KR20000017657A - 확장된 범위의 동심 셀 기지국에서의 핸드오프 방법 - Google Patents

확장된 범위의 동심 셀 기지국에서의 핸드오프 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 확장된 범위의 동심(concentric) 셀 기지국이며, 또한 ASIC 상관기를 재설계함이 없이 셀 크기나 접속 범위를 확장하는 방법으로서, 상기 동심 셀 기지국은 기지국의 액세스 범위를 확장하기 위해 복수의 타이밍 프로토콜을 채택하는 마이크로 셀과 매크로 셀을 가지고 있다. 일시시예에서, 상기 기지국은 절대 경로 지연 정보를 사용하여 핸드오프를 행할 것인지를 결정한다. 상기 절대 경로 지연 정보는 이동 전화기의 현재 위치와 과거의 위치를 나타낸다. 상기 절대 경로 지연 정보가 이동 전화기가 마이크로 셀과 매크로 셀 사이에서 이동하고 있거나 다른 기지국과 관련된 셀로 이동하고 있음을 표시한다면, 현재 기지국은 이동 전화기에 이동 전화기가 향하고 있는 마이크로 셀이나 매크로 셀 또는 기지국과 관련된 주파수 대역으로 핸드오프를 행하라고 지시한다.

Description

확장된 범위의 동심 셀 기지국에서의 핸드오프 방법{Handoffs in extended range concentric cell base station}
본 발명은 일반적으로 무선 통신 시스템에 관한 것이며, 특히 확장된 범위를 갖는 무선 통신 시스템에서 핸드오프를 행하는 것에 관한 것이다.
도 1은 주지된 원격 통신 산업 협회의 IS-95 규격에 기초하여 코드 분할 다중 접근(CDMA) 기법을 채택한 무선 통신 시스템(10)을 도시하고 있다. 이 무선 통신 시스템(10)은 이동 스위칭 센터(MSC)(12)와 이 MSC(12)에 접속된 복수의 기지국(BS)(14-i)을 구비한다. 각 BS(14-i)는 관련된 서비스 도달 범위(본 명세서에서 반경(Ri)의 셀(18i)로 나타내고 있다) 내에서 이동 전화기(16-k) 등의 이동 전화기(MT)에 무선 통신 서비스를 제공한다. 설명의 편의상, 기지국(14-i)이 중심 위치에 놓이는 원 형태로서 셀(18-i)을 도시한다. 그러나, 셀(18-i)은 기지국이 중심이 아닌 위치에 놓이고 원 형상이 아니어도(예컨대, 6방형) 좋으며, 반경(Ri)은 기지국과 셀(18-i)의 원주 상의 1점 간의 거리를 정의한 것으로 해석해야 함은 몰론이다.
각 기지국(14-i)은 이동 전화기에 대해 기지국 신호를 변조하여 전송하고, 관련된 셀(18-i) 내에서 이동 전화기로부터의 이동 전화기 신호를 수신하여 복조하는 무선부와 안테나를 포함한다. 각 기지국(14-i)은 또한 주지의 전역 위치 위성(global positioning satellites : GPS)을 사용하여 타이밍 정보를 수신하는 수신기(이하, "GPS 수신기" 라 함)를 또한 포함하고 있다.
GPS 수신기를 사용하여 GPS 타임에 얼라인된 타이밍 프로토콜에 따라 기지국(14-i)과 이동 전화기에 의해서 신호가 전송된다. 도 2는 IS-95 규격에 기초한 타이밍 프로토콜의 일예를 포함하는 타이밍 스케줄(20)을 도시한다. 이 타이밍 스케줄(20)은 일련의 프레임(22-n)을 포함하고, 각 프레임(22-n)은 시간 간격(t)을 가지고 있다. 각 프레임(22-n)의 시작 부분은 GPS 타임에 얼라인된 시간(Tn)에서 프레임 경계에 의해 표시되어 있다. 기지국(14-i)은, 타이밍 프로토콜에 따라서, 프레임 경계부터 기지국 신호의 전송을 시작하도록 구성되어 있고, 이 기지국 신호는 이동 전화기와 시스템 액세스 동작에 의해 어떤 정보도 운반하지 않는 신호나 많은 정보를 운반하는 신호, 정보를 운반하는 신호의 코히런트 복조를 위한 파일럿 신호를 포함하고 있다. 대조적으로, 이동 전화기(16-k)는 이동 전화기(16-k)가 기지국 신호를 수신하기 시작한 후 한 프레임 시간 기간을 x배한 시간 기간(즉, tx)에서 이동 전화기 신호를 전송하기 시작하도록 구성되어 있으며, 여기서 x는 제로 이상의 임의 정수이다. 기지국 신호와 달리, 이동 전화기 신호는 1개 이상의 정보를 나르는 신호를 포함하고 있으나 파일럿 신호는 포함하고 있지 않고, 정보를 운반하는 신호가 코히런트 복조되지 않도록 의사 잡음(PN) 시퀀스(또는 주지의 코드)와 결합된 일군의 오소고널(orthogonal) 부호를 사용하여 암호화된다. PN 시퀀스는 랜덤한 디지털 신호(0,1)를 포함하며, 본 명세서에서 0과 1을 전송하기 위한 시간 기간은 PN 칩으로 참조되고 있다.
이하에서는 도 3을 참조하여 상술된 타이밍 프로토콜을 설명한다. 도 3은 기지국(14-i)과 이동 전화기(16-k)에 의한 전송과 수신 순서를 도시하는 타임 챠트(28)를 도시한다. 시간 T1에서, BS(14-i)는 셀(18-i) 내의 임의의 곳에 위치될 수 있는 MT(16-k)에 기지국 신호(S1)의 전송을 개시한다. MT(16-k)는 시간 T1+dBS→MT에서 신호 S1의 수신을 시작하며, 여기서 dBS→MT는BS(14-i)로부터 MT(16-k)까지의 전파지연이다. 이 전파지연은 가시선(line-of-sight) 전파지연과 비가시선(non-line-of-sight)의 전파지연을 포함하는 것으로 해석되어야 함을 유의하길 바란다.
