로써, 무선 백홀의 성능을 최적화하고, 무선백홀 장치의 설치 및 운용에 소요되는 비용을 최소화할 수 있다.

도 1은 본 개시의 실시 예에 따라 이동통신 시스템에서 스몰 셀 기지국(SBS: Small Cell BS)에게 네트워크 연결을 제공하는 무선백홀의 구성도의 일 예,
도 2는 본 개시의 실시 예에 따른 HN의 동작 상태 천이를 보여주는 도면,
도 3은 본 개시의 실시 예에 따른 RBN의 상태 천이를 보여주는 도면,
도 4는 본 개시의 실시 예에 따른 프레임 구조의 일 예이다. 설명의 편의상, 본 개시의 실시 예에서는 셀룰라(cellular) 이동 통신에서 사용하는 프레임 구조의 예시,
도 5는 본 개시의 실시 예에 따른 프레임에서 SS 및 BCH를 구성하는 일 예를 도시한 도면,
도 6a,b는 본 개시의 실시 예에 따른 프레임에서 DL 제어 슬롯 및 UL 제어 슬롯을 구성하는 일 예를 도시한 도면,
도 7은 본 개시의 실시 예에 따른 프레임에서 DL 및 UL 데이터 슬롯을 구성하는 일 예를 도시한 도면,
도 8은 본 개시의 실시 예에 따른 프레임에서 BM 슬롯을 구성하는 일 예를 도시한 도면,
도 9는 본 개시의 실시 예에 따른 프레임에서 UL RACH 슬롯을 구성하는 일 예를 도시한 도면,
도 10은 본 개시의 실시 예에 따라 무선 백홀을 구성하는 HN 및 RBN이 BUS로 동작할 경우, 프레임 구조의 일 예,
도 11은 본 개시의 실시 예에 따라 무선 백홀을 구성하는 HN 및 RBN이 BOCS로 동작하며, 통신 모드가 FBM인 경우, 프레임 구조의 일 예,
도 12는 본 개시의 실시 예에 따라 무선 백홀을 구성하는 HN 및 RBN이 BOCS로 동작하며, 통신 모드가 ABM인 경우, 프레임 구조의 일 예,
도 13은 본 개시의 실시 예에 적용 가능한 BI(Beacon Interval) 구조의 일 예를 도시한 도면,
도 14는 본 개시의 실시 예에 따라 무선 백홀을 구성하는 HN들 및 RBN들이 BUS로 동작할 경우, 슬롯 및 정보들을 송수신하는데 사용하는 빔들의 실시 예,
도 15는 본 개시의 실시 예에 따라 무선 백홀을 구성하는 HN들 및 RBN들이 BOCS의 FBM으로 동작할 경우 사용하는 빔들의 실시 예,
도 16은 본 개시의 실시 예에 따라 무선 백홀을 구성하는 HN들 및 RBN들이 BOCS의 ABM으로 동작할 경우 사용하는 빔의 실시 예,
도 17은 본 개시의 실시 예에 따라 BUS로 동작하는 무선 백홀을 통해서 획득하는 결과의 예,
도 18은 본 개시의 실시 예에 따라 백홀 노드(BN: Backhaul Node)와 RAN의 설치 구조에 대한 실시 예를 도시한 도면,
도 19는 본 개시의 실시 예에 따라 무선 백홀용 안테나와 무선 접속용 안테나의 구조에 대한 실시 예를 도시한 도면,
도 20은 본 개시의 실시 예에 따른 무선백홀이 설치되는 무선 접속망의 일 예,
도 21은 본 개시의 실시 예에 따라 무선 백홀을 구성하는 HN과 RBN의 동작을 지원하기 위한 S1 사용자 영역 프로토콜 스택(user plane protocol stack) 구조의 일 예,
도 23은 본 개시의 실시 예에 따라 무선 백홀을 구성하는 HN 및 RBN의 동작을 지원하기 위한 S1 제어 영역 프로토콜 스택 구조의 일 예,
도 24는 본 개시의 실시 예에 따라 무선 백홀을 구성하는 HN 및 RBN의 동작을 지원하기 위한 X2 제어 영역 프로토콜 스택,
도 25는 본 개시의 실시 예에 따라 무선 백홀을 구성하는 HN 및 RBN의 동작을 지원하는 무선 제어 영역 프로토콜 스택,
도 27a,b는 본 개시의 실시 예에 따른 BUS 천이 조건 중 첫 번째 케이스의 동작 흐름도의 일 예,
도 28a,b,c는 본 개시의 실시 예에 따른 BUS 천이 조건 중 두 번째 케이스의 동작 흐름도의 일 예,
도 29a~d는 본 개시의 실시 예에 따른 BUS 천이 조건 중 세 번째 케이스의 동작 흐름도의 일 예,
도 30은 본 개시의 실시 예에 따른 BUS 천이 조건 중 네 번째 케이스의 동작 흐름도의 일 예,
도 31은 본 개시의 실시 예에 따른 RAN의 동작 흐름도의 일 예,
도 32는 본 개시의 다른 실시 예에 따른 RAN의 동작 흐름도의 일 예,
도 33은 본 개시의 실시 예에 따라 BOCS로 동작하는 HN의 동작 모드 및 통신 모드를 천이하는 동작의 흐름도의 일 예,
도 34는 본 개시의 실시 예에 따른 백홀 노드와 RAN의 장치 구성도의 일 예.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 개시의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 도면상에 표시된 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호로 나타내었으며, 다음에서 본 개시를 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 개시에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 개시의 실시 예가 적용되는 무선백홀(Wireless Backhaul)은 적어도 하나의 허브 노드(HN: Hub Node)와 적어도 하나의 RBN(Remote Backhaul Node)으로 구성된다. 각 HN은 유선백홀(Wired Backhaul) 혹은, 또 다른 무선백홀을 통해 네트워크에 연결되고, 하나 혹은 복수개의 RBN들과 무선백홀 통신을 수행한다. 본 개시의 실시 예에서는 무선백홀 통신을 통해서 HN은 적어도 하나의 RBN에 연결된 라디오 접속 노드(RAN: Radio Access Node)에게 네트워크 연결을 제공하는 PMP(Point-to-Multi-Point)) 무선백홀 기술을 사용한다. 여기서, RAN은 이동통신 시스템에서 기지국(BS: Base Station)에 대응하고, 이동단말(MS: Mobile Station)에게 이동통신을 통해서 네트워크 연결을 제공한다. 본 개시에서는 일 예로, HN와 RBN이 6GHz이상의 고주파에서 매우 좁은 빔을 생성하는 빔포밍 안테나를 사용하여 신호를 송수신하는 경우를 가정하여 설명하기로 한다.

도 1은 본 개시의 실시 예에 따라 이동통신 시스템에서 스몰 셀 기지국(SBS: Small Cell BS)에게 네트워크 연결을 제공하는 무선 백홀의 구성도의 일 예이다.

도 1을 참조하면, 일 예로, HN(110a)은 매크로 셀 기지국(MBS: Macro Cell BS, 110)과 함께 설치되고, RBN1(120a)은 SBS1(120)과 함께 설치되고, 및 RBN2(130a)는 SBS2(130)와 함께 설치된다. 그리고, HN(110a)은 상기 RBN1(120a) 및 RBN2(130a)에게 동시에 무선 백홀 통신을 제공하여 SBS1(120) 및 SBS2(130)에게 네트워크 연결을 제공할 수 있다.

상기 MBS(110)는 MS11(111)에게 이동통신을 위한 무선 접속(Radio Access)을 제공하고, 상기 SBS1(120) 및 SBS2(130)는 각각 자신의 서비스 커버리지(coverage)에 위치한 단말 MS21(121)과 MS31(131)에게 이동통신을 위한 무선 접속을 제공한다. 도 1에서 HN(110a)과 RBN들 즉, RBN1,2(120a, 130a) 사이의 무선 백홀 통신은, MBS(110)와 MS11(111) 혹은 SBS1,2(120, 130) 및 MS21, 31(121, 131)간의 무선 접속 통신과 서로 다른 주파수를 사용할 수도 있고, 동일한 주파수를 사용할 수도 있다. 만약, 동일한 주파수를 사용할 경우, 무선백홀 통신을 위한 안테나와 무선 접속 통신을 위한 안테나가 서로 다른 방향의 빔들을 사용하도록 하여 간섭을 최소화할 수 있다. 또한, 본 개시의 무선 백홀은 빔포밍 안테나를 사용하는 이동통신의 무선 접속 기술을 기반으로 구현될 수도 있고, 빔포밍 안테나를 사용하는 무선랜 기술을 기반으로 구현될 수도 있다. 본 개시의 실시 예에서는 HN에 설치되는 BS가 MBS이고, RBN에 설치되는 기지국이 SBS인 경우를 일 예로서 설명하는 것으로, HN와 RBN 모두 MBS가 설치되거나, 모두 SBS가 설치되는 경우에도 본 개시가 적용될 수 있다. 또한, 본 개시는 HN가 유선 백홀로 네트워크에 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, HN이 또 다른 무선백홀 수단으로 네트워크에 연결되어 있는 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.

본 개시의 실시 예에서는, RBN의 자동 설치 및 운용 기능을 제공하면서, 무선 백홀 통신의 성능 및 효율을 최대화하기 위해서, 무선 백홀이 2가지 동작 상태(state) 중 하나의 동작 상태에서 동작하도록 운용한다. 본 개시의 실시 예에 따른 2가지 동작 상태는 백홀 업데이트 상태(BUS: backhaul update state)와 백홀 최적 통신 상태(BOCS: backhaul optimum communication state)이다. BUS 및 BOCS 모두 무선 백홀의 데이터 송수신을 지원하지만, BOCS에서의 통신 효율이 월등히 높다. 그리고, 본 개시의 실시 예에서는 무선 백홀을 구성하는 HN 및 상기 HN에 접속한 RBN들은 동작 상태가 동일하게 운용된다. 즉, HN이 BUS에서 동작하면 상기 HN에 접속하여 통신하는 모든 RBN들도 BUS에서 동작하고, HN이 BOCS에서 동작하면, 상기 RBN들 모두 BOCS에서 동작한다.

도 2는 본 개시의 실시 예에 따른 HN의 동작 상태 천이를 보여주는 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 개시의 실시 예에 따른 HN은 미리 결정된 동작 천이 조건에 따라 BUS(220)와 BOCS(240)중에서 하나의 상태로 동작한다.

먼저, 본 개시의 실시 예에 따른 무선 백홀이 BOCS에서 BUS로 천이하는 조건(이하, ‘BUS 천이 조건’이라 칭함)은 무선 백홀에서 새로운 RBN을 설치하기 위해서 네트워크가 HN에게 BUS로의 전환을 지시하거나, 혹은 이미 설치된 무선 백홀의 통신 환경이 변경되어 성능이 저하된 경우를 포함한다. 상기 성능이 저하된 경우는 해당 HN이 자신에게 접속한 RBN에 링크 단절 또는 급격한 성능 저하가 발생함을 인지하면, 상기 HN이 BUS로의 천이를 결정하거나, 상기 인접한 HN에 접속한 RBN의 성능 저하로 인해 상기 인접한 HN의 요청을 수신하거나, 네트워크로부터의 BUS 천이 지시를 수신하는 경우를 포함할 수도 있다. 추가로, 무선 백홀의 성능 개선을 위해서 정기적으로 혹은 운용자의 지시에 따라 네트워크가 BUS 천이를 지시하는 경우를 포함할 수도 있다. RBN의 경우, 전원을 켜거나, 또는 상기 RBN에 링크단절이 발생하거나, 또는 상기 RBN이 접속한 서빙 HN의 상태가 BUS로 변경되는 경우를 포함한다. 상기한 BUS 상태 천이 조건은, 하기 설명에서 보다 상세히 후술하기로 한다.

이러한, BUS 천이 조건을 만족하는 무선 백홀은 BUS로 천이하여 동작한다.

먼저, 상기한 BUS 천이 조건 중 무선 백홀에서 새로운 RBN을 설치한 경우를 가정하자. 그러면, 본 개시의 실시 예에 따른 무선 백홀은 상기 새로운 RBN에게 최적의 네트워크에 연결을 제공하는 HN을 찾고, 이 둘을 연결한다.

다음으로, BUS 천이 조건 중 이미 설치된 무선 백홀의 통신 환경이 변경되어 성능이 저하된 경우를 가정하자. 여기서, 이미 설치된 무선 백홀의 통신 환경이 변경되어 성능이 저하된 경우는, 이미 설치된 RBN의 백홀 통신 환경이 변화하여 기존에 접속하였던 서빙(Serving) HN과 통신이 단절(Link Failure)되거나, 기존 서빙 HN과의 링크(Link) 품질이 저하되는 경우를 포함한다. 그러면, 본 개시의 실시 예에 따른 무선 백홀은 RBN과 현재 연결된 서빙 HN 보다 더 우수한 통신을 제공하는 다른 HN을 검색하여, 상기 RBN의 서빙 HN을 변경하는 기능을 제공할 수 있다. 또는, 동일한 서빙 HN에 대해 더 높은 통신 성능을 제공하는 통신 경로를 확인하고, 확인한 통신 경로로의 변경 기능을 제공할 수도 있다. 이러한 서빙 HN 또는 서빙 HN에서의 빔 변경을 수행하기 위해서 HN은, 자신이 구비한 모든 빔들에 대응하는 방향 혹은 위치로 동기신호와 공통제어정보 및 시스템 정보를 2번 혹은 그 이상 반복하여 전송한다. 그리고, 상기 HN은 하향링크(DL: Downlink) 및 상향링크(UL: Uplink)에서 자신의 모든 빔들에 대해 빔 측정 및 훈련을 수행하여 최적 빔을 찾는다. 그리고, HN은 자신에게 접속하고자 하는 RBN으로부터 전송된 랜덤 액세스(Random Access) 프리엠블(preamble) 혹은 연합(Association) 요청 신호를 모든 빔들을 통해서 수신하고, 새로운 RBN 혹은 다른 HN에 이미 접속한 RBN에게 최적 HN과 연결될 수 있도록 하는 기능을 지원한다. 또한, RBN은 BUS동안 자신이 구비한 모든 빔들에 대한 서칭 및 스캔(Scan) 동작을 수행하여 HN들이 전송한 신호를 검출하고, UL 및 DL에서 자신의 모든 빔들로 검출한 HN들에 대해 빔 측정 및 훈련을 수행하여 최적 HN 및 최적 HN과의 최적 빔을 찾는다. 그리고, 상기 최적 HN에게 랜덤 액세스 프리엠블 혹은 연합 요청 신호를 송신하여 상기 최적 HN에 접속한다.

다음으로, 본 개시의 실시 예에 따른 무선 백홀의 BOCS 천이 조건은, 새로운 RBN의 설치가 완료되었거나, 링크단절이 발생했던 RBN이 미리 결정된 시간 내에 성공적으로 네트워크에 접속한 경우를 포함한다. 또한, 링크단절이 발생한 RBN이 기 미리 결정된 시간 내에 네트워크 접속을 실패하였거나, 급격한 링크 성능 저하가 발생했던 RBN이 미리 결정된 시간 내에 빔 혹은 서빙 HN을 변경하여 링크 성능을 개선한 경우를 포함한다. 또한, 급격한 링크 성능 저하가 발생했던 RBN이 미리 결정된 시간 내에 링크 성능의 개선에 실패하는 경우를 포함하여 네트워크의 지시에 따라 전환한다. 그리고, RBN의 경우, 접속한 서빙 HN이 BOCS로 천이하는 경우를 포함한다.

상기한 BOCS 천이 조건을 만족하여, BOCS로 동작하는 무선 백홀은, 최적 송수신 빔을 사용하여 통신하고, 무선 자원의 효율 및 성능을 최대화하도록 동작한다. 이를 위해서, 본 개시의 실시 예에 따라 BOCS로 동작하는 HN은 자신이 구비한 모든 빔들 중 일부 제한된 빔들을 사용하여 자신에게 접속한 RBN들에게 동기신호를 송신하고, 제어정보를 송수신한다. 그리고, 본 개시의 실시 예에서는 BOCS 동안 HN이 최적 빔을 찾는 동작을 지원하지 않고, 필요한 경우 BUS에서 찾은 최적 빔에 인접한 일부 빔들에 한정하여 빔 측정 및 훈련을 제한적으로 수행함으로써, 최적 빔을 업데이트(update) 혹은 트래킹(tracking)한다. 그리고, 상기 HN은 BOCS 동안 새로운 RBN의 접속을 위한 랜덤 액세스 혹은 연합 요청 신호의 송수신을 허용하지 않으며, 새로운 RBN 혹은 인접 HN에 접속한 RBN으로부터 상기 HN의 접속을 지원하지 않는다.

또한, 본 개시의 실시 예에 따른 RBN 역시 BOCS동안 새로운 서빙 HN을 찾기 위한 서치 혹은 스캔 동작을 수행하지 않고, 자신의 모든 빔들에 대해 최적 빔을 찾는 빔 측정 및 훈련을 수행하지 않는다. 필요한 경우, BUS에서 찾은 최적 빔에 인접한 일부 빔들에 한정하여 빔 측정 및 훈련을 제한적으로 수행함으로써, 빔을 업데이트 혹은 트래킹한다. 그리고, 인접 HN으로의 접속을 위한 절차(즉, 랜덤 액세스 혹은 연합 신호를 송신)를 수행하지 않는다.

도 3은 본 개시의 실시 예에 따른 RBN의 상태 천이를 보여주는 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 개시의 실시 예에 따른 RBN은 310단계에서 전원이 켜지면(Power On), 320단계에서 BUS로 천이(Transition)한다. 그리고, BUS로 동작하는 상태에서 BOCS 천이 조건을 만족하면, RBN은 340단계에서 BOCS로 천이한다. 마찬가지로, BOCS로 동작하는 RBN이 BUS 천이 조건을 만족함을 확인하면, 다시 BUS로 천이한다.

그리고, 본 개시의 실시 예에 따라 RBN은 BOCS 내에서 최적 통신을 지원하기 위해서 3개의 통신 모드(Communication Mode)로 동작할 수 있다. 여기서, 3개의 통신 모드는 고정 빔 모드(FBM: Fixed Beam Mode), 적응적 빔 모드(ABM: Adaptive Beam Mode), 혹은 하위 듀티 모드(LDM: Low Duty Mode)에 대응된다. 앞서 설명한 바와 같이, 본 개시의 실시 예에서는 무선 백홀을 구성하는 HN 및 해당 HN에 접속한 RBN들의 동작 모드가 동일하게 운용되는 반면, BOCS로 동작하는 RBN의 통신 모드에 대해서는, 별도의 제한을 두지 않는다. 이에 따라, 동일 HN에 접속한 복수의 RBN들은 BOCS로 동작 중에 동일한 통신 모드로 동작하거나, 서로 다른 통신 모드로 동작 가능하다.

본 개시의 실시 예에 따른 FBM에서는, HN과 RBN이 고정된 최적 송수신 빔을 사용하여 통신한다. 따라서, FBM는 최적 빔을 찾기 위한 무선자원의 낭비를 줄임으로써, 무선 자원의 사용 효율을 최대화시킬 수 있다.

상기 FBM에서와 같이 고정 빔을 이용하여 HN 및 RBN이 통신할 경우, 통신 중 강한 바람 등과 같은 외부 환경의 영향으로, HN 혹은 RBN의 안테나가 진동하여 고정 빔을 사용할 경우 성능이 저하될 수 있다. 그리하여, 본 개시의 실시 예에 따른 ABM에서는 FBM와 동일한 프레임 구조를 사용하지만, HN 혹은 RBN이 빔 측정 및 훈련을 제한적으로 수행한다. 이에 따라, ABM에서는 고정된 최적 빔에 인접한 일부 빔들에 한정하여 빔 측정 및 훈련을 제한적으로 수행함으로써, 외부 환경을 고려하여 업데이트된 최적의 빔을 사용할 수 있다.

그러나, 대부분의 무선 백홀 통신 환경은 외부 환경 등의 영향이 크지 않아서 ABM에서의 동작이 자주 요구되지 않는다. 그러므로, 본 개시의 실시 예에서는 BOCS에서의 무선 백홀은 도 3에 도시한 바와 같이, 기본적으로는 FBM(342)에서 동작하도록 디폴트 통신 모드를 세팅할 수 있다. 그리고, 외부 환경 등의 영향으로 인해서 빔 변경이 요구된다고 판단되면, ABM(344)으로 천이하여 동작한다. 그리고, 외부 환경 등의 영향이 존재하지 않음을 확인하면, 상기 FBM(342)로 천이하여 동작한다. 마지막으로, RBN에 설치된 BS에 접속한 단말이 존재하지 않거나, 혹은 접속한 단말들 중에서 액티브(Active) 단말이 존재하지 않을 경우, 상기 BS가 신호 송수신을 최소화하는 상기 LDM(346)으로 천이하여 동작할 수 있다. 이 경우, RBN 역시, LDM으로 천이하여, 상기 RBN의 전력 소모를 최소화하고 다른 무선 백홀에 영향을 주는 간섭을 최소화할 수 있다. 그리고, 상기 LDM(346)에서 BS의 정상적인 통신이 수행될 필요가 있을 경우를 인지하면, 상기 FBM(342) 또는 AMB(346)으로 전환하여 무선 백홀 통신을 수행할 수 있다. 여기서, 각 통신 모드로 전환하는 구체적이 조건들은 하기에서 상세히 후술하기로 한다. 그리고, 본 개시의 LDM으로 동작하는 RBN은 사전에 약속된 주기로 BA(Backhaul Alive) 비트 또는 정보를 자신의 서빙 HN에게 송신하여, 무선백홀 링크가 끊어지지 않고 살아 있음을 자신의 서빙 HN에게 주기적으로 확인시켜준다. 이로 인해, HN은 LDM으로 동작하는 RBM에 대해 상기 주기마다 BA 비트 또는 정보의 수신을 확인한다. 그리고, 상기 확인 결과, 해당 주기에서 상기 RBN으로부터 BA 비트 또는 정보가 수신되지 않은 경우, 상기 RBN과의 링크 실패가 발생함을 확인하고, 끊긴 링크에 대해 신속히 무선 백홀을 복구할 수 있다.

도 4는 본 개시의 실시 예에 따른 프레임 구조의 일 예이다. 설명의 편의상, 본 개시의 실시 예에서는 셀룰라(cellular) 이동 통신에서 사용하는 프레임 구조를 예시하였다.

