KR20050089697A - 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 단말의 이동성에 따른채널 변화에 대응하는 레인징 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 레인징 절차를 수행하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 광대역 무선 접속 통신 시스템의 이동 단말은, 제1 타이머의 타임아웃이 발생할 때마다 기지국과 레인징 동작을 수행하며, 상기 제1 타이머보다 짧은 제2 타이머의 타임아웃이 발생할 때마다 채널 상황을 판단하고, 상기 채널 상황이 양호하지 않으면 상기 기지국과 레인징 동작을 수행한다. 그리고 상기 레인징 동작을 수행한 이후에는 상기 제1 타이머와 상기 제2 타이머를 재설정한다. 또한 송신할 데이터가 존재하지 않는 슬립 모드의 이동 단말은 하향링크 신호의 수신이 가능한 청취구간에 도달할 때마다 및 상기 제2 타이머의 타임아웃이 발생할 때마다 채널 상황을 판단하여 상기 채널 상황이 양호하지 않으면 상기 기지국과 레인징 동작을 수행한 이후 송신할 데이터가 존재하는 어웨이크 모드로 천이한다. 이러한 본 발명은, 이동 단말의 이동성으로 인해 발생할 수 있는 채널 상황의 변화에 대처할 수 있으며, 슬립 모드에서 동작하는 경우에도 주기적인 채널 모니터링을 통해 채널 상황 변화로 인한 영향을 최소화할 수 있다.

Description

광대역 무선 접속 통신 시스템에서 단말의 이동성에 따른 채널 변화에 대응하는 레인징 방법{METHOD FOR RANGING TO COPE WITH CHANNEL VARIATIONS CAUSED BY MOBILITY IN A BROADBAND WIRELESS ACCESS COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 광대역 무선 접속 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 이동 가입자 단말기가 기지국과 시간 동기를 유지하고 채널 열화를 방지하기 위해 수행하는 주기적인 레인징 절차에서 이동 가입자 단말기가 이동함으로써 발생하는 채널 상태의 변화에 신속하게 적응하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.

차세대 통신 시스템인 4세대(4G: 4th Generation, 이하 '4G'라 칭하기로 한다) 통신 시스템에서는 약 100Mbps의 전송 속도를 가지는 다양한 서비스 품질(QoS: Quality of Service, 이하 'QoS'라 칭하기로 한다)을 가지는 서비스들을 사용자들에게 제공하기 위한 활발한 연구가 진행되고 있다. 현재 3세대(3G: 3rd Generation, 이하 '3G'라 칭하기로 한다) 통신 시스템은 일반적으로 비교적 열악한 채널 환경을 가지는 실외 채널 환경에서는 약 384kbps의 전송 속도를 지원하며, 비교적 양호한 채널 환경을 가지는 실내 채널 환경에서도 최대 2Mbps 정도의 전송 속도를 지원한다. 한편, 무선 근거리 통신 네트워크(LAN: Local Area Network, 이하 'LAN'이라 칭하기로 한다) 시스템 및 무선 도시 지역 네트워크(MAN: Metropolitan Area Network, 이하 'MAN'이라 칭하기로 한다) 시스템은 일반적으로 20Mbps ~ 50Mbps의 전송 속도를 지원한다. 그래서 현재 4G 통신 시스템에서는 비교적 높은 전송 속도를 보장하는 무선 LAN 시스템 및 무선 MAN 시스템에 이동성(mobility)과 QoS를 보장하는 형태로 새로운 통신 시스템을 개발하여 상기 4G 통신 시스템에서 제공하고자 하는 고속 서비스를 지원하도록 하는 연구가 활발하게 진행되고 있다.

그러나, 상기 무선 MAN 시스템은 그 서비스 영역(coverage)이 넓고, 고속의 전송 속도를 지원하기 때문에 고속 통신 서비스 지원에는 적합하나, 사용자, 즉 가입자 단말기(SS: Subscriber Station, 이하 'SS'라 칭하기로 한다)의 이동성을 전혀 고려하지 않은 시스템이기 때문에 SS의 고속 이동에 따라 발생할 수 있는 문제점을 해결하기 위한 방법이 고려되고 있지 않다. 상기 무선 MAN 시스템은 광대역 무선 접속(BWA: Broadband Wireless Access) 통신 시스템으로서, 상기 무선 LAN 시스템에 비해서 그 서비스 영역이 넓고 더 고속의 전송 속도를 지원한다. 상기 무선 MAN 시스템의 물리 채널(physical channel)에 광대역(broadband) 전송 네트워크를 지원하기 위해 직교 주파수 분할 다중(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 'OFDM'이라 칭하기로 한다) 방식 및 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access, 이하 'OFDMA'이라 칭하기로 한다) 방식을 적용한 시스템이 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16a 통신 시스템이다. 상기 IEEE 802.16a 통신 시스템은 상기 무선 MAN 시스템에 OFDM/OFDMA 방식을 적용하기 때문에 다수의 서브 캐리어(sub-carrier)들을 사용하여 물리 채널 신호를 송신함으로써 고속 데이터 송신이 가능하다.

한편, IEEE 802.16e 통신 시스템은 상술한 IEEE 802.16a 통신 시스템에 가입자 단말기의 이동성을 고려하는 시스템으로서, 현재 상기 IEEE 802.16e 통신 시스템에 대해서는 구체적으로 규정된 바가 존재하지 않는다. 상기 IEEE 802.16e 통신 시스템은 상술한 바와 같이 가입자 단말기의 이동성을 고려한 시스템이므로, 상기 가입자 단말기를 표현함에 있어 상기 'SS(Subscriber Station)'의 표현과 함께 'MS(Mobile Station)' 또는 'MSS(Mobile Subscriber Station)'의 표현을 혼용하여 사용하기로 한다. 즉, 상기 'MS' 또는 'MSS'는 상기 'SS'에 이동성을 부여한 개념으로 이해될 수 있다. 결과적으로 IEEE 802.16a 통신 시스템 및 IEEE 802.16e 통신 시스템 모두는 OFDM/OFDMA 방식을 사용하는 광대역 무선 접속 통신 시스템이다.

도 1은 직교 주파수 분할 다중/직교 주파수 분할 다중 접속(OFDM/OFDMA) 방식을 사용하는 광대역 무선 접속 통신 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면으로서, 특히 IEEE 802.16e 통신 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

상기 도 1을 참조하면, 상기 IEEE 802.16e 통신 시스템은 다중 셀 구조로, 셀들(100,150)을 포함하며, 상기 셀(100)을 관장하는 기지국(BS: Base Station)(110)과, 상기 셀(150)을 관장하는 기지국(140)과, 다수의 MSS들(111),(113),(130),(151),(153)로 구성된다. 상기 기지국들(110),(140)과 상기 MSS들(111),(113),(130),(151),(153)간의 신호 송수신은 상기 OFDM/OFDMA 방식을 사용하여 이루어진다. 상기 MSS들(111),(113),(130),(151),(153) 중 MSS(130)는 상기 셀(100)과 상기 셀(150)의 경계 지역, 즉 핸드오버(handover) 영역에 존재한다. 즉, 상기 MSS(130)은 상기 기지국(110)과 신호를 송수신하는 중에 상기 기지국(140)이 관장하는 셀(150)쪽으로 이동하게 되면 그 서빙 기지국(serving BS)이 상기 기지국(110)에서 상기 기지국(140)으로 변경되게 된다.

IEEE 802.16e 통신 시스템은 MSS의 이동성을 고려하므로 상기 MSS의 전력 소모는 시스템 전체의 중요한 요인으로 작용하게 되며, 따라서 상기 MSS의 전력 소모를 최소화시키기 위한 MSS와 기지국간 슬립 모드(SLEEP MODE) 동작 및 상기 슬립 모드 동작에 대응되는 어웨이크 모드(AWAKE MODE) 동작이 제안되었다. 또한, MSS는 기지국과의 채널 상태의 변화에 대응하기 위해, 주기적으로 기지국과의 타이밍 오프셋(timing offset)과, 주파수 오프셋(frequency offset) 및 전력을 조정하는 레인징(ranging) 동작을 수행하게 된다. 특히, 상기 IEEE 802.16e 통신 시스템은 MSS의 이동성을 고려하므로 상기 레인징 동작 중 주기적 레인징(periodic ranging)에 대한 중요성이 부각되고 있다.

먼저, 도 2를 참조하여 일반적인 IEEE 802.16e 통신 시스템의 레인징 동작에 대해서 설명하기로 한다. 상기 도 2는 일반적인 IEEE 802.16e 통신 시스템의 레인징 과정을 개략적으로 도시한 신호 흐름도이다.

상기 도 2를 참조하면, 먼저 MSS(200)는 파워 온(power on)됨에 따라 상기 MSS(300)에 미리 설정되어 있는 모든 주파수 대역들을 모니터링하여 가장 센 크기, 즉 가장 센 캐리어 대 간섭 잡음비(CINR: Carrier to Interference and Noise Ratio, 이하 'CINR'이라 칭하기로 한다)를 가지는 파일럿(pilot)) 신호를 검출한다. 그리고, 상기 MSS(200)는 가장 센 CINR을 가지는 파일럿 신호를 송신한 기지국(220)을 상기 MSS(200) 자신이 현재 속해있는 기지국(220), 즉 서빙 기지국(serving BS)(220)으로 판단하고, 상기 서빙 기지국(220)에서 송신하는 다운 링크 프레임의 프리앰블(preamble)을 수신하여 상기 서빙 기지국(220)과의 시스템 동기를 획득한다.

상기에서 설명한 바와 같이 상기 MSS(200)와 서빙 기지국(220)간에 시스템 동기가 획득되면, 상기 서빙 기지국(220)은 상기 MSS(300)로 DL(DownLink)_MAP 메시지와 UL(Uplink)_MAP 메시지를 송신한다(211단계, 213단계). 여기서, 상기 DL_MAP 메시지 포맷은 하기 표 1에 나타낸 바와 같다.

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, DL_MAP 메시지는 다수의 IE들, 즉 송신되는 메시지의 타입을 나타내는 Management Message Type과, 동기를 획득하기 위해 물리 채널에 적용되는 변조 방식 및 복조 방식에 상응하게 설정되는 PHY(PHYsical) Synchronization과, 다운 링크 버스트 프로파일(burst profile)을 포함하고 있는 하향링크 채널 디스크립트(DCD: Downlink Channel Descript, 이하 'DCD'라 칭하기로 한다) 메시지의 구성(configuration) 변화에 상응하는 카운트(count)를 나타내는 DCD count와, 기지국 식별자(Base Station IDentifier)를 나타내는 Base Station ID와, 상기 Base Station ID 이후에 존재하는 엘리먼트들의 개수를 나타내는 Number of DL_MAP Elements n을 포함한다.