MT(16-k)는, 신호(S1)를 수신하기 시작한 때부터 시간 기간(tx)이 경과된 후 이동 전화기 신호(S2)의 전송을 시작할 것이다. 이에 따라서, MT(16-k)는 시간 T1+dBS→MT+ tx(또는 다소의 프레임 경계 이후의 시간 dBS→MT)에서 신호(S2)의 전송을 시작한다. 예컨대, MT(16-k)는, x=2인 경우, 시간 T3+dBS→MT(또는 기지국 신호(S1)의 수신 이후의 2개 프레임)에서 신호 S2의 전송을 시작한다.
BS(14-i)는, MT(16-k)로부터 BS(14-i)까지의 전파지연 dMT→BS에 기인하여, 시간 T1+dBS→MT+ tx + dMT→BS에서 신호(S2)의 수신을 시작할 것이다. 설명의 편의상, MT(16-k)로부터 BS(14-i)까지의 전파지연(dMT→BS)이 전파지연(dBS→MT)과 같은 것으로 하고, 이하에서는 양자를 개별적으로 일방향(one way) 전파지연(dOW), 즉, dOW=dMT→BS=dBS→MT로서 참조하거나 총칭하여 왕복 주행 전파지연(2dOW)으로서 참조하기로 한다. 이렇게 함으로써, BS(14-i)는 시간(T1+tx+2dOW)에서 신호(S2)의 수신을 시작할 것이다.
상기 수신된 신호(S2)를 복조하기 위해서는, 먼저 BS(14-i)가 신호(S2)를 검출할 필요가 있다. 각 무선부는 이동 전화기 신호를 검출하는 장치인 상관기를 포함한다. 상기 상관기는, 예컨대, 착신 신호를 PN 시퀀스로 승산하여 이동 전화기 신호(S2)를 검출하며, 여기서 PN 시퀀스는 상기 (PN 시퀀스와 착신 신호와의) 곱의 결과가 이동 전화기 신호(S2)의 검출을 표시하는 임계값을 초과할 때까지 소정의 시간 기간(본 명세서에서는 탐색창(Wn)으로서 참조됨)에 걸쳐 불연속한 스텝으로 시간 시프트된 것이다. BS(14-i)는, 탐색창(Wn)의 범위 내에서 신호(S2)를 수신하기 시작하지 못하는 경우에, (도 2에 참조된 타이밍 프로토콜을 사용하여) 신호(S2)를 검출하는 것이 불가능할 것이다.
BS(14-i)가 탐색창(Wn)의 범위 내에서 신호(S2)의 수신을 시작하도록 보장하기 위해서는, 탐색창(Wn)은, (이동 전화기와 기지국간 직선 경로 또는 가시선 경로(line-of-sight path)를 주행하는) 신호(S2)가 셀(18-i) 내의 이동 전화기(16-k)의 위치에 무관하게 도착 가능한 시간을 포함하는 시간 기간을 범위 내로 하고 있어야 한다. 상술한 타이밍 프로토콜에 의하면, 기지국(14-i)은 프레임 경계보다는 빠르지 않게, 그리고 이 프레임 경계 이후의 시간(2dOW-radius)보다 늦지 않게 신호(S2)를 수신할 것으로 예상할 수 있으며, 여기서 dOW-radius는 반경 Ri과 동일한 거리를 주행하는 신호의 일방향 전파지연이다(2dOW-radius는 왕복 주행 전파지연이다). 이에 따라, 탐색창(Wn)은 시간 Tn에서 시작하여 시간 Tn+2dOW-radius보다 빠르지 않게 종료하는 적어도 2dOW-radius의 범위에 걸치게 된다. 실제에 있어서, 탐색창(Wn)의 범위는 셀(18-i)의 유효반경(또는 사이즈)(본 명세서에서는 기지국의 액세스 범위로 참조된다)을 제한하고 있다.
탐색창(Wn)의 범위는 상관기의 실시 형태에 의존하고 있다. 보통, 상관기는 (기지국으로부터 이동 전화기 사이에서 왕복 주행하는 신호의) 왕복 주행 지연을 나타내는 소정 수의 비트(본 명세서에서는 "비트 제한"으로도 참조되고 있다)를 갖는 응용 주문형 집적회로의 형태(이하, "ASIC 상관기"라 함)로 구현된다. 그러한 비트 제한는, 상술한 바와같이, 셀(18-i)의 유효 사이즈나 기지국(14-i)의 액세스 범위를 제한하는 탐색창의 범위를 제한한다. 비트 제한에 의해 탐색창(Wn)이 2dOW-radius보다 작은 범위로 제한되지 않는 한, 기지국(14-i)은 (Ri가원주 상의 전체 지점에서 같다고 하면) 셀(18-i) 내의 어떤 장소에서 어떤 이동 전화기에 의해 전송되는 신호(S2)라도 그것을 검출하는 것이 가능하게 될 것이다.
IS-95 기초의 CDMA 무선 통신 시스템에서의 기지국의 전형적인 실시 형태에서는 왕복 주행 지연을 나타내는 12 비트 제한을 갖는 ASIC 상관기를 포함하고있다. 지연에 대해 미세 분해능을 갖기 위해서, 최소 분해능 단위로서 1/8 PN 칩의 전형적인 값이 사용된다. 1/8 PN 칩의 단위에서의 12 비트 제한(또는 왕복 주행 지연의 표시)는 512 PN 칩의 범위(즉, 212(bits) × 1/8 PN (chips/bits))를 제공한다. 1.2288MHz의 전송 대역폭의 경우(IS-95 기초 CDMA 무선 통신 시스템에서 전형적인 경우이다), 12비트 제한은 416㎲(즉, 512 PN 칩 ÷ 1.2288 PN 칩/㎲)의 왕복 지연을 나타낼 수 있다. 5.33(㎲/miles)의 공중 전파 지연에 있어서, 416㎲ 왕복 주행 지연(또는 208㎲ 일방향 지연)은, 이동 전화기가 기지국으로부터 대략 39마일(즉, 208㎲÷5.33(㎲/mile))에 위치하는 경우, 무선 경로에서의 손실이 적고 탐색창이 정확하게 구성되어 있다면, 기지국과의 통신이 가능한 제한(limitation)을 나타낸다-즉, 대략 39마일의 최대 반경 Ri(또는 최대 왕복 주행 지연)을 갖는 셀에 대해 12비트 제한(또는 512 시간 칩 지연 인덱스 표현)이 고려된다. 종래 타이밍 프로토콜에 따라서, 이동 전화기에 의해 BS(14-i)의 39마일을 넘어서 전송된 신호는 어떤 탐색창(Wn)의 범위 내의 BS(14-i)에는 도착할 수 없기 때문에, 12비트 ASIC 상관기를 사용하여 신뢰성 있게 검출하는 것은 불가능할 것이다.