예를 들어, 본 개시의 실시 예에 따른 HN 및 RBN은 각각 빔 포밍을 통하여 고정된 크기를 갖는 프레임을 통해서 신호를 송수신하는 경우를 가정하자. 이 경우, 상기 프레임은 고정된 길이를 갖는 다수 개의 서브 프레임(Subframe)들로 구성된다. 그리고 상기 다수의 서브 프레임들에 포함된 각 서브 프레임은 고정된 길이를 갖는 다수 개의 슬롯(Slot)들로 구성되고, 하나의 슬롯은 다수 개의 심볼(Symbol)들로 구성된다. 도 4를 참조하면, 예를 들어, 상기 프레임(400)은 5개의 서브 프레임들로 구성되고, 하나의 서브 프레임(402)은 20개의 슬롯들로 구성된다. 그리고, 하나의 슬롯은 슬롯의 종류별로 심볼 수와 구조가 달라질 수 있다. 예를 들어, 상기 프레임(400)의 길이가 5ms라고 가정하면, 서브 프레임(402) 하나의 길이는 1ms이고, 슬롯 하나의 길이는 50us이다. 그리고, 슬롯의 종류에 따라 하나의 슬롯을 구성하는 심볼의 수 및 구조가 달라질 수 있다. 도 4의 실시 예에서는 타입 1의 슬롯(404a)이 4us의 정보구간과 1us의 Cyclic Prefix (CP) 혹은 보호구간으로 구성된 5us 길이의 심볼 10개로 구성된다. 타입 2의 슬롯(404b)은 11개 심볼로 구성되며, 모든 심볼들의 정보구간이 4us로 동일하지만, 심볼 0은 길이가 5us이고 CP가 1us이며 심볼 1부터 심볼 10까지 심볼들은 모두 길이가 4.5us이고 CP가 0.5us이다. 타입 3의 슬롯(404c)은 CP가 없는 2us 길이의 심볼 25개로 구성된 경우이다. 그리고, 타입 4의 슬롯(404d)은 CP가 없는 8us 길이의 심볼 6.25개로 구성된 경우이다. 하향링크 및 상향링크 통신에서 HN과 RBN은 CP가 포함되어 송신된 심볼을 수신할 때, CP를 제외하고 정보구간만 수신한다.

본 개시의 실시 예에서는 HN이 RBN에게 신호를 송신하는 DL에서 도 4에 도시한 바와 같은 프레임을 동기신호(SS: Synchronization Signal) 및 공통제어정보(BCH: Broadcast Channel)를 전송하는 SS 및 BCH 슬롯, 빔 측정(BM: Beam Measurement) 슬롯, 제어 슬롯 및 데이터 슬롯으로 구분하여 구성할 수 있다. 또한, RBN이 HN에게 송신하는 UL에서 상기 프레임을 RACH(Random Access Channel) 슬롯, BM 슬롯, 제어 슬롯 및 데이터 슬롯으로 구분하여 구성한다. 이때, 프레임, 서브 프레임 및 슬롯의 크기는 고정되어 있지만, 하나의 서브 프레임을 구성하기 위해 선택되는 슬롯들의 조합 및 수는 HN 및 RBN의 안테나 수, 상기 안테나의 빔들의 수 및 RBN의 수 등과 같은 통신 환경에 의해 달라질 수 있다. 이하, 본 개시의 실시 예에 따른 프레임은 매 프레임에서 적어도 하나의 SS 및 BCH 슬롯과 적어도 하나의 하향링크 제어 슬롯을 포함하고 있다고 가정한다.

본 개시의 실시 예에 따른 프레임 구조는 DL 및 UL통신을 동시에 수행하되, 주파수를 달리하여 구분하는 FDD(Frequency Division Duplex) 방식을 지원할 수도 있고, 동일한 주파수를 사용하되 시간을 구분하는 TDD(Time Division Duplex) 방식을 지원할 수도 있다. FDD 방식은 DL 및 UL에 대한 프레임 구조가 동일하지만 해당 프레임을 구성하는 슬롯의 선택 및 조합이 달라질 수 있다. TDD 방식은 예를 들어, 주어진 프레임 구조의 매 서브 프레임에서 일부 슬롯들을 DL 통신에 할당하고 나머지 슬롯들은 UL 통신에 할당하며, DL 및 UL간의 송수신 전환 사이에 하나 혹은 두 슬롯을 보호 구간으로 지정할 수 있다. 구체적인 예로, 슬롯 0~11을 DL 통신에 할당하고, 슬롯 13~19을 UL 통신에 할당하며, 슬롯 12는 보호구간으로 할당할 수 있다.

도 5는 본 개시의 실시 예에 따른 프레임에서 SS 및 BCH 슬롯을 구성하는 일 예를 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 본 개시의 실시 예에 따른 SS 및 BCH 슬롯은 프레임을 구성하는 고정된 길이를 가지는 하나의 슬롯(500) 내에서 SS 및 BCH를 전송하기 위한 최소 단위로 지정된 영역에 위치한다. 이때, 송신단은 셀 내의 어떤 위치에서도 SS 및 공통제어정보를 수신할 수 있도록 상기 SS 및 BCH 슬롯 내에서 상기 SS 및 공통제어정보를 각 안테나 빔 별로 반복하여 전송한다. 예를 들어, 상기 도 4의 서브 프레임 0의 슬롯 1이 SS 및 BCH 슬롯인 경우, 송신단은 각 프레임에 포함되는 서브 프레임 0의 슬롯 1에서 고정적으로 SS 및 공통 제어 정보를 전송한다. 이때, 상기 송신단이 총 5개의 빔들을 구비한 경우, 심볼 0과 1을 이용하여 빔 [0]으로 SS 및 공통 제어 정보를 전송하고, 심볼 2와 3을 이용하여 빔 [1]로 SS 및 공통제어정보를 전송하며, 심볼 4와 5를 이용하여 빔 [2]로 SS 및 공통제어정보를 반복적으로 전송한다. 송신단은 이와 같이 반복되어 송신되는 SS 및 공통제어정보가 몇 번째로 송신된 것인지를 수신 단이 식별할 수 있도록 SS와 공통제어정보 중 어느 하나에 송신 횟수를 지시하는 정보를 포함하여 전송할 수 있다. 여기서, 상기 SS 및 BCH 슬롯의 수는 송신단이 구비한 송신빔들의 수에 대응하게 구성될 수 있다. 프레임 내에서 SS 및 BCH 슬롯의 수는 가변적으로 구성될 수 있지만, SS가 전송되기 시작하는 첫 번째 슬롯의 위치는 프레임 내에서 고정되고, SS 및 BCH 슬롯들이 연속적으로 존재한다고 가정한다. 예를 들어, SS 및 공통제어정보를 10개의 송신 빔을 사용하여 송신하고자 하는 경우를 가정하자. 이 경우, 서브 프레임 0에서 2개의 슬롯들, 즉 슬롯 1과 2를 SS 및 BCH 슬롯으로 할당할 수 있다. 또한, HN이 높은 빔 이득을 획득하기 위해서 빔 폭을 더 좁히고, 빔들의 수를 늘리는 경우, 증가된 빔의 수에 상응하게 SS 및 BCH 슬롯을 반복해서 송신해야 한다. 예를 들어, HN이 60개의 송신 빔을 사용할 경우, SS 및 BCH 슬롯을 12번 송신해야 한다.

도 6a,b는 본 개시의 실시 예에 따른 프레임에서 DL 제어 슬롯 및 UL 제어 슬롯을 구성하는 일 예를 도시한 도면이다.

도 6a를 참조하면, 본 개시의 실시 예에 따른 DL 제어 슬롯 및 UL 제어 슬롯은 각각 프레임을 구성하는 고정된 길이를 가지는 하나의 슬롯 내에서 DL 제어 정보를 전송하기 위한 최소 단위로 지정된 영역에 위치한다. 예를 들어, DL 제어 슬롯은 슬롯(600) 내에서 최소 단위로 지정된 영역에 위치하고, UL 제어 슬롯은 슬롯(610) 내에서 최소 단위로 지정된 영역에 위치한다. 그리고, FDD 방식의 경우, 각 서브 프레임의 슬롯 0을 DL 제어 슬롯과 UL 제어 슬롯으로 지정할 수 있고, TDD 방식의 경우 각 서브 프레임의 슬롯 0을 DL 제어 슬롯으로 지정하고, 슬롯 13을 UL 제어 슬롯으로 지정할 수 있다. 상기 DL/UL제어 슬롯에서 각 심볼은 해당 제어 슬롯 내 다른 심볼들과 서로 다른 RBN을 위해 할당될 수 있으며, HN은 매 심볼 마다 서로 다른 DL 송신 빔 혹은 UL 수신 빔을 사용할 수 있다. 구체적으로, 도 6a의 실시 예에서는 하나의 제어 슬롯(600)에서 10개의 심볼들을 송신하여 최대 10개의 HN의 빔들로 제어 심볼을 송신할 수 있다. 그리고, 도 6a에서 HN은 DL 제어 슬롯을 구성하는 10개 심볼들을 최대 10개의 송신 빔을 통해서 순차적으로 송신한다. 그리고, 각 RBN은 최적 수신 빔으로 상기 DL 제어 슬롯의 모든 심볼들을 수신하고, 그 중에서 자신을 위한 제어 정보를 수신한다. 또한, 도 6b에서 HN은 UL 제어 슬롯의 10개 심볼들을 최대 10개의 수신 빔으로 순차적으로 수신하는데, 각 RBN은 자신에게 할당된 심볼에 대응하는 시간에서 자신의 최적 송신 빔을 사용하여 UL 제어 심볼을 상기 HN에게 송신한다.

도 7은 본 개시의 실시 예에 따른 프레임에서 DL 및 UL 데이터 슬롯을 구성하는 일 예를 도시한 도면이다.

도 7을 참조하면, 본 개시의 실시 예에 따른 DL/UL 데이터 슬롯은 전송효율을 높이기 위해서 프레임을 구성하는 고정된 길이를 가지는 하나의 슬롯(700)을 통해서 11개의 심볼들을 송수신하는 경우를 일 예로서 나타낸다. 다른 실시 예에 따라 상기 슬롯(700)을 통해서 10개 심볼들을 사용할 수도 있다. 본 개시의 실시 예에 따른 HN 및 RBN은 각각 해당 데이터 슬롯 내 심볼들을 송신하거나 수신할 때 빔을 변경하지 않고 고정하며, 슬롯 시작 순간에 한해 빔을 변경할 수 있다. 그리고, 상기 HN 및 RBN은 해당 데이터 슬롯을 수신할 때, 각 심볼의 CP를 제거하고 정보 구간의 신호를 수신함으로써 데이터를 수신한다.

도 8은 본 개시의 실시 예에 따른 프레임에서 BM 슬롯을 구성하는 일 예를 도시한 도면이다.

도 8을 참조하면, 본 개시의 실시 예에 따른 BM 슬롯은 각각 프레임을 구성하는 고정된 길이를 가지는 하나의 슬롯(800) 내에서 일 예로, 길이가 2us이고 CP가 없는 심볼을 25번 반복하여 송신하는 실시 예를 나타낸다. DL에서 HN은 도 8의 BM 슬롯을 고정된 송신빔으로 송신하고, RBN은 일 예로, 길이 2.5us의 단위로 수신빔을 전환하되, 앞의 0.5us 구간(802)은 빔 전환을 위한 보호구간으로 할당하여 버리고, 나머지 2us의 신호를 수신하여 송수신 빔 조합의 전력을 측정한다. 또한, 동일한 HN이 복수 개의 안테나로 복수 개의 빔을 형성하여 복수 개의 BM 신호를 동시에 송신할 수 도 있고, 인접한 또 다른 HN들도 BUS에서 BM 슬롯을 동시에 송신할 수 있다. 이 경우, 복수의 HN들 및 HN들의 안테나가 동시에 송신한 BM 신호를 RBN이 간섭 없이 수신할 수 있어야 한다. 특히, 인접한 복수의 HN들이 시간 동기가 일치하지 않거나 RBN과의 거리가 서로 달라서 전파 이동시간이 다른 경우, RBN이 수신한 복수 개의 BM 슬롯은 동기가 맞지 않고 간섭이 발생할 수 있다. 이러한 간섭을 방지하기 위해, 본 개시의 실시 예에 따른 RBN은 도 8의 실시 예에서와 같이 BM 슬롯의 맨 처음(802)과 마지막의 2.5us(804)를 BM에 사용하지 않을 수 있다. 그 결과, 도 8의 실시 예에서는, 하나의 송신 빔과 18개의 수신 빔에 대한 측정을 수행할 수 있다. DL에서 HN은 상기 BM 슬롯을 반복하여 송신하되, 송신빔을 자신의 모든 송신 빔에 대해 순차적으로 전환하면서 송신한다. 그러므로, DL에서 HN이 NHN개의 송신 빔을 갖고 있고, RBN이 NRBN개의 수신 빔을 갖고 있는 경우, 도 8의 BM 슬롯으로 모든 송수신 빔 조합에 대한 BM을 1회 완료하기 위해서는 NHN [NRBN/18]up 개의 BM 슬롯이 필요하다. 여기서, [X]up 는 X와 동일하거나 더 큰 자연수 중에서 최소 자연수 값을 의미 한다. 예를 들어, HN과 RBN이 각각 60개의 빔을 갖고 있다면, 모든 송수신 빔 조합에 대한 측정을 1회 수행하기 위해서는 60*[60/18]up = 60*4 = 240개의 BM 슬롯의 송수신이 필요하다.

UL BM의 경우, RBN이 BM 슬롯을 고정된 빔으로 송신하고, HN이 도 8에 도시한 바와 같이 수신 빔을 전환하면서 신호를 수신하여 송수신 빔 조합에 대한 수신 전력을 측정한다. 이 경우 역시, 복수의 RBN들 및 RBN들의 안테나들이 동시에 송신한 BM 신호를 HN이 간섭 없이 수신할 수 있어야 한다. 그 밖의 자세한 UL BM의 원리는 DL BM에서 설명한 내용과 동일하므로, 중복 설명을 생략하기로 한다. 또한, UL BM도 BM 슬롯을 고정 빔으로 송신하고 수신 빔을 슬롯 내에서 전환하는 방법과는 반대로, BM 슬롯을 고정 빔으로 수신하고, 송신 빔을 슬롯 내에서 전환하면서 빔을 측정할 수도 있다.

도 9는 본 개시의 실시 예에 따른 프레임에서 UL RACH 슬롯을 구성하는 일 예를 도시한 도면이다.

도 9를 참조하면, 본 개시의 실시 예애 따른 RACH 슬롯에서 길이가 8us이고 CP가 없는 RACH 프리엠블(Preamble) 심볼을 프레임을 구성하는 고정된 길이를 가지는 하나의 슬롯 (900) 내에서 6.25회 반복하여 송신하는 실시 예를 나타낸다. UL에서 RBN은 고정된 송신빔을 사용하여 RACH 슬롯을 송신한다. 그리고, UL에서 HN은 도 9에 도시한 바와 같이, 수신 빔을 일 예로, 4번 변경하면서 RACH 프리엠블 신호를 반복적으로 검출할 수 있다. 상기 HN은 상기 RACH 슬롯을 빔[0]으로 수신하되, 상기 RACH 슬롯의 처음 8us+2.5us=10.5us(902)를 보호구간으로 사용하여 신호를 검출하지 않고, 그 다음 8us의 신호에 대해 RACH 프리엠블을 검출한다. 그러고 나서, 상기 HN은 수신 빔을 빔[1]으로 전환하고 2.5us의 보호구간 이후 8us의 신호를 수신하여 RACH 프리엠블을 검출한다. 마찬가지로, 상기 HN은 수신빔을 빔[2], 빔[3]으로 순차적으로 전환하면서, 각 빔으로 2.5us의 보호구간 이후 8us의 신호를 수신하여 RACH 프리엠블을 검출한다. 상기 HN은 본 개시의 실시 예에 따른 상기 RACH 슬롯 구조를 통하여 최대 8us의 라운드 트립 지연(round-trip-delay)을 검출하며, 최대 1.2km 거리 이내에 위치하는 RBN들에 대해 UL 프레임 동기를 맞출 수 있다. 도 9의 실시 예에서의 RACH 슬롯은 각 슬롯에서 4개의 HN 수신 빔에 대한 RACH 신호 검출을 지원하므로, 더 많은 수신 빔으로 RACH 신호를 검출하기 위해서는 RACH 슬롯을 그 만큼 더 많이 할당해야 한다. 예를 들어, HN이 60개의 수신 빔으로 RACH 신호를 검출하고자 할 경우, RACH 슬롯을 15번 할당해야 한다.

본 개시의 실시 예에 따른 HN 및 RBN은 상기한 바와 같이 구성할 수 있는 프레임 내에 슬롯들을 사용하여 무선백홀 통신을 수행할 수 있다. 본 개시의 실시 예에서는 HN 및 RBN이 사용하는 안테나 및 빔 환경, RBN들의 수, 무선 채널 상태 등 다양한 통신 환경과, 필요한 통신 기능 및 성능에 따라 앞서 설명한 슬롯들을 다양하게 조합할 수 있다. 이와 같이, 프레임 내에서 필요에 따라 슬롯들의 조합을 다르게 선택하기 위해서 본 개시의 실시 예에서 사용하는 프레임 구조는 제어 및 시스템 정보를 여러 단계로 나누어 송신한다. RBN이 HN과 통신하기 위해 가장 먼저 SS 및 BCH 슬롯을 수신하여 동기를 맞추고, 공통제어정보를 수신해야 한다. 여기서, 공통제어정보는 RBN이 HN과 프레임 동기를 맞추고 신호를 수신하기 위해 가장 먼저 알아야 하는 공통 정보를 포함한다. 예를 들어, 프레임 내 공통제어정보 심볼의 위치 혹은 순서 정보, HN의 피지컬 식별자(Physical Identifier) 정보 및 글로벌 식별자(Global Identifier) 정보, SFN(System Frame Number), HN의 동작 상태(즉, BUS 혹은 BOCS) 구분 정보, 프레임 당 SS 및 BCH 슬롯들의 수, HN이 사용하는 안테나들의 수, HN의 안테나 별 빔들의 수, TDD 혹은 FDD 등의 듀플렉스(Duplex) 정보, 신호 대역폭 정보 등을 포함할 수 있다.

본 개시의 실시 예에 따른 DL/UL제어 슬롯은, HN이 RBN과 DL 및 UL 무선 통신을 수행하기 위해 필수적인 물리계층 제어정보와 그 밖의 짧은 제어정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 3GPP LTE 규격의 PDCCH(Physical Downlink Control Channel)와 같이 HN과 각 RBN이 송수신하는 데이터 혹은 데이터 슬롯에 대한 무선자원할당 관련 정보, MCS(Modulation and Code Scheme) 정보, HN이 사용하는 안테나 및 안테나 기술 정보, 전력 제어(Power Control) 정보, 페이징(Paging) 관련 정보, RACH 관련 정보 등을 포함할 수 있다. 또한, 3GPP LTE의 PCFICH(Physical Control Format Indicator Channel)에 대응하는 정보로써, 상기 프레임의 각 서브 프레임에 할당된 DL/UL제어 슬롯들의 수에 대한 정보를 포함할 수도 있다. 또한, 3GPP LTE 규격의 PUCCH(Physical Uplink Control Channel)와 같이 HN과 RBN이 무선 통신을 하는데 필요한 UL 물리제어 정보로써, CSI(Channel State Information) 정보, Hybrid ARQ(automatic repeat request) Ack/Nack 정보, SR(Scheduling Request) 정보 등을 포함할 수 있다. 또한, 그 밖의 추가적인 짧은 제어정보로써, HN 및 RBN이 사용하고 있고 또는 앞으로 전환할 송수신 빔에 대한 정보, 또는 BOCS 내의 LDM으로 동작하는 RBN의 무선 백홀의 상태를 알려주는 정보(BSI: Backhaul Status Information), 또는 그 밖에 HN이 RBN의 무선통신 제어하기 위한 짧은 제어 정보 등을 포함할 수 있다.

본 개시의 실시 예에 따른 DL/UL데이터 슬롯은, HN과 RBN이 DL 및 UL 무선 통신을 통해 전달하는 데이터를 포함한다. 즉, RBN에 설치된 BS가 HN을 통해서 네트워크와 송수신하는 모든 사용자 데이터와 제어정보는 모두 데이터 슬롯으로 송수신된다. 또한, HN과 RBN이 무선 통신을 하기 위해 필요한 각종 HN과 RBN 사이의 상위계층 제어정보를 포함할 수 있다. 또한, 데이터 슬롯은 RBN이 HN에 접속하고 통신하기 위해 알아야 하는 각종 시스템 정보(SI: System Information)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 3GPP LTE 규격에서 정의하고 있는 각종 SI에 대응하는 정보와 DL 및 UL BM 및 빔 사용에 대한 상세 정보, 그 밖에 BUS 혹은 BOCS로 동작하는데 필요한 시스템 정보 등을 포함할 수 있다.

하기 표 1은 본 개시의 무선 백홀을 구성하는 HN과 RBN이 앞서 설명한 도 4 내지 9의 프레임 규격을 사용하여 무선백홀 통신을 하는 경우, BUS와 BOCS에서 송수신하는 슬롯, 신호 혹은 정보를 나타낸다.

< 표 1> 본 개시의 실시 예에 따른 무선 백홀의 동작 상태 및 통신 모드에서 송수신하는 신호 및 정보

슬롯/신호/정보 타입들	동작 모드 (BUS)	동작 모드 ( BOCS )
슬롯/신호/정보 타입들	동작 모드 (BUS)	통신 모드(FBM)	통신모드 (ABM)	통신 모드 ( LDM )
DL SS/BCH 슬롯	전체 커버리지	최적 빔	최적 빔	최적 빔& 스케쥴링
UL RACH 슬롯	전체 커버리지	X	X	X
DL/UL BM 슬롯	전체	X	제한적	X
DL/UL 제어 슬롯	O	O	O	스케쥴링
DL/UL 데이터 슬롯	O	O	O	X

하기 표 2는 본 개시의 실시 예에 따른 무선 백홀이 BUS와 BOCS에서 지원하는 각종 동작과 기능들을 나타낸다.

< 표 2> 본 개시의 실시 예에 따른 무선백홀의 동작 상태 및 통신 모드에서 동작 및 기능

동작 및 기능	동작 모드 (BUS)	동작 모드 ( BOCS )
동작 및 기능	동작 모드 (BUS)	통신 모드(FBM)	통신모드 (ABM)	통신 모드 ( LDM )
HN 서칭	O	X	X	X
망 진입/핸드오버	O	X	X	X
빔 트레이닝	전체	X	제한적	X
제어 정보	방송/전용	전용	전용	스케쥴링 & 전용
데이터	O	O	O	O

상기 <표 1>을 참조하면, 본 개시의 실시 예에 따른 무선 백홀을 구성하는 HN 및 RBN은 BUS로 동작할 경우, SS 및 BCH 슬롯과, UL RACH 슬롯, DL/UL BM 슬롯, DL/UL 제어 슬롯 및 데이터 슬롯을 모두 포함하는 형태로 구성된 프레임을 사용하고, 이동통신 시스템 상에서의 BS 및 MS간의 이동 통신을 위한 모든 기능들을 지원한다. 그리고, BUS로 동작하는 HN은 DL SS 및 BCH 슬롯을 자신의 전체 커버리지(Full Coverage)에 대해 송신하여, 자신의 커버리지내의 모든 위치에서 RBN들이 HN과 동기를 맞추고, HN의 공통제어 정보 및 시스템 정보를 수신한다. 이때, HN은 공통제어정보에 자신의 동작 모드가 BUS임을 지시하는 정보를 포함시켜 전송한다. HN은 좁은 빔을 사용하므로, 자신의 전체 통신 영역에 대해 상기 신호를 송신하기 위해 송신 빔을 변경하면서 상기 신호를 반복해서 송신한다. BUS로 동작하는 RBN은 자신의 서빙 HN뿐만 아니라 인접한 HN들의 SS 및 공통제어정보도 수신하여, HN에 대한 서칭 및 스캐닝을 수행하여 최적의 통신 품질을 제공하는 HN을 찾을 수 있다.