상기 표 1에 도시하지는 않았으나 OFDMA에서 레인징들에 각각 할당되는 레인징 코드들에 대한 정보가 더 포함될 수 있다. 특히, 상기 MSS(200)는 상기 DL_MAP 메시지를 통해서 상기 다운링크 프레임을 구성하는 다운링크 버스트(Burst)들에 대한 정보를 검출할 수 있다. 그래서, 상기 MSS는 상기 다운링크 프레임내의 다운링크 버스트들을 구분하여 상기 버스트내의 데이터, 즉 데이터 프레임을 수신하는 것이 가능하게 된다.

또한, 상기 UL_MAP 메시지 포맷은 하기 표 2에 나타낸 바와 같다.

상기 표 2에 나타낸 바와 같이, UL_MAP 메시지는 다수의 IE들, 즉 송신되는 메시지의 타입을 나타내는 Management Message Type과, 사용되는 업링크 채널 식별자(Uplink Channel ID)를 나타내는 Uplink Channel ID와, 업링크 버스트 프로파일을 포함하고 있는 업링크 채널 디스크립트(UCD: Uplink Channel Descript, 이하 'UCD'라 칭하기로 한다) 메시지의 구성 변화에 상응하는 카운트를 나타내는 UCD count와, 상기 UCD count 이후에 존재하는 엘리먼트들의 개수를 나타내는 Number of UL_MAP Elements n을 포함한다. 여기서, 상기 업링크 채널 식별자는 매체 접속 제어(MAC: Media Access Control, 이하 'MAC'이라 칭하기로 한다)-서브 계층(sublayer)에서 유일하게 할당된다.

한편, 상기 서빙 기지국(220)과 동기를 획득한 MSS(200)는, 즉 다운링크 및 업링크 제어 정보 및 실제 데이터 송수신 위치를 인식한 MSS(200)는 상기 서빙 기지국(220)으로 레인징 요구(RNG_REQ: Ranging Request, 이하 'RNG_REQ'라 칭하기로 한다) 메시지를 송신하고(215단계), 상기 RNG_REQ 메시지를 수신한 상기 서빙 기지국(220)은 상기 MSS(200)에게 상기 레인징을 위한 주파수, 시간 및 송신 전력을 보정하기 위한 정보들을 포함한 레인징 응답(RNG_RSP: Ranging Response, 이하 'RNG_RSP'라 칭하기로 한다) 메시지를 송신한다(217단계).

이미 언급한 바와 같이, 레인징은 초기 레인징(Initial Ranging)과, 유지 관리 레인징(Maintenance Ranging), 즉 주기적 레인징(Periodic Ranging)과, 대역 요구 레인징(Bandwidth Request Ranging)으로 분류된다. 상기 MSS는 상기 레인징 동작을 통해 업링크를 통해 데이터를 송신하기에 앞서 송신 전력을 조정하고, 타이밍 오프셋 및 주파수 오프셋을 보정할 수 있다.

첫 번째로 상기 초기 레인징에 대해서 설명하기로 한다. 초기 레인징은 기지국이 MSS와 동기를 획득하기 위해 수행되는 레인징으로서, 상기 초기 레인징은 상기 MSS와 기지국간에 정확한 시간 오프셋을 맞추고, 송신 전력을 조정하기 위해 수행되는 레인징이다. 즉, 상기 MSS는 파워 온한 후 DL_MAP 메시지 및 UL_MAP 메시지 등을 수신하여 기지국과 동기를 획득한 후, 상기 기지국과 상기 시간 오프셋과 송신 전력을 조정하기 위해서 상기 초기 레인징을 수행하는 것이다.

두 번째로 주기적 레인징에 대해서 설명하기로 한다. 주기적 레인징은 상기 초기 레인징을 통해 상기 기지국과 시간 오프셋 및 송신 전력을 조정한 MSS가 상기 기지국과 채널 상태 등을 조정하기 위해서 주기적으로 수행하는 레인징을 나타낸다.

세 번째로 대역 요청 레인징에 대해서 설명하기로 한다. 대역 요청 레인징은 상기 초기 레인징을 통해 기지국과 시간 오프셋 및 송신 전력을 조정한 MSS가 상기 기지국과 실제 통신을 수행하기 위해서 대역폭(bandwidth) 할당을 요청하는 레인징이다.

IEEE 802.16e 통신 시스템은 MSS의 이동성을 고려하므로 상기 MSS의 주기적 레인징은 신뢰성 있는 데이터 송수신을 위해 매우 중요한 요인으로 작용된다. 하지만 슬립 모드와는 달리 레인징은 고정 가입자 단말기인 SS만을 고려하는 IEEE 802.16a 통신 시스템에서 정의된 것을 IEEE 802.16e 통신 시스템에도 똑같이 적용해서 사용하고 있으므로 본 발명에서 레인징에 관한 설명을 할 때에는 두 시스템을 구별하지 않고 사용하도록 한다. 또한 이동성을 가진 MSS는 고정되어 있는 SS를 포괄하는 개념이므로 특별히 구별해야할 필요가 없을 경우에는 MSS로 통칭하기로 한다.

상기 주기적 레인징은 상기 MSS가 기지국과 신뢰성있는 통신을 수행하도록 하기 위해 필요한 파라미터의 측정 및 보정을 위한 동작으로서, 상기 기지국은 상기 MSS가 상기 주기적 레인징을 수행할 수 있도록, 즉 상기 MSS가 상기 기지국으로 레인징 요구 메시지를 송신할 수 있도록 업링크 자원을 할당해준다. 즉, 상기 기지국은 상기 MSS의 주기적 레인징을 위해 상기 MSS에 업링크 자원을 할당하고, 상기 업링크 자원 할당 정보를 UL_MAP 메시지를 통해 상기 MSS로 통보해준다.

그러면, 상기 MSS는 상기 할당받은 업링크 자원을 통해 상기 기지국으로 상기 레인징 요구 메시지를 송신하여 상기 기지국과 주기적 레인징 동작의 수행을 시작하게 된다.

상기 기지국은 상기 MSS로부터 수신되는 레인징 요구 메시지에 상응하여 상기 송신 전력 및 타이밍 오프셋과 주파수 오프셋을 보정한 후 상기 MSS로 레인징 요구 메시지에 대한 응답 메시지인 레인징 응답 메시지를 송신하여 상기 주기적 레인징을 종료하게 된다.

도 3은 전형적인 802.16e 시스템에서 단말이 주기적인 레인징을 수행하는 동작을 도시한 순서도이다.

상기 도 3을 참조하면, 300단계에서 단말은 초기 레인징 작업을 수행한 후 이벤트를 대기하고 있다. 정상적인 경우, 301단계에서 단말은 기지국으로부터 주기적으로 유니캐스트 레인징용 상향 링크 자원을 할당받고, 303단계에서 상기 상향 링크 자원을 적어도 한번은 할당 받아야 하는 최대 시간을 재는 T4 타이머를 재설정한 후, 305단계에서 상기 상향 링크 자원을 사용하여 데이터 혹은 패딩 데이터를 전송한다. 그리고 나면 단말은 새로운 이벤트를 기다리기 위해 300 단계로 돌아간다. 상기 T4는 유니캐스트 레인징 할당 주기의 최대 시간으로서, 최대 30초 이내의 설정 값을 가진다.

상기 단말에 의해 상기 상향 링크 자원을 통해 주기적으로 전송된 데이터를 받은 기지국은 상기 단말과의 채널 상황을 모니터링하다가 레인징이 필요하다고 결정을 하게 되면 레인징 응답 메시지를 전송한다. 이 때, 상기 레인징 응답 메시지의 레인징 상태 코드는, 상기 레인징 응답 메시지만으로 레인징 작업을 충분히 수행할 수 있다면 성공(success)으로 설정되고, 추가적인 레인징 작업이 필요하다면 지속(continue)이라고 설정되며, 레인징을 통해서 채널 상황을 개선하는 것이 불가능하다고 판단하게 되면 중단(abort)라고 설정된다.

321단계에서 기지국으로부터 상기 레인징 상태 코드를 포함한 레인징 응답 메시지가 단말로 수신되면, 단말은 323단계에서 레인징 요구 메시지에 대한 레인징 응답 메시지를 기다리는 시간을 측정하기 위한 타이머 T3을 정지시키고, 325단계에서 상기 레인징 상태 코드가 중단(Abort)인지 판단한다. 상기 T3은 레인징 요구 메시지를 전송한 뒤 레인징 응답 메시지를 수신하기까지의 최대 시간으로서, 최대 0.2초의 설정 값을 가진다. 만일 상기 레인징 상태 코드가 중단이면 311 단계에서 단말은 에러로 판단하여 MAC 프로토콜을 초기화한다. 반면 중단이 아니면, 즉 성공이나 지속이면 327에서 단말은 상기 레인징 응답 메시지에 포함된 파라미터로 물리 채널을 조절한다.

329단계에서 상기 물리채널의 조절에 성공하였는지가 판단된다. 만일 상기 물리채널의 조절이 성공하였으면 331단계에서 상기 레인징 상태 코드를 다시 확인한다. 상기 레인징 상태 코드가 성공이면, 300단계로 돌아간다. 반면 상기 레인징 상태 코드가 지속이면, 333에서 상기 레인징 요구 메시지가 다시 송신되며, 만일 타이머 T3이 동작하지 않을 경우라면 319단계에서 상기 타이머 T3이 다시 설정된다. 한편 상기 329단계에서 상기 물리 채널을 조절하는데 성공하지 못하였으면, 311단계에서 단말은 에러로 판단하여 MAC 프로토콜을 초기화한다.

313단계에서 상기 단말이 상향 링크 자원 할당을 받지 못한 채 T4 타이아웃이 발생하면, 단말은 채널 상황에 심각한 문제가 발생하였다고 보고 315 단계에서 경쟁 슬롯 방식(contention slots)을 이용하여 레인징 요구(RNG-REQ) 메시지를 송신한 뒤, 317 단계에서 타이머 T4를 초기화시킨다. 이때 타이머 T3가 동작하고 있지 않다면 319단계에서 타이머 T3이 설정된다. 레인징 요구 메시지를 전송한 이후 레인징 응답 메시지를 받지 못한 채 307단계에서 T3 타임아웃이 발생하면, 309단계에서 이동 단말은 몇 번의 T3 타임아웃이 발생했는지 검사한다. 상기 T3의 타임아웃 회수가 미리 설정되는 최대 횟수에 도달하였으면 311단계에서 이동 단말은 에러로 판단하여 MAC 프로토콜을 초기화한다. 그렇지 않으면 300단계로 돌아간다.