최근에는, 셀 크기나 액세스 범위가 ASIC 상관기의 12비트 제한(즉, 39 마일) 이상으로 확장되는 경우에, ASIC 상관기를 다시 설계하지 않으면 안되었다. 구체적으로 설명하면, ASIC 상관기는 그것의 액세스 범위인 12비트 제한을 넘어서 위치하고 있는 이동 전화기에 의해 전송된 신호도 또한 검출할 수 있도록 비트 제한을 증가시키기 위해서 재설계되지 않으면 안된다. ASIC 상관기의 재설계는 그러나 바람직한 것은 아니며 작은 스케일의 애플리케이션에 대해서는 경제적이지 못할 것이다. 그러므로, ASIC 상관기의 재설계와 관련된 높은 비용을 초래함이 없이 기지국의 셀 크기 또는 액세스 범위를 확장할 필요가 있다.
도 1은 주지의 IS-95 규격에 기초한 코드 분할 다중 접근(CDMA) 기법을 채택한 무선 통신 시스템을 도시한 도면.
도 2는 상기 IS-95 규격에 기초하는 타이밍 프로토콜의 일예에 따라 사용되는 타이밍 스케줄을 도시한 도면.
도 3은 도 2의 타이밍 스케줄에 따라 기지국과 이동 전화기에 의한 송수신의 순서를 도시하는 타임 챠트.
도 4는 본 발명의 코드 분할 다중 접근 방식의 주지의 IS-95 규격에 기초한 기지국을 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 사용된 타이밍 프로토콜에 대한 타이밍 스케줄을 도시한 도면.
도 6은 확장된 셀 내에 위치한 기지국과 이동 전화기에 의한 송수신의 순서를 도시하는 타임 챠트.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 사용된 타이밍 프로토콜에 대한 타이밍 스케줄을 도시한 도면.
도 8은 본 발명에 의해 사용된 계층적 셀 구조를 갖는 기지국을 도시한 도면.
도 9는 도 8의 기지국에 의해 사용된 제1 및 제2 타이밍 프로토콜을 채택하고 있는 타이밍 스케줄을 도시한 도면.
도 10은 내반경과 외반경의 마이크로 셀 및 매크로 셀을 가지는 기지국을 도시한 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
30 : 기지국 32, 34 : 셀
본 발명은 확장된 범위의 동심 셀 기지국을 갖는 무선 통신 시스템에서 핸드오프를 행하는 방법에 관한 것으로, 상기 동심 셀 기지국은 기지국의 액세스 범위를 확장하기 위해 복수의 타이밍 프로토콜을 채택하고 있는 마이크로 셀과 매크로 셀을 가지고 있다. 일예에서, 상기 기지국은 이동 전화기의 현재 장소와 이전 장소를 표시하는 절대 경로 지연 정보를 사용하여 핸드오프를 실행할 것인 지를 결정한다. 상기 절대 경로 지연 정보가 이동 전화기가 매크로 셀과 마이크로 셀 사이에서, 또는 다른 기지국과 관련된 셀로 이동하고 있는지를 표시한다면, 현재 기지국은 이동 전화기가 이동하고 있는 쪽의 마이크로 셀이나 매크로 셀, 또는 기지국과 관련되는 주파수 대역으로 핸드오프를 행하라고 지시한다.
본 발명의 특징과 양상 및 이점에 대해서는 이하의 설명과 첨부한 특허청구범위, 및 도면을 참조하면 잘 알 수 있게 될 것이다.
도 4는 본 발명에 의해 사용된 코드 분할 다중 액세스에 대한 주지의 IS-95 규격에 기초한 기지국(30)을 도시하고 있다. 기지국(30)은 기지국 신호를 변조하고 이동 전화기로 전송하며 또한 셀(34) 내의 이동 전화기로부터 이동 전화기 신호를 수신하여 복조하는 무선부와 안테나, 및 주지의 전역 위치 위성을 사용하여 타이밍 정보를 수신하는 GPS 수신기를 포함한다. 각 무선부는 이동 전화기 신호를 검출하여 복조할 수 있도록 되어 있는 ASIC 형태로 구현된 상관기(이하 "ASIC 상관기"라 함)를 포함한다.
설명의 목적상, ASIC 상관기는, 종래 기술 부분에서 설명한 바와같이, 왕복 주행 지연(기지국(30)으로부터 이동 전화기로, 다시 기지국(30)으로 주행하는 신호의 왕복 주행 지연)을 나타내는 12비트 제한(또는 512 PN 칩)을 가지고 있다. 그러나, 본 발명은 12비트 제한을 갖는 ASIC 상관기에 국한되는 것은 아니다. 본 발명이 다른 비트 제한을 갖는 ASCI 상관기나 ASIC 와는 다른 형태로 구현된 상관기를 갖는 기지국에도 똑같이 적용될 수 있음은 당업자에게는 명백한 것이다. 12비트(또는 512 PN 칩) ASIC 상관기는 범위가 대략 416㎲인 탐색창(Wn)을 갖는다. IS-95 규격에 기초한 타이밍 프로토콜을 사용하는 종래의 CDMA 무선 통신 시스템에 있어서, 그러한 탐색창(Wn)은 시간 Fn(프레임의 시작을 표시)에서 시작하여 시간 Fn+ 416㎲에 종료하도록 구성되고 이러한 창으로 기지국(30)은 이의 대략 39마일 내에 위치한 이동 전화기로부터 전송된 신호를 검출할 수 있을 것이다. 따라서, 기지국(30)의 39 마일을 넘어 위치하고 있는 이동 전화기는 12비트 ASIC 상관기를 구비한 기지국(30)의 액세스 범위를 넘어선 것으로 간주될 것이다.