또한, BUS로 동작하는 HN은 자신의 커버리지에 위치한 모든 RBN들이 자신과 UL 동기를 맞추고, UL 통신을 수행하도록 할당한 UL RACH 슬롯을 해당 RBN으로부터 수신한다. HN은 자신의 커버리지에 위치한 RBN의 위치에 관계 없이 RACH 슬롯을 수신하기 위해서, 수신 빔들을 전환하면서 반복해서 RACH 슬롯을 할당하여 해당 RBN으로부터의 신호를 수신한다. 그리하여, <표 2>를 참조하면, HN은 BUS에서 자신의 커버리지에 위치한 RBN뿐만 아니라 인접 HN의 커버리지에 위치한 RBN 및 새로운 RBN이 송신한 RACH 신호를 수신하여 UL 동기를 지원하고, 네트워크 접속(Network Entry, Attach) 및 핸드오버도 지원할 수 있다. BUS로 동작하는 RBN의 경우, 서빙 HN에게 RACH 신호를 송신하여 UL 동기를 맞출 수도 있고, 자신의 서빙 HN이 아닌 인접한 HN에게 RACH 신호를 송신하여 인접 HN에게 접속하거나 핸드오버할 수도 있다.

상기 <표 1>에 도시한 바와 같이, BUS로 동작하는 HN 및 RBN은 DU 및 UL에서 모든 송수신 빔 조합에 대해 BM 및 훈련을 수행하여, DL 및 UL 각각에서 최적 송수신 빔 조합을 선택한다. 상기 최적 송수신 빔 조합을 선택하는 BM 결과를 기반으로, 각 RBN는 자신에게 최상의 서비스 품질을 제공하는 최적 HN을 결정할 수 있다. 예를 들어, HN과 RBN이 각각 60개의 빔을 사용하는 경우를 가정하면, DL 및 UL에서 모든 송수신 빔 조합에 대해 1회 BM을 수행하려면 60*[60/18]up = 60*4 = 240개의 BM 슬롯이 필요하다. 이때, 무선 백홀 통신은 HN과 RBN 모두 정지된 위치에 있을 때 수행하므로, 이동통신에서와 같이 BM을 완료하기 위한 시간 제한이 엄격하지 않다. 그러므로, 예를 들어 프레임을 구성하는 매 서브 프레임마다 DL 및 UL에 대한 BM을 위해 한 슬롯씩 할당하는 경우, 240개 서브프레임 시간, 즉 240ms 만에 BM을 1회 완료할 수 있다. HN이 60개의 송신 빔들로 SS 및 BCH 슬롯을 송신하는 경우, 매 프레임 마다 12개의 DL 슬롯을 SS 및 BCH 슬롯으로 할당해야 한다. 따라서, 이로 인한 무선자원의 낭비가 매우 커짐을 알 수 있다. 이 경우, 상기 SS 및 BCH 슬롯들을 위해 사용하는 빔들의 수를 줄여서 무선자원 낭비를 줄일 수 있으나, RBN이 동기를 확보하지 못하여 HN과 통신을 수행하지 못할 수도 있다. 또한, RACH 슬롯 역시 60개의 빔 수신하고자 할 경우, 이를 위해서 15개의 상향링크 RACH 슬롯을 할당해야 한다.

BUS로 동작하는 RBN이 새로운 HN으로 접속하여 통신하기 위해서는 상기 새로운 HN의 SI가 필요한데, 이러한 SI는 DL/UL 데이터 슬롯을 통해서 송신된다. 따라서, SI 역시 공통제어정보와 마찬가지로, HN의 커버리지에 위치한 RBN의 위치에 관계없이 상기 커버리지 전체에서 해당 RBN이 수신할 수 있어야 한다. 그러므로, DL/UL 데이터 슬롯에서 데이터는 고정된 송신빔을 사용하여 전송되지만, <표 1>에 표기한 바와 같이, SI를 포함할 경우, 전체 커버리지에 전송되도록 구비한 송신빔들을 전환하여 반복하여 전송한다. 마찬가지로, 상기 SI에 대한 무선자원할당 정보도 HN의 전체 커버리지에 전송되어야 하므로, 상기 무선자원 할당 정보르 포함하는 DL/UL 제어 슬롯은 전체 커버리지에 전송되도록 구비한 송신빔들을 전환하여 반복하여 전송한다.

상기 <표 1>을 참조하면, 본 개시의 무선 백홀이 BOCS로 동작할 경우, HN과 RBN은 이동 통신 시스템에서 지원하는 기능들 중 일부 기능만을 지원한다. 이에 따라, BOCS로 동작하는 HN과 RBN은 각각 UL/DL 제어 슬롯 및 데이터 슬롯의 송수신에 최적빔을 사용한다. 그리고, HN은 DL SS 및 BCH 슬롯의 송신 시, 자신의 커버리지 전체로 방송하지 않고, 현재 접속한 RBN들에게만 송신한다. 그리고 가능하다면 최소 수의 빔으로 신호를 송신한다. 또한, BOCS로 동작하는 HN은 자신의 SI 역시 해당 RBN에게 한번 혹은 필요할 때만 전송한다. 상기 <표 2>를 참조하면, BOCS로 동작하는 RBN은 서빙 HN의 동기신호만을 수신하며, 인접 HN의 동기신호는 수신하지 않는다. 그리고, 인접 HN에 대한 서칭 및 스캐닝 동작 역시 수행하지 않는다.

상기 <표 1>을 참조하면, 본 개시의 무선 백홀이 BOCS로 동작할 경우, UL RACH의 송수신을 지원하지 않고, 이에 따라 UL RACH 슬롯 역시 할당하지 않는다. 그리고, <표 2>를 참조하면, BOCS로 동작하는 HN은 새로운 RBN이나 인접 HN에 속한 RBN의 접속 혹은 핸드오버를 지원하지 않으며, 자신에게 접속한 RBN의 RACH 송수신 역시 지원하지 않는다. 마찬가지로, BOCS로 동작하는 RBN은 서빙 HN과 UL 동기를 업데이트하기 위한 RACH 신호를 송신하지 않으며, 인접 HN들에게도 RACH 신호를 송신하지도 않는다. 또한, BOCS에서는 HN 및 RBN의 모든 빔들에 대한 DL 및 UL측정 및 훈련을 지원하지 않는다. 그리고, 인접 HN들의 BM 및 훈련 역시 지원하지 않는다. 상기 <표 1>에 도시한 바와 같이, BOCS에서 FBM 및 LDM으로 동작하는 RBN들에 대해 BM 슬롯을 할당하지 않으며, BM 및 훈련을 지원하지 않는다. 그러나, ABM으로 동작하는 RBN은 서빙 HN에 대해 BUS에서 찾았던 최적 송수신 빔에 인접한 일부 후보 빔들을 이용하여 제한적인 BM 및 적응을 수행한다. 그리고, BOCS의 FBM 및 ABM으로 동작하는 HN 및 RBN은 최적 빔을 사용하여 제어 정보와 데이터를 송수신하여 무선백홀 통신을 제공하고, LDM으로 동작하는 HN 및 RBN은 사전에 약속된 시간에 제어 정보를 송수신한다. 또한, HN은 LDM으로 동작하는 RBN에 대해서는 사전에 약속된 시간에만 동기신호를 송신하고, LDM으로 동작하는 RBN은 데이터 슬롯을 송수신하지 않는다.

이하, 도 10 내지 도 12는 본 개시의 실시 예에 따라 무선 백홀의 동작 모드에 따른 프레임 구조의 실시 예를 나타낸다. 설명의 편의상, TDD 방식을 기반으로, 매 서브 프레임에서 총 12개의 슬롯들 즉, 슬롯 0 내지 슬롯 11을 DL 통신으로 할당하고, 총 7개의 슬롯들 즉, 슬롯 13 내지 슬롯 19를 UL 통신으로 할당한 경우를 가정하자. 그리고, 슬롯 12를 보호구간으로 할당하였다. 그러므로, 5개의 서브 프레임을 통해서 매 프레임마다 DL로 할당된 슬롯은 총 60개이고 UD로 할당된 슬롯은 총 35개이다.

도 10은 본 개시의 실시 예에 따라 무선 백홀을 구성하는 HN 및 RBN이 BUS로 동작할 경우, 프레임 구조의 일 예를 나타낸다.

도 10을 참조하면, BUS로 동작하는 HN은 일 예로, 매 서브 프레임에서 슬롯0과 슬롯13을 각각 DL 및 UL 제어 슬롯으로 할당한다. 예를 들어, 상기 HN이 60개의 빔들을 사용하여 SS 및 BCH 심볼을 송신하는 경우를 가정하면, 총 12개의 슬롯이 필요하다. 이를 위해서 도 10의 실시 예에서는 4개의 서브프레임 즉, 서브 프레임 0 내지 3 각각의 슬롯 1 내지 3을 통해서 총 12개의 슬롯을 SS 및 BCH 슬롯으로 할당한다. 또한, 매 서브 프레임의 슬롯 4를 BM 슬롯으로 할당한다. 그리고, 상기 HN은 자신의 빔 수에 대응하는 60개의 서브 프레임, 혹은 5개의 서브 프레임들로 각각 구성되는 12개의 프레임 주기로 자신의 빔을 전환하면서 BM 슬롯을 송신한다. 여기서, RBN이 60개의 수신빔을 사용하여 BM 측정을 수행할 경우, DL에서 모든 송수신 빔 조합에 대한 1회 BM은 240ms가 소요된다.

한편, 도 10의 실시 예에서, 매 서브 프레임의 슬롯 18을 UL BM 슬롯으로 할당한다. 그리고, 매 서브 프레임의 슬롯 19를 UL RACH 슬롯으로 할당한다. 여기서, HN이 하나의 RACH 슬롯에 대해 4개 수신 빔들로 RACH 프레임블을 검출한다고 가정하면, 매 프레임마다 20개의 수신빔들을 사용하여 RACH 프리엠블을 검출할 수 있다. 그러므로, HN이 60개의 빔을 사용하여 RACH 프리엠블을 검출하기 위해서는 총 3개 프레임이 소요된다. 그리고, 상기 <표 1>에서 설명한 바와 같이 BUS로 동작하는 HN은 DL 데이터 슬롯을 통해서 SI를 전송하고자 할 경우, 상기 빔들을 전환하면서 반복하여 상기 DL 데이터 슬롯을 전송한다. 그리고, 상기 SI에 대한 무선자원할당 정보를 DL 제어 슬롯을 통해서 전송 시, 마찬가지로, 상기 빔들을 전환하면서 반복하여 상기 DL 제어 슬롯을 전송해야 한다. HN이 송신할 SI 의 양은 시스템 구현 상황에 따라 달라질 수 있다. 도 10의 실시 예를 기반으로 추정해보면, 상기 HN의 SI는 매 프레임을 구성하는 서브 프레임 4의 슬롯 1 내지 3을 통해서 전송하는 데이터 슬롯을 SI 송신을 위해 할당하는 것을 생각할 수 있다. 그러면, 도 10의 프레임 구조의 실시 예를 통해서 데이터 송신을 위해서만 사용되는 데이터 슬롯은 각 프레임의 하향링크에서 35개 슬롯이고 상향링크에서 20개 슬롯이다.

도 11은 본 개시의 실시 예에 따라 무선 백홀을 구성하는 HN 및 RBN이 BOCS로 동작하며, 통신 모드가 FBM인 경우, 프레임 구조의 일 예를 나타낸다.

도 11을 참조하면, FBM으로 동작하는 HN 및 RBN은 모두 고정된 위치에 있고, 통신 채널 역시 거의 고정된 환경이므로, 필요한 제어 정보의 양이 매우 적다. 따라서, FBM으로 동작하는 HN은 일 예로, 서브 프레임 0의 슬롯 0과 슬롯 13을 각각 DL 및 UL상향링크 제어 슬롯으로 할당하고, 프레임 내의 나머지 서브 프레임들에서는 제어 슬롯을 할당하지 않는다.

또한, FBM에서는SS 및 BCH 심볼 전송 시 HN 및 RBN간에 고정된 최적 빔 만을 사용하므로, 요구되는 슬롯의 수 역시 매우 작다. 따라서, 도 11의 실시 예에서는, SS 및 BCH 슬롯을 서브 프레임 0의 슬롯 1에만 할당한다. 또한, 상기 FBM에서는 BM 슬롯과 UL RACH 슬롯이 할당되지 않는다. 그러므로, 도 11의 실시 예에 따른 프레임 구조에서 순수하게 데이터 송신을 위해 사용되는 데이터 슬롯은 매 프레임의 DU에서 총 58개 슬롯을 사용할 수 있고, UL에서 총 34개 슬롯을 사용할 수 있다. 도 10의 실시 예와 비교하면, DL 및 UL에서 데이터 송신을 위한 성능이 각각 약 65% 및 70% 정도 개선됨을 확인할 수 있다.

도 12는 본 개시의 실시 예에 따라 무선 백홀을 구성하는 HN 및 RBN이 BOCS로 동작하며, 통신 모드가 ABM인 경우, 프레임 구조의 일 예이다.

도 12를 참조하면, ABM은 FBM에서 수행하지 않는DL/UL BM을 수행한다. AMB에서 수행하는 DL/UL BM은 BUS에서 결정된 최적 빔이 인접한 일부 빔들에 대해 제한적으로 수행되므로, BUS의 BM 주기에 비해 빨리 수행될 수 있다. 예를 들어, ABM으로 동작하는 HN이 4개의 RBN들 각각에 대해 기존에 선택한 최적 빔으로 5개의 후보 빔들에 대해 BM을 수행하는 경우를 가정하자. 이 경우, HN은 총 4x5=20개의 후보 빔들에 대해 BM을 수행한다. 또한, RBN의 경우도 예를 들어, 기존에 선택한 최적 빔으로 9개의 후보 빔들에 대해 BM을 측정하는 경우를 가정하자. 이 경우, 상기 HN에 대해 DL 빔 측정 주기는 20*[9/18]_up = 20*1 = 20ms로 감소한다. 그리고, UL에서 4개의 RBN 들 각각에서 BM을 동시에 수행한다고 가정하면, BM 주기는 9*[20/18]_up = 9*2 = 18ms로 감소하고, 4개의 RBN에 대해 순차적으로 BM을 측정할 경우 4*9*[5/18]_up = 4*9*1 = 36ms로 감소한다. 상기 BM 측정 주기가 안테나의 진동 속도에 비해 필요 이상으로 짧을 경우, BM 슬롯의 수를 줄이고 BM 주기를 늘려서 자원낭비를 줄일 수 있다. 예를 들어, 도 12의 실시 예에서는 BM 슬롯을 매 서브 프레임 별로 하나의 한 슬롯만 할당하였다. 따라서, 매 프레임당 4개 슬롯을 데이터 슬롯으로 더 사용할 수 있으므로 효율이 더 높아진다. BM 주기는 4개의 슬롯을 사용하는 경우의 5배인 100ms, 90ms 및 180ms로 각각 증가하지만, BUS에서의 BM주기 240ms보다는 훨씬 짧은 시간이 걸림을 알 수 있다.

다른 실시 예에 따라, BOCS로 동작하는 HN이 복수의 RBN들과 무선백홀 통신을 수행할 경우, HN과 일부 RBN들에 대해서만 BM이 필요할 경우, 상기 HN이 BM이 필요한 RBN을 위한 BM 슬롯을 고정 빔으로 송신 혹은 수신하고, 상기 BM을 수행하려는 RBN들만 BM을 수행한다.

다른 실시 예에 따라 BOCS로 동작하는 HN이 복수의 RBN들과 무선백홀 통신을 수행할 경우, HN만 BM이 필요하고, RBN들은 BM이 필요하지 않은 경우, 상기 HN은 BM 슬롯을 RBN들에게 송신 혹은 수신하여 BM 을 수행하고, 상기 RBN들은 고정 빔으로 상기 BM 슬롯을 수신 혹은 송신하여 상기 HN의 BM을 지원한다.

다른 실시 예에 따라 BOCS로 동작하는 HN이 복수의 RBN들과 무선백홀 통신을 수행할 경우, 상기 RBN들 중 적어도 하나의 RBN의 통신모드가 LDM이면, 상기 HN은 상기 적어도 하나의 RBN과 사전에 약속된 시간에 상기 적어도 하나의 RBN을 위한 SS 및 BCH 심볼을 송신하고, DU/UL제어 슬롯의 심볼을 송수신한다. 그리고, 상기 HN은 상기 RBN들 중 통신 모드가 LDM이 아닌 RBN들에 대해 해당 RBN의 통신 모드에 따라 도 11 또는 도 12의 프레임 구조를 사용하여 신호를 송수신한다. HN은 LDM으로 동작하는 상기 적어도 하나의 RBN에게 데이터 슬롯 및 BM 슬롯을 송수신하지 않는다. 또한, LDM으로 동작하는 상기 적어도 하나의 RBN는 사전에 약속한 주기로 UL제어 슬롯에서 BA 비트 혹은 정보를 서빙 HN에게 송신하여 무선백홀 링크가 끊어지지 않고 살아 있음을 서빙 HN에게 주기적으로 확인시킨다.

도 13은 본 개시의 실시 예에 적용 가능한 BI(Beacon Interval) 구조의 일 예를 도시한 도면이다.

도 13의 BI는 IEEE 802.11ad에서 사용하는 BI 구조의 일 예이다. IEEE 802.11ad 규격은 60GHz의 고주파에서 빔포밍 안테나를 사용하여 신호를 송수신하는 DMB(Directional Multi-Gigabit) 스테이션(STA: station) 간의 무선 랜 통신을 정의하며, BI 단위로 채널에 접속한다. 도 13을 참조하면, BI는 BHI(Beacon Header Interval)와 DTI(Data Transfer Interval)로 구성된다. 그리고, BHI는 BTI(Beacon Transmission Interval), A-BFT(Association Beamforming Training) 구간 및 ATI(Announcement Transmission Interval)로 구성된다. DTI는 하나 혹은 복수개의 CBAP(Contention-Based Access Period)와 SP(scheduled Service Period)로 구성된다. PCP(Personal Basic Service Set Control Point)/AP(Access Point) STA는 BI를 할당하고, non-PCP/non-AP STA에게 상기 BI 할당 정보를 알려준다. BTI는 PCP/AP STA가 non-PCP/non-AP STA에게 적어도 하나의 DMG 비콘 프레임들을 송신하는 액세스 구간이다. 여기서, 비콘 프레임들은 STA에게 네트워크 동기를 제공할 뿐만 아니라, BI 할당 정보, DMG 성능(Capability) 정보, 이동통신에서 공통제어정보 및 SI에 대응하는 정보 등을 전달한다. A-BFT는 STA들이 빔포밍 훈련을 수행하여 최적 빔을 선택하는 구간이다. ATI는 PCP/AP STA 혹은 non-PCP/non-AP STA와 1대1로 액세스 관리를 위한 요청 프레임 및 응답 프레임을 교환하여 STA의 연합 및 연합 해제(disassociation)를 제공하거나, 서비스 주기를 요청하거나, 스케쥴링 정보를 전달한다. DTI의 CBAP에서는 모든 STA들이 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) 방식으로 랜덤(random)하게 데이터를 전송할 기회를 가지며, SP에서는 STA들이 PCP 혹은 AP의 스케쥴링에 따라 TDMA(Time Division Multiple Access) 방식으로 데이터를 전송한다.

앞서 설명한 IEEE 802.11ad 규격을 사용하여 본 개시의 무선 백홀을 구현할 수 있다. 이 경우, 하기 <표 3>은 본 개시의 무선백홀을 구성하는 HN과 RBN이 IEEE 802.11ad 규격을 기반으로 하는 무선 백홀 통신을 하는 경우, BUS와 BOCS에서 지원하는 액세스 구간을 나타내고, 하기 <표 4>는 이 경우, 본 개시의 무선백홀이 지원하는 동작 및 기능들을 나타낸다.

< 표 3> 본 개시의 실시 예에 따른 무선 백홀의 동작 모드 및 통신 모드에서 송수신하는 신호를 나타낸 표

BI	동작 모드 (BUS)	동작 모드 ( BOCS )
BI	동작 모드 (BUS)	통신 모드(FBM)	통신 모드 (ABM)	통신 모드 ( LBM )
BTI	전체 커버리지	최적 빔	최적 빔	최적 빔
A-BFT	O	X	X	X
ATI	O	최적 빔	최적 빔	스케쥴링
DTI CSAB	O	X	X	X
DTI SP	O	O	O	X

< 표 4> 본 개시의 실시 예에 따른 무선 백홀의 동작 모드 및 통신 모드에서 지원하는 동작 및 기능

동작 및 기능	동작 모드 (BUS)	동작 모드 ( BOCS )
동작 및 기능	동작 모드 (BUS)	통신 모드(FBM)	통신 모드 (ABM)	통신 모드 ( LBM )
스캔	O	X	X	X
연합/ HN 변경	O	X	X	X
빔 트레이닝	전체	X	제한적	X
제어	방송/전용	전용	전용	스케쥴링 & 전용
데이터	CSMA / TDMA	TDMA	TDMA	X

상기 <표 3>을 참조하면, 본 개시의 실시 예에 따른 무선 백홀이 BUS로 동작할 경우, IEEE 802.11ad 규격의 모든 액세스 구간을 지원하고, IEEE 802.11ad 규격의 모든 무선 랜 기능을 지원할 수 있다. 본 개시의 실시 예에 따른 무선백홀은 DMB 비콘 프레임에서 무선 백홀의 동작 모드가 BUS임을 지시하는 동작 모드 지시 정보를 추가로 알려줄 수 있다. BUS로 동작하는 HN은 BTI 동안 자신의 모든 안테나들의 빔들을 사용하여 DMG 비콘 프레임을 전송하여 자신에게 접속하려는 RBN들에게 동기를 제공한다. 또한, BUS로 동작하는 RBN은 DMB 비콘 프레엠을 수신하고, 이를 기반으로, HN 스캐닝을 수행한다. 또한, BTI와 A-BFT구간을 사용하여 HN 및 RBN 사이의 SLS(Sector Level Sweep) 빔 훈련을 지원하여 최적 섹터(Sector)의 빔을 선택할 수 있다. 추가적으로, BRP(Beam Refinement Protocol)을 수행하여 최적 수신 섹터 빔을 선택하거나 더 정밀한 빔 훈련을 통한 더 정밀한 최적 송수신 빔을 선택할 수 있다. BRP를 수행하기 위한 BRP 설정(Setup)을 ATI 혹은 DTI에서 수행할 수 있으며, BRP의 빔 훈련 동작은 DTI에서 수행할 수 있다. ATI 동안 HN이 RBN과 1대1로 액세스 관리를 위한 요청 및 응답 프레임을 교환하여 연합 및 연합 해제를 제공하거나, 서비스 주기를 요청하거나, 스케쥴링 정보를 전달한다. DTI의 CBAP 동안 모든 RBN들은 CSMA/CA 방식으로 데이터를 전송할 기회를 가진다. 또한, DTI의 SP 동안 HN은 RBN에게 TDMA방식으로 데이터를 전송하거나, 각 RBN은 HN의 지시에 따라 TDMA 방식으로 지정된 SP 구간에서 HN에게 데이터를 전송한다. DTI의 스케쥴링 정보는 BTI의 DMG 비콘 프레임이나 ATI의 아나운스(Announce) 프레임에서 HN이 RBN들에게 전송한다. 그 결과, 본 개시의 실시 예에 따른 무선 백홀은 BUS로 동작하는 RBN이 HN을 스캔하고, 상기 RBN이 자신에게 최적의 서비스 품질을 제공하는 새로운 HN을 서치하고, 서치된 새로운 HN과 연결하거나, 상기 새로운 HN으로 서빙 HN을 변경할 수 있다. 그리고, 모든 빔들을 사용하여 빔 훈련을 지원하여 HN과 RBN간의 무선백홀 통신을 위한 최적 통신 경로에 대응하는 최적 송수신 섹터 빔 및 세부 빔을 찾아서 선택할 수 있고, HN과 RBN의 제어 정보와 데이터를 CSMA/CA 방식과 TDMA 방식으로 송수신할 수 있다.