802.16e 시스템은 단말의 이동성을 고려한 광대역 데이터 통신 시스템으로 상향 링크의 동기 획득 및 송수신 전력 제어를 위해 레인징 동작을 필요로 한다. 특히 지속적인 채널 감시를 위해 주기적인 레인징을 필요로 하는데, 이때에 단말이 취할 수 있는 상태는 4가지이며 이를 위해 관리하는 타이머는 T3, T4 두 가지이다. 지금 현재 설정되어 있는 T4 타이머는 유니캐스트 레인징을 위해 자원을 할당을 기다리는 최대 시간을 나타내는 타이머로 최소 30초로 설정되어 있다. 보통 이보다 작은 값으로 유니캐스트 레인징이 이루어지지만 최악의 경우 유니캐스트 레인징을 위한 자원 할당이 T4 타이밍마다 발생할 수도 있다.

기존의 IEEE 802.16a에 따른 고정 단말의 경우에는 상기 T4 타이머의 설정 값이 비교적 길더라도 레인징 동작의 수행에는 큰 영향이 없었다. 그러나 IEEE 802.16e에 따른 이동 단말의 경우에는 예를 들어 60km의 속도로 이동시 최소 2~3초 동안에 한번은 레인징이 이루어져야만 동기를 유지할 수 있고 수신 전력이 열화되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 기존의 T4 값만으로 주기적인 레인징을 수행하는 경우, 이동 단말이 동기를 잃거나 수신 전력이 열화되는 경우가 빈번하게 발생할 수 있다.

그러나, 단말이 항상 고속으로 이동하는 것은 아니기 때문에 T4 값의 범위 자체를 줄이는 것은 레인징을 위한 메시지 송수신을 빈번하게 하여 데이터의 전송 효율을 떨어뜨릴 수 있다. 따라서 주기적인 레인징의 주기를 현재 시스템보다 줄이지 않으면서 단말의 이동성에 의한 동기 및 수신 전력 열화를 방지할 수 있는 방법의 필요성이 대두되고 있다.

한편, IEEE 802.16e 통신 시스템에서 전력 소모를 줄이기 위해 슬립 모드를 제공한다. 그런데 단말이 오랜 시간동안 슬립 구간(sleep interval)에 머무는 경우, 그 동안의 가입자 단말의 이동으로 인한 채널 상태의 변화에 대응하기 어렵게 된다. 이는 종래의 IEEE 802.16e 시스템에서 이동성을 가지는 가입자 단말기에 제안된 주기적인 레인징과 슬립 모드 동작이 서로의 연관성을 고려하지 않고 독립적으로 제안되어서, 각 동작은 서로에 대해 충분한 고려를 하지 못하였기 때문이다.

따라서 IEEE 802.16e 통신 시스템에서 가입자 단말기가 슬립 구간에서도 주기적으로 채널을 모니터링하여 필요한 경우에 레인징 동작을 통해 즉각적으로 채널 변화에 대처하여 기지국과 동기를 유지하고 채널의 열화를 막을 수 있는 기술을 필요로 하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 광대역 무선 접속 통신 시스템의 슬립 모드에서도 레인징을 수행하는 시스템 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 이동 가입자 단말기가 기지국으로부터 상향 링크 자원을 할당받지 못한 경우에도 경쟁 방식으로 레인징 요구 메시지를 보낼 수 있도록 하는 시스템 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 이동 가입자 단말기가 채널의 열화를 주기적으로 점검할 수 있는 타이머를 사용함으로써 채널의 변화에 빠르게 대응할 수 있도록 하는 시스템 및 방법을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은; 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 이동 단말이 채널 상황에 대응하여 레인징을 수행하는 방법에 있어서,

제1 타이머의 타임아웃이 발생할 때마다 기지국과 레인징 동작을 수행하는 과정과,

상기 제1 타이머보다 짧은 제2 타이머의 타임아웃이 발생할 때마다 채널 상황을 판단하고, 상기 채널 상황이 양호하지 않으면 상기 기지국과 레인징 동작을 수행하는 과정과,

상기 레인징 동작을 수행한 이후 상기 제1 타이머와 상기 제2 타이머를 재설정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 방법은, 송신할 데이터가 존재하지 않는 슬립 모드와 송신할 데이터가 존재하는 어웨이크 모드를 가지며, 상기 슬립 모드는 하향링크 신호의 수신이 불가능한 슬립구간과 하향링크 신호의 수신이 가능한 청취구간을 가지는 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 슬립 모드의 이동 단말이 채널 상황에 대응하여 레인징을 수행하는 방법에 있어서,

상기 청취구간에 도달할 때마다 채널 상황을 판단하고, 상기 채널 상황이 양호하지 않으면 상기 기지국과 레인징 동작을 수행하는 과정과,

상기 슬립구간 또는 상기 청취구간에서 미리 설정되는 타이머의 타임아웃이 발생할 때마다 채널 상황을 판단하고, 상기 채널 상황이 양호하지 않으면 상기 기지국과 레인징 동작을 수행하는 과정과,

상기 주기적 레인징 동작을 수행한 이후 상기 타이머를 재설정하고 상기 어웨이크 모드로 천이하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 시스템은, 광대역 무선 접속 통신 시스템에 있어서,

제1 타이머의 타임아웃이 발생할 때마다 기지국과 레인징 동작을 수행하며, 상기 제1 타이머보다 짧은 제2 타이머의 타임아웃이 발생할 때마다 채널 상황을 판단하여, 상기 채널 상황이 양호하지 않으면 레인징 동작을 수행하고, 상기 레인징 동작을 수행한 이후 상기 제1 타이머와 상기 제2 타이머를 재설정하는 이동 단말과,

상기 이동 단말과 상기 레인징 동작을 수행하는 기지국을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 시스템은, 송신할 데이터가 존재하지 않는 슬립 모드와 송신할 데이터가 존재하는 어웨이크 모드를 가지며, 상기 슬립 모드는 하향링크 신호의 수신이 불가능한 슬립구간과 하향링크 신호의 수신이 가능한 청취구간을 가지는 광대역 무선 접속 통신 시스템에 있어서,

상기 청취구간에 도달할 때마다 채널 상황을 판단하여 상기 측정된 채널 상황이 양호하지 않으면 상기 기지국과 레인징 동작을 수행하고, 상기 슬립구간 또는 상기 청취구간에서 제1 타이머의 타임아웃이 발생할 때마다 채널 상황을 판단하여 상기 채널 상황이 양호하지 않으면 레인징 동작을 수행하며, 상기 주기적 레인징 동작을 수행한 이후 상기 제1 타이머를 재설정하고 상기 어웨이크 모드로 천이하는 이동 단말과,

상기 이동 단말과 상기 레인징 동작을 수행하는 기지국을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

후술되는 본 발명은 광대역 무선 접속(BWA: Broadband Wireless Access) 통신 시스템인 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16e 통신 시스템에서 슬립 모드(SLEEP MODE)에 존재하는 이동 가입자 단말기(MSS: Mobile Subscriber Station, 이하 'MSS'라 칭하기로 한다)가 급격한 채널 열화에 빠르게 대응할 수 있도록 하기 위해 주기적 레인징(periodic ranging) 이외에 기지국으로 유니캐스트 레인징을 위한 자원 할당을 기다리지 않고 레인징 요구를 수행하도록 하는 방안을 제안한다. 즉, 본 발명은 이동 단말에 의해 채널 상황을 관리하기 위한 추가의 타이머를 도입하고 상기 타이머의 타임아웃이 발생할 때마다 채널 상황을 모니터링하여 필요한 경우 레인징 요구 메시지를 전송하는 방안을 제안한다.

본 명세서에서 IEEE 802.16e 통신 시스템은 직교 주파수 분할 다중(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 'OFDM'이라 칭하기로 한다) 방식 및 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 이하 'OFDMA'이라 칭하기로 한다) 방식을 사용하는 광대역 무선 접속 통신 시스템으로서, 다수의 서브 캐리어(sub-carrier)들을 사용하여 물리 채널 신호를 송신함으로써 고속 데이터 송신이 가능하며, 다중셀(multi-cell) 구조를 지원하여 MSS의 이동성을 지원하는 통신 시스템이다. 후술되는 본 발명은 상기 IEEE 802.16e 통신 시스템을 일 예로 하여 설명하지만 본 발명은 상기 IEEE 802.16e 통신 시스템뿐만 아니라 슬립 모드 동작 및 주기적 레인징 동작을 지원하는 통신 시스템에서는 모두 적용 가능함은 물론이다.

본 발명의 바람직한 실시예에서 이동 단말은 소정 타이머로 확인되는 주기마다 채널 상황을 모니터링 하여 레인징 요구 메시지를 전송할 것인가를 결정한다. 본 명세서에서 상기 타이머는 Tn이라 칭할 것이며, 이는 주기적인 채널 모니터링 시점을 알리기 위한 타임아웃을 발생한다. 상기 타이머 Tn은 주기적인 레인징을 수행하기 위하여 사용되는 T3 타이머의 최대값인 0.2초보다는 크고, T4 타이머의 최대값인 30초보다는 작은 범위내의 값을 갖는다.

최소값인 0.2초는 T3 타이머의 최대값으로서 이동 단말이 레인징 요구 메시지를 전송한 뒤 레인징 응답 메시지를 수신을 기다려야 하는 최대 시간 메시지 처리시간(message transaction time)을 확보하여야 한다는 측면에서 정한 것이다. 최대값인 30초는 T4 타이머의 최소값으로서 T4 타이머의 타임아웃이 발생하면 어차피 경쟁 방식으로 레인징 요구 메시지를 전송하여 주기적인 레인징이 끝나버리기 때문에 Tn 타이머가 그 이상의 값을 가지는 것이 무의미하기 때문에 정한 것이다.

Tn 타이머의 설정값은 설계자의 의도에 따라, 모든 이동 단말에게 동일하게 설정되거나, 또는 이동 단말의 특성에 따라 변동될 수 있다. 후자의 경우, 이동 단말의 특성과 동작에 따라 채널 변화가 심한 이동 단말에는 가능한 범위 내에서 상대적으로 작은 값이 할당되고, 채널 변화가 적은 이동 단말에는 가능한 범위 내에서 상대적으로 큰 값이 할당된다.