셀(34)은 외반경 Router(또는 R34) 및 내반경 Rinner(또는 R32)를 가지며, 외반경 Router은 ASIC 상관기 비트 제한의 액세스 범위를 넘어선 거리일 수 있고(예컨대 12비트 제한의 ASIC 상관기에 있어서 Router〉 39마일), 내반경 Rinner은 Router보다 작고, 반경(Router, Rinner)간의 차ΔR은 ASIC 상관기 비트 제한에 상당하는 거리(또는 최대 왕복 주행 지연)보다 크지 않을 것이다(예컨대, ΔR ≤39마일). 그러므로, 본 발명에 의하면, 셀(34)의 부분이 ASIC 상관기 비트 제한의 액세스 범위를 초과할 수 있다.
본 발명은, ASIC 상관기를 재설계하지 않고도, 기지국(30)이 ASIC 상관기 비트 제한의 액세스 범위를 넘어선 장소(예컨대, 39마일 이상)뿐만 아니라 셀(34) 내에 어떤 장소에 위치된 전화기로부터 전송되는 신호를 검출할 수 있도록 한 것이다. 이와같은 본 발명은 탐색창 및/또는 기지국 전송 시간이 프레임 경계를 기준으로 시프트되게 함으로써, ASIC 상관기의 비트 제한 밖의 위치에 있는 이동 전화기에 의해 전송된 신호를 탐색창 내에서 수신될 수 있게 한 수정된 타이밍 프로토콜을 사용하여 달성된다. 본 발명의 상기 구성은 프레임 경계를 기준으로 하여 시간 r에서 기지국 신호를 전송하도록 한 것과, 시간 r 이후에 시간 q에서 시작하고 q+p에서 종료하는 탐색창(Wn)을 구성한 것을 포함하고 있으며, 여기서 q는 기지국과 셀(34)의 내반경 간을 1회 왕복 주행하는 신호에 상당하는 전파지연을 표현하기 위해 0보다는 크게 한 타이밍 값이고(즉, q는 제로보다는 크고 내반경 Rinner에2배인거리의 전파지연에 상당한다), p는 이동 전화기 신호가 상관되고 그에 따라 검출되는 ASIC 상관기 비트 제한 또는 시간 기간에 상당하는 시간간격을 나타낸다.
일실시예에서, 본 발명은 타이밍 어드밴스(timing advance) 기법을 채택한 수정된 타이밍 프로토콜을 사용한다. 도 5는 본 발명의 본 실시예에 따라 사용된 타이밍 프로토콜에 대한 타이밍 스케줄(50)을 도시한 것이다. 타이밍 스케줄(50)은 일련의 프레임(52-n)을 포함하며, 각각의 프레임(52-n)의 시간 간격은 f이고, 각각의 프레임(52-n)의 시작은 GPS 수신기를 사용하여 GPS 시간에 일치한 시간 Fn에서 프레임 경계로 표시된다. 본 발명의 수정된 타이밍 프로토콜에 의하여, 기지국(30)은 프레임 경계 전의 시간 q(즉 시간 Fn-q)에서 기지국 신호의 전송을 시작하고, 시간 Fn부터 시간 Fn+p보다 늦지 않게 종료하는 탐색창(Wn) 내에서 이동 전화기 신호를 탐색하도록 구성된다. 마찬가지로, 이동 전화기(38)는 기지국 신호의 수신을 시작한 후에 프레임 시간 간격의 몇 배(x)(즉, fx)에서 신호의 전송을 시작하도록 구성되며, 여기서 x는 제로 이상의 임의 정수이다.
도 6은 기지국(30)과 셀(34) 내의 임의의 곳에 위치할 수 있는 이동 전화기(38)에 의해 도 5의 타이밍 프로토콜에 따라 전송 및 수신하는 순서를 도시한 타임도(60)이다. 기지국(30)은 시간 F1-q에서 기지국 신호(S1) 전송을 시작한다. 이동 전화기(38)는 시간 F1-q+dOW에서 신호(S1)의 전송을 시작하며, dOW는 기지국(30)에서 이동 전화기(38)까지의(또는 이동 전화기(38)에서 기지국(30)까지) 일방향 전파지연이다. 설명의 용이함을 위해, 기지국(30)에서 이동 전화기(38)까지의 전파지연은 이동 전화기(38)에서 기지국(30)까지의 전파지연과 동일한 것으로 가정한다. 이동 전화기(38)가 이동 전화기 신호(S2)를 기지국(30)에 전송하면, 이동 전화기(38)는 이동 전화기(38)가 신호(S2)의 전송을 시작하기 전에 신호(S1)의 수신을 시작할 때부터 프레임 시간간격을 X 배한 시간 간격(즉, fx) 동안 대기한다. 따라서, 이동 전화기(38)는 어떤 시간 F1-q+dOW+fx(또는 몇 개의 프레임 경계 후에)에서 신호(S2)의 전송을 시작할 것이다. 이동 전화기(38)에서 기지국(30)까지의 전파지연 dOW때문에, 기지국(30)은 어떤 시간 F1-q+dOW+fx+dOW(또는 F1-q+2dOW+fx)에서 신호 수신을 시작할 것이며, 이것은 시간 Fn(즉, 프레임 경계)와 시간 Fn+q 사이에 수신될 신호의 위치를 정하며, 여기서 p=416㎲는 ASCI 상관기 비트 제한(또는 탐색창(Wn)의 범위 내)에 대응한다. 신호(S2)는 이때 검출되어 이 분야에 공지된 기술을 사용하여 처리된다. 따라서, 기지국(30)이 시간 Fn-q에서 신호(S1)를 전송하면 이동 전화기(38)에 의해 전송된 신호를 탐색창(Wn) 내에서 수신할 수 있기 때문에, 기지국(30)은 이동 전화기(38)가 ASIC 상관기 비트 제한의 액세스 범위를 넘는 경우에도 이동 전화기 신호를 검출하여 복조할 수 있게 된다.
예컨대, Rinner이 39마일이고 Router이 78마일이라 하고 따라서 ΔR이 38마일로서 12비트 ASIC 상관기 한계에 대응하는 거리와 같은 것일 때, 이 예에서, 기지국(30)은 프레임 경계 이전에 시간 q=416㎲(즉, 2 x 39마일 x 5.33㎲/마일)에서 전송을 시작할 것이므로, 기지국(30)은 시간 Fn과 Fn+q 사이에서 이동 전화기 신호를 수신할 수 있게 되며, 여기서 p=416㎲는 ASCI 상관기 비트 제한(또는 탐색창(Wn)의 범위 내)에 대응한다.