상기 <표 3>을 참조하면, 본 개시의 실시 예에 따른 무선 백홀이 BOCS로 동작할 경우, 상기 IEEE 802.11ad 무선 랜 규격에서 제공하는 일부 기능만을 지원한다. 이 경우에도, HN이 DMB 비콘 프레임을 통해서 자신의 동작 모드가 BOCS임을 나타내는 동작 모드 지시 정보를 추가로 전송할 수 있다. 본 개시의 실시 예에 따른 HN은 BOCS에서 이미 연결된 RBN들에게만 BTI의 DMG 비콘 프레임을 전송하고, 이 경우, BUS에서 결정된 최적의 송신 빔을 사용하여 전송 회수를 최소한으로 제한한다. 상기 <표 3>을 참조하면, 본 개시의 실시 예에 따라 무선 백홀이 BOCS로 동작할 경우, A-BFT 구간을 할당하지 않으며 ATI 구간을 최소한으로 제한한다. 또한, BOCS에서는 DTI의 CBAP를 할당하지 않고 SP만 할당한다. 그리고, 상기 <표 4>를 참조하면, BOCS에서는 SLS 빔 훈련 및 BRP 빔 훈련 모두 지원하지 않는다. 그러나, BOCS에서 ABM으로 동작할 경우, DTI 구간에서 이미 선택된 최적 빔에 인접한 일부 후보 빔들에 대해 빔 훈련을 수행하는 빔 트래킹(Beam Tracking)을 지원한다. 또한, 본 개시의 실시 예에서는 BOCS로 동작하는 RBN이 미리 약속된 시간에 깨어나고 다른 시간에서는 신호를 송수신하지 않는 전력 절약 모드(Power Save mode)로 동작하는 LDM을 지원한다. <표 2>에 개시한 바와 같이, BOCS로 동작하는 RBN은 HN을 스캔하지 않고, 새로운 HN으로의 연결 또는 서빙 HN의 변경을 지원하지 않는다. 또한, ABM에서는 제한적인 빔 트레이닝을 지원함에 따라 HN과 RBN의 섹터빔 및 상기 섹터 빔 내의 세부 빔을 다시 찾거나 변경하는 빔 트레이닝 중 하나인 빔 트래킹을 지원한다. IEEE 802.11ad 규격을 사용하는 경우에도, 본 개시의 실시 예에 따른 BOCS에서 동작하는 무선 백홀은, BUS에서 찾은 최적 HN과, 최적 빔을 사용하여 액세스 구간의 낭비를 최소화하도록 제어정보 및 데이터를 서로 송수신한다. 여기서, 제어정보는 모든 빔들로 방송되는 것이 아니라, 각 RBN에 필요한 정보를 최적 빔으로 송수신하며, 데이터는 CSMA/CA를 지원하지 않고, 스케쥴링에 의한 TDMA 방식으로 송수신한다.

이하, 도 14 내지 도 17은 본 발명의 무선 백홀을 구성하는 HN 및 RBN이 현재 천이한 동작 모드 및 통신 모드에 따라 슬롯, 심볼, 신호 혹은 정보 등을 송수신할 때 사용하는 빔들의 실시 예를 나타낸다.

도 14는 본 개시의 실시 예에 따라 무선 백홀을 구성하는 HN들 및 RBN들이 BUS로 동작할 경우, 슬롯 및 정보들을 송수신하는데 사용하는 빔들의 실시 예를 나타낸다. 여기서, BUS로 동작하는 HN 및 RBN은 각각 자신의 모든 송수신 빔을 사용한다.

도 14를 참조하면, HN3이 자신의 커버리지에 위치한 RBN 31 내지 RBN 34 각각과의 통신 시 모든 빔을 사용하는 경우를 도시하고 있고, 상기 RBN 31 내지 RBN 34 역시 상기 HN3과의 통신을 위해 자신의 모든 빔들을 사용하는 경우를 도시하고 있다. 마찬가지로, 나머지 HN 및 RBN들 역시 자신의 모든 송신빔들을 사용하여 통신하는 실시 예를 도시하고 있다.

도 15는 본 개시의 실시 예에 따라 무선 백홀을 구성하는 HN들 및 RBN들이 BOCS의 FBM으로 동작할 경우 사용하는 빔들의 실시 예를 나타낸다.

도 15를 참조하면, RBN은 자신의 최적 HN과 고정된 최적 빔을 사용하여 통신한다. 예를 들어, RBN 44는 자신의 최적 HN인 HN 4와 고정된 최적 송/수신빔을 이용하여 통신한다. BOCS의 FBM으로 동작하는 HN 4는 자신에게 접속을 허용한 RBN 41 내지 43 각각에 대한 최적 송수신빔을 사용하여 통신한다. 마찬가지로, BOCS의 FBM으로 동작하는 나머지 HN 1 내지 3 역시 자신에게 접속을 허용한 RBN들과 최적 송수신빔을 사용하여 통신한다. 이에 따라, BOCS의 FBM으로 동작하는 백홀은 간섭 및 무선자원의 낭비를 최소화하여 통신성능을 높일 수 있다.

도 16은 본 개시의 실시 예에 따라 무선 백홀을 구성하는 HN들 및 RBN들이 BOCS의 ABM으로 동작할 경우 사용하는 빔의 실시 예를 나타낸다.

본 개시의 실시 예에 따라 BOCS의 ABM으로 동작하는 HN 및 RBN은 빔 트레이닝이 필요한 상황임을 인지하면, BM 슬롯을 추가적으로 송신 혹은 수신하여 자신의 최적 송신 혹은 수신 빔을 찾는다. 도 16을 참조하면, HN1과 RBN11 내지 RBN14는 모두 빔 트레이닝을 수행하여 최적빔을 찾는다. 반면, RBN21 내지 RBN23은 빔 트레이닝을 수행하는 반면, 이들의 서빙 HN인 HN2는 빔을 고정한 상태이다. 이와 반대로, HN3은 현재 접속된 RBN31 내지 RBN33 각각에 대해 빔 트레이닝을 수행하여 최적빔을 찾는 반면, 상기 RBN31 내지 RBN33은 빔을 고정한 상태이다. 그리고, HN4는 자신에게 접속한 RBN들 중 RBN41 및 RBN43 각각에 대해서는 빔 트레이닝을 수행하여 최적빔을 찾는 반면, RBN42 및 RBN44에 대해서는 빔을 고정한 상태이고, RBN41과 RBN42는 빔 트레이닝을 수행하여 최적빔을 찾는 반면, RBN43과 RBN44는 빔을 고정한 상태를 도시하고 있다.

도 17은 본 개시의 실시 예에 따라 BUS로 동작하는 무선 백홀을 통해서 획득하는 결과의 예를 나타낸다.

도 17을 참조하면, 예를 들어, 참조번호 1700에서와 같이 기존의 무선 백홀 내에 새로운 RBN인 RBN24와 RBN34가 설치되고, 상기 RBN 24 및 RBN 34는 각각 HN2와 HN3에 접속한 상태이다. 참조 번호 1702는 RBN12가 기존에 접속하여 통신하던 서빙 HN1보다 HN3의 통신 품질이 높음을 인지하여, 상기 HN1과의 통신을 단절하고, HN3에 접속하는 서빙 HN 변경을 나타낸다. 마찬가지로, 참조번호 1704는 RBN31이 기존에 접속하여 통신하던 서빙 HN3보다 HN2의 통신 품질이 높음을 인지하여 HN3과의 통신을 단절하고, HN2에 접속하는 서빙 HN 변경을 나타낸다. 그리고, 참조 번호 1706의 경우, HN1과 RBN14가 통신 시 사용했던 LOS통신경로 및 빔 보다 큰 건물이나 물체를 나타내는 반사체1이 존재하는 경우를 가정하자. 이 경우, 상기 반사체-1에 의해 전파가 반사되어 수신되는 NLOS경로의 통신 품질이 더 높음을 인지하여, 상기 HN1 및 RBN14 각각이 상기 반사체1의 방향에 대응하는 빔으로 최적 빔을 변경하는 상황을 나타내고 있다. 마찬가지로, 참조 번호 1708은 HN4와 RBN44이 통신 시 사용했던 LOS통신 경로 및 빔 보다 큰 건물이나 물체를 나타내는 또 다른 반사체2가 존재하는 경우를 가정하자. 이 경우, 상기 반사체 2에 의해 전파가 반사되어 수신되는 경로의 통신 품질이 더 높음을 인지하여, HN4와 RBN44 각각이 상기 반사체-2의 방향에 대응하는 빔으로 최적 빔을 변경하는 상황을 나타내고 있다.

본 개시의 실시 예에 따라 BUS로 동작하는 HN 및 RBN은 자신의 모든 송수신 빔 조합들에 대해 빔 트레이닝을 수행하여, 각 RBN에 대해 최적 HN 및 상기 최적 HN과의 통신에 사용할 최적 송수신 빔 조합을 선택한다. 이를 위해서, 모든 송수신 빔 조합들에 대해 빔 트레이닝을 수행하므로, 빔 트레이닝을 위한 시간이 길고, 무선자원의 낭비 역시 크다. 이에 비해, 본 개시의 실시 예에 따른 BOCS의 ABM으로 동작하는HN 및 RBN은 상기 BUS 동안 이미 찾은 최적 빔을 이용하여 인접한 일부 빔들에 대해서만 제한적인 빔 트레이닝을 수행하기 때문에 빔 트레이닝을 위해 소요되는 시간이 짧고, 사용되는 무선 자원의 양 또한 작아진다. 구체적인 예로, HN과 RBN이 각각 총 60개의 빔을 사용하는 경우를 가정하면, BUS로 동작하는 HN과 RBN에서는 매 측정 주기마다 60x60=3600개의 빔 조합에 대해 빔 트레이닝을 수행해야 한다. 이와 비교하여, ABM으로 동작하는 HN과 RBN은 9개의 후보 빔에 대해서만 빔 트레이닝을 수행하는 경우를 가정하면, 빔 트레이닝을 수행할 총 빔 조합의 수는 9x9=81개로 크게 감소함을 알 수 있다. ABM에서의 빔 트레이닝은 외부 환경의 영향이 존재 할 때, 최적 빔을 빠르게 찾을 수 있다. 그러나, ABM에서의 빔 트리이닝 및 최적빔 선택은 기존의 BUS에 찾은 최적 통신경로로 제한되므로, 앞서 설명한 도 17에서의 참조번호 1706 및 1708에서와 같이, 통신경로의 변경에 대응되는 빔 방향의 변경은 발생하지 않는다.

도 18은 본 개시의 실시 예에 따라 백홀 노드(BN: Backhaul Node)와 RAN의 설치 구조에 대한 실시 예를 도시한 도면이다. 여기서, BN은 HN 또는 RBN에 대응하고, RAN은 MBS 또는 SBS에 대응한다.

도 18을 참조하면, 참조번호 1800A의 구조는 BN(1820A)와 RAN(1840A)가 서로 독립적인 장치로 구현되고, 서로 다른 케이스(case), 혹은 박스(box), 하우징 (housing) 케이스 또는, 랙(rack) 등에 설치된다. 그리고, 상기 BN(1820A)와 RAN(1840A)은 연결선 혹은 케이블(1860A)에 의해 연결된 구조를 나타낸다. 참조 번호 1800B의 구조 역시 BN(1820B)와 RAN(1840B)가 서로 독립적인 장치로 구현되지만, 하나의 공통된 케이스(1800B) 내에 설치된 구조를 나타낸다. 참조 번호 1800B의 구조는 예를 들어, HN 및 BS 각각이 독립적인 보드(Board)로 구현되고, 동일한 랙에 설치되고, 백플레인(Backplane)으로 연결된 구조를 나타낸다. 참조 번호 1800C의 구조는 BN 및 RAN이 하나의 장치로 구현된 구조를 나타낸다. 예를 들어, 참조 번호 1800C의 구조는 동일한 보드에 RBN과 BS가 구현되고 bus로 연결된 구조로 나타낼 수 있다.

도 19는 본 개시의 실시 예에 따라 무선 백홀용 안테나와 무선 접속용 안테나의 구조에 대한 실시 예를 도시한 도면이다.

도 19를 참조하면, 예를 들어, 안테나1의 구조(1900A)는 무선 백홀용 안테나(1920A)와 무선 접속용 안테나(1940A)가 서로 독립적으로 구현 및 분리되어 설치된 구조를 나타낸다. 상기 안테나1의 구조(1900A)의 경우, 상기 무선 백홀용 안테나(1920A)와 무선 접속용 안테나(1940A)의 사용 주파수, 안테나 및 빔의 수, 안테나 패턴 혹은 빔 패턴, 안테나의 수직 혹은 수평 방향 등을 포함하는 안테나 관련 정보에서 중 일부 특징을 서로 다르게 설치할 때 유리한 구조이다. 안테나 구조2(1900B)는 무선 백홀용 안테나 어레이(1920B)와 무선 접속용 안테나 어레이(1940B)가 동일한 안테나 하드웨어에 구현된 구조를 나타낸다. 이 경우, 1920B와 1940B는 동일한 안테나 하드웨어에 구현되지만 안테나 어레이와 이에 연결된 RF 소자들은 서로 다르다. 특히 이 경우 1920B와 1940B의 일부 특징 (사용 주파수 혹은 안테나 수 및 방향 등)은 동일하고 다른 특징 (빔 수, 빔 패턴, 빔 방향)을 다르게 지정할 수 있다. 안테나 구조3(1900C)은 동일한 안테나 하드웨어 및 어레이를 통하여 무선 백홀용 빔들(1922C, 1924C)과, 무선 접속용 빔들(1942C, 1944C)을 생성하는 구조를 나타낸다. 안테나 구조3(1900C)의 경우, 안테나 하드웨어 및 어레이는 동일하지만, 이에 연결된 무선 주파수(RF: Radio frequency) 소자들은 서로 독립적으로 구현되어서 서로 다른 빔을 생성한다. 이 경우 무선백홀 및 라디오접속을 위한 안테나 및 빔의 거의 모든 특징이 동일하되, 무선 백홀을 위한 빔들과 무선 접속을 라디오접속을 위한 빔들을 서로 다르게 선택할 수 있다.

도 20은 본 개시의 실시 예에 따른 무선백홀이 설치되는 무선 접속망의 일 예이다. 도 20의 무선 접속망의 구조는, LTE의 RAN 구조를 일 예로 도시하였으나, 본 개시는 빔포밍이 적용 가능한 다른 통신망들에서도 적용 가능하다.

도 20을 참조하면, 본 개시의 실시 예에 따른 무선 백홀이 설치되는 무선 접속망(2000)에서는 RBN(2002)이 무선으로 HN(2004)에 연결되어 RBN의 무선 접속 노드인 RBN-BS에게 망 연결을 제공한다. 도 20에서는 RBN 및 HN 각각에 설치된 BS를 해당 RBN 및 HN과 분리하지 않고, 하나의 장치 즉, RBN-BS(2002), HN-BS(2004)로 도시하였다. 그러므로, 이하 설명에서 RBN 및 HN을 각각 RBN-BS(2002), HN-BS(2004)으로 칭하여 설명하기로 한다.

상기 RBN-BS(2002) 및 HN-BS(2004)은 무선 인터페이스 Ub를 사용하여 연결된다. 본 개시의 실시 예에 따른 무선 백홀을 위한 무선 인터페이스 Ub는 앞서 설명한 도 4 내지 도 12에서 설명한 빔포밍 기반 셀룰러 이동통신의 무선접속 기술을 사용할 수도 있고, IEEE 802.11ad에서 정의한 빔포밍 무선랜 무선접속 기술을 사용할 수도 있다. 또한, RBN-BS(2002)는 자신에게 연결된 BS의 동작을 위해서 S1 및 X2 인터페이스를 중단(terminate)한다. 그리고, HN-BS(2004)는 상기 RBN-BS(2002)와 다른 네트워크 노드들 즉, 다른 BS(2006), MME(Mobility Management Entity)/ S-GW(Serving gate way)들(2008, 2010)에게 S1 및 X2 프록시(proxy) 기능을 제공한다. 상기 S1 및 X2 프록시 기능은 MS를 위한 S1 및 X2 시그널링(signaling) 메시지를 전달하는 기능을 포함하고, RBN과 관련된 S1 및 X2 인터페이스와 다른 네트워크 노드들과 관련된 S1 및 X2 인터페이스 사이에 GTP 데이터 패킷을 전달하는 기능을 포함한다. 상기 프록시 기능으로 인해 상기 HN-BS(2004)는 상기 RBN-BS(2002)에 대해 MME (S1-MME 기준), 혹은 인접 BS (X2 기준), 혹은 S-GW (S1-U 기준)의 역할을 수행한다. 또한, 상기 HN-BS(2004)는 상기 RBN-BS(2002)에서의 RBN 동작을 위해 필요한 S-GW/P-GW(PDN-Gateway) 기능들을 내재화하고 제공한다. 구체적으로, RBN을 위한 세션(session)을 생성하고, RBN을 위한 무선 베어러를 관리하고 RBN을 서빙하는 MME를 향하여 S1 인터페이스를 중단한다. 또한, 상기 HN-BS(2004)는 RBN 동작을 위해 설정된 무선 베어러들로의 시그널링 및 데이터 패킷을 매핑한다. radio bearer들에 signalling과 data packet을 매핑한다. 그리고, 상기 HN-BS(2004)은, OAM(Operation and Maintenance)를 위해 상기 RBN-BS(2002) 자신의 S1 IP(internet protocol)주소와 다른 IP 주소를 상기 RBN-BS(2002)에게 할당하는 P-GW의 기능을 내재하고 있다.

본 개시의 실시 예에 따른 무선 백홀은 RBN에 설치된 BS의 서비스 커버리지에 위치한 MS의 무선 베어러를 전달하기 위해서 HN 및 RBN에서의 GTP 터널을 제공한다. 상기 GTP 터널을 위해서, 본 개시의 실시 예에 따른 HN 및 RBN은 S1 및 X2 사용자 영역 인터페이스(user plane interface)를 지원한다.

도 21은 본 개시의 실시 예에 따라 무선 백홀을 구성하는 HN과 RBN의 동작을 지원하기 위한 S1 사용자 영역 프로토콜 스택(user plane protocol stack) 구조의 일 예를 나타낸다. 그리고, 도 22는 본 개시의 실시 예에 따라 무선 백홀을 구성하는 HN과 RBN의 동작을 지원하기 위한 X2 사용자 영역 프로토콜 스택 구조의 일 예를 나타낸다.

도 21 및 22를 참조하면, S1 및 X2 사용자 영역 패킷들은 Ub 인터페이스를 통해서 무선 베어러들로 매핑된다.

RBN의 경우 프로코롤 스택은, 일 예로, GTP, UDP(user datagram protocol), IP 및 PCDP(packet data convergence protocol)/RLC(radio link control)/MAC(medium access control)/PHY(physical layer)를 포함한다. 그리고, S-GW의 경우, 프로토콜 스택은 GTP, UDP, IP, L(layer)2, L1을 포함한다. 그러면, 본 개시의 실시 예에 따른 HN은 RBN에게 S-GW과의 연결을 제공하기 위해서, RBN의 프로토콜 스택 및 S-GW의 프로토콜 스택을 매핑한 스택 구조를 갖는다.

또한, 본 개시의 실시 예에서는 무선 백홀을 제어하기 위한 S1 및 X2 제어 영역 인터페이스를 지원한다. 도 23은 본 개시의 실시 예에 따라 무선 백홀을 구성하는 HN 및 RBN의 동작을 지원하기 위한 S1 제어 영역 프로토콜 스택 구조의 일 예를 나타낸다.

도 23을 참조하면, 각 RBN 과 HN 사이에는 하나의 S1 인터페이스 관계가 존재하고, HN과 MME 풀(pool)에 포함된 각 MME 사이에 S1 인터페이스 관계가 있다. HN은 모든 UE-dedicated 절차들을 위해 RBN과 MME 사이의 모든 S1 메시지들을 처리하고 전달한다. S1-AP 메시지 처리는 S1-AP UE ID들, 트랜스포트 레이어(Transport Layer) 주소 및 GTP TEID(Tunnel Endpoint Identifier)들을 변경하는 것을 포함하며, S1-AP 메시지의 다른 부분은 변경하지 않는다. Non-UE-dedicated S1-AP 절차들은 HN에서 중단되고, RBN과 HN의 사이, 및 HN과 MME 사이에서 내부적으로 처리된다. Non-UE-dedicated S1 메시지를 MME로부터 수신하면, HN은 대응되는 S1 non-UE-dedicated 절차들을 RBN에게 트리거할 수 있다.

이에 따라, RBN의 프로토콜 스택은 일 예로, S1-AP, SCTP(stream control transmission protocol), IP 및 PDCP/RLC/MAC/PHY로 구성된다. 그리고, MME는 S1-AP, STCP, IP, L2, L1으로 구성된다. 마찬가지로, MME와 RBN의 연결을 제공하는 HN은 RBN 및 MME의 프로토콜 스택을 매핑한 스택 구조를 갖는다.

도 24는 본 개시의 실시 예에 따라 무선 백홀을 구성하는 HN 및 RBN의 동작을 지원하기 위한 X2 제어 영역 프로토콜 스택을 도시하였다.

도 24를 참조하면, 본 개시의 실시 예에 따라 각 RBN과 HN 사이에는 하나의 X2 인터페이스 관계가 존재한다. 또한, HN은 인접한 BS들과 X2 인터페이스 관계를 가질 수 있다. 그리하여, RBN, HN 및 BS 각각의 프로토콜 스택은 도 23의 S1-AP 대신 X2 인터페이스를 위한 X2-AP를 제외한 나머지들이 동일하게 구성된다. HN은 모든 UE-dedicated 절차들을 위해 RBN과 다른 BS들 사이의 모든 X2메시지들을 처리하고 전달한다. X2-AP 메시지 처리는 S1/X2-AP UE ID들, 트랜스포트 레이어 주소 및 GTP TEID들을 변경하는 것을 포함하며, 상기 X2 메시지의 다른 부분은 변경하지 않는다. 모든 Non-UE-dedicated X2-AP 절차들은 HN에서 종료되고, RBN과 HN 사이 및 HN과 다른 BS들 사이에서 내부적으로 처리된다. 셀(cell)과 관련되지 않은 X2 Non-UE-dedicated 메시지를 RBN 혹은 인접 BS로부터 수신하면, HN은 대응되는 non-UE-dedicated X2-AP 절차들을 인접 BS 또는 RBN(들)에게 트리거할 수 있다. 셀과 관련된 X2 non-UE-dedicated 메시지를 RBN 혹은 인접 BS로부터 수신하면, HN은 포함된 셀 정보를 바탕으로 인접 BS나 RBN(들)에게 관련된 정보를 전달할 수 있다.