Tn 타이머의 조정은, Tn 타이머의 타임아웃이 발생할 때마다 모니터링의 결과로 행해지는 레인징 요구 메시지의 전송 여부에 따라서 이루어진다. 한 실시예에서 이동 단말은 Tn 타이머의 디폴트 초기값을 사용하고, 레인징 요구 메이지의 전송 여부에 따라 Tn 타이머 값을 가능한 범위 내에서 소정 값만큼씩 증가 또는 감소시킨다. 다른 실시예에서 이동 단말은 미리 정해지는 두 개 이상의 대표적인 Tn 값들을 미리 가지고 있으면서, 채널 상황에 따라 상기 값들 중 하나를 선택하여 사용한다.

한편, 무선 인터페이스를 지원하는 대부분의 이동 단말은 주기적으로 하향링크 공통채널 신호의 품질을 측정하여 채널 상황을 판단한다. 이는 하향링크의 전력제어나 전송률 제어 등의 알려진 여러 가지 용도를 위함이다. 본 발명의 실시예에서 상기 채널 상황은 레인징 요구 여부를 판단하는데 사용된다. 대표적으로 이동 단말은 반송파대 간섭 및 잡음비(Carrier to Interference plus Noise Ratio: 이하 CINR이라 칭함)를 채널 상황을 나타내는 정보로 간주한다. 통상 이동 단말은 일정 기간에 걸쳐서 측정된 CINR 값들의 평균으로 채널 상황을 판단한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 IEEE 802.16e 통신 시스템에서 이동 단말이 Tn 타이머의 타임아웃이 발생했을 때 채널 점검을 통해 레인징 요구 메시지를 전송할 것인지의 여부를 판단하는 동작을 도시한 순서도이다.

상기 도 4를 참조하면, 401단계에서 이동 단말은 도 3에 도시한 바와 같은 주기적인 레인징 동작을 수행하고 있다. 403단계에서 타이머 Tn의 타임아웃이 발생하면, 405 단계에서 이동 단말은 평균 CINR을 문턱값(threshold) Pth와 비교한다. 상기 평균 CINR이 상기 문턱값보다 크지 않을 경우, 407 단계에서 이동 단말은 유니캐스트 레인징을 위한 자원 할당을 기다리지 않고 바로 경쟁 방식으로 레인징 요구 메시지를 전송한 후, 409에서 상기 레인징 요구 메시지에 대응하는 레인징 응답 메시지를 기다리기 위해 타이머 T3을 설정한다.

반면 상기 평균 CINR이 상기 문턱값보다 큰 경우에는 채널 열화의 가능성이 적다고 볼 수 있으므로 어떠한 작업도 수행하지 않은 채 411 단계로 진행한다. 411 단계에서는 다음 채널 상황의 판단을 위하여 상기 타이머 T4와 Tn을 다시 설정(Reset)하고, 주기적인 레인징을 수행하기 위해 401단계로 돌아간다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 IEEE 802.16e 통신 시스템에서 이동 단말이 상기 주기적인 레인징을 수행하는 동작을 도시한 순서도이다. 상기 도 5를 종래 기술의 도 3과 비교하면, 타이머 Tn의 설정 및 타임아웃에 관련된 단계들(539, 541-545)이 추가되었음을 알 수 있다.

상기 도 5를 참조하면, 500단계에서 단말은 초기 레인징 작업을 수행한 후 이벤트를 대기하고 있다. 정상적인 경우, 501단계에서 단말은 기지국으로부터 주기적으로 유니캐스트 레인징용 상향 링크 자원을 할당받고, 503단계에서 상기 상향 링크 자원을 적어도 한번은 할당 받아야 하는 최대 시간을 재는 T4 타이머를 재설정한 후, 505단계에서 상기 상향 링크 자원을 사용하여 데이터 혹은 패딩 데이터를 전송한다.

그리고 나면 단말은 539단계로 진행하여 타이머 Tn을 설정하고 새로운 이벤트를 기다리기 위해 500 단계로 돌아간다. 상기 539단계는 만일 타이머 Tn가 이미 동작하고 있다면 수행될 필요가 없다. 상기 539단계는, 초기 레인징이 끝난 후 정상적인 동작 모드로 들어가 처음으로 유니캐스트 레인징을 위한 자원 할당을 받아 상향 링크로 데이터를 전송할 때 Tn 타이머가 처음으로 초기화되고 구동되는 것을 보인 것이다.

521단계에서 기지국으로부터 상기 레인징 상태 코드를 포함한 레인징 응답 메시지가 단말로 수신되면, 단말은 523단계에서 상기 레인징 요구 메시지에 대한 레인징 응답 메시지를 기다리는 시간을 측정하기 위한 타이머 T3을 정지시키고, 525단계에서 상기 레인징 상태 코드가 중단(Abort)인지 판단한다. 만일 상기 레인징 상태 코드가 중단이면 511 단계에서 단말은 에러로 판단하여 MAC 프로토콜을 초기화한다. 반면 중단이 아니면, 즉 성공이나 지속이면 527에서 단말은 상기 레인징 응답 메시지에 포함된 파라미터로 물리 채널을 조절한다.

529단계에서 상기 물리채널의 조절에 성공하였는지가 판단된다. 만일 상기 물리채널의 조절이 성공하였으면 531단계에서 상기 레인징 상태 코드를 다시 확인한다. 상기 레인징 상태 코드가 성공이면, 500단계로 돌아간다. 반면 상기 레인징 상태 코드가 지속이면, 533에서 상기 레인징 요구 메시지가 다시 송신되며, 만일 타이머 T3이 동작하지 않을 경우라면 519단계에서 상기 타이머 T3이 다시 설정된다. 한편 상기 529단계에서 상기 물리 채널을 조절하는데 성공하지 못하였으면, 511단계에서 단말은 에러로 판단하여 MAC 프로토콜을 초기화한다.

레인징 요구 메시지를 전송한 이후 레인징 응답 메시지를 받지 못한 채 507단계에서 T3 타임아웃이 발생하면, 509단계에서 이동 단말은 몇 번의 T3 타임아웃이 발생했는지 검사한다. 상기 T3의 타임아웃 회수가 미리 설정되는 최대 횟수에 도달하였으면 511단계에서 이동 단말은 에러로 판단하여 MAC 프로토콜을 초기화한다. 그렇지 않으면 500단계로 돌아간다.

513단계에서 상기 단말이 상향 링크 자원 할당을 받지 못한 채 T4 타이아웃이 발생하면, 단말은 채널 상황에 심각한 문제가 발생하였다고 보고 515 단계에서 경쟁 슬롯 방식(contention slots)을 이용하여 레인징 요구(RNG-REQ) 메시지를 송신한 뒤, 517 단계에서 타이머 T4를 초기화시킨다. 이때 타이머 T3이 동작하고 있지 않다면 519단계에서 타이머 T3이 설정된다. 그리고 나면 545단계에서 타이머 Tn이 초기화된다.

541단계에서 타이머 Tn의 타임아웃이 발생하면, 543단계에서 이동 단말은 평균 CINR이 임계값 Pth보다 큰지 판단한다. 만일 상기 평균 CINR이 상기 임계값 Pth보다 크지 않으면, 타이머 T4가 타임아웃된 경우와 동일하게 레인징 요구 메시지가 전송될 수 있도록 515 내지 519 단계들이 수행된 후 545단계가 수행된다. 반면 상기 평균 CINR이 상기 임계값 Pth가 큰 경우에는 545단계가 바로 수행된다.

상기 타이머 Tn의 타임아웃에 의해 전송된 레인징 요구 메시지나 상기 타이머 T4의 타임아웃에 의해 전송된 레인징 요구 메시지는, 기지국 입장에서 동일하게 취급되므로, 상기 두 경우 모두 타이머 T4가 재설정된다. 결과적으로 이동 단말의 채널 열화가 일어나면 Tn 타이머에 의해 레인징 요구 메시지가 전송되고, 채널 열화가 아닌 다른 이유로 유니캐스트 레인징을 위한 자원 할당을 받지 못하는 상황이 발생하면 T4 타이머에 의해 레인징 요구 메시지가 전송된다. 이로써, 상기 T4 타이머와 상기 Tn 타이머는, 이동 단말이 동기를 유지하고 수신 전력이 열화되지 않도록 상호보완적으로 동작할 수 있다.

도 6과 도 7은 IEEE 802.16e 시스템에서 기지국에서 주기적인 레인징을 수행하는 동작을 도시한 그림이다.

상기 도 6을 참조하면, 601단계에서 상기 기지국이 주기적인 레인징 동작에 들어가게 되면 603단계에서 상기 단말에게 상향 링크로 접속할 수 있는 물리 자원을 주기적으로 할당해주게 된다. 605단계에서 상기 기지국은 상기 단말로부터 상향링크 데이터의 수신 여부를 파악한다. 607단계에서 데이터가 수신되지 않았음을 감지할 경우, 611단계에서 기지국은 상향링크의 자원 할당 횟수가 미리 정해지는 최대 할당 회수를 초과하는지 판단하고, 상기 최대 할당 횟수를 넘지 않았으면 603단계로 다시 돌아간다. 반면 상향링크 데이터를 수신하지 못한 채 상향링크의 자원 할당 횟수가 상기 최대 할당 회수를 초과하였을 경우, 625단계에서 상기 단말은 상기 기지국의 폴 리스트(poll list)에서 제거된다. 또한 629단계에서 상기 단말의 호정보, 즉 모든 CID가 상기 기지국에서 소멸된 후, 631단계에서 상기 기지국은 상기 단말에 대한 제어를 종료한다.

609단계에서 상향링크의 데이터가 수신된 경우, 613단계에서 기지국은 상기 상향링크 데이터의 품질을 측정한다. 만일 품질이 양호하면, 617단계에서 상기 단말에게는 성공했다는 파라미터가 포함된 레인징 응답 메시지가 송신된 후 623단계에서 레인징 동작이 종료된다. 품질이 양호하지 않을 경우 615단계에서 상기 기지국은 레인징 요구가 전송된 횟수가 미리 정해지는 최대 재전송 횟수를 초과하는지 판단한다. 상기 레인징 요구 메시지가 전송된 횟수가 상기 최대 재전송 횟수를 초과하지 않으면, 621단계에서 상기 단말에게는 레인징을 계속하라는 파라미터가 포함된 레인징 응답 메시지가 송신되고 627에서 상기 기지국은 상기 레인징 응답 메시지에 대응하는 레인징 요구 메시지의 수신을 대기한다.