또 다른 예에서, 셀(34)이 내반경 Rinner이 20마일 및 외반경 Router이 48마일을 갖는다고 가정한다. 따라서, ΔR은 39마일 미만(또는 12비트 ASIC 상관기의 한계에 대응하는 거리)이 되고, q의 값은 96㎲(2 x (48-39)마일 x 5.33㎲/마일)과 213.2㎲(즉, 2 x 20마일 x 5.33㎲/마일) 사이가 될 수 있어 셀(34) 내의 임의의 이동 전화기에 의해 전송된 신호를 프레임 경계에서 시작하여 프레임 경계 후 시간 p=416㎲에서 끝나는 탐색창(Wn)의 범위 내에서 확실히 수신할 수 있고 또는 수신 가능성이 증가될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 기지국(30)은 시프트된 또는 오프셋된 탐색창(Wn)을 사용하는 수정된 타이밍 프로토콜을 사용하여 이동 전화기(38)로부터 전송된 신호를 검출하도록 동작한다. 도 7은 발명의 본 실시예에 따라 사용된 타이밍 프로토콜에 대한 타이밍 스케줄(70)을 도시한 것이다. 타이밍 스케줄(70)에 따라, 기지국(30)은 프레임 경계에서 신호 전송을 시작하고, 시간 Fn+q부터 시간 Fn+q+p보다 늦지 않게 끝나는 시프트된 탐색창(Wn) 내에서 이동 전화기 신호를 탐색하도록 구성된다. 마찬가지로, 이동 전화기(38)는 이동 전화기가 기지국신호 수신을 시작한 후에 프레임 시간간격의 수배(x)(즉, fx)에서 신호 전송을 시작하도록 구성된다. 타이밍 스케줄(50)처럼, 타이밍 스케줄(70)을 사용한 기지국(30)은 (시프트된) 탐색창(Wn) 내에서 이동 전화기(38)로부터 전송된 신호를 수신하기 시작할 것이다.
본 발명의 수정된 타이밍 프로토콜만을 사용하는 기지국은 셀(32) 내에 위치한 이동 전화기에 의해 전송된 이동 전화기 신호를 검출하는 것이 불가능하게 될 수 있음을 유의하길 바란다. 그러한 이동 전화기 신호의 검출을 가능케 하기 위해서, 본 발명은, 본 명세서에 설명된 바와같이, 셀(34) 내에 위치한 이동 전화기와 통신하는데 사용되는 타이밍 프로토콜 및 주파수 대역과는 다른 타이밍 프로토콜 및 주파수 대역을 사용한다.
도 8은 본 발명에 의해 사용된 계층적 셀 구조를 갖는 기지국(80)을 도시한 것이다. 기지국(80)은 마이크로 셀(82) 및 매크로 셀(94)과 관련되어 있다. 마이크로 셀(82)은 마이크로 셀 반경(Rmicro또는 R82)을 가지며, 마이크로 셀의 반경 Rmicro은 ASIC 상관기 비트 제한에 대응하는 거리보다 작거나 같다(예컨대, Rmicro≤39마일). 매크로 셀(84)은 매크로 셀의 외반경(Rmacro-outer또는 R84)과 내반경(Rmacro-inner또는 R86)을 가지며, 매크로 셀의 내반경(Rmacro-inner)은 제로보다 크며 Rmacro보다 작거나 같고, 매크로 셀의 외, 내반경(Rmacro-outer,Rmacro-inner)간의 차 ΔR는 ASIC 상관기 비트 제한에 대응하는 거리보다 크지 않을 것이다(예컨대, 12비트 ASIC 상관기에 있어서는 ΔR≤39마일). 도 8은 마이크로 셀(82) 및 매크로 셀(84)을 2개의 별개의 셀로서 도시하고 있으나, 마이크로 셀(82) 및 매크로 셀(84)은 부분적으로 중첩될 수도 있음은 물론이다.
기지국(80)은 복수의 무선부(90), 하나 이상의 안테나(92) 및 GPS 수신기(94)를 포함한다. 복수의 무선부(90) 각각은 제1 주파수 대역 freq1및/또는 제2 주파수 대역 freq2를 사용하여 신호를 변조와 복조를 행하도록 동작하며, 여기서 제1 주파수 대역 freq1및 제2 주파수 대역 freq2는 서로 다른 주파수 대역이며, 주파수 대역 freq1및 freq2의 각각은 업링크 및 다운링크 주파수 채널을 포함하고 있다. 각각의 무선부(90)는 ASIC 형태로 구현되는 상관기(96)를 포함한다. 안테나(92)는 제1 주파수 대역 freq1및/또는 제2 주파수 대역 freq2를 사용하여 신호를 송수신하도록 동작한다. 기지국(80)(또는 무선부(90))은 주파수 대역(freq1)을 사용하여 신호를 전송하도록 구성되어 있기 때문에, 마이크로 셀(82) 내에 위치한 이동 전화기는 freq1파일럿 신호(즉, 주파수 대역 freq1을 사용하여 전송되는 파일럿 신호)를 충분한 신호 강도로 수신하나, 마이크로 셀(82)이 아닌 매크로 셀(84) 내에 위치한 이동 전화기는 freq1파일럿 신호를 충분한 신호 강도로 수신하지 못한다.