S1 및 X2 인터페이스 시그널링 패킷들은 Ub 인터페이스를 통해 무선 베어러들로 매핑된다.

도 25는 본 개시의 실시 예에 따라 무선 백홀을 구성하는 HN 및 RBN의 동작을 지원하는 무선 제어 영역 프로토콜 스택을 나타낸다. 그리고, 도 26은 본 개시의 실시 예에 따라 무선 백홀을 구성하는 HN 및 RBN의 동작을 지원하는 무선 사용자 영역 프로토콜 스택을 나타낸다.

도 25 및 26을 참조하면, RBN은 단말이 기지국에 연결하는 무선 프로토콜과 절차를 동일하게 사용하는 Ub 인터페이스를 통해서 HN과 연결된다.

RBN의 무선 제어 영역의 프로토콜 스택은 일 예로, MME와의 접속을 제공하는 NAS(non access stratum), RRC, PDCP, RLC, MAC, PHY로 구성되고, MME는 NAS 계층만을 포함하며, HN은 NAS를 제외한 RBN의 프로토콜들을 포함한다. 그리고, RBN의 사용자 영역 프로토콜 스택 및 HN은 PDCP, RLC, MAC, PHY로 구성된다.

또한, 상기한 프로토콜 스택 구조를 기반으로, 본 개시의 실시 예에 따른 HN 및 RBN의 통신을 위해 다음과 같은 기능들이 지원된다.

Ub인터페이스를 사용하는 RRC 레이어는, RBN 재구성(reconfiguration) 절차를 통해서 RBN과 HN간의 통신을 위한 RBN의 프레임을 구성 및 재구성하는 기능을 수행한다. 이 경우, RBN은 RRC 커넥션 설정(connection establishment) 시, HN에게 프레임 구성을 요청할 수 있고, 상기 요청을 수신한 HN은 RBN의 프레임 구성을 위해서 RRC 시그널링을 시작할 수 있다. 상기한 프레임 구성 기능을 통해서 무선 백홀의 동작 모드 혹은 통신 모드 천이를 위한 구성 정보를 HN이 RBN에게 전달하거나, RBN이 HN에게 요청하여 전달받을 수 있다. 그리고, RRC 시그널링을 통해서 프레임 구성 정보를 수신하면, RBN은 상기 프레임 구성 정보를 적용하여 HN과 해당 동작 모드 또는 통신 모드에서 본 개시의 실시 예에 따른 통신을 수행한다.

또한, 상기 Ub인터페이스를 사용하는 RRC 레이어는, RBN에게 전용 메시지에 새롭게 변경된 SI를 포함시켜 전달하는 기능을 갖는다. 상기 기능을 통해서, 본 개시의 실시 예에 따른 무선 백홀의 동작 모드 또는 통신 모드의 천이 시 필요한 SI를 HN이 RBN에게 전달할 수 있고, 이를 수신한 RBN 역시 상기 SI를 적용하여 해당 모드에서의 동작을 수행한다.

앞서 설명한 본 개시의 실시 예에 따른 BUS 천이 조건은 다음과 같이 4가지 케이스로 구체화하고, 각 케이스 별로 HN 및 RBN 동작을 구체화할 수 있다.

첫 번째 케이스는 무선 백홀 내에 새로운 RBN을 설치하는 경우이다. 이 경우, 네트워크 OAM은 HN의 동작 모드를 BUS로 천이하라는 명령을 상기 HN에게 전달한다. RBN의 경우, BUS파워를 키면, 자동적으로 BUS로 동작 모드를 천이하여 동작하게 된다.

두 번째 케이스는 무선 백홀 링크 단절이 발생한 경우이다. 무선 백홀의 링크 단절은 예를 들어, 무선 백홀 경로에 건물이나 장애물이 새로 설치되어서 통신 경로를 차단하는 경우에 발생할 수 있다. HN은 예를 들어, DL에서 RBN에게 전송한 데이터 혹은 제어 정보에 대한 상기 RBN의 UL 응답을 미리 결정한 시간 내에 오류없이 수신하는데 실패한 경우를 해당 RBN의 링크 단절을 결정하는 기준(이하, ‘링크 단절 결정 기준’이라 칭함)을 설정할 수 있다. 또한, 본 개시의 실시 예에 따른 링크 단절 결정 기준은, HN이 UL 데이터를 최소 전송속도로 오류 없이 수신하는데 실패했을 경우를 포함할 수 있다. 또한, 상기 링크 단절 결정 기준은 HN이 BOCS의 LDM으로 동작하는 RBN으로부터BA 비트 혹은 정보를 미리 결정된 횟수만큼 연속적으로 수신하지 못하거나, 미리 결정된 시간 내에 수신하지 못한 경우를 포함할 수 있다.

한편, RBN의 경우, 링크 결정 단절 기준으로 예를 들어, 자신의 서빙 HN의 동기 검출을 실패하거나, 공통제어정보를 오류없이 수신하는데 실패하거나, 상기 자신의 서빙 HN의 제어정보를 오류 없이 수신하는데 실패하거나, 최소 데이터 전송속도의 DL을 오류 없이 수신하는데 실패하는 경우를 포함하여 설정할 수 있다. 두 번째 케이스에서 HN이 링크 결정 단절 기준이 충족됨을 확인하면, 자신의 동작 모드를 BUS로 천이하기로 결정하여, 네트워크 OAM에게 BUS로 동작 모드 천이 명령을 전달한다. RBN의 경우, 링크 결정 단절 기준이 충족되면, 직접 BUS로 동작 모드를 천이한다.

세 번째 케이스는 무선 백홀에서 링크 성능 저하가 발생하는 경우이다. 상기한 무선 백홀에서의 링크 성능 저하는, 예를 들어, 무선 백홀의 통신 경로에 위치한 나무나 숲의 잎이 무성하게 자라서 링크 성능이 저하되는 상황, 또는 전파를 감쇠하는 장애물이 새로 설치되는 상황 등을 포함할 수 있다. 본 개시의 실시 예에서는 상기 링크 성능 저하를 결정하기 위한 조건(이하, ‘링크 성능 저하 결정 조건’이라 칭함)으로, 예를 들어, 미리 결정된 시간 동안 연속적으로 무선 링크 성능 혹은 품질이 임계치 보다 낮을 경우로 설정할 수 있다. 여기서, 상기 무선 링크 성능 혹은 품질은, 예를 들어 단위 무선 자원 별 수신 신호 평균 전력 값, CQI(Channel Quality Indicator) 값, SNR(Signal-to-Noise Ratio), 단위 무선 자원 별 데이터 전송속도, MCI(Modulation and Coding Index) 값 등으로 판단할 수 있다. 구체적인 예로, 미리 결정된 시구간(일 예로, Ts=1분)에서 미리 결정된 성능 지표의 최대 값 Pmax(t, t-Ts)이 기준 성능 값(일 예로, P(t0) = 가장 최근에 BUS에서 BOCS로 전환하는 순간 상기 HN-RBN이 달성한 성능 값)에 비해, 임계값(일 예로,

Ps=6dB) 이상 미리 결정된 시간 동안(일 예로, Tm=10분) 연속적으로 나쁜 경우 BUS 전환이 필요하다고 판단할 수 있다.

상기 예는 하기 <수학식 1>과 같이 나타내어질 수 있다.

<수학식 1>

Decide S3, if, for t = t1 ~ t1-Tm,

Pmax(t, t-Ts) < P(t0) -

Ps.

세번째 케이스에서, HN이 상기한 링크 성능 저하 결정 조건을 기반으로, 무선백홀 링크 성능 저하를 검출하면, 네트워크 OAM에게 보고할 수 있다. 또는, 상기 HN이 상기 무선백홀 링크 성능 저하를 검출하면, 자신의 동작 모드를 BUS로 천이하기로 결정하고, 네트워크 OAM에게 BUS로의 동작 모드 천이 요청을 전달할 수도 있다. 그러면, HN은 상기 OAM으로부터 동작 모드 천이 지시를 수신함에 따라 BUS로 전환할 수 있다.

세 번째 케이스에서 RBN의 경우, 서빙 HN으로부터 BUS로의 동작 모드 천이 명령을 수신하면, 해당 모드로 천이한다.

마지막으로, 네 번째 케이스는, 성능 개선을 위해서 미리 정해진 주기 또는 운영자의 지시에 따라 BUS로 전환할 수 있다. 이 경우, HN은 네트워크 OAM으로부터 BUS로의 동작 모드 천이 명령을 수신하면, BUS로 천이하고, RBN은 서빙 HN으로부터 BUS로의 천이 지시를 수신하면, BUS로 천이한다.

도 27a,b는 본 개시의 실시 예에 따른 BUS 천이 조건 중 첫 번째 케이스의 동작 흐름도의 일 예이다. 도 27a,b의 실시 예에서는, 새로운 RBN(2700)을 설치하기 위해서 네트워크(2710)의 OAM에게 상기 새로운 RBN(2700)의 설치를 요청하거나 지시한 경우를 가정하자. 이때, 상기 새로운 RBN(2700)이 설치되는 위치정보 혹은 상기 새로운 RBN(2700)이 접속할 것으로 예상하거나 선호하는 HN 정보 등을 상기 OAM(2718)에게 함께 알려줄 수 있다.

도 27a,b를 참조하면, 2720a단계에서, 설치된 새로운 RBN(2700)의 전원을 켜면, 2722단계에서 BUS로 동작 모드를 천이한다.

2720b단계에서 상기 새로운 RBN(2700)을 설치한 OAM(2718)은 2723단계에서 상기 새로운 RBN(2700)이 접속할 가능성이 있는 HN들을 결정하고, 결정된 HN 들을 BUS로 동작하는 HN들의 그룹(이하, ‘BUS HN 그룹’이라 칭함)으로 그룹핑한다. 본 개시의 실시 예에 따른 BUS HN 그룹은 상기 새로운 RBN(2700)의 설치 요청 또는 지시에 포함된 상기 새로운 RBN(2700)의 위치정보 혹은 새로운 RBN(2700)이 접속할 것으로 예상하거나 선호하는 HN 정보를 사용하여 선택할 수 있다. 그리고, 2724a,b단계에서 상기 OAM(2718)은 상기 BUS HN 그룹에 포함된 HN들 각각에게 BUS로의 동작 모드 전환 명령을 전달한다. 설명의 편의상, HN1(2702) 및 HNn(2704)가 상기 BUS HN 그룹으로 결정된 경우를 가정하자. 2726단계에서 상기 BUS로의 동작 모드 천이 명령을 수신한 HN1(2702) 및 HNn(2704) 각각은 BUS로 천이하여 동작한다. 이때, 상기 HN1(2702) 및 HNn(2704) 각각은 BCH 또는 비콘 프레임 정보에 동작 모드를 “BUS”로 표시하고, 자신에게 접속한 RBN들이 BUS로 동작하는데 필요한 SI를 방송한다. 또한, 상기 상기 HN1(2702) 및 HNn(2704) 각각은 DL에서 자신의 모든 빔들을 통해서 SS 및 BCH 슬롯을 전송하고, UL에서 자신의 모든 빔들을 통해서 해당 RBN의 접속 혹은 연합 요청 신호를 수신한다. 그리고, 상기 모든 빔들에 대한 빔 트레이닝을 수행하여 DL 및 UL 각각에서의 최적 빔을 선택한다.

2728단계에서 BUS로 동작하는 상기 새로운 RBN(2700)은 모든 수신 빔들에 대해 빔 전환을 수행하면서, HN들을 서치 혹은 스캔한다. 그 결과, 상기 HN1(2702) 및 상기 HNn(2704)가 송신한 SS 및 BCH 혹은 비콘 프레임 정보를 수신하면, BUS로 동작하는 상기 HN1(2702) 및 상기 HNn(2704)을 검출한다. 그리고, 2730단계에서 상기 새로운 RBN(2700)은 상기 검출한 상기 HN1(2702) 및 상기 HNn(2704) 각각에 대한 빔 트레이닝을 수행하여, 각 HN 별로 수신 전력이 가장 높은 최적 송수신빔과, 빔 전력이 최대값인 HN을 최적 HN으로 결정한다. 일 예로, HN1(2702)가 최적 HN으로 결정된 경우를 가정하자.

그러면, 2740단계에서 상기 새로운 RBN(2700)은 상기 HN1(2702)를 통해서 상기 네트워크(2710)으로의 초기 접속(attach 혹은 associate) 절차(2740)를 수행한다. 먼저, 2741단계에서 상기 새로운 RBN(2700)은 최적 HN으로 결정된 상기 HN1(2702)에게 RACH 프리엠블 혹은 연합 요청 신호를 송신한다. 이때, 상기 새로운 RBN(2700)은 2730단계에서 측정한 상기 HN1(2702)의 측정 결과를 상기 HN1(2702)에게 함께 전달한다. 상기 RACH 프레임블을 수신한 상기 HN1(2702)은 상기 새로운 RBN(2700)의 서빙 HN으로 동작하여, 네트워크 연결을 제공한다. 이에 따라 2742단계에서 상기 HN1(2702)은 상기 새로운 RBN(2700)에게 TA(Time Advance) 값 및 스케쥴링 그랜트(grant)를 전달하고, 2743단계에서 앞서 설명한 RRC 커넥션 설정 절차를 수행한다. 상기 RRC 커넥션 설정 절차를 통해서 상기 HN1(2702) 및 상기 새로운 RBN(2700)은 무선 백홀의 동작 모드 혹은 통신 모드 천이를 위한 프레임을 구성할 수 있다. 그리고, 2744단계에서 상기 RBN(2700)은 상기 네트워크(2710)과 NAS 접속, 인증 및 보안 절차를 수행하고, 2745단계에서 상기 MME는 HSS(home subscriber server)로 상기 새로운 RBN(2700)과 수행한 인증 및 보안 절차의 결과를 보고하여 상기 새로운 RBN(2700)의 위치 정보를 등록한다. 이후, 2746단계에서 HN1(2702)와 상기 MME는 앞서 설명한 GTP 터널링을 위한 세션을 생성한다. 그러면, 2747단계에서 상기 새로운 RBN(2700)은 HN1(2702)에게 RRC 커넥션을 통해서 본 개시의 실시 예에 따라 BUS에서 동작을 위한 프레임을 재구성하고, 2748단계에서 상기 HN1(2702)은 MME와 S1컨텍스트 설정을 수행한다.

2750단계에서 상기 새로운 RBN(2700)은 무선 백홀 연결을 위한 구성을 설정한다. 이에 따라, 2751단계에서 상기 새로운 RBN(2700)은 상기 OAM(2718)을 통해서 무선 백홀 연결을 위한 파라미터들을 초기화하고, 상기 무선 백홀 연결을 위한 구성을 설정한다. 그리고, 2752단계에서 상기 새로운 RBN(2700)은 상기 HN1(2702)과 S1 인터페이스를 설정하고, 2753단계에서 상기 HN1(2702)은 상기 RBN1(2700)의 SI 인터페이스 구성을 업데이트한다. 그리고, 2754단계에서 상기 새로운 RBN(2700)은 상기 HN1(2702)과 X2 인터페이스를 설정하고, 2755단계에서 상기 HN1(2702)은 상기 RBN1(2700)의 X2 인터페이스 구성을 업데이트한다. 본 개시의 실시 예에서 S1 및 X2 인터페이스를 통해서 사용자 영역 및 제어 영역을 위한 동작 및 기능은 도 20 내지 도 26의 설명과 중복되므로 생략한다.

이후, 2760a단계에서 상기 HN1(2702)은 상기 새로운 RBN(2700)의 네트워크 접속 및 구성 설정을 완료한 후, 미리 결정된 시간이 경과하면 백홀 업데이트 상태 보고(Backhaul Update Status Report)를 상기 OAM(2718)에게 전송한다. 마찬가지로, 상기 BUS HN 그룹에 포함된 상기 HNn(2704)도 미리 결정된 시간이 경과하면, 2760b단계에서 상기 백홀 업데이트 상태 보고를 상기 OAM(2718)에게 전달한다.

상기 OAM(2718)은 2724a,b단계에서 BUS로의 동작 모드 전환 명령을 전송한 상기 HN1(2702) 및 HNn(2704)로부터 백홀 업데이트 상태 보고를 수신함을 확인하면, 2762단계에서 상기 HN1(2702) 및 HNn(2704)의 동작 모드를 BOCS로 천이시킬 지 결정한다. 이 경우, 상기 OAM(2718)은 상기 새로운 RBN(2700)의 네트워크 접속 절차가 미리 결정한 시간 내에 완료되었거나, 또는 미리 결정된 시간 내에 실패한 경우, 상기 HN1(2702) 및 HNn(2704)의 동작 모드를 BOCS로 천이하기로 결정할 수 있다. 상기 HN1(2702) 및 HNn(2704)의 동작 모드를 BOCS로 천이하기로 결정한 경우를 가정하면, 2764a단계 내지 2764b단계에서 상기 OAM(2718)은 BOCS로의 동작 모드 천이 명령을 상기 HN1(2702) 및 HNn(2704)에게 각각 전달한다. 그러면, 2766단계에서 상기 HN1(2702) 및 HNn(2704) 각각은 BOCS로 천이한다. 그리고, 상기 HN1(2702)은 자신이 BOCS로 전환함을 상기 새로운 RBN(2700)에게 전달한다. 서빙 HN1(2702)로부터 BOCS 전환 명령을 수신하면, 2768단계에서 상기 새로운 RBN(2700)은 BOCS로 전환한다.

도 28a~c는 본 개시의 실시 예에 따른 BUS 천이 조건 중 두 번째 케이스의 동작 흐름도의 일 예이다.

도 28a~c를 참조하면, 2822a단계에서 RBN(2800)이 앞서 설명한 링크 단절 결정 기준 중 하나를 만족함을 확인하여 링크 단절이 발생하였음 검출한다. 상기 RBN(2800)에서의 상기 링크 단절 결정 기준은 예를 들어, 상기 RBN(2800)이 2821단계에서와 같이 미리 결정된 시간 동안 서빙 HN(일 예로, HN2(2804))의 동기신호, 또는 제어정보, 또는 사용자 데이터를 자신의 가장 낮은 데이터 속도로 수신하지 못하는 경우 중 하나를 만족하여 링크 단절이 발생함을 인지할 수 있다. 2823단계에서 상기 RBN(2800)은 동작 모드를 BUS로 천이한다.

한편, 2822b단계에서 HN2(2804)는 앞서 설명한 링크 단절 결정 기준 중 하나를 만족함을 확인하여 링크 단절이 발생하였음 검출한다. 상기 HN2(2804)에서의 링크 단절 결정 기준은 예를 들어, 2821단계에서와 같이 상기 RBN(2800)으로부터 미리 결정된 시간 동안 UL 응답이 없어 링크 단절이 발생함을 인지하거나, LDM으로 동작하는 RBN으로부터 미리 결정된 횟수만큼 BA Bit 혹은 정보를 연속적으로 수신하지 못하여 링크단절이 발생하였음을 인지할 수도 있다. 그러면, 2824단계에서 상기 HN2(2804)는 링크 실패 보고를 포함하는 백홀 업데이트 요청을 네트워크(2810)의 OAM(2818)에게 전달한다. 이때, 상기 HN2(2804)는 상기 백홀 업데이트 요청에 상기 RBN(2800)이 이전에 보고한 측정 결과를 포함시키거나, 혹은 상기 측정 결과로부터 상기 RBN(2800)이 접속할 가능성이 높은 후보 HN들을 결정하고, 상기 결정된 후보 HN들에 대한 정보를 상기 백홀 업데이트 요청에 포함시킬 수 있다. 여기서, 상기 RBN(2800)이 접속할 가능성이 높은 후보 HN들은, 예를 들어, 상기 측정 결과에서 BM 신호의 최대 수신 전력이 높을수록 상기 RBN(2800)이 접속할 가능성이 높은 후보 HN로 판단할 수 있다. 또한, 상기 RBN(2800)의 서빙 HN2(2804)는 상기 RBN(2800)에 대한 상기 네트워크(2810)의 접속 해제를 추가로 실행할 수 있다.

2825단계에서 상기 OAM(2818)은 상기 백홀 업데이트 요청으로부터 획득한 상기 RBN(2800)의 측정 결과 또는 후보 HN들에 대한 정보를 이용하여 상기 RBN(2800)이 접속할 가능성이 있는 HN들을 결정하고, 상기 결정된 HN 들을 하나의 BUS HN 그룹으로 그룹핑한다. 이하, 2826a단계 내지 2850단계에서의 동작은 도 27의 2724a 단계 내지 2760b단계와 동일하게 동작하므로, 중복 설명을 생략한다.

2850단계에서 상기 OAM(2818)은 2826a,b단계에서 BUS로의 동작 모드 전환 명령을 전송한 HN들(일 예로, HN1(2802) 및 HN2(2804)인 경우를 가정하자)로부터 백홀 업데이트 상태 보고를 수신하면, 2851단계에서 상기 HN1(2802) 및 HN2(2804)의 동작 모드를 BOCS로 전환할 지 여부를 결정한다. 만약, 상기 RBN(2800)의 네트워크 접속 절차가 미리 결정된 시간 내에 완료되거나, 또는 미리 결정된 시간 내에 실패한 경우를 가정하자. 이 경우, 상기 OAM(2818)은 상기 HN1(2802) 및 HN2(2804) 각각의 동작 모드를 BOCS로 전환하기로 결정한다. 그리고, 2852a,b단계에서 상기 OAM(2818)은 상기 HN1(2802) 및 HN2(2804) 각각에게 BOCS로의 동작 모드 천이 명령을 전달한다. 그러면, 2853단계에서 상기 HN1(2802) 및 HN2(2804) 각각은 BOCS로 천이한다. 그리고, 상기 HN2(2804)는 BOCS로 전환함을 상기 RBN(2800)에게 전달한다. 상기 서빙 HN2(2804)로부터 BOCS 전환 명령을 수신한 상기 RBN(2800)은 2854단계에서 BOCS로 전환한다.

본 개시의 실시 예에 따른 BUS 천이 조건 중 두 번째 케이스의 다른 실시 예에서는, 도 28a~c의 동작에서 다음 단계들을 제외하고는 동일하게 동작한다.

구체적으로, 두 번째 케이스의 다른 실시 예에서는, 도 28의 실시 예에서 OAM 대신, 링크 단절을 검출한 RAN의 서빙 HN인 HN2가 자신에게 접속한 RBN이 접속할 가능성이 있는 HN들을 결정하고, 상기 결정한 HN 들을 하나의 BUS HN 그룹으로 그룹핑한다. 이때, 상기 결정된 HN들은 상기 링크 단절을 검출한 RBN로부터 상기 링크 단절 검출 시 측정결과를 이용하거나, 상기 측정 결과를 기반으로 상기 RBN이 접속할 가능성이 높은 후보 HN들을 선택하여 이용할 수 있다.