반면 상기 상향링크 데이터의 품질이 양호하지 않으면서 상기 레인징 요구 메시지가 전송된 횟수가 상기 최대 재전송 횟수를 초과한 경우, 619단계에서 상기 단말에게는 중지하라는 파라미터가 포함된 레인징 응답 메시지가 송신되고, 625단계에서 상기 단말은 상기 기지국의 폴 리스트에게 제거된다. 그러면 마찬가지로 629단계에서 상기 기지국은 상기 단말의 호정보, 즉 모든 CID를 소멸한 뒤 631단계에서 레인징 동작을 종료한다.

상기 도 6의 627단계 이후에는 도 7의 701단계로 진행한다. 상기 701단계에서 상기 기지국은 상기 단말로부터 레인징 요구 메시지를 수신하기 위해 다시 대기한다. 703단계에서 상향링크로부터 수신하는 데이터가 없음을 감지한 경우, 707단계에서 상기 기지국은 상기 상향링크 데이터를 수신하지 못한 횟수가 미리 정해지는 최대 미수신 횟수를 초과하는지 확인한다. 만일 상기 최대 미수신 횟수를 초과한 경우, 721단계에서 상기 단말은 상기 기지국의 폴 리스트에서 제거된다. 725단계에서 상기 기지국은 상기 단말의 모든 CID를 소멸시키고 727단계에서 레인징 동작을 종료한다. 반면 상기 레인징 요구 메시지를 전송한 횟수가 상기 최대 재전송 횟수를 초과하지 않을 경우에는 701단계로 다시 돌아간다.

705단계에서 상기 기지국은 상기 단말로부터 레인징 요구 메시지가 수신하고, 713단계에서 상기 레인징 요구 메시지의 품질을 측정한다. 상기 측정결과 품질이 양호한 경우, 713단계에서 성공했다는 파라미터가 포함된 레인징 응답 메시지가 상기 단말에게 송신되고 719단계에서 주기적인 레인징 동작을 계속한다. 반면 상기 레인징 요구 메시지의 품질이 양호하지 않을 경우, 711단계에서 기지국은 레인징 요구 메시지를 전송한 횟수가 미리 정해지는 최대 재전송 횟수를 초과하였는지 판단한다.

상기 레인징 요구 메시지를 전송한 횟수가 상기 최대 재전송 횟수를 초과하였으면, 715단계에서 레인징을 중지하라는 파라미터가 포함된 레인징 응답 메시지가 송신되고 721단계에서 상기 단말은 상기 기지국의 폴 리스트에서 제거된다. 그러면 725단계에서 상기 기지국은 상기 단말의 모든 CID를 소멸한 뒤 727단계에서 레인징 동작을 종료한다. 반면 상기 레인징 요구 메시지의 품질이 양호하지 않지만 상기 레인징 요구 메시지를 전송한 횟수가 상기 최대 재전송 횟수를 초과하지 않았을 경우, 717단계에서 레인징을 계속하라는 파라미터가 포함된 레인징 응답 메시지가 송신되고 723단계에서 상기 기지국은 상기 단말로부터 레인징 요구 메시지의 수신을 기다린다.

다음으로는 슬립 모드(sleep mode)를 지원하는 이동 단말이 본 발명의 실시예에 따른 주기적인 채널 모니터링을 통해, 경쟁 방식으로 레인징 요구 메시지를 보내는 동작을 설명한다.

먼저 IEEE 802.16e 통신 시스템의 슬립 모드 동작 방식을 설명하기로 한다.

슬립 모드는 패킷 데이터(packet data) 전송시, 상기 패킷 데이터가 전송되지 않는 구간이 발생하는 아이들(idle) 구간에서 MSS의 전력 소모를 최소화하기 위해 제안되었다. 즉, 슬립 모드는 MSS와 기지국이 동시에 슬립 모드로 상태 천이함으로써, 상기 패킷 데이터가 전송되지 않는 아이들 구간에서의 MSS 전력 소모를 최소화시키는 것이다.

일반적으로 패킷 데이터는 버스트(burst)하게 발생하는 특성을 가지기 때문에, 패킷 데이터가 전송되지 않는 구간에서도 패킷 데이터가 전송되는 구간과 동일하게 동작하게 하는 것은 불합리하다. 슬립 모드는 이러한 불합리를 해결하기 위하여 제안된 것이다. 이와는 반대로 상기 기지국과 MSS가 슬립 모드에 있다가 전송할 패킷 데이터가 발생하면 기지국 및 MSS 모두는 동시에 어웨이크 모드로 상태 천이하여 패킷 데이터를 송수신한다.

상기와 같은 슬립 모드 동작은 전력 소모면에서 뿐만 아니라 채널 신호들간 간섭(interference)을 최소화하기 위한 방안으로도 고려된다. 그러나, 상기 패킷 데이터의 특성은 트래픽(traffic)에 영향을 많이 받기 때문에 상기 슬립 모드 동작은 상기 패킷 데이터의 트래픽 특성 및 전송 방식 특성 등을 고려하여 유기적으로 이루어져야만 한다.

도 8은 이동 가입자 단말기의 슬립 모드 동작을 설명하고 있는 도면이다.

상기 도 8을 참조하면, 먼저 참조부호 811은 패킷 데이터 발생(PACKET DATA GENERATION)을 도시한 것으로서, 온(ON) 구간들과 오프(OFF) 구간들로 구성된다. 상기 온 구간들은 패킷 데이터, 즉 트래픽이 발생하는 구간들로서 버스트 구간이라고도 칭한다. 상기 오프 구간들은 트래픽이 발생하지 않는 아이들 구간이다. 상기와 같은 트래픽 발생 패턴(pattern)에 따라서 MSS와 기지국은 슬립 모드와 어웨이크 모드간에 상태 천이를 수행하여, MSS의 전력 소모를 최소화함과 동시에 채널 신호들이 상호간에 간섭으로 작용하는 것을 방지한다.

참조부호 813은 기지국 및 MSS의 상태 천이(MODE CHANGE)를 도시한 것으로, 어웨이크 모드 구간과 슬립 모드 구간으로 구성된다. 어웨이크 모드 구간은 트래픽이 발생하는 상태들로서 기지국과 MSS간의 실질적인 패킷 데이터 송수신이 이루어진다. 이와는 반대로 슬립 모드 구간은 트래픽이 발생하지 않는 상태들로서 기지국과 MSS들간 패킷 데이터 송수신이 이루어지지 않는다.

참조부호 815는 MSS의 전력 레벨(MSS POWER LEVEL) 형태를 도시한 것으로, 도시된 바와 같이 어웨이크 모드의 MSS 전력 레벨을 'K'라고 할 때, 슬립 모드의 MSS 전력 레벨은 'M'이 된다. 어웨이크 모드의 MSS 전력 레벨 K와 슬립 모드의 상기 MSS 전력 레벨 M을 비교해 보면, M 값이 K 값에 비해 훨씬 작다. 이는 슬립 모드에서는 패킷 데이터 송수신이 이루어지지 않으므로 전력이 거의 소모되지 않기 때문이다.

MSS가 슬립 모드로 상태 천이하기 위해서는 기지국으로부터의 상태 천이 허락을 받아야만 하며, 기지국은 MSS가 슬립 모드로 상태 천이를 하도록 허락하고 패킷 데이터를 송신한다. 또한, 기지국은 상기 MSS의 청취 구간(LISTENING INTERVAL, 이하 'LISTENING INTERVAL' 또는 'LI'라 칭하기로 한다) 동안에 상기 MSS로 전송될 패킷 데이터가 존재함을 알려야만 하며, 이때 상기 MSS는 슬립 모드에서 깨어나 상기 기지국으로부터 자신에게로 전송되어야할 패킷 데이터가 존재하는지를 확인한다.

상기 MSS의 확인 결과 상기 기지국으로부터 상기 MSS 자신에게로 전송될 패킷 데이터가 존재함을 감지하면, 상기 MSS는 어웨이크 모드로 상태 천이하여 상기 기지국으로부터 패킷 데이터를 수신하게 된다. 반면, 상기 MSS의 확인 결과 상기 기지국으로부터 상기 MSS로 전송될 패킷 데이터가 존재하지 않음을 감지하면, 슬립 모드로 다시 되돌아가거나 혹은 상기 어웨이크 모드를 그대로 유지한다.

슬립 모드와 어웨이크 모드 동작을 지원하기 위해 요구되는 파라미터(parameter)들을 설명하면 다음과 같다.

(1) 슬립 식별자(SLPID; SLeep IDentifier)

IEEE 802.16e 통신 시스템에서 제안하고 있는 상기 슬립 식별자는 MSS가 슬립모드 상태로 천이하는 과정에서, 슬립 응답(SLP_RSP: Sleep-Response) 메시지를 통해 할당받는 값으로, 슬립 모드에 존재하는 MSS들에게만 고유한 값으로 사용된다. 즉, 상기 슬립 식별자는 LISTENING INTERVAL을 포함한 슬립 모드 상태인 MSS를 구분하는데 사용되된다. 어떤 MSS가 어웨이크 모드로 천이하게 되면, 상기 MSS가 사용하고 있던 슬립 식별자는 상기 기지국으로 환원되어서 슬립 모드로 천이하려는 다른 MSS에 의해 상기 슬립 응답 메시지를 통해 할당될 수 있다. 여기서, 상기 슬립 식별자는 10비트의 크기를 가지며, 이로 인해 슬립 모드 동작을 수행하는 1024개의 MSS들을 지원하는 것이 가능하게 된다.

(2) 슬립 구간(SLEEP INTERVAL; 이하, 'SLEEP INTERVAL' 또는 'SI'라 칭하기로 한다)

상기 SLEEP INTERVAL은 MSS가 요청하고, 상기 MSS의 요청에 따라 기지국이 할당할 수 있는 구간으로서, 상기 MSS가 슬립 모드로 상태 천이한 후 상기 LISTENING INTERVAL이 시작될 때까지 슬립 모드를 유지하는 시간구간(time interval)을 나타내며, 결과적으로 상기 MSS가 슬립 모드로 존재하는 시간으로 정의된다.