기지국(80)은 제1 주파수 대역 freq1및 제1 타이밍 프로토콜을 사용하여 마이크로 셀(82) 내에 이동 전화기(86)와 같은 이동 전화기에 무선 통신 서비스를 제공한다. 일 실시예에서 제1 타이밍 프로토콜은 앞서 발명의 배경설명에서 기술한 바와 같이 IS-95 기반 CDMA 무선 통신 시스템에서 현재 사용되는 타이밍 프로토콜이다. 기지국(80)은 제2 주파수 대역 freq2및 제2 타이밍 프로토콜을 사용하여 매크로 셀(84) 내에 이동 전화기(88)와 같은 이동 전화기에 무선 통신 서비스를 제공한다. 제2 타이밍 프로토콜은 전술한 본 발명의 수정된 타이밍 프로토콜 중 어느 하나가 될 수 있다. 설명의 목적상, 본 발명은 여기에서 도 5에 도시한 타이밍 프로토콜을 참조하여 기술한다. 도 9에는 제1 및 제2 타이밍 프로토콜에 대한 타이밍 스케줄(100)이 도시되어 있다. 타이밍 스케줄(100)은 일련의 프레임(102-n)을 포함하며, 각각의 프레임(102-n)의 시간간격은 f이며, 각각의 프레임(102-n)의 시작은 GPS 수신기(94)를 사용하여 GPS 시간에 일치한 시간 Fn에서 프레임 경계로 표시된다. 제1 타이밍 프로토콜에 따라, 기지국(80)은 프레임 경계에서 제1 주파수 대역 freq1을 사용하여 기지국 신호의 전송을 시작하고, 시간 fn부터 fn+p1보다 늦지 않게 끝나는 제1 탐색창(Wn) 내에서 제1 주파수 대역 freq1을 사용하여 이동 전화기 신호를 탐색하도록 구성되며, 여기서 p1은 제1 탐색창 또는 이에 관련된 상관기의 비트 제한에 대응하는 시간간격을 나타낸다. 이와는 대조적으로, 제2 타이밍 프로토콜에 따라, 기지국(80)은 프레임 경계 이전의 시간 q에서 제2 주파수 대역 freq2를 사용하여 기지국 신호의 전송을 시작하도록 구성되며, 이 경우 타이밍 어드밴스 값(q)은 기지국으로부터 거리 Rmicro-inner를 1회 왕복 주행하는 신호에 대응하는 전파지연을 나타낸다. 기지국(80)은 Fn부터 Fn+p2보다 늦지 않도록 종료하는 제 2 탐색창(W2-n) 내에서 제 2 주파수 대역 freq2를 사용하여 이동 전화기 신호를 탐색할 것이며, 여기서 p2는 제2 탐색창 또는 이에 관련된 상관기의 비트 제한에 대응하는 시간간격을 나타내는 것이다.
기지국(80)을 왕복 주행하는 신호의 왕복지연을 나타내는 비트 제한이 동일하거나 서로 다른 상관기들을 사용할 수도 있음을 알아야 한다. 예컨대, 기지국(80)은 제1 타이밍 프로토콜에 관련해서는 g-비트 ASIC 상관기를 사용할 수 있으며 제2 타이밍 프로토콜에 관련해서는 h-비트 ASIC 상관기를 사용할 수도 있으며, 여기서 g 및 h는 제로가 아닌 정의 정수값이다. 이러한 경우, g-비트 ASIC 상관기에 대한 탐색창은 p1의 기간이 될 수 있고, h-비트 상관기에 대한 탐색창은 p2기간이 될 수 있다. 그러나, 설명의 용이함을 위해서, 제1 및 제2 탐색창(W1-n, W2-n)(도 9에 도시한)에 대해 사용되는 ASIC 상관기는 동일한 비트 제한을 갖는다고 가정한다.
이동 전화기(86, 88)는 이동 전화기가 기지국 신호의 수신을 시작한 후에 몇배(x)의 프레임 시간간격(즉, fx)에서 신호 전송을 시작하도록 구성되며, 여기서 x는 제로보다 크거나 제로인 어떤 정수이다. 이동 전화기(86, 88)가 제 1 및 제 2 주파수 대역(freq1, freq2)중 어떤 것을 사용하여 신호를 전송하여야 하는 지는 이동 전화기(86, 88)의 존재 여부에 의존한다. 예컨대, 이동 전화기(86)는, 셀(82)에 위치하고 것으로서 도시되어 있기 때문에, 신호를 전송을 위해서 주파수 대역(freq1)을 사용할 것이다. 따라서, 기지국(80)은 주파수 대역 freq1을 사용하여 이동 전화기(86)에 의해 전송된 신호를, 탐색창(Wn)의 범위 내에서 수신할 수 있다.
기지국(80)에 접속동작(예를 들면, 시스템 접속)을 쉽게 하기 위해서, 이동 전화기(86, 88)는 먼저 freq1파일럿 신호를 탐색하도록 구성되어야 한다. 이동 전화기(86, 88)가 충분한 신호 강도를 갖는 freq1의파일럿 신호(즉, 파일럿 신호 강도=Rx 파일럿 파워/전체 Rx 파워 ≥어떤 임계레벨의 경우, 예컨대 -14dB)를 검출한다면, 이동 전화기(86, 88)는 주파수 대역 freq1을 사용하여 기지국(80)과 통신할 것이다(또는 신호를 기지국(80)에 전송할 것이다). 그렇지 않다면, 이동 전화기(86, 88)은 freq2파일럿 신호(즉, 주파수 대역 freq2를 사용하여 전송되는 파일럿 신호)를 탐색할 것이며, 이러한 파일럿 신호의 검출시, 이동 전화기(86, 88)는 주파수 대역 freq2를 사용하여 기지국(80)과 통신할 것이다(또는 신호를 기지국(80)에 전송할 것이다). 이러한 구성에 의해서 이동 전화기(86, 88)는 이들이 마이크로 셀(82) 내에 위치하여 있을 때 주파수 대역 freq2이 아닌 주파수 대역 freq1를 사용하게 될 것이다. 마찬가지로, 이러한 구성에 의하면, 이동 전화기(86)는, 매크로 셀(84) 내에 위치하는 경우, 주파수 대역(freq1)이 아닌 주파수 대역(freq2)을 사용하게 될 것이다.
이동 전화기(86,88)는 마이크로 셀(82)과 매크로 셀(84) 사이에서 이동하거나, 또다른 기지국과 관련된 셀로 이동하기 때문에, 이동 전화기(86,88)와 기지국간의 통신을 유지하기 위해서(예컨대, 통화 유지) 핸드오프가 실행된다. 본 발명의 핸드오프 실행 방법은 이동 전화기의 장소에 따라 변화한다.