그리고, 상기 다른 실시 예에 따른 상기 서빙 HN2는 상기 BUS HN 그룹에 포함된의 HN들 각각에게 OAM 대신 BUS로의 동작 모드 천이를 요청하거나, 상기 동작 모드 천이 명령을 전달하고, 네트워크의 OAM에게도 상기 HN들에게 BUS로의 동작 모드 천이를 결정함을 알려준다.

그리고, 상기 다른 실시 예에 따른 서빙 HN2는 미리 결정된 시간이 경과한 후, BUS로 전환함을 네트워크 OAM에게 보고한다. 또한, 상기 BUS HN 그룹에 포함된 HN들 각각 역시 미리 결정된 시간이 경과한 후, BUS로 전환함을 서빙 HN2 및 네트워크의 OAM에게 보고한다. 그리고, 상기 서빙 HN2는 상기 BUS HN 그룹에 포함된 HN들로부터 BUS로 전환함을 보고받으면, 상기 HN들의 동작 모드를 BOCS로 전환할 지를 결정할 수 있다. 예를 들어, 상기 링크 단절을 검출한 RBN의 네트워크 접속이 미리 결정된 시간 내에 완료되거나, 또는 미리 결정된 시간 내에 실패한 경우, 상기 서빙 HN2는 상기 BUS HN 그룹에 포함된 HN들 각각의 동작모드를 BOCS로 전환하기로 결정할 수 있다. 그러면, 상기 서빙 HN2는 상기 BUS HN그룹에 포함된 HN들 각각에게 BOCS로의 동작 모드 천이를 요청하거나, 상기 동작 모드 천이 명령을 전달하며, 네트워크 OAM에게도 BOCS로의 상기 HN들의 동작 모드 천이가 결정됨을 보고한다.

도 29a~d는 본 개시의 실시 예에 따른 BUS 천이 조건 중 세 번째 케이스의 동작 흐름도의 일 예이다.

도 29a~d를 참조하면, 2918단계에서 서빙 HN인 소스 HN의 링크 성능의 저하를 검출하여 BUS로의 동작 모드 전환을 결정한 경우를 가정하자. 그러면, 2920단계에서 상기 소스 HN(2902)은 OAM (2916)에게 백홀 업데이트 요청을 전달한다. 이때, 상기 백홀 업데이트 요청은 상기 소스 HN이 자신에게 접속한 RBN(2900)으로부터 수신한 측정 결과 혹은 상기 측정 결과로부터 상기 소스 HN에 의해서 결정된 상기 RBN이 접속할 가능성이 높은 후보 HN들에 대한 정보를 포함할 수 있다.

상기 백홀 업데이트 요청을 수신한 상기 OAM(2916)은, 2921단계에서 상기 백홀 업데이트 요청으로부터 획득한 상기 RBN(2900)의 측정 결과 혹은 상기 RBN(2900)이 접속할 가능성이 높은 후보 HN들에 대한 정보를 기반으로, 상기 RBN(2900)이 접속할 가능성이 있는 HN들을 결정하고, 상기 결정된 HN 들을 하나의 BUS HN 그룹으로 그룹핑한다. 일 예로, 상기 BUS HN 그룹에 소스 HN(2902) 및 타겟 HN(2904)가 포함되는 경우를 가정하자. 그러면, 2922a,b단계에서 상기 OAM(2916)은 상기 소스 HN(2902) 및 타겟 HN(2904) 각각에게 BUS로의 동작 모드 천이 명령을 전달한다. 2923단계에서 상기 소스 HN(2902) 및 타겟 HN(2904) 각각은 자신의 동작 모드를 BUS로 천이하여 동작한다. 이때, 소스 HN(2902) 및 타겟 HN(2904)은 BCH 혹은 비콘 프레임 정보에 자신의 동작 모드를 “BUS”로 표시하고, RBN들이 BUS에서 동작하는데 필요한 SI를 방송한다. 또한, 소스 HN(2902) 및 타겟 HN(2904)은 각각 DL에서 자신의 모든 빔들을 통해서 SS및 BCH 슬롯을 전송하고, UL에서 자신의 모든 빔들을 통해서 RBN의 접속을 위한 RACH 신호 혹은 연합 요청 신호를 수신하며, DL및 UL 각각에서 자신의 모든 빔들 중 최적 빔을 찾는다.

2924단계에서 상기 RBN(2900)은 자신의 서빙 HN인 소스 HN(2902)로부터 상기 소스 HN(2902)의 동작 모드가 BUS임을 지시하는 동작 모드 지시 정보를 수신하면, 2924단계에서 BUS로 동작 모드를 천이한다. 그리고, 2925단계에서 소스 HN(2902)은 상기 RBN(2900)에게 BM을 지시한다. 이때, 2926a,b단계에서 소스 HN(2902)과 RBN(2900)간의 패킷 데이터 송수신이 가능하고, 상기 소스 HN(2902)과 네트워크(2910)의 GW(2914)간의 패킷 데이터 송수신이 가능하다.

2926c단계에서 상기 소스 HN(2902)은 RBN(2900)에 대해 UL 자원을 할당한다. 그러면, 2927단계에서 상기 RBN(2900)는 상기 UL 자원을 기반으로, BM 측정을 수행하여 상기 소스 HN(2902) 뿐만 아니라 BUS로 동작하는 HN들을 검출하고, 검출된 HN들에 대해 BM 측정을 수행하여 그 결과를 상기 소스 HN(2902)에게 보고 한다. 상기 RBN(2900)의 BM 측정 결과를 수신한 소스 HN(2902)은 2928단계에서 상기 RBN(2900)에게 보다 높은 품질의 통신을 제공할 수 있는 HN의 존재 여부를 확인하여, 상기 RBN(2900)의 핸드오버(Handover)를 결정한다. 예를 들어, 상기 RBN의 BM 측정 결과에서 빔 수신 전력이 최대값을 가지는 HN이 상기 소스 HN(2902)이 아닌 다른 HN인 경우, 상기 다른 HN(일 예로, 타겟 HN(2904)라 가정하자)을 상기 핸드오버의 타겟 HN으로 선택한다.

그러면, 도 29a~d의 실시 예에서는, 2929단계 내지 2933단계를 통해서 핸드오버 준비(A) 절차를 수행한다. 먼저, 2929단계에서 상기 소스 HN(2902)은 상기 타겟 HN(2904)에게 핸드오버 요청을 전달한다. 2930단계에서 상기 타겟 HN은 상기 RBN의 접속을 허용 가능한지 확인하고, 상기 확인 결과, 허용 가능할 경우, 2931단계에서 상기 소스 HN(2902)에게 상기 RBN(2900)의 접속을 허락하는 핸드오버 요청 승인(Acknowledgement)을 전송한다. 그러면, 2932단계에서 상기 소스 HN(2902)은 상기 RBN(2900)에게 DL 자원을 할당하고, 2933단계에서 상기 DL 자원을 기반으로 RRC 메시지를 전송하여, 상기 타겟 HN(2904)로의 핸드오버를 지시하고, 핸드오버 관련 정보를 전송한다.

상기 핸드오버 준비(A) 절차가 완료되면, 2934단계 내지 2940단계를 통해서 핸드오버 실행(B) 절차를 수행한다. 2934단계에서 상기 RBN은 소스 NH(2902)와의 접속을 해제하고, 2935단계에서 상기 소스 HN(2902)은 버퍼에 저장되어 있는 상기 RBN(2900)에게 전송해야할 패킷 데이터들을 상기 타겟 HN(2904)에게 전달하기로 결정한다. 그리고, 2936단계에서 상기 소스 HN(2902)은 상기 타겟 HN(2904)에게 패킷SN(Sequence Number) 상태 전송 메시지를 송신하고, 2936단계에서 자신의 버퍼에 저장되어 있는 상기 RBN(2900)에게 전송해야 할 패킷 데이터들을 상기 타겟 HN(2904)에게 포워딩한다. 이에 따라, 2938단계에서 상기 타겟 HN(2904)는 상기 소스 HN(2902)로부터 포워딩된 데이터 패킷들을 버퍼에 저장한다.

2939단계에서 상기 RBN(2900)은 상기 타겟 HN(2904)에게 접속하기 위해 RACH 신호 혹은 연합 요청을 송신한다. 그러면, 2940단계에서 상기 타겟 HN(2904)는 상기 RBN(2900)의 UL 자원 할당 정보 및 UL에 대한 TA 값을 전달한다. 그리고, 상기 연합 요청에 대한 응답도 함께 전달한다. 상기 RBN(2900)이 상기 타겟 HN(2904)에게 성공적으로 접속하면, 2941단계에서 상기 타겟 RBN(2904)에게 RRC 메시지를 송신하여 핸드오버가 성공적으로 완료됨을 보고하고, 관련 정보들도 함께 전송한다

상기 핸드오버 실행(B) 절차가 완료되면, 2942a단계에서와 같이 상기 타겟 HN(2904)는 상기 RBN(2900)에게 패킷 데이터의 송신이 가능해진다. 그리고, 2943단계 내지 2950단계를 통해서 핸드오버 완료 절차(C)를 수행한다.

2943단계에서 상기 타겟 HN(2904)는 MME(2912)에게 패스 스위치 요청(Path Switch Request)을 전송하여, 상기 RBN(2900)이 접속한 서빙 HN이 자신으로 변경되었음을 보고한다. 그러면, 2944단계에서 상기 MME(2912)는 S-GW(2910)에게 수정 베어러 요청(Modify Bearer Request)을 전달한다. 그러면, 2945단계에서 상기 S-GW(2910)는 상기 RBN(2900)에 대한 DL 데이터의 패스를 상기 타겟 HN(2904)으로 전환한다. 그리하여, DL 패킷 데이터가 발생하면, 2946단계에서와 같이 소스 HN(2902) 대신 상기 타겟 HN(2904)에게 상기 DL 패킷 데이터를 전달한다.

이후, 2947단계에서 상기 S-GW(2914)는 상기 MME(2912)에게 수정 베어러 응답 메시지를 송신한다. 그러면, 2948단계에서 상기 MME(2912)는 상기 타겟 HN(2904)에게 상기 패스 스위치 요청에 대한 응답으로 패스 스위치 요청 승인 메시지를 전송한다. 그리고, 2949단계에서 상기 타겟 HN(2904)은 상기 소스 HN(2902)에게 RBN 컨텍스트 해제 메시지를 전송함으로써, 상기 RBN(2900)의 상기 타겟 HN(2904)로의 핸드오버가 성공적으로 완료됨을 알려주고, 소스 HN(2902)의 자원 해제를 트리거링한다. 상기 RBN 컨텍스트 해제 메시지를 수신한 소스 HN(2902)은, 2950단계에서 상기 RBN(2900)과 관련된 무선 및 제어 관련 자원을 해제한다. 그리고, 2951단계에서 상기 소스 HN(2902)은 미리 결정된 시간이 경과한 후에 상기 RBN(2900)의 핸드오버 결과에 대한 정보를 포함하는 백홀 업데이트 상태 보고를 상기 OAM(2916)에게 전달한다. 또한, 상기 BUS HN 그룹에 포함된 HN들 역시 미리 결정된 시간이 경과한 후, 백홀 업데이트 상태 보고를 소스 HN(2902) 및 상기 OAM(2916)에게 전달한다.

상기 OAM(2916)은 2922a,b단계에서 BUS로의 동작 모드 천이 명령을 전달한 상기 소스 HN(2902) 및 타겟 HN(2904)로부터 백홀 업데이트 상태 보고를 수신함을 확인하면, 2952단계에서 상기 소스 HN(2902) 및 타겟 HN(2904)의 동작 모드를 BOCS로 천이시킬 지 결정한다. 이 경우, 상기 OAM(2916)은 상기 RBN(2900)의 링크 성능 개선이 미리 결정한 시간 내에 완료되었거나, 또는 미리 결정된 시간 내에 실패한 경우, 상기 소스 HN(2902) 및 타겟 HN(2904)의 동작 모드를 BOCS로 천이하기로 결정할 수 있다. 상기 소스 HN(2902) 및 타겟 HN(2904)의 동작 모드를 BOCS로 천이하기로 결정한 경우를 가정하면, 2753a,b단계에서 상기 OAM(2916)은 BOCS로의 동작 모드 천이 명령을 상기 소스 HN(2902) 및 타겟 HN(2904)에게 각각 전달한다. 그러면, 2954단계에서 상기 소스 HN(2902) 및 타겟 HN(2904) 각각은 BOCS로 천이한다. 그리고, 상기 타겟 HN(2904)는 자신이 BOCS로 전환함을 상기 RBN(2900)에게 전달한다. 이를 수신한 상기 RBN(2900)은 2955단계에서 BOCS로 전환한다.

본 개시의 실시 예에 따른 BUS 천이 조건 중 세 번째 케이스의 또 다른 실시 예에서는, 도 29a~d의 동작에서 다음 단계들을 제외하고는 동일하게 동작한다.

구체적으로, 세 번째 케이스의 다른 실시 예에서는, OAM 대신 소스 HN이 자신에게 접속한 RBN이 접속할 가능성이 있는 HN들을 결정하고, 상기 결정된 HN 들을 하나의 BUS HN 그룹으로 그룹핑한다. 상기 BUS HN 그룹은 상기 RBN의 상기 측정결과 혹은 상기 RBN이 접속할 가능성이 높은 후보 HN들에 대한 정보를 사용하여 선택할 수 있다. 상기 소스 HN은 상기 BUS HN 그룹에 포함된 HN들에게 BUS로의 동작 모드 천이를 요청하거나, 상기 동작 모드 천이 명령을 전달하고, OAM에게도 상기 BUS HN 그룹에 포함된 HN들에게 BUS로의 동작 모드 천이가 결정되었음을 보고한다. 상기 다른 실시 예에 따른 소스 HN은 OAM 대신 상기 BUS HN 그룹에 포함된 HN들의 동작 모드를 BOCS로 전환할 지 여부를 결정한다. 이때, 상기 RBN의 링크 성능 개선이 미리 결정된 시간 내에 완료되거나 또는, 미리 결정된 시간 내에 실패하는 경우 상기 HN들을 BOCS로 전환하기로 결정할 수 있다. 그리고, 상기 소스 HN은 상기 BUS HN 그룹에 포함된 HN들에게 OAM 대신 BOCS로의 동작 모드 전환을 요청하거나 상기 동작 모드 전환 명령을 전달하며, 추가적으로, OAM에도 상기 HN들의 동작 모드를 BOCS로 전환하기로 결정함을 보고한다.

도 30은 본 개시의 실시 예에 따른 BUS 천이 조건 중 네 번째 케이스의 동작 흐름도의 일 예이다.

도 30을 참조하면, 3020단계에서 RBN(3000)의 서빙 HN(3002)은 링크 성능의 저하를 검출하여 백홀 업데이트를 요청하기로 결정한 상황을 가정하자. 이에 따라, 3022단계에서 상기 서빙 HN(3002)은 네트워크(3010)의 OAM(3012)에게 백홀 업데이트 요청을 전달한다. 이때, 상기 백홀 업데이트 요청은, 상기 RBN(3000)으로부터 수신한 BM 결과를 포함하거나, 상기 BM 결과를 기반으로 상기 소스 HN(3002)에 의해서 결정된, 상기 RBN(3000)이 접속할 가능성이 높은 후보 HN들에 대한 정보를 포함할 수 있다. 상기 백홀 업데이트 요청을 수신한 OAM(3012)는 3024단계에서 상기 백홀 업데이트 요청으로부터 수신한 BM 결과 또는 후보 HN들에 대한 정보를 이용하여 상기 RBN(3000)이 접속할 가능성이 있는 HN들을 결정하고, 상기 결정된 HN 들을 하나의 BUS HN 그룹으로 그룹핑한다. 이때, 상기 BUS HN 그룹에 서빙 HN(3002) 및 인접 HN(3004)가 그룹핑된 경우를 가정하면, 3026a,b단계에서 상기 OAM(3012)은 상기 BUS HN 그룹에 포함된 HN들 즉, 상기 서빙 HN(3002) 및 인접 HN(3004) 각각에게 BUS로의 동작 모드 천이 명령을 전달한다.

상기 동작 모드 천이 명령을 수신한 서빙 HN(3002) 및 인접 HN(3004) 각각은 3027단계에서 BUS로 천이하여 동작한다. 이때, 상기 서빙 HN(3002) 및 인접 HN(3004)은 각각 BCH에 자신의 동작 모드가 BUS임을 표시하고, 자신에게 접속한 RBN들이 BUS에서 동작하는데 필요한 SI를 방송한다. 또한, 상기 서빙 HN(3002) 및 인접 HN(3004)은 DL에서 모든 빔들에 대해 SS 및 BCH 를 전송하고, UL에서 자신의 모든 빔들을 통해서 RACH를 수신하며, DL 및 UL에서 BM을 수행하여 최적 빔을 선택한다.

3028단계에서 상기 서빙 HN(3002)로부터 방송된 BCH를 수신하여, 상기 서빙 HN(3002)의 동작 모드가 BUS임을 확인하면, 상기 RBN(3000)은 BUS로 천이하여 동작한다.

3029단계에서 서빙 HN(3002)은 상기 RBN(3000)의 BM을 지시하고, 3030단계에서 상기 RBN(3000)을 위한 UL 자원 할당 정보를 상기 RBN(3000)에게 전달한다. 3031단계에서 상기 RBN (3000)은 상기 UL 자원 할당 정보에 대응하는 UL 자원을 사용하여 서빙 HN(3002) 뿐만 아니라, BUS로 동작하는 인접 HN들 일 예로, 인접 HN(3004)을 검출하고, 검출된 인접 HN들에 대한 BM 측정을 수행하여 그 결과를 상기 서빙 HN(3002)에게 보고한다.

3032단계에서 상기 서빙 HN(3002)은 상기 BM 결과를 기반으로, 상기 RBN(3000)에게 더 높은 품질의 통신을 제공하는 다른 방향의 통신경로가 존재함을 확인하면, 상기 RBN(3000)에 대한 빔 변경을 결정하고, 3040단계를 통해서 상기 RBN(3000)에 대한 빔 변경 절차를 수행한다. 구체적으로, 3041단계에서 상기 서빙 HN(3002)은 상기 RBN(3000)에게 새로운 빔으로 RACH 신호의 송신을 지시한다. 상기 지시에 따라 3042단계에서 상기 RBN(3000)은 상기 새로운 빔으로 RACH 신호를 송신한다. 상기 RACH 신호를 수신한 서빙 HN(3002)은 3043단계에서 상기 RBN(3000)에게 UL TA 값을 알려주고, 상기 새로운 빔으로 변경하여 사용할 것을 지시한다. IEEE 802.11ad 무선 랜 규격을 사용하는 무선백홀의 경우 상기 빔 변경 절차를 수행하는 3040을 구성하는 단계들 중 3042단계의 RACH 신호 송수신 및 3043단계에서의 TA 값 전달 과정 없이 최적 빔을 변경한다.

이후, 3050a단계에서 상기 서빙 HN(3002)은 상기 RBN(3000)의 빔 변경에 대한 정보를 포함하는 백홀 업데이트 상태 보고를 상기 OAM(3012)에게 전달한다. 또한, 3050b단계에서 상기 BUS HN 그룹에 포함된HN들 즉, 상기 인접 HN(3004) 역시 미리 결정된 시간이 경과한 후에 백홀 업데이트 상태 보고를 상기 서빙 HN(3002) 및 상기 OAM(3012)에게 전달한다.

상기 OAM(3012)은 3026a,b단계에서 BUS로의 동작 모드 천이 명령을 전달한 상기 소스 HN(3002) 및 인접 HN(3004)로부터 백홀 업데이트 상태 보고를 수신함을 확인하면, 3051단계에서 상기 소스 HN(3002) 및 인접 HN(3004)의 동작 모드를 BOCS로 천이시킬 지 결정한다. 이 경우, 상기 OAM(3012)은 상기 RBN(3000)의 링크 성능 개선이 미리 결정한 시간 내에 완료되었거나, 또는 미리 결정된 시간 내에 실패한 경우, 상기 소스 HN(3002) 및 인접 HN(3004)의 동작 모드를 BOCS로 천이하기로 결정할 수 있다. 상기 소스 HN(3002) 및 인접 HN(3004)의 동작 모드를 BOCS로 천이하기로 결정한 경우를 가정하면, 3052a,b단계에서 상기 OAM(3000)은 BOCS로의 동작 모드 천이 명령을 상기 소스 HN(3002) 및 인접 HN(3004)에게 각각 전달한다. 그러면, 3053단계에서 상기 소스 HN(3002) 및 인접 HN(3004) 각각은 BOCS로 천이한다. 그리고, 상기 타겟 HN(3004)는 자신이 BOCS로 전환함을 상기 RBN(3000)에게 전달한다. 이를 수신한 상기 RBN(3000)은 3054단계에서 BOCS로 전환한다.

본 개시의 실시 예에 따른 BUS 천이 조건 중 네 번째 케이스의 다른 실시 예에서는, 도 30의 동작에서 다음 단계들을 제외하고는 동일하게 동작한다.

구체적으로, 네 번째 케이스의 다른 실시 예에서는, OAM 대신 서빙 HN이 자신에게 접속한 RBN이 접속할 가능성이 있는 HN들을 결정하고, 상기 결정된 HN 들을 하나의 BUS HN 그룹으로 그룹핑한다. 상기 BUS HN그룹은 상기 RBN의 상기 측정결과 혹은 상기 RBN이 접속할 가능성이 높은 후보 HN들에 대한 정보를 사용하여 선택할 수 있다. 상기 서빙 HN은 상기 BUS HN 그룹에 포함된 HN들에게 BUS로의 동작 모드 천이를 요청하거나, 상기 동작 모드 천이 명령을 전달하고, 추가적으로 네트워크 OAM에도 상기 BUS HN 그룹에 포함된 HN들에게 BUS로의 동작 모드 천이가 결정되었음을 보고한다. 상기 다른 실시 예에 따른 서빙HN은 상기 BUS HN 그룹에 포함된 HN들의 동작 모드를 BOCS로 전환할 지 여부를 결정한다. 이때, 상기 RBN의 링크 성능 개선이 미리 결정된 시간 내에 완료되거나 또는, 미리 결정된 시간 내에 실패하는 경우 상기 HN들을 BOCS로 전환하기로 결정할 수 있다. 그리고, 상기 서빙 HN은 상기 BUS HN 그룹에 포함된 HN들에게 OAM 대신 BOCS로의 동작 모드 전환을 요청하거나 상기 동작 모드 전환 명령을 전달하며, 추가적으로, OAM에도 상기 HN들의 동작 모드를 BOCS로 전환하기로 결정함을 보고한다.

또한, 다른 실시 예에 따라 도 29 및 30의 실시 예에서 도시한 절차들은 성능 개선을 위해 미리 결정된 주기 또는 운영자의 지시에 따라 수행될 수도 있다.

도 31은 본 개시의 실시 예에 따른 RBN의 동작 흐름도의 일 예이다. 도 31의 실시 예에서의 RBN은 무선 백홀에서 네트워크로 초기 접속을 시도하거나, 링크 단절이 발생하여 상기 네트워크로 다시 접속하려는 RBN으로 가정하자.