상기 MSS는 상기 SLEEP INTERVAL 이후에도 상기 기지국으로부터 상기 MSS로 전송될 데이터가 없을 경우에는 지속적으로 슬립 모드를 유지할 수 있으며, 이 경우는 미리 설정되어 있는 초기 슬립 윈도우(INITIAL-SLEEP WINDOW) 및 최종 슬립 윈도우(FINAL-SLEEP WINDOW) 값을 이용하여 상기 SLEEP INTERVAL을 증가시키면서 업데이트(update)한다. 상기 초기 슬립 윈도우 값은 상기 SLEEP INTERVAL의 초기 최소 값을 나타내며, 상기 최종 슬립 윈도우 값은 상기 SLEEP INTERVAL의 최종 최대 값을 나타낸다. 상기 초기 슬립 윈도우 값 및 최종 슬립 윈도우 값은 프레임수로 나타낼 수 있으며, 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

한편, 상기 LISTENING INTERVAL은 MSS가 요청하고, 상기 MSS의 요청에 따라 기지국이 할당할 수 있는 구간으로서, 상기 MSS가 슬립 모드에서 잠시 동안 깨어난 후 상기 기지국의 다운링크(downlink) 신호에 동기되어 다운링크 메시지들, 일 예로, 트래픽 지시(TRF_IND; traffic indication) 메시지와 같은 다운링크 메시지들을 수신하는 시구간을 나타낸다. 상기 트래픽 지시 메시지는 상기 MSS로 전송될 트래픽 메시지(즉, 패킷 데이터가 존재함을 나타내는 메시지)이다.

상기 MSS는 상기 LISTENING INTERVAL 동안 계속해서, 상기 트래픽 지시 메시지를 수신 대기하게 되는데, 만약 상기 트래픽 지시 메시지에 포함되어 있는 슬립 식별자 비트맵상의 상기 MSS를 나타내는 비트가 포지티브 지시(positive Indication)를 나타내는 값으로 표기되어 있으면 상기 어웨이크 모드를 계속해서 유지하여 결과적으로 어웨이크 모드로 천이하게 된다. 이와는 반대로, 상기 트래픽 지시 메시지에 포함되어 있는 슬립 식별자 비트맵상의 상기 MSS를 나타내는 비트가 네가티브 지시(negative Indication)를 나타내는 값으로 표기되어 있으면 다시 상기 슬립 모드로 천이한다.

(3) 슬립 구간 업데이트 알고리즘(SLEEP INTERVAL UPDATE ALGORITHM, 이하 'SLEEP INTERVAL UPDATE ALGORITHM'이라 칭하기로 한다)

상기 MSS는 슬립 모드로 상태 천이하면 미리 설정되어 있는 최소 윈도우값을 최소 슬립 모드 주기로 간주하여 SLEEP INTERVAL을 결정한다. 이후, 상기 LISTENING INTERVAL 동안 상기 MSS가 상기 슬립 모드에서 깨어나서 상기 기지국으로부터 전송될 패킷 데이터가 존재하지 않는다는 것을 확인한 후에는 상기 SLEEP INTERVAL을 바로 이전의 SLEEP INTERVAL의 2배의 값으로 설정하고 계속 슬립 모드에 존재한다.

일 예로, 상기 최소 윈도우 값이 "2"였을 경우, 상기 MSS는 SLEEP INTERVAL을 2프레임으로 설정한 후 상기 2프레임 동안 슬립 모드에 존재한다. 상기 2프레임이 경과한 후 상기 MSS는 상기 슬립 모드에서 깨어나서 상기 트래픽 지시 메시지가 수신되는지 여부를 판단하여 상기 트래픽 지시 메시지가 수신되지 않으면, 즉 상기 기지국에서 MSS로 전송되는 패킷 데이터가 존재하지 않는 것으로 판단하면 상기 SLEEP INTERVAL을 2프레임의 2배인 4프레임으로 설정한 후 상기 4프레임 동안 슬립 모드에 존재한다. 상기 SLEEP INTERVAL의 증가는 상기 최소 윈도우 값에서 최대 윈도우 값 내에서 가능하며, 상기 MSS는 상기 SLEEP INTERVAL UPDATE ALGORITHM에 따라 상기 SLEEP INTERVAL의 업데이트한다.

상기에서 설명한 바와 같은 슬립 모드 동작 및 어웨이크 모드 동작을 지원하기 위해서 상기 IEEE 802.16e 통신 시스템에서 정의하고 있는 메시지들은 다음과 같다.

(1) 슬립 요구(SLP_REQ: Sleep_Request) 메시지

상기 슬립 요구 메시지는 MSS에서 기지국으로 전송하는 메시지로서, 상기 MSS가 슬립 모드로 천이를 요구하는 메시지이다. 상기 슬립 요구 메시지에는 상기 MSS가 슬립 모드로 동작하기 위해 요구되는 파라미터들, 즉 정보 엘리먼트(IE: Information Element)들이 포함되며, 상기 슬립 요구 메시지 포맷(format)은 하기 표 3에 나타낸 바와 같다.

상기 슬립 요구 메시지는 MSS의 연결 식별자(CID; connection ID, 이하 'CID'라 칭하기로 한다)를 기준으로 전송되는 전용 메시지(dedicated message)이며, 상기 표 3에 나타낸 슬립 요구 메시지의 정보 엘리먼트들 각각을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 관리 메시지 타입(MANAGEMENT MESSAGE TYPE)은 현재 전송되는 메시지가 어떤 메시지인지를 나타내는 정보로서, 상기 관리 메시지 타입이 45일 경우(MANAGEMENT MESSAGE TYPE = 45) 상기 슬립 요구 메시지를 나타낸다. 초기 윈도우(INITIAL-SLEEP WINDOW) 값은 상기 SLEEP INTERVAL을 위해 요구된 시작 값(requested start value for the SLEEP INTERVAL(measured in frames))을 나타내며, 최종 윈도우(FINAL-SLEEP WINDOW) 값은 상기 SLEEP INTERVAL을 위해 요구된 종료 값(requested stop value for the SLEEP INTERVAL(measured in frames))을 나타낸다. 즉, 상기 SLEEP INTERVAL UPDATE ALGORITHM에서 설명한 바와 같이 상기 SLEEP INTERVAL은 상기 초기 윈도우 값부터 상기 최종 윈도우 값내에서 업데이트 가능한 것이다. 상기 LISTENING INTERVAL은 요구된 LISTENING INTERVAL(requested LISTENING INTERVAL(measured in frames))을 나타내며, 상기 LISTENING INTERVAL 역시 프레임 값으로 나타낼 수 있다.

(2) 슬립 응답(SLP_RSP: Sleep_Response) 메시지

상기 슬립 응답 메시지는 상기 슬립 요구 메시지에 대한 응답 메시지로서, 상기 MSS에서 요구한 슬립 모드로의 상태 천이를 허락할 것인지 혹은 거부할 것인지를 나타내는 메시지로 사용되거나 혹은 비요구 지시(unsolicited instruction)를 나타내는 메시지로도 사용될 수 있다. 상기 슬립 응답 메시지에는 상기 MSS가 슬립 모드로 동작하기 위해 필요로되는 정보 엘리먼트들이 포함되며, 상기 슬립 응답 메시지 포맷은 하기 표 4에 나타낸 바와 같다.

상기 슬립 응답 메시지 역시 MSS의 기본 연결 식별자를 기준으로 전송되는 전용 메시지이며, 상기 표 4에 나타낸 슬립 응답 메시지의 정보 엘리먼트들 각각을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 관리 메시지 타입은 현재 전송되는 메시지가 어떤 메시지인지를 나타내는 정보로서, 상기 관리 메시지 타입이 46일 경우(MANAGEMENT MESSAGE TYPE = 46) 상기 슬립 응답 메시지를 나타낸다. 또한, 슬립 허락(SLEEP-APPROVED) 값은 1비트로 표현되며, 상기 슬립 허락값이 '0'일 경우 슬립 모드로의 천이가 거부됨(SLEEP-MODE REQUEST DENIED)을 나타내며, 상기 슬립 허락값이 '1'일 경우 슬립 모드로의 천이가 허가됨(SLEEP-MODE REQUEST APPROVED)을 나타낸다.

한편, 상기 슬립 허락값이 '0'일 경우는 상기 MSS가 요구한 슬립 모드로의 천이가 상기 기지국에 의해 거부당한 것을 나타내며, 거부당한 상기 MSS는 소정 조건에 따라 상기 슬립 요구 메시지를 상기 기지국으로 전송하거나 비요구 지시를 나타내는 슬립 응답 메시지를 상기 기지국으로부터 수신 대기한다. 상기 슬립 허락값이 '1'일 경우에는 시작 프레임(START FRAME) 값과, 초기 슬립 윈도우 값 및 최종 슬립 윈도우 값, LISTENING INTERVAL, 그리고 상기에서 설명한 슬립 식별자가 존재한다. 상기 슬립 허락값이 0일 경우, 재요구 동작(REQ-Action) 값과, 재요구시간(REQ-Duration)이 존재한다.

여기서, 상기 시작 프레임 값은 상기 MSS가 제1 SLEEP INTERVAL(the first SLEEP INTERVAL)로 진입하는 시점까지의 프레임값으로, 상기 슬립 응답 메시지를 수신한 프레임은 포함되지 않는다(The number of frames(not including the frame in which the message has been received) until the SS shall enter the first SLEEP INTERVAL). 즉, 상기 MSS는 상기 슬립 응답 메시지를 수신한 프레임 이후의 바로 다음 프레임부터 상기 시작 프레임 값에 해당하는 프레임들이 경과한 후 슬립 모드로 상태 천이하게 된다. 상기 슬립 식별자는 슬립 모드에 존재하는 MSS들을 구분하기 위해 사용되며, 총 1024개의 슬립 모드에 존재하는 MSS들을 구분할 수 있다.

한편, 상술한 바와 같이 상기 초기 슬립 윈도우 값은 상기 SLEEP INTERVAL을 위한 시작 값(start value for the SLEEP INTERVAL(measured in frames))을 나타내며, 상기 LISTENING INTERVAL은 LISTENING INTERVAL을 위한 값(value for LISTENING INTERVAL(measured in frames))을 나타낸다. 상기 최종 슬립 윈도우 값은 상기 SLEEP INTERVAL을 위한 종료 값(stop value for the SLEEP INTERVAL(measured in frames))을 나타낸다. 상기 재요구동작 값은, 상기 슬립모드로의 천이가 거부된 상기 MSS가 취해야할 동작을 나타낸다.