이동 전화기는, 마이크로 셀(82) 내에 위치하는 때, 제 1 주파수 대역(freq1)을 사용하여 기지국(80)과 통신을 행하고 있다. 핸드오프를 실행할 것인지를 결정하기 위해, 이동 전화기는 주파수 대역(freq1)으로 서비스를 행하는 기지국(즉, 이동 전화기와 통신을 행하는 기지국)의 파일롯(EC/IO)(즉, 총 파워에 대한 파일롯 파워의 비율)과 다른 기지국에 의해 전송되는 파일롯 신호(freq1)의 신호 세기를 측정한다. 이 측정값은 기지국(80)에 전송된다. 제 1 주파수 대역(freq1)으로 서비스를 행하는 기지국의 파일롯(EC/IO)이 제 1 임계값 보다 낮고, 다른 기지국에 의해 전송되는, 제 2 임계값 이상의 파일롯 신호(freq1)가 존재하지 않는 경우, 기지국(80)은 이동 전화기에 제 1 주파수 대역(freq1)으로부터 제 2 주파수 대역(freq2)으로 주파수간 핸드오프를 행하라고 (메시지를 통해) 지시한다. 이 주파수간 핸드오프를 실행하는 방법으로서는, 당 기술 분야에 주지된, MAHO(mobile assisted handoff) 기법에 의한 것이어도 좋고, 아니어도 좋다. 제 1 주파수 대역(freq1)으로 서비스를 행하는 기지국의 파일롯(EC/IO)이 제 1 임계값 보다 낮으나 다른 기지국에 의해 전송되는, 제 2 임계값 이상의 파일롯 신호(freq1)가 존재하는 경우에는, 기지국(80)은 이동 전화기에 후보 기지국(이 후보 기지국은 상기 제 2 임계값 이상의 파일롯 신호(freq1)와 관련된 기지국이다)으로 인트라-프리컨시(intra-frequency) 핸드오프 또는 소프트(soft) 핸드오프를 행하라고 (메시지를 통해) 지시한다.
이동 전화기는, 매크로 셀(84) 내에 위치하는 경우, 제 2 주파수 대역(freq2)을 사용하여 기지국(80)과 통신을 행하고 있다. 핸드오프를 행할 것인지를 결정하기 위해서, 이동 전화기는 주기적으로 freq1의 파일롯 신호들을 측정한다. 이 측정값은 기지국(80)에 전송된다. 상기 freq1의 파일롯 신호들의 신호 세기가 제 3 임계값 이상인 경우, 기지국(80)은 이동 전화기에 제 2 주파수 대역(freq2)으로부터 제 1 주파수 대역(freq1)으로 인터-프리컨시(inter-frequency) 핸드오프를 행하라고 (메시지를 통해) 지시한다. 상기 인터-프리컨시 핸드오프는 동일 기지국에서 매크로 셀과 마이크로 셀 간에 이루어지거나, 한 기지국의 매크로 셀과 다른 기지국의 셀(또는 마이클 셀) 간에도 이루어질 수 있다. 상기 제 1, 제 2, 및/또는 제 3 임계값은 동일한 값이거나 상이한 값일 수 있음을 유의하길 바란다.
매크로 셀(84)(또는 마이크로 셀(82)) 내의 이동 전화기가 인터-프리컨시 핸드오프를 위한 측정을 행하는 것이 불가능한 경우, 기지국(80)은 이동 전화기에게 절대 경로 지연 정보를 사용하여 인터-프리컨시 핸드오프를 행하기 위한 시기를 (메시지를 통해) 지시하며, 여기서 절대 경로 지연 정보란 이동 전화기가 기지국(80)으로부터 얼마다 멀리 떨어져 있는 지를 표시하는 것이다. 일실시예에서, 기지국(80)은 이동 전화기 신호를 검출하고 상기 검출된 이동 전화기 신호의 도착 시간을 정한다. 그러한 도착 시간은 절대 경로 지연 정보를 구하기 위해 사용되며, 다음에 이동 전화기가 매크로 셀(84)로부터 마이크로 셀(82)을 향하여 안쪽으로 이동하거나, 마이크로 셀(82)로부터 매크로 셀(84)을 향하여 바깥쪽으로 이동하고 있는 지를 결정하기 위해 사용된다. 기지국(80)이 상기 이동 전화기가 마이크로 셀(82)을 향하여 안쪽으로 (또는 매크로 셀(84)을 향하여 바깥쪽으로) 이동하고 있다고 결정한 경우에, 기지국(80)은 이동 전화기에 제 2 주파수 대역(freq2)으로부터 제 1 주파수 대역(freq1)(또는 제 1 주파수 대역(freq1)으로부터 제 2 주파수 대역(freq2))으로 인터-프리컨시 핸드오프를 행하라고 (메시지를 통해) 지시한다.
예컨대, 기지국(80)과 이동 전화기(88)가 (도 9에서 설명한 바와같은) 제 2 타이밍 프로토콜을 사용하여 통신을 행하고 있다고 하자. 즉, 기지국(80)이 제 2 주파수 대역(freq2)을 사용하여 프레임 경계 이전의 시간(q)에서 기지국 신호의 전송을 시작하고, 또한 시간(Fn)부터 시간(Fn+p)까지의 탐색창(Wn) 내에서 제 2 주파수 대역(freq2)을 사용하여 이동 전화기 신호를 탐색하도록 구성되어 있다고 가정하자. 기지국(80)은 Fn-q에서470㎲ 이후 이동 전화기(88)로부터 제 2 주파수 대역(freq2)의 신호를 검출한다. 그러므로, 절대(왕복 주행) 경로 지연 시간은 470㎲가 되고 이동 전화기(88)는 기지국(80)으로부터 거의 44.09(miles)(즉, 470㎲÷5.33(㎲/mile)÷2) 정도 떨어져 있는 것이다. 기지국(80)은 Fn-q에서440㎲ 이후 이동 전화기(88)로부터 제 2 주파수 대역(freq2)의 후속 신호를 검출한다. 그러므로, 절대(왕복 주행) 경로 지연 시간은 440㎲가 되며 이동 전화기(88)는 기지국(80)으로부터 거의 41.28(miles)(즉, 440㎲÷5.33(㎲/mile)÷2) 정도 떨어져 있는 것이다. 기지국(80)은, 상기 절대(왕복 주행) 경로 지연 정보에 기초하여, 이동 전화기(88)가 매크로 셀(84)로부터 마이크로 셀(82)을 향하여 안쪽으로 이동하고 있다고 결정할 수 있을 것이며 또한 이동 전화기(88)에 제 2 주파수 대역(freq2)으로부터 제 1 주파수 대역(freq1)으로 인터-프리컨시 핸드오프를 행하라고 (메시지를 통해) 지시할 수 있을 것이다.