3102단계에서 RBN은 전원을 켜거나, 링크 단절의 발생을 검출하면, 3104단계에서 BUS로 천이한다. 그리고, 3106단계 내지 3110단계를 통에서 상기 RBN은 BUS로 천이한 적어도 하나의 HN을 검출하기 위해서 대기한다. 구체적으로, 3106단계에서 상기 RBN은 자신의 모든 빔들로 HN을 검색하고, 3108단계에서 검색한 HN의 BCH를 수신하여 상기 HN의 공통제어정보를 획득한다. 그리고, 3110단계에서 상기 RBN은 상기 검출한 HN의 동작 모드가 BUS인지를 확인한다. 상기 확인 결과, 상기 검출한 HN의 동작 모드가 BUS가 아닌 경우, 3106단계로 복귀하여 HN을 서칭한다.

상기 확인 결과, 상기 검출한 HN의 동작 모드가 BUS인 경우, 3112단계에서 상기 RBN은 상기 검출한 HN에 대해 모든 송수신 빔 조합들의 수신 전력을 측정한다. 그리고, 3114단계에서 상기 RBN은 각 상기 검출한 HN에 대해 수신 전력이 최대 값을 갖는 최적 송수신 빔 조합을 찾고, 추가로, 수신 전력이 최대값을 갖는 최적 HN(HNopt)을 찾는다. 3116단계에서 상기 RBN은 상기 HNopt에게 RACH 프리엠블을 송신하고, 접속하여 무선 백홀의 링크를 생성하고, 상기 링크를 위한 파라미터들을 초기화하여 구성을 설정하고, BM 결과를 상기 HNopt 에게 보고한다. 3118단계에서 상기 RBN은 서빙 HN인 상기 HNopt의 동작 모드가 BOCS 인지 확인한다. 상기 확인 결과, 상기 HNopt 의 동작 모드가 BOCS이면, 3120단계에서 상기 RBN은 BOCS로 천이하여 동작한다. 상기 확인 결과, 상기 HNopt 의 동작 모드가 BUS이면, 3122단계에서 현재 동작 모드를 유지한다.

도 32는 본 개시의 다른 실시 예에 따른 RBN의 동작 흐름도의 일 예이다. 도 32의 실시 예에서의 RBN은 무선 백홀에 링크성능 저하를 검출하여 서빙 HN을 변경하거나, 빔 변경을 수행하는 RBN으로 가정하자.

3202단계에서 서빙 HN으로부터 수신한 BCH의 공통제어정보를 통해서 상기 서빙 HN의 동작 모드가 BUS임을 확인하면, 3204단계에서 상기 RAN은 BUS로 천이하여 동작한다. 3206단계에서 상기 RBN은 자신의 모든 빔들을로 HN을 검색하고, 3208단계에서 상기 RBN은 상기 검출된 HN들에 대해 모든 송수신 빔 조합의 수신 전력을 측정하는 BM을 수행한다. 그리고, 3210단계에서 상기 RBN은 상기 측정결과를 서빙 HN에게 보고한다.

3212단계에서 상기 서빙 HN으로부터 타겟 HN으로부터 핸드오버 지시가 수신되었는 지 확인한다. 상기 확인 결과, 핸드오버 지시가 수신되면, 3216단계에서 상기 RBN은 상기 타겟 HN으로 핸드오버를 수행하고 3220단계로 진행한다. 상기 확인 결과, 상기 핸드오버 지시가 수신되지 않았으면, 3214단계로 진행한다. 3214단계에서 상기 RAN은 상기 서빙 HN으로부터 새로운 빔으로의 변경 지시에 대한 수신 여부를 확인한다. 상기 확인 결과, 상기 변경 지시를 수신한 경우, 3218단계에서 상기 RBN은 상기 서빙 HN이 지시한 새로운 빔을 사용하여 RACH 프리엠블을 상기 서빙 HN에게 전송하고, 상기 서빙 HN으로부터 상기 새로운 빔을 위한 TA를 수신하여 상기 새로운 빔을 사용하여 상기 서빙 HN과 통신한다.

3220단계에서 상기 RBN은 서빙 HN의 동작 모드가 BOCS인지 확인한다. 상기 확인 결과, BOCS이면, 3222단계에서 상기 RBN은 BOCS로 천이하여 동작한다. 상기 확인 결과, 상기 서빙 HN의 동작 모드가 BUS이면, 3224단계에서 현재 동작 모드를 유지한다.

한편, 본 개시의 실시 예에 따른 무선백홀은 동작 모드 천이를 통해서 성능을 최적화할 뿐만 아니라, 도 3에서 도시한 바와 같이 RBN이 BOCS로 동작하는 상태에서 통신 모드들을 천이하여, 성능을 추가로 개선할 수 있다. 상기 통신 모드들 중 ABM은 외부 환경의 영향으로 발생한 성능저하에 대한 개선을 지원할 수 있다. 본 개시의 실시 예에 따른 통신 모드간의 천이 조건 및 동작은 다음과 같이 구체화할 수 있다.

도 3을 참조하면, FBM(342)에서 ABM(344)으로 천이(a)되는 경우는, HN 혹은 RBN의 안테나가 강한 바람 등 외부 영향에 의해 흔들려서 수신 신호의 크기가 시간에 따라 크게 변동(Fluctuate)하는 환경에서 수행될 수 있다.

본 개시의 실시 예에 따라 상기 천이(a) 기준은, 서빙 HN과 RBN의 무선채널 특성이 시간에 따라 변하고, 링크의 성능 중 상기 RBN에 대한 단위 무선 자원당 신호의 수신 전력 값, 또는 수신기의 AGC 값 등이 시간에 따라 변동하는 현상이 발생함을 검출하기 위해서, 미리 결정된 기준 시구간(예를 들어, Ta=1분)에서 링크 성능 지표의 최대 값 Pmax(t, t-Ta)과 최소 값 Pmin(t, t-Ta)의 차이가 임계값(예를 들어,

Pa=6dB) 보다 크고, 상기 차이가 임계값보다 큰 시간이 미리 결정된 시간 (예를 들어, Tm=10분) 이상 지속되는 경우를 만족하면, FBM에서 ABM로 천이(a)를 결정할 수 있다.

상기 천이(a)를 수식으로 나타내면, 하기 <수학식 2>와 같이 나타낼 수 있다.

<수학식 2>

Decide M1, if, for t = t1 ~ t1-Tm,

Pmax(t, t-Ta) - Pmin(t, t-Ta) >

Pa.

상기 천이(a) 기준을 만족하면, 서빙 HN은 RBN의 통신 모드를 FBM에서 ABM로 천이하기로 결정하고, DL BM 슬롯 혹은 ULBM 슬롯, 혹은 DL 및 UL BM 슬롯을 할당하고, 상기 DL BM 혹은 ULBM, 혹은 DL 및 UL BM을 수행할 것을 상기 RBN에게 지시한다. 그러면, 상기 HN과 RBN은 본 개시의 실시 예에 따라 빔 측정을 수행한다. DL 최적 빔은 RBN이 결정하고, UL 최적 빔은 HN이 결정한다. 또는, 실시 예에 따라 BM은 DL에서만 수행하고, UL은 최적 DL빔과 동일한 방향의 UL 빔으로 사용할 수도 있다. 또는, BM은 UL에서만 수행하고, DL은 최적 UL빔과 동일한 방향의 DL 빔으로 사용할 수도 있다. 상기 HN 및 RBN은 본 개시의 실시 예에 따라 3차원 빔 방향에서 최적 빔의 변화를 모니터링하면서, 측정할 빔의 범위를 적응적으로 변화하며, BM 범위가 최적 빔을 포함하도록 조절할 수 있다. 또한, 실시 예에 따라 하나의 서빙 HN에 접속한 복수개의 RBN들 각각이 BM을 측정할 경우, 측정하는 DL 혹은 UL 빔의 수는 RBN 마다 다르게 선택할 수 있다.

다음으로, 도 3을 참조하여, ABM(344)에서 FBM(342)으로 천이(b)하는 경우는, ABM에서 최적 빔이 미리 결정된 시간 동안 변경되지 않는 천이(b) 기준을 만족하면, FBM으로 천이한다. 예를 들어, 10분 혹은 30분 동안 ABM으로 동작하는 서빙 HN과 RBN의 최적 빔이 변경되지 않으면, FBM로의 천이(b)를 결정할 수 있다. 그러면, 본 개시의 실시 예에 따라 서빙 HN은 RBN의 통신 모드 천이를 결정하고, 상기 RBN에 대해 DL및 UL BM 슬롯을 할당하지 않고, FBM으로의 통신 모드 전환 명령을 상기 RBN에게 전달한다.

도 3을 참조하면, FBM에서 LDM으로 천이(f)되는 경우는, 예를 들어, RBN에 설치된 BS가 LDM으로 동작하는 천이(f) 기준을 만족하면, RBN은 서빙 HN에게 LDM으로의 통신 모드 천이를 요청할 수 있다.

상기 RBN으로부터 LDM으로의 통신 모드 천이 요청을 수신한 서빙 HN은, 상기 RBN의 LDM으로 동작 시 사용할 DL 페이징 주기, UL 스케쥴링 요청(SR: Scheduling Request) 주기, UL BA 비트 혹은 정보 전송 주기를 결정하여 상기 RBN에 알려준다. 그러면, 상기 RBN은 DL 페이징 주기마다 DL제어정보를 수신하여 페이징의 존재 여부를 확인하고, 상향링크 스케쥴링 요청(SR: Scheduling Request) 주기에 SR 비트를 전송할 기회를 가지며, UL BA 비트 전송 주기마다 BA 비트를 전송한다. 그리고, 상기 RBN은 LDM으로 동작하는 동안 자신의 모든 BA 비트 전송시간에서 BA 비트를 전송한다.

도 3을 참조하면, LDM(346)에서 FBM(342)으로 천이(e)하거나 ABM(344)으로 천이(d)하는 경우는, 예를 들어, DL에서 RBN-BS의 커버리지에 위치한 UE에게 페이징이 수신되는 경우를 LDM에서의 모드 천이 조건으로 설정할 수 있다. 다른 예로, UL에서 RBN이 UL 정보 혹은 데이터를 송신하고자 UL SR 비트 혹은 정보를 송신하는 경우 상기 LDM에서의 모드 천이 조건으로 결정할 수 있다.

상기한 LDM에서의 모드 천이 조건을 만족하면, LDM으로 천이하기 전의 이전 통신 모드를 확인하여, 상기 이전 통신 모드에 상응하게 천이한다. 구체적으로, 이전 통신 모드가 FBM이면, 상기 FBM으로 천이하고, 상기 이전 통신 모드가 ABM이면, 상기 AMB으로 천이한다. 또는 실시 예에 따라 FBM을 디폴트(default) 통신 모드로 지정하여, LDM에서의 통신 모드 천이 시 항상 FBM으로만 천이하거나, 또는, 항상 ABM으로만 천이하도록 선택할 수도 있다. 앞서 설명한 바와 같은 LDM에서의 모드 천이 조건을 만족할 경우, RBN은 이전 통신 모드 또는 디폴트 통신 모드로 천이하고, 상기 이전 통신 모드에서 사용하는 최적 빔을 사용할 수 있다.

도 3을 참조하면, ABM(344)에서 LDM으로 천이(c)하는 경우 역시, 천이(f)와 마찬가지로, RBN의 BS가 LDM으로 동작하는 경우를 천이(c) 조건으로 설정할 수 있다. 상기 천이(c) 조건을 만족할 경우, 상기 RBN은 서빙 HN에게 LDM으로의 통신 모드 전환을 요청한다. 상기 통신 모드 전환 요청을 수신한 서빙 HN은 상기 RBN의 LDM으로 동작 시 사용할 DL 페이징 주기, UL SR 주기, UL BA 비트 혹은 정보의 전송 주기를 결정하여 상기 RBN에 알려준다. LDM으로 동작하는 상기 RBN은 DL 페이징 주기마다 DL 제어정보를 수신하여 페이징의 존재 여부를 확인하고, UL SR 주기에 SR Bit를 전송할 기회를 가지며, UL BA 비트 주기마다 BA 비트를 전송한다. 여기서, 상기 RBN은 LDM으로 동작하는 동안 자신의 모든 BA 비트 전송시간에서 BA 비트를 전송한다.

한편, 본 개시의 실시 예에 따라 HN 및 RBN이 BUS에서 BOCS로 동작 모드를 천이할 경우, RBN의 디폴트 통신 모드를 FBM 또는 ABM으로 선택할 수 도 있다.

도 33은 본 개시의 실시 예에 따라 BOCS로 동작하는 HN의 동작 모드 및 통신 모드를 천이하는 동작의 흐름도의 일 예이다.

도 33을 참조하면, 3300단계에서 HN은 네트워크의 OAM 혹은 인접 HN으로부터 BUS로의 동작 모드 전환 명령을 수신하였는 지 확인한다. 상기 확인 결과, BUS로의 동작 모드 전환 명령을 수신하였으면, 3338단계에서 상기 HN은 BUS로 동작 모드를 천이한다. 이 경우, 상기 HN은 본 개시의 실시 예에 따라 앞서 설명한 도 27 내지 도 30의 동작을 수행할 수 있다.

상기 확인 결과, BUS로의 동작 모드 전환 명령을 수신하지 않은 경우, 3302단계에서 상기 HN은 자신에게 접속한 RBN의 통신 모드가 LDM인지 확인한다. 상기 확인 결과 LDM이면, 3304단계에서 상기 HN은 상기 RBN로부터 BA 비트 혹은 정보를 미리 결정한 BA 주기 동안 오류 없이 적어도 1회 수신하였는지를 확인한다. 상기 확인 결과, 상기 BS 주기 동안 BS 비트 혹은 정보를 한번도 수신하지 않았으면, 3306단계에서 HN은 상기 RBN과의 무선 백홀 링크 실패를 검출하고, BUS로 천이한다. 이 경우, BUS로 천이한 상기 HN은 도 28의 실시 예에 따라 동작할 수 있다. 이 경우, 상기 HN은 도 28의 HN2에 대응할 수 있다.

상기 3304단계에서의 확인 결과, 적어도 1회 이상 BA를 수신한 경우, 3308단계에서 상기 HN은 상기 RBN과의 무선 백홀 링크가 유지되고 있는 것으로 판단하고, UL 데이터 혹은 제어정보 전송을 위해 SR 비트 혹은 정보를 RBN로부터 수신하였거나, 또는 DL로 상기 HN이 상기 RBN에게 전송할 데이터가 있는지 혹은 상기 RBN의 BS에 접속한 MS로부터 페이징의 수신 여부를 확인한다. 상기 확인결과, SR 비트 혹은 정보가 수신되거나, DL로 전송할 데이터가 존재하거나, MS로부터 페이징을 수신한 경우 중 하나를 만족하면, 3310단계에서 상기 RBN의 통신 모드를 FBM 혹은 ABM로 전환하여 무선백홀 통신을 수행한다. 여기서, RBN의 통신 모드 전환은 앞서 설명한 도 3의 천이(e) 및 천이(d) 관련 동작에 상응하게 동작한다. 상기 확인 결과, SR 비트 혹은 정보가 수신되거나, DL로 전송할 데이터가 존재하거나, MS로부터 페이징을 수신한 경우 중 어느 하나도 만족하지 못할 경우, 3312 상기 HN 및 RBN은 현재의 동작 모드인 BOCS 및 통신 모드 LDM을 유지한다.

상기 3302단계에서의 확인 결과 상기 RBN의 통신 모드가 LDM이 아닐 경우, 3312단계에서 상기 HN은 DL 제어정보 혹은 데이터에 대한 UL 응답을 미리 결정된 시간 내에 상기 RBN으로부터 오류 없이 수신하였는지 여부를 확인한다. 상기 확인 결과, 상기 DL 제어정보 혹은 데이터에 대한 UL 응답을 미리 결정된 시간 내에 수신하지 못했거나, 수신한 정보에 오류가 발생한 경우, 상기 HN은 상기 RBN과의 무선 백홀 링크 실패가 발생한 것으로 판단하고, 3336단계에서 BUS로 동작모드를 천이한다. 이 경우, 상기 HN은 도 28의 HN2에 대응하는 동작을 수행한다.

상기 3312단계에서의 확인 결과 DL 제어정보 혹은 데이터에 대한 UL 응답을 미리 결정된 시간 내에 수신된 경우, 3314단계에서 상기 HN은 상기 RBN으로부터 LDM으로의 통신 모드 천이 요청을 수신하였는 지 여부를 확인한다. 상기 확인 결과, 상기 LDM으로의 통신 모드 천이 요청을 수신한 경우, 3316단계에서 상기 HN은 상기 RBN에게 LDM으로의 통신 모드 천이 요청을 전달한다. 이 경우, 도 3의 천이 (c) 및 천이 (f)에 상응하게 천이 동작을 수행한다. 상기 확인 결과, 상기 LDM으로의 통신 모드 천이 요청을 수신하지 않은 경우, 3318단계에서 상기 HN은 상기 RBN의 통신 모드가 FBM인지 확인한다.

상기 RBN의 통신 모드가 FBM이면, 3320단계에서 상기 HN은 앞서 설명한 <수학식 1>과 같이 결정될 수 있는 시간 동안의 상기 RBN에 대한 링크 성능이 나쁜지를 확인한다. 상기 확인 결과, 링크 성능이 나쁠 경우, 상기 3322단계에서 상기 HN은 상기 RBN에 대한 무선 백홀의 링크 성능 저하가 발생하였음을 결정하고, 동작 모드를 BUS천이한다. 이 경우, 상기 HN은 도 29 혹은 30에 대응하는 동작을 수행할 수 있다. 이때, 상기 HN은 도 29의 소스 HN 혹은 도 30의 서빙 HN로 동작할 수 있다.

상기 3320단계에서의 확인 결과, 상기 시간 동안 상기 RBN의 링크 성능이 나쁘지 않을 경우, 3324단계에서 상기 HN은 예를 들어, 상기 <수학식2>와 같이 결정될 수 있는 시간 동안 상기 RBN에 대한 무선 백홀의 링크 성능 변화가 임계값보다 큰지를 확인한다. 상기 확인 결과 상기 링크 성능 변화가 상기 임계값보다 크면, 3326단계에서 상기 HN은 상기 RBN의 통신 모드를 ABM으로 전환한다. 이때, 상기 HN은 앞서 설명한 도 3의 천이(a) 동작에 상응하게 동작한다. 상기 확인 결과, 상기 링크 성능 변화가 상기 임계값보다 작거나 같으면, 3328단계에서 상기 HN 및 RBN은 현재의 동작 모드 및 통신 모드 즉, BOCS 및 FBM을 유지한다.

상기 3318단계에서의 확인 결과, 상기 RBN의 통신 모드가 FBM아 아닐 경우, 3330단계에서 상기 HN은 미리 결정된 시간 동안 상기 RBN에 대한 최적 빔이 변경되었는지 여부를 확인한다. 상기 최적 빔이 변경된 경우, 3332단계에서 상기 HN 및 RBN은 현재의 동작 모드 및 통신 모드 즉, BOCS 및 ABM을 유지한다. 상기 확인 결과, 상기 최적 빔이 변경되지 않은 경우, 3334단계에서 상기 HN은 상기 RBN의 통신 모드를 FBM로 천이한다. 이 경우, 상기 HN은 도 3의 천이(b) 동작에 상응하게 동작한다.

도 34는 본 개시의 실시 예에 따른 백홀 노드와 RAN의 장치 구성도의 일 예이다. 도 34에서 백홀 노드와 RAN의 구성은 설명의 편의상, 일 예로서 도시한 것으로, 본 개시의 실시 예에 따라 해당 구성들은 기능 별로 세분화되거나, 하나의 유닛으로 통함될 수 있고, 사업자의 의도에 따라 변경될 수 있다.

도 34를 참조하면, 백홀 노드(3410)는 본 개시의 실시 예에 따른 HN 또는 RBN에 대응하고, RAN은 MBS 또는 SBS에 대응한다.

상기 백홀 노드(3410)는 일 예로, 송수신부(3418)와 RF유닛(3416), 프로세서(3412) 및 메모리(3414)를 포함하고, 상기 RAN(3430)은 프로세서(3432), 메모리(3434) 및 RF 유닛(3436), 송수신부(3438)를 포함한다. 상기 백홀 노드(3410)는 3440을 통해 네트워크와 연결되고, 3420을 통해 상기 RAN(3430)과 연결된다. 상기 프로세서(3412)는 본 개시의 실시 예에 따라 무선 백홀 데이터, 무선 백홀 제어정보 및 각종 무선 백홀 신호의 송수신을 포함하는 무선 백홀 통신 기능과 무선 백홀 동작을 위한 제어 기능을 수행하며, 상기 메모리(3414)는 각종 무선백홀 데이터, 제어정보, 신호를 저장한다. 상기 프로세서(3412)는 상기 RF 유닛(3416)을 제어하고, 상기 RF 유닛(3416)과 연결되어 신호를 송수신한다. 상기 RF 유닛(3416)은 상기 송수신부(3418)과 연결되어 RF 신호를 송수신한다. 여기서, 상기 프로세서(3412)는 상기 송수신부(3418) 및 상기 RF 유닛(3416)을 제어하여 이들에 의해 생성되는 송수신 빔을 선택하고 제어한다. 상기 프로세서(3412)는 하드웨어(Hardware)로 구현될 수도 있고, CPU(control processing unit) 및 소프트웨어(Software)로 구현될 수도 있고, 하드웨어 및 소프트웨어 둘 다로 구현될 수도 있다. 상기 백홀노드(3410)와 RAN(3430)은 도 18의 구조에서 설명한 것과 같이 다양한 구조로 구현될 수 있으며, 참조번호 3420은 이 장치들을 연결하는 통신 케이블이 될 수도 있고, 보드들을 연결하는 Backplane이 될 수도 있고, 동일한 보드에서 칩들을 연결하는 BUS가 될 수도 있다. 3440을 통한 네트워크 연결은, 유선으로 구현될 수도 있고, 또 다른 백홀 노드를 통해 무선으로 구현될 수도 있다. 상기 백홀 노드(3410)가 HN이고, 참조 번호 3440이 또 다른 백홀 노드인 RBN에 연결되는 경우, 멀티 홉(Multi-hop) 혹은 무선 메쉬 망(Mesh Network)을 구축할 수도 있다. 상기 백홀 노드(3410)가 RBN인 경우 3440은 생략될 수도 있다.

정리하자면, 상기한 바와 같이, 본 개시의 실시 예에 따른 무선 백홀은 2개의 동작 모드 즉, BUS 및 BOCS 중 하나의 동작 모드로만 동작하여 무선 백홀의 성능을 최적화하고, 무선백홀 장치의 설치 및 운용에 소요되는 비용을 최소화할 수 있다. 또한, 본 개시의 실시 예에 따른 무선 백홀은 동작 모드의 천이 기준 및 방법을 제공한다. 그리고, 본 개시의 실시 예에 따른 무선 백홀은 새로운 RBN 설치 시, BUS로 동작 모드를 천이하여 자동적으로 새로운 RBN에 대해 최적 HN 및 최적 송수신 빔을 찾고, 최적 HN에 접속하고 네트워크 연결을 제공하여 최적 무선 백홀 링크를 구축하는 기능을 제공한다. 그 결과, 새로운 RBN을 설치하는데 발생하는 비용을 최소화할 수 있다.