(3) 트래픽 지시(TRF_IND: Traffic Indication) 메시지

상기 트래픽 지시 메시지는 기지국이 상기 LISTENING INTERVAL 동안 MSS로 전송하는 메시지로서 상기 기지국이 MSS로 전송할 패킷 데이터가 존재함을 나타내는 메시지이다. 상기 트래픽 지시 메시지의 포맷은 하기 표 5에 나타낸 바와 같다.

상기 트래픽 지시 메시지는 상기 슬립 요구 메시지 및 슬립 응답 메시지와는 달리 브로드캐스팅(broadcasting) 방식으로 전송되는 브로드캐스팅 메시지이다. 상기 트래픽 지시 메시지는 상기 기지국에서 소정의 MSS로 전송할 패킷 데이터가 존재하는지를 나타내는 메시지로서, 상기 MSS는 상기 브로드캐스팅되는 트래픽 지시 메시지를 상기 LISTENING INTERVAL 동안 디코딩하여 어웨이크 모드로 천이할 것인지 혹은 상기 슬립 모드로 다시 돌아갈지를 결정하게 된다.

만약, 상기 MSS가 어웨이크 모드로 천이할 경우 상기 MSS는 프레임 동기(frame sync)를 확인하고, 상기 MSS가 예상했던 프레임 시퀀스 번호(frame sequence number)가 일치하지 않으면 상기 어웨이크 모드에서 손실된 패킷 데이터(lost packet data)의 재전송을 요구할 수 있다. 이와는 달리 상기 MSS가 상기 LISTENING INTERVAL 동안 상기 트래픽 지시 메시지를 수신하지 못하거나, 혹은 상기 트래픽 지시 메시지를 수신하였다고 할지라도 포지티브 지시를 나타내는 값이 표기되어 있지 않다면 상기 MSS는 상기 슬립 모드로 되돌아갈 수도 있다.

그러면 여기서 상기 표 5에 나타낸 트래픽 지시 메시지의 정보 엘리먼트들 각각을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 관리 메시지 타입은 현재 전송되는 메시지가 어떤 메시지인지를 나타내는 정보로서, 상기 관리 메시지 타입이 48일 경우(MANAGEMENT MESSAGE TYPE = 48) 상기 트래픽 지시 메시지를 나타낸다. 상기 슬립 식별자 비트맵(SLPID bit-map)은 슬립모드 상태로 천이한 MSS들을 구분하기 위해 MSS에게 할당된 슬립 식별자별로 한 비트씩 할당된 지시 인덱스의 집합을 나타낸다. 즉, 현재 슬립 모드에 존재하는 MSS가 할당받은 슬립 식별자 값 중에 (최대 값 -1)만큼, 각 MSS마다 한 비트씩 할당된 비트 그룹을 의미한다. 상기 슬립 식별자 비트맵은 바이트 얼라이먼트를 위해, 더미(dummy) 비트가 할당될 수도 있다.

상기 MSS에게 할당된 한 비트는 상기 기지국으로부터 해당 MSS로 전송할 데이터의 존재유무를 나타낸다. 그래서, 상기 슬립모드 상태에 있는 MSS는 상기 LISTENING INTERVAL 동안 수신한 트래픽 지시 메시지 내에서 슬립모드 상태 천이시에 할당 받았던 슬립 식별자와 맵핑된 비트를 읽어들여, 만약 포지티브 지시(Positive Indication) 값, 즉 '1'의 값이면 상기 어웨이크 모드를 계속해서 유지하여 결과적으로 상기 어웨이크 모드로 천이하며, 이와는 반대로 상기 할당된 비트가 네가티브 지시(Negative Indication)값, 즉 '0'의 값인 경우에는 다시 상기 슬립 모드로 천이한다.

이동 단말은 슬립 모드에서 동작하고 있을 때, 매 청취 구간마다 깨어나서(awake) 기지국이 전송하는 트래픽 지시 메시지를 읽어보고 계속 슬립 모드에 머물 것인지 아니면 어웨이크 모드로 천이할 것인지만을 결정한 후 다시 슬립한다. 그러나, 청취 구간에서는 하향 링크 채널의 모니터링이 이루어진다. 따라서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 채널 모니터링 동작을 청취 구간에서 수행하는 것에는 전혀 문제가 없다. 즉, 이동 단말은 청취 구간에서 트래픽 지시 메시지를 확인하는 동시에 채널 상태를 확인하여 평균 CINR값이 문턱값인 Pth보다 작으면 경쟁 방식으로 레인징 요구 메시지를 전송한다. 이는 청취 구간의 종료 시점에 마치 상기 Tn 타임아웃이 발생한 것과 동일하게 동작하도록 하는 방식이다. 이러한 방식의 장점은 기지국의 동작에는 전혀 영향을 미치지 않으며, 슬립 모드로 동작하는 이동 단말에서 청취 구간 동안 모니터링한 채널 변화에 따라 레인징 요구 메시지의 전송 여부를 결정하도록 슬립 모드의 동작을 약간 변화시킴으로써 구현 가능하다는 점에 있다.

한편, 상기에서 살펴보았듯이 슬립 요구 메시지와 슬립 응답 메시지에 포함되는 슬립 지시자의 길이가 10비트로 설정되어 있으므로, 슬립 구간은 최대 1024 프레임까지 가능하다. 한 프레임을 1ms라고 한다면 슬립 구간은 1초 이상의 시간이 되어, Tn 타이머의 최소값인 200ms보다 충분히 큰 값이 된다. 이런 긴 시간동안 슬립 구간에 있으면서 채널 변화를 전혀 모니터링하지 않는 것은 동기를 잃거나 채널 열화가 발생하여 다시 청취 구간이 되었을 때 통신이 불가능하게 될 가능성이 있다. 따라서 슬립 모드에서 슬립 구간의 길이가 Tn 타이머값과 비슷하거나 작을 때는 청취 구간만으로 Tn 타이머를 대신하도록 할 수 있으나, 슬립 구간의 길이가 Tn 타이머값에 비해 큰 경우에는 청취 구간뿐만 아니라 슬립 구간 내에서도 Tn 타이머가 만료되는 시점에 채널 모니터링 및 필요하면 레인징 요구 메시지를 보내는 동작을 수행해야 한다.

결과적으로 이동 단말이 채널 상황을 모니터링하는 시점(발생 원인에 관계없이 포괄하여 이하 '모니터링 시점'이라 칭하기로 한다)은, Tn 타임아웃뿐만 아니라 청취 구간에 의해서도 발생할 수 있고 이동 단말은 상기 채널 상황에 따라 레인징 요구 메시지를 전송할 것인가를 결정한다. 레인징 요구 메시지를 전송한 경우에 이동 단말은 레인징 응답 메시지를 기다려야 하므로 슬립 모드에서 벗어나 어웨이크 모드로 천이한다. 반대의 경우에는 정상적인 슬립 모드 동작이 지속된다. 마찬가지로 레인징 요구 메시지 전송 여부에 상관없이 매 모니터링 시점마다 Tn 타이머는 다시 재설정된다.

도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 IEEE 802.16e 통신 시스템에서 이동 단말이 슬립 모드를 지원하는 경우에 슬립 모드와 어웨이크 모드에서의 채널 모니터링 동작을 설명하는 시간 흐름도이다.

상기 도 9를 참조하면, 참조번호 901, 903, 905, 909는 청취 구간에 의해 발생한 모니터링 시점들을 나타내고, 참조번호 907, 911, 939, 915는 Tn 타임아웃에 의해 발생한 모니터링 시점들을 각각 나타낸다. 참조번호 911과 913에서는 어웨이크 모드에서 Tn 타임아웃에 의해 모니터링 시점이 결정되고 이는 슬립 모드를 지원하지 않는 경우의 동작과 동일하다.

시점들 901, 903, 905 이전의 청취구간들에서 이동 단말은 기지국으로부터 수신한 트래픽 지시 메시지가 상기 이동 단말을 위한 트래픽이 없음을 나타내고, 측정한 채널 상태도 레인징 요구 메시지를 보내야 할 만큼 나쁘지는 않은 상황이라고 판단하고, 시점들 901, 903, 905에서 다시 슬립 구간으로 돌아간다. 시점 907은 슬립 구간 내에서 Tn 타임아웃이 발생한 경우로, 이동 단말은 슬립 모드를 유지하면서 채널 상황을 모니터링한 결과 채널 상황이 양호하다고 판단하여 슬립 구간을 지속한다.

시점 909는, 시점 909 이전의 청취 구간에 받은 트래픽 지시 메시지가 상기 단말을 위한 트래픽이 존재함을 나타낸 경우 및/또는 상기 청취 구간에서 측정한 채널 상태가 불량하여 레인징 요구 메시지를 보낸 경우를 나타낸 것으로서, 이동 단말은 상기 두 경우 중 어느 하나가 발생하였더라도 어웨이크 모드로 천이한다. 시점 911과 913은 어웨이크 모드에서 Tn 타임아웃이 발생한 경우로, 이동 단말은 상기 시점들 911, 913에서의 채널 모니터링 결과에 따라 레인징 요구 메시지의 전송 여부를 결정한다. 시점 915는 상기 907과는 달리, 슬립 구간 내에서 Tn 타임아웃이 발생한 경우를 나타낸 것으로, 이동 단말은 시점 915에서 측정한 채널 상황이 양호하지 않다고 판단하여 레인징 요구 메시지를 전송하고 어웨이크 모드로 천이한다.

도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 IEEE 802.16e 통신 시스템에서 이동 단말이 슬립 모드에서 동작하는 경우의 채널 모니터링에 따른 레인징 동작을 도시한 순서도이다. 여기에서는 전형적인 슬립 모드 동작과 구별되는 부분만을 도시하였다.

상기 도 10을 참조하면, 1001단계에서 이동 단말은 슬립 모드 동작을 수행한다. 1003단계에서 청취 구간 또는 Tn 타임아웃에 의해서든 채널 모니터링 타임아웃이 발생하면, 1005단계에서 이동 단말은 현재 시점까지 측정된 평균 CINR과 상기 문턱값 Pth와 비교하여, 상기 평균 CINR이 상기 문턱값보다 크면 1315단계로 진행하여 Tn 타이머를 재설정한 후 1001단계의 슬립 모드 동작으로 돌아간다. 반면, 상기 평균 CINR이 상기 문턱값보다 크지 않으면, 1007단계에서 이동 단말은 레인징 요구 메시지를 전송하고, 1009단계에서 만일 동작하고 있지 않다면 T3 타이머를 동작시키며, 1011단계에서 Tn 타이머를 재설정한 후, 1013단계에서 어웨이크 모드로 천이한다.