본 발명에 의하면, 기지국(80)은, 절대 (왕복 주행) 경로 지연 정보에 기초하여, 이동 전화기(88)가 매크로 셀(84)로부터 마이크로 셀(82)을 향하여 이동하고 있거나 마이크로 셀(82)로부터 매크로 셀(84)을 향하여 바깥쪽으로 이동하고 있음을 결정할 수 있고 또한 이동 전화기(88)에 제 2 주파수 대역(freq2)으로부터 제 1 주파수 대역(freq1), 또는 제 1 주파수 대역(freq1)으로부터 제 2 주파수 대역(freq2)으로 인터-프리컨시 핸드오프를 행하라고 지시할 수 있다.
특정한 실시예를 참조하여 본 발명을 상술하였지만, 다른 변형도 이루어질 수 있다. 예컨대, 본 발명은 내반경과 외반경의 마이크로 셀과 매크로 셀(도 10 참조)을 갖는 기지국, 및 시분할 다중접속 등 다른 타입의 다중 액세스 기법을 채택한 무선 통신 시스템에도 적용될 수 있다. 그러므로, 본 발명의 범위와 사상이 상기 실시예들의 설명에 국한된 것은 아니다.

Claims (8)

  1. 적어도 1개의 확장된 범위의 동심 셀 기지국을 갖는 무선 통신 시스템에서 핸드오프를 행하기 위한 방법으로서, 상기 기지국은 마이크로 셀과 매크로 셀에 관련되어 있는, 상기 방법에 있어서,
    이동 전화기로부터 신호를 수신하는 단계;
    상기 수신된 신호를 사용하여 이동 전화기가 이동하고 있는 방향을 결정하는 단계;
    상기 이동 전화기가, 상기 마이크로 셀로부터 상기 매크로 셀을 향하여 바깥 쪽으로 이동하고 있으며 상기 마이크로 셀 내에 있는 경우에, 상기 이동 전화기에 상기 마이크로 셀과 관련된 제 1 주파수 대역으로부터 상기 매크로 셀과 관련된 제 2 주파수 대역으로 핸드오프를 행하라고 지시하는 제 1 메시지를 전송하는 단계; 및
    상기 이동 전화기가, 상기 매크로 셀로부터 상기 마이크로 셀을 향하여 안쪽으로 이동하고 있으며 상기 마이크로 셀 내에 있는 경우에, 상기 이동 전화기에 상기 제 2 주파수 대역으로부터 상기 제 1 주파수 대역으로 핸드오프를 행하라고 지시하는 제 2 메시지를 전송하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 이동 방향 결정 단계는;
    상기 수신된 신호에 대한 절대 경로 지연 정보를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 이동 전화기가 이동하고 있는 방향은 적어도 2개의 수신된 신호 신호의 절대 경로 지연 정보를 사용하여 결정되는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 이동 전화기는 제 1 수신 신호의 제 1 절대 경로 지연이 제 2 수신 신호의 제 2 절대 경로 지연 보다 큰 경우에 상기 매크로 셀로부터 상기 마이크로 셀로 이동하고 있는 것으로 결정되며, 상기 제 2 수신 신호는 후속하여 전송되는 이동 전화기 신호인 방법.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 이동 전화기는 제 1 수신 신호의 제 1 절대 경로 지연이 제 2 수신 신호의 제 2 절대 경로 지연 보다 작은 경우에 상기 마이크로 셀로부터 상기 매크로 셀로 이동하고 있는 것으로 결정되며, 상기 제 2 수신 신호는 후속하여 전송되는 이동 전화 신호인 방법.
  6. 적어도 1개의 확장된 범위의 동심 셀 기지국을 갖는 무선 통신 시스템에서 핸드오프를 행하는 방법으로서, 상기 동심 셀 기지국은 서비스를 제공하는(serving) 기지국이며 마이크로 셀과 매크로 셀에 관련되어 있는, 상기 방법에 있어서,
    이동 전화기로부터 제 1 주파수 대역의 상기 동심 셀 기지국에 대한 파일롯의 (EC/IO) 값을 수신하는 단계로서, 상기 제 1 주파수 대역은 상기 마이크로 셀과 관련되어 있는, 상기 수신 단계;
    상기 이동 전화기로부터 상기 제 1 주파수 대역에 전송되는 파일롯 신호에 대한 파일롯 신호의 세기량을 수신하는 단계; 및
    상기 수신된 파일롯의 (EC/IO)의 값이 제 1 임계값 이하이고 상기 수신된 파일롯 신호의 세기량이 제 2 임계값 이하인 경우에, 상기 이동 전화기에 제 2 주파수 대역으로 핸드오프를 행하라고 지시하는 메시지를 전송하는 단계로서, 상기 제 2 주파수 대역은 상기 매크로 셀과 관련되어 있는, 상기 전송 단계를 포함하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 이동 전화기에 다른 후보(candidate) 기지국으로 핸드오프를 행하라고 지시하는 메시지를 전송하는 단계로서, 상기 후보 기지국은 상기 제 1 주파수 대역을 사용하는 기지국이며 수신된 파일롯 신호의 세기량이 제 2 임계값 이상인 것과 관련되어 있는, 상기 단계를 추가로 포함하는 방법.
  8. 적어도 1개의 확장된 범위의 동심 셀 기지국을 갖는 무선 통신 시스템에서 이동 전화기에 의한 핸드오프를 실행하기 위한 방법으로서, 상기 기지국은 제 1 주파수 대역과 관련되어 있는 마이크로 셀과 제 2 주파수 대역과 관련되어 있는 매크로 셀을 갖는, 상기 방법에 있어서,
    상기 제 2 주파수 대역을 사용하는 기지국과 통신을 행하는 이동 전화기로부터 제 1 주파수 대역의 파일롯 신호에 대한 파일롯 신호의 세기량을 수신하는 단계; 및
    상기 파일롯 신호의 세기량이 임계값 이상의 파일롯 신호의 세기를 나타내는 경우, 상기 이동 전화기에 상기 제 1 주파수 대역으로 핸드오프를 행하라고 지시하는 메시지를 전송하는 단계를 포함하는 방법.
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