그리고, 본 개시의 실시 예에 따른 무선 백홀은 이미 구축된 무선 백홀의 통신 환경이 변화하여 HN과 RBN의 링크 단절이 검출되거나, 성능 저하가 검출되면, BUS로 동작 모드를 천이하여, 링크 단절 또는 성능 저하가 검출된 RBN에게 높은 품질의 통신을 제공하는 새로운 최적 HN및 최적 송수신 빔을 찾고, 상기 새로운 최적 HN에 접속하고 네트워크 연결을 제공하여 무선백홀 링크를 복구하는 기능을 제공한다. 그 결과, 무선 백홀 동작 과정에서 발생하는 비용(OPEX)을 최소화할 수 있다.

본 개시의 실시 예에 따른 무선 백홀은 이미 구축된 무선 백홀의 통신 환경이 변화하여 HN과 RBN의 통신 성능이 저하가 발생하고, 링크 성능 저하에 따른 동작 모드 전환이 네트워크에서 판단한 경우, 동작 모드를 BUS로 천이하여 통신 성능이 저하된 상기 RBN에게 높은 품질의 통신을 제공하는 새로운 최적 통신 경로에 대응하는 송수신 빔을 찾고, 빔을 변경하도록 하여 무선 백홀의 링크 성능을 최적화하는 기능을 제공한다. 이 경우에도, 무선 백홀의 동작 과정에서 발생하는 비용을 최소화할 수 있다.

본 개시의 실시 예에 따른 무선 백홀은 BUS로 동작하여 목표치를 모두 달성하였다고 판단하는 경우, BOCS로 천이하여, 최적 송수신 빔만을 사용하여 최적화된 무선통신을 수행한다. BOCS에서 무선 자원 낭비를 최소화하고 효율을 최대화하기 위해서, 본 개시의 실시 예에 따른 HN은 DL로 자신에게 접속한 RBN들만을 위해 자신의 안테나가 송수신할 수 있는 모든 빔들 중에서 일부 제한된 빔들로 SS 및 BCH를 전송하므로, DL에서의 무선자원 낭비와 간섭을 최소화하고 성능을 최적화할 수 있다. 또한, DL 및 UL의 모든 빔들에서 최적 빔을 선택하기 위한 BM을 지원하지 않고, 최적 빔에 인접한 일부 후보 빔들에 한해 제한적으로 빔 트래킹을 지원하여, 빔 측정을 위한 무선자원 낭비를 최소화하고 빔 측정 효율 및 성능을 높인다. UL서 RBN의 HN 접속을 위한 RACH 프리엠블 혹은 연합 요청 신호를 송수신하지 않으므로, UL 무선자원 낭비와 간섭을 최소하고 성능을 최적화할 수 있다.

본 개시의 실시 예에 따른 무선 백홀은 빔포밍 기술을 사용하는 셀룰러 이동통신 규격을 사용하여 구현될 수도 있고, IEEE 802.11ad 빔포밍 무선랜 규격을 사용하여 구현될 수도 있다. 그러나, 본 개시의 실시 예에 따른 무선 백홀은 BOCS에서는 상기 규격에서 이동통신 혹은 무선랜 통신의 모든 기능을 지원하는 것이 아니라 일부 기능만을 지원한다.

본 개시의 실시 예에 따른 RBN은 BOCS로 동작 시, FBM, ABM 및 LDM 중 하나의 통신 모드로 동작함에 따라, 무선백홀의 효율 및 성능을 더 개선할 수 있다. 본 개시의 실시 예에 따른 무선 백홀은 BOCS의 FBM에서 HN과 RBN이 송수신 빔을 BUS에서 찾은 최적 빔으로 고정하여 통신하고, 빔 측정 및 빔 변경을 위해 빔 측정 신호를 송수신하지 않으므로, 무선자원 사용 효율을 높일 수 있다. FBM은 통신 환경이 변화하지 않는 대부분의 고정 무선백홀 통신 환경에서 최적 통신 성능을 제공한다. 그리고, 본 개시의 실시 예에 따른 무선 백홀은 BOCS의 ABM에서 HN 혹은 RBN이 제한된 수준의 BM을 추가로 수행함에 따라 외부 환경으로 인한 성능 저하를 최소화하는 기능을 제공한다. 또한, ABM에서는 측정하는 빔의 범위를 제한하므로 빔 측정을 위한 무선자원 낭비를 감소시키고, 통신효율을 높일 수 있으며, 빔 측정 주기를 줄이므로 빔 적응 성능도 개선할 수 있다.

또한, 본 개시의 실시 예에 따른 무선 백홀은 RBN이 BOCS에서 LDM으로 천이하여, 전력 소모를 최소화하고 다른 무선백홀에 주는 간섭을 최소화하는 기능을 제공할 수 있다. LDM를 통하여 상기 무선백홀의 전력 사용 효율을 최대화하고 동시에 다른 무선백홀의 통신 성능을 개선할 수 있다. 그러나, 상기 무선백홀이 정상적인 통신을 할 필요가 있을 때는 HN의 지시나 RBN의 요청에 의해 BOCS의 다른 통신 모드로 천이하여 무선백홀 통신을 수행할 수 있다. 이때, 상기 통신 모드로의 천이 요청 시, RBN이 UL RACH 신호 송신하지 않고, SR 비트 혹은 정보를 송신하므로, UL 무선자원 낭비를 줄이고 통신효율을 높인다. 본 개시의 실시 예에 따른 무선 백홀은 LDM으로 동작하는 RBN은 미리 결정된 주기마다 BA 비트 혹은 정보를 서빙 HN에게 송신함에 따라 무선백홀 링크가 끊어지지 않고 살아 있음을 서빙 HN에게 주기적으로 확인시켜줄 수 있다. 그 결과, HN은 LDM으로 동작하는 RBN에 대해서도 무선백홀 링크에 문제가 있는지 없는지를 간단히 확인하고, 링크 실패가 검출되면, 신속하게 무선백홀을 복구할 수 있다.

한편 본 개시의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 개시의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 개시의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허 청구의 범위뿐만 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims

무선 백홀을 통해서 무선 접속망과의 연결을 제공하는 방법에 있어서,
상기 무선 접속 망과 연결된 제1노드가 복수의 빔들을 이용하여 동작하는 제1상태와, 상기 제1상태에서 결정된 상기 제1노드의 최적 빔을 사용하여 동작하는 제2상태 중 하나로 상기 제1노드의 동작 모드를 결정하는 과정과,
상기 결정된 동작 모드를 이용하여 상기 제1노드가 기지국에게 상기 연결을 제공하는 과정을 포함하되,
상기 제1노드의 동작 모드가 상기 제2상태인 경우, 상기 제1노드의 최적 빔을 사용하여 상기 제1노드에 연결된 적어도 하나의 제2노드에게 동기 신호 및 공통 제어 정보를 전송하는 과정을 포함하며;
상기 제2상태로 동작 중에 상기 제1노드에 새로운 제2노드의 접속을 지원하지 않고, 상기 제1노드의 최적 빔을 사용하여 상기 제1노드에 연결된 상기 적어도 하나의 제2노드에게 무선 백홀에 대한 제어 신호 및 데이터를 전송하는 과정을 포함하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1노드의 동작 모드가 제2상태인 경우, 상기 기지국과 연결된 제2노드의 통신 모드를 결정하는 과정을 더 포함하며,
상기 제2노드는 상기 제1노드에 접속한 상태임을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 상기 통신 모드를 결정하는 과정은,
상기 제2노드가 상기 제1노드에 대해 고정 빔 조합을 이용하여 통신을 수행하는 제1모드와, 상기 고정 빔 조합을 구성하는 빔의 인접 빔들을 사용하여 빔 측정을 수행하는 제2모드와, 미리 결정된 주기에서만 신호를 전송하는 제3모드 중 하나를 선택하는 과정을 포함하는 방법.
제3항에 있어서,
상기 제1모드로 동작 중인 상기 제1 노드에 접속한 제2노드가 미리 결정된 시간 동안 수신 성능에 대한 최대값 및 최소값 간의 차이가 임계값 이상을 유지할 경우, 상기 제2노드를 상기 제2모드로 천이시키는 과정을 포함하는 방법.
제3항에 있어서,
상기 제2모드로 동작 중인 상기 제1노드에 접속한 제2노드가 미리 결정된 시간 동안 상기 제2노드의 최적 빔을 유지하면, 상기 제2노드를 상기 제1모드로 천이시키는 과정을 포함하는 방법.
제3항에 있어서,
상기 제1노드가 자신에게 접속하여 상기 제3모드로 동작 중인 제2노드로부터 스케쥴링 요청을 수신한 경우, 상기 제2노드를 상기 제1모드 또는 성가 제2모드로 천이시키는 과정을 포함하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1노드가 상기 제2상태로 동작 중에, 상기 무선 백홀에 상기 무선 접속망과 연결된 새로운 노드가 추가될 제1 경우, 또는 상기 제1노드와 링크 단절 또는 링크 성능 저하를 가지는 노드가 검출된 제2 경우 중 적어도 하나를 만족하면, 상기 제1노드의 동작 모드를 상기 제1상태로 천이하도록 결정하는 과정을 더 포함하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1노드가 상기 제1상태로 동작 중에, 상기 무선 백홀에 상기 무선 접속망과 연결된 새로운 제2노드의 설치가 완료된 제1경우와, 상기 제1노드와 링크 단절된 제2노드가 미리 결정된 시간 내에 상기 제1노드와의 재접속을 성공 또는 실패한 제2경우, 또는 상기 제1노드와 링크 성능 저하가 검출된 제3노드가 미리 결정된 시간 내에 링크 성능 개선을 성공 또는 실패한 제3경우 중 적어도 하나를 만족하면, 상기 제1노드의 동작 모드를 상기 제2상태로 천이하도록 결정하는 과정을 더 포함하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1노드의 동작 모드가 상기 제1상태인 경우, 상기 복수의 빔들을 사용하여 동기 신호 및 공통 제어 정보를 방송하는 과정과,
상기 최적 빔을 결정하기 위해 상기 복수의 빔들에 대한 빔 측정을 수행하는 과정과,
상기 제1노드에 접속한 제2 노드에게 상기 무선 백홀에 대한 제어 신호와 데이터를 전송하는 과정을 포함하며,
상기 제2노드는 상기 기지국과 연결됨을 특징으로 하는 방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 기지국은 이동 통신 서비스를 제공하는 매크로 기지국 또는 스몰 셀 기지국 중 하나임을 특징으로 하는 방법.
무선 백홀을 통해서 무선 접속망과의 연결을 제공하는 방법에 있어서,
상기 무선 접속망과 연결된 제2노드가 제1상태 천이 조건을 만족할 경우, 복수의 빔을 이용하는 제1상태로 동작하여, 상기 복수의 빔들을 통해서 수신한 신호를 기반으로 상기 무선 접속망과 연결된 최적 제1노드와, 최적 빔을 결정하는 과정과,
상기 최적 제1노드에 접속하여 상기 최적 제1노드와 통신하는 과정을 포함하되,
상기 제1상태로 동작 중에 상기 최적 제1노드로부터 상기 제2노드의 최적빔을 사용하여 동작하는 제2상태로의 천이 요청을 수신하면, 상기 제2상태로 천이하여 상기 제2노드의 최적빔을 사용하여 상기 최적 제1노드로부터 동기 신호 및 공통 제어 정보를 수신하는 과정과,
상기 제2상태로 동작 중에 상기 제2노드의 최적빔을 사용하여 상기 최적 제1노드로 무선 백홀에 대한 제어 신호 및 데이터를 전송하는 과정을 포함하는 방법.
제12항에 있어서,
상기 제1상태 천이 조건은,
상기 제2노드가 상기 무선 백홀에 새로 설치되는 제1경우와, 상기 최적 제1노드와의 링크 단절을 검출한 제2경우, 및 상기 최적 제1노드로부터 상기 제1상태로의 천이 지시를 수신한 제3경우를 포함함을 특징으로 하는 방법.
삭제
제12항에 있어서, 상기 제2상태로의 천이 요청은,
상기 최적 제1노드가 상기 제1상태로 동작 중에 상기 무선 백홀에 상기 제2노드의 설치가 완료된 제1경우와, 상기 최적 제1노드와 링크 단절된 상기 제2노드가 미리 결정된 시간 내에 상기 최적 제1노드와의 재접속을 성공 또는 실패한 제2경우, 및 상기 최적 제1노드와 링크 성능 저하가 검출된 제3노드가 미리 결정된 시간 내에 링크 성능 개선을 성공 또는 실패한 제3경우 중 적어도 하나를 만족하면, 상기 최적 제1노드로부터 수신됨을 특징으로 하는 방법.
제12항에 있어서,
상기 제2노드가 상기 제2상태로 천이한 후, 상기 최적 제1노드로부터 상기 제2노드가 상기 제1노드에 대해 고정 빔 조합을 이용하여 통신을 수행하는 제1모드와, 상기 고정 빔 조합을 구성하는 빔의 인접 빔들을 사용하여 빔 측정을 수행하는 제2모드와, 미리 결정된 주기에서만 신호를 전송하는 제3모드를 포함하는 통신 모드에서 하나의 모드로 천이 지시를 수신하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 방법.
제16항에 있어서,
상기 제1모드로 동작 중인 상기 제2노드가 미리 결정된 시간 동안 수신 성능에 대한 최대값 및 최소값 간의 차이가 임계값 이상을 유지할 경우, 상기 천이 지시는 상기 제2모드로의 천이를 나타냄을 특징으로 하는 방법.
제16항에 있어서,
상기 제2모드로 동작 중인 상기 제2노드가 미리 결정된 시간 동안 상기 제2노드의 최적 빔을 유지할 경우, 상기 천이 지시는 상기 제2모드로의 천이를 지시함을 특징으로 하는 방법.
제16항에 있어서,
상기 제3모드로 동작 중인 상기 제2노드가 스케쥴링 요청을 상기 최적 제1노드에게 전송한 경우, 상기 천이 지시는 상기 제1모드 또는 상기 제2모드로의 천이를 지시함을 특징으로 하는 방법.
제12항에 있어서, 상기 제2 노드와 연결된 기지국은, 이동 통신 서비스를 제공하는 매크로 기지국 또는 스몰 셀 기지국 중 하나임을 특징으로 하는 방법.
무선 백홀을 통해서 무선 접속망과의 연결을 제공하는 장치에 있어서,
상기 무선 접속 망과 연결된 제1노드와 통신하는 송수신부와,
상기 제1노드가 복수의 빔들을 이용하여 동작하는 제1상태와, 상기 제1상태에서 결정된 상기 제1노드의 최적 빔을 사용하여 동작하는 제2상태 중 하나로 상기 제1노드의 동작 모드를 결정하고, 상기 결정된 동작 모드를 이용하여 상기 제1노드가 기지국에게 상기 연결을 제공하도록 상기 송수신부를 제어하는 제어부를 포함하되,
상기 제어부는 상기 제1노드의 동작 모드가 상기 제2상태인 경우, 상기 제1노드의 최적 빔을 사용하여 상기 제1노드에 연결된 적어도 하나의 제2노드에게 동기 신호 및 공통 제어 정보를 전송하도록 상기 송수신부를 제어하고, 상기 제2상태로 동작 중에 상기 제1노드에 새로운 제2노드의 접속을 지원하지 않고, 상기 제1노드의 최적 빔을 사용하여 상기 제1노드에 연결된 상기 적어도 하나의 제2노드에게 무선 백홀에 대한 제어 신호 및 데이터를 전송하도록 상기 송수신부를 제어함을 특징으로 하는 장치.
제21항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 제1노드의 동작 모드가 제2상태인 경우, 상기 기지국과 연결된 제2노드의 통신 모드를 결정하고,
상기 제2노드는 상기 제1노드에 접속한 상태임을 특징으로 하는 장치.
제22항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 제2노드가 상기 제1노드에 대해 고정 빔 조합을 이용하여 통신을 수행하는 제1모드와, 상기 고정 빔 조합을 구성하는 빔의 인접 빔들을 사용하여 빔 측정을 수행하는 제2모드와, 미리 결정된 주기에서만 신호를 전송하는 제3모드 중 하나를 선택함을 특징을 하는 장치.
제23항에 있어서, 상기 제어부는
상기 제1모드로 동작 중인 상기 제1 노드에 접속한 제2노드가 미리 결정된 시간 동안 수신 성능에 대한 최대값 및 최소값 간의 차이가 임계값 이상을 유지할 경우, 상기 제2노드에 대해 상기 제2모드로의 천이를 결정함을 특징으로 하는 장치.
제23항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 제2모드로 동작 중인 상기 제1노드에 접속한 제2노드가 미리 결정된 시간 동안 상기 제2노드의 최적 빔을 유지하면, 상기 제2노드에 대해 상기 제1모드로의 천이를 결정함을 특징으로 하는 장치.
제23항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 제1노드가 자신에게 접속하여 상기 제3모드로 동작 중인 제2노드로부터 스케쥴링 요청을 수신한 경우, 상기 제2노드에 대해 상기 제1모드 또는 상기 제2모드로의 천이를 결정함을 특징으로 하는 장치.
제21항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 제1노드가 상기 제2상태로 동작 중에, 상기 무선 백홀에 상기 무선 접속망과 연결된 새로운 노드가 추가될 제1 경우, 또는 상기 제1노드와 링크 단절 또는 링크 성능 저하를 가지는 노드가 검출된 제2 경우 중 적어도 하나를 만족하면, 상기 제1노드의 동작 모드를 상기 제1상태로 천이하도록 결정함을 특징으로 하는 장치.
제21항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 제1노드가 상기 제1상태로 동작 중에 상기 무선 백홀에 상기 무선 접속망과 연결된 새로운 제2노드의 설치가 완료된 제1경우와, 상기 제1노드와 링크 단절된 제2노드가 미리 결정된 시간 내에 상기 제1노드와의 재접속을 성공 또는 실패한 제2경우, 또는 상기 제1노드와 링크 성능 저하가 검출된 제3노드가 미리 결정된 시간 내에 링크 성능 개선을 성공 또는 실패한 제3경우 중 적어도 하나를 만족하면, 상기 제1노드의 동작 모드를 상기 제2상태로 천이하도록 결정함을 특징으로 하는 장치.
제21항에 있어서,
상기 제1노드의 동작 모드가 상기 제1상태인 경우, 상기 제어부는 상기 복수의 빔들을 사용하여 동기 신호 및 공통 제어 정보를 방송하도록 송수신부를 제어하고, 상기 최적 빔을 결정하기 위해 상기 복수의 빔들에 대한 빔 측정을 수행하고, 상기 제1노드에 접속한 제2 노드에게 상기 무선 백홀에 대한 제어 신호와 데이터를 전송하도록 상기 송수신부를 제어하며;
상기 제2노드는 상기 기지국과 연결됨을 특징으로 하는 장치.
삭제
제21항에 있어서,
상기 기지국은 이동 통신 서비스를 제공하는 매크로 기지국 또는 스몰 셀 기지국 중 하나임을 특징으로 하는 장치.
무선 백홀을 통해서 무선 접속망과의 연결을 제공하는 제2노드에 있어서,
상기 무선 접속망과 연결된 상기 제2노드가 제1상태 천이 조건을 만족할 경우, 복수의 빔을 이용하는 제1상태로 동작하여, 상기 복수의 빔들을 통해서 수신한 신호를 기반으로 상기 무선 접속망과 연결된 최적 제1노드와, 최적 빔을 결정하는 제어부와,
상기 최적 제1노드에 접속하여 상기 최적 제1노드와 통신하는 송수신부를 포함하되,
상기 송수신부를 통해서 상기 제1상태로 동작 중에 상기 최적 제1노드로부터 상기 제2노드의 최적빔을 사용하여 동작하는 제2상태로의 천이 요청을 수신하면, 상기 제어부는 상기 제2상태로 천이하여 상기 제2노드의 최적빔을 사용하여 상기 최적 제1노드로부터 동기 신호 및 공통 제어 정보를 수신하도록 상기 송수신부를 제어하고, 상기 제2노드의 최적빔을 사용하여 상기 최적 제1노드와 무선 백홀을 위한 제어 신호 및 데이터를 전송하도록 상기 송수신부를 제어함을 특징으로 하는 제2노드.
제32항에 있어서,
상기 제1상태 천이 조건은,
상기 제2노드가 상기 무선 백홀에 새로 설치되는 제1경우와, 상기 최적 제1노드와의 링크 단절을 검출한 제2경우, 및 상기 최적 제1노드로부터 상기 제1상태로의 천이 지시를 수신한 제3경우를 포함함을 특징으로 하는 제2노드.
삭제
제32항에 있어서, 상기 제2상태로의 천이 요청은,
상기 최적 제1노드가 상기 제1상태로 동작 중에 상기 무선 백홀에 상기 제2노드의 설치가 완료된 제1경우와, 상기 최적 제1노드와 링크 단절된 상기 제2노드가 미리 결정된 시간 내에 상기 최적 제1노드와의 재접속을 성공 또는 실패한 제2경우, 및 상기 최적 제1노드와 링크 성능 저하가 검출된 제3노드가 미리 결정된 시간 내에 링크 성능 개선을 성공 또는 실패한 제3경우 중 적어도 하나를 만족하면, 상기 최적 제1노드로부터 수신됨을 특징으로 하는 제2노드.
제32항에 있어서,
상기 제2노드가 상기 제2상태로 천이한 후, 상기 송수신부가 상기 최적 제1노드로부터 상기 제2노드가 상기 제1노드에 대해 고정 빔 조합을 이용하여 통신을 수행하는 제1모드와, 상기 고정 빔 조합을 구성하는 빔의 인접 빔들을 사용하여 빔 측정을 수행하는 제2모드와, 미리 결정된 주기에서만 신호를 전송하는 제3모드를 포함하는 통신 모드에서 하나의 모드로 천이 지시를 수신함을 특징으로 하는 제2노드.
제36항에 있어서,
상기 제1모드로 동작 중인 상기 제2노드가 미리 결정된 시간 동안 수신 성능에 대한 최대값 및 최소값 간의 차이가 임계값 이상을 유지할 경우, 상기 천이 지시는 상기 제2모드로의 천이를 나타냄을 특징으로 하는 제2노드.
제36항에 있어서,
상기 제2모드로 동작 중인 상기 제2노드가 미리 결정된 시간 동안 상기 제2노드의 최적 빔을 유지할 경우, 상기 천이 지시는 상기 제2모드로의 천이를 지시함을 특징으로 하는 제2노드.
제36항에 있어서,
상기 제3모드로 동작 중인 상기 제2노드가 스케쥴링 요청을 상기 최적 제1노드에게 전송한 경우, 상기 천이 지시는 상기 제1모드 또는 상기 제2모드로의 천이를 지시함을 특징으로 하는 제2노드.
제32항에 있어서, 상기 제2노드와 연결된 기지국은,
이동 통신 서비스를 제공하는 매크로 기지국 또는 스몰 셀 기지국 중 하나임을 특징으로 하는 제2노드.