여기서 청취 구간에서의 평균 CINR이란 청취구간 전체 또는 마지막 일부 구간에서 측정한 CINR 값들의 평균을 의미하며, 슬립 구간에서의 평균 CINR이란 일정 기간에 걸쳐 모니터링한 CINR 값들의 평균을 의미한다. 즉 슬립 구간에서 Tn 타임아웃이 발생하면, 이동 단말은 어웨이크 모드에서와 마찬가지로 일정 기간에 걸쳐 채널 상황을 모니터링한다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 예를 들어 여기에서는 주기적 레인징 동작을 수행하는 도중 Tn 타이머에 의해 채널 모니터링을 수행하는 실시예를 도시하였으나, 다른 경우 이동 단말은 주기적 레인징과는 관계없이 Tn 타이머에 의해 채널 모니터링을 수행하고 채널 상황이 양호하지 않은 경우에만 레인징 요구 메시지를 전송할 수 있다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되지 않는다.

상술한 바와 같이 본 발명은, 광대역 무선 접속 통신 시스템, 특히 IEEE 802.16e 통신 시스템에서 이동 가입자 단말기가 이동중에 기지국과의 채널 상태의 급격한 변화로 인해 동기를 잃거나 수신 전력 열화가 발생하는 문제를 해결하기 위해, 주기적인 레인징 동작을 개선한다. 따라서 본 발명은 이동 가입자 단말기의 이동성으로 인해 발생할 수 있는 채널의 변화의 효과를 미연에 방지하거나 그 영향을 최소화할 수 있다는 이점을 가진다. 또한, 슬립 모드를 지원하는 이동 가입자 단말기의 경우, 슬립 모드에서 청취 구간이 끝나는 시점에서 채널 상황에 따른 레인징 동작을 수행하여, 이동 가입자 단말기가 장시간 슬립 모드에서 동작하고 있는 경우에도 주기적인 채널 모니터링을 가능하도록 한다. 이로써 본 발명은 이동 가입자 단말기 자체만의 동작으로도 큰 오버헤드없이 슬립 모드에서의 채널 상태의 변화에 대처할 수 있다는 이점을 가진다.

도 1은 일반적인 IEEE 802.16e 통신 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면.

도 2는 일반적인 IEEE 802.16e 통신 시스템의 레인징 동작을 개략적으로 도시한 신호 흐름도.

도 3은 일반적인 IEEE 802.16e 통신 시스템에서 이동 가입자 단말기가 주기적인 레인징을 수행하는 동작을 도시한 순서도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 IEEE 802.16e 통신 시스템에서 이동 가입자 단말기가 Tn 타이머의 타임아웃이 발생했을 때 채널 모니터링을 통해 레인징 요구 메시지를 전송할 것인지의 여부를 판단하는 동작을 도시한 순서도.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 IEEE 802.16e 통신 시스템에서 이동 가입자 단말기가 주기적인 레인징을 수행하는 동작을 도시한 순서도.

도 6 및 도 7은 IEEE 802.16e 통신 시스템에서 기지국이 주기적인 레인징을 수행하는 동작을 도시한 순서도.

도 8은 IEEE 802.16e 통신 시스템의 슬립 모드 동작을 개략적으로 도시한 도면.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 IEEE 802.16e 통신 시스템에서 이동 가입자 단말기가 슬립 모드에서 동작하는 경우에 슬립 모드와 어웨이크 모드에서 모니터링 시점의 발생에 따른 이동 단말의 동작을 도시한 시간 흐름도

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 IEEE 802.16e 통신 시스템에서 이동 가입자 단말기가 슬립 모드에서 동작하는 경우에 모니터링 시점의 발생에 따른 동작을 도시한 순서도

Claims (18)

1. 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 이동 단말이 채널 상황에 대응하여 레인징을 수행하는 방법에 있어서,

   제1 타이머의 타임아웃이 발생할 때마다 기지국과 레인징 동작을 수행하는 과정과,

   상기 제1 타이머보다 짧은 제2 타이머의 타임아웃이 발생할 때마다 채널 상황을 판단하고, 상기 채널 상황이 양호하지 않으면 상기 기지국과 레인징 동작을 수행하는 과정과,

   상기 레인징 동작을 수행한 이후 상기 제1 타이머와 상기 제2 타이머를 재설정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 채널 상황은 평균 간섭대 잡음 및 간섭비(CINR)이며, 상기 평균 CINR이 미리 정해지는 소정 문턱값을 초과하면 상기 채널 상황이 양호한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 레인징 동작은,

   상기 기지국으로 레인징 요구 메시지를 전송하고, 상기 레인징 요구 메시지에 대응하는 레인징 응답 메시지를 수신하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 레인징 요구 메시지는, 경쟁 슬롯 방식으로 전송되는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 레인징 응답 메시지에 포함되는 레인징 상태 코드를 확인하여, 상기 레인징 상태 코드가 성공을 나타내면 상기 레인징 동작을 계속하고, 상기 레인징 상태 코드가 지속을 나타내면 상기 레인징 요구 메시지를 다시 전송하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
6. 제 3 항에 있어서, 상기 레인징 요구 메시지를 전송한 이후 상기 제2 타이머보다 짧은 제3 타이머를 설정하고, 상기 제3 타이머의 타임아웃이 발생하기 까지 상기 레인징 요구 메시지에 대응하는 레인징 응답 메시지가 수신되지 않으면, 상기 타임아웃 회수를 카운트하며, 상기 타임아웃 회수가 미리 정해지는 최대 횟수에 도달하면 에러로 판단하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
7. 송신할 데이터가 존재하지 않는 슬립 모드와 송신할 데이터가 존재하는 어웨이크 모드를 가지며, 상기 슬립 모드는 하향링크 신호의 수신이 불가능한 슬립구간과 하향링크 신호의 수신이 가능한 청취구간을 가지는 광대역 무선 접속 통신 시스템에서 슬립 모드의 이동 단말이 채널 상황에 대응하여 레인징을 수행하는 방법에 있어서,

   상기 청취구간에 도달할 때마다 채널 상황을 판단하고, 상기 채널 상황이 양호하지 않으면 상기 기지국과 레인징 동작을 수행하는 과정과,

   상기 슬립구간 또는 상기 청취구간에서 제1 타이머의 타임아웃이 발생할 때마다 채널 상황을 판단하고, 상기 채널 상황이 양호하지 않으면 상기 기지국과 레인징 동작을 수행하는 과정과,

   상기 레인징 동작을 수행한 이후 상기 제1 타이머를 재설정하고 상기 어웨이크 모드로 천이하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 채널 상황은 평균 간섭대 잡음 및 간섭비(CINR)이며, 상기 평균 CINR이 미리 정해지는 소정 문턱값을 초과하면 상기 채널 상황이 양호한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
9. 제 7 항에 있어서, 상기 레인징 동작은,

   상기 기지국으로 레인징 요구 메시지를 전송하고, 상기 레인징 요구 메시지에 대응하는 레인징 응답 메시지를 수신하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 레인징 요구 메시지는, 경쟁 슬롯 방식으로 전송되는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
11. 제 9 항에 있어서, 상기 레인징 응답 메시지에 포함되는 레인징 상태 코드를 확인하여, 상기 레인징 상태 코드가 성공을 나타내면 상기 레인징 동작을 계속하고, 상기 레인징 상태 코드가 지속을 나타내면 상기 레인징 요구 메시지를 다시 전송하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
12. 제 9 항에 있어서, 상기 레인징 요구 메시지를 전송한 이후 상기 제1 타이머보다 짧은 제2 타이머를 설정하고, 상기 제2 타이머의 타임아웃이 발생하기 까지 상기 레인징 요구 메시지에 대응하는 레인징 응답 메시지가 수신되지 않으면, 상기 타임아웃 회수를 카운트하며, 상기 타임아웃 회수가 미리 정해지는 최대 횟수에 도달하면 에러로 판단하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 방법.
13. 광대역 무선 접속 통신 시스템에 있어서,

    제1 타이머의 타임아웃이 발생할 때마다 기지국과 레인징 동작을 수행하며, 상기 제1 타이머보다 짧은 제2 타이머의 타임아웃이 발생할 때마다 채널 상황을 판단하여, 상기 채널 상황이 양호하지 않으면 레인징 동작을 수행하고, 상기 레인징 동작을 수행한 이후 상기 제1 타이머와 상기 제2 타이머를 재설정하는 이동 단말과,

    상기 이동 단말과 상기 레인징 동작을 수행하는 기지국을 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 시스템.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 채널 상황은 평균 간섭대 잡음 및 간섭비(CINR)이며, 상기 이동 단말은, 상기 평균 CINR이 미리 정해지는 소정 문턱값을 초과하면 상기 채널 상황이 양호한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 상기 시스템.
15. 제 13 항에 있어서, 상기 이동 단말은, 상기 레인징 동작을 위해, 상기 기지국으로 레인징 요구 메시지를 경쟁 슬롯 방식으로 전송하는 것을 특징으로 하는 상기 시스템.
16. 송신할 데이터가 존재하지 않는 슬립 모드와 송신할 데이터가 존재하는 어웨이크 모드를 가지며, 상기 슬립 모드는 하향링크 신호의 수신이 불가능한 슬립구간과 하향링크 신호의 수신이 가능한 청취구간을 가지는 광대역 무선 접속 통신 시스템에 있어서,

    상기 청취구간에 도달할 때마다 채널 상황을 판단하여 상기 측정된 채널 상황이 양호하지 않으면 상기 기지국과 레인징 동작을 수행하고, 상기 슬립구간 또는 상기 청취구간에서 제1 타이머의 타임아웃이 발생할 때마다 채널 상황을 판단하여 상기 채널 상황이 양호하지 않으면 레인징 동작을 수행하며, 상기 레인징 동작을 수행한 이후 상기 제1 타이머를 재설정하고 상기 어웨이크 모드로 천이하는 이동 단말과,

    상기 이동 단말과 상기 레인징 동작을 수행하는 기지국을 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 시스템.
17. 제 16 항에 있어서, 상기 채널 상황은 평균 간섭대 잡음 및 간섭비(CINR)이며, 상기 이동 단말은, 상기 평균 CINR이 미리 정해지는 소정 문턱값을 초과하면 상기 채널 상황이 양호한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 상기 시스템.
18. 제 16 항에 있어서, 상기 이동 단말은, 상기 레인징 동작을 위해 상기 기지국으로 레인징 요구 메시지 경쟁 슬롯 방식으로 전송하는 것을 특징으로 하는 상기 시스템.