KR20080052131A - 이동통신 시스템에서 중계기 선택 방법 - Google Patents

이동통신 시스템에서 중계기 선택 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이동통신 시스템에서 중계기 선택 방법에 관한 것이다.
기지국과 사용자 단말 사이에 다수의 중계기가 존재하고, 기지국이 중계기간 링크의 신호 품질과 이용 가능한 대역폭 정보에 기반을 두어 최적의 중계기를 선택하고, 최종 사용자 단말에까지 이르는 경로를 선택하는 방법을 제공한다. 즉, 사용자 단말이 네트워크에 처음 진입했을 때, 다수의 중계기들이 각 중계기 링크의 신호 품질을 측정하여 기지국에 전달하고, 이렇게 수집된 정보를 바탕으로 기지국이 최적의 중계기 및 경로를 선정한다. 또한, 사용자 단말이 네트워크에 진입한 이후 동적으로 변화하는 주변 상황에 따라 변화하는 신호 품질 및 대역폭 정보를 기지국이 습득하여 동적으로 중간 경로 및 중계기를 변경할 수 있다.
따라서, 다수의 릴레이형 중계기로 구성된 이동통신 시스템에서 사용자 단말에 최적의 통신 서비스를 제공할 수 있는 중계기와, 중계기를 통한 경로를 선정할 수 있다.
경로 선택, 중계기, 중계기 신호 품질

Description

이동통신 시스템에서 중계기 선택 방법{Method for selecting of relay station in communication system}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 네트워크의 구조도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 중계기 선택을 위한 정보 수집 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 중계기 선택을 위한 정보 수집 절차 시 송수신되는 메시지의 흐름도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 기지국에서 사용자 단말로 데이터를 전송할 때 이용 가능한 다양한 경로를 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 중계기 변경을 위한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 중계기 변경을 위해 송수신되는 메시지의 흐름도이다.
본 발명은 이동통신 시스템에 관한 것으로, 보다 자세하게는 중계기 선택 방법에 관한 것이다.
와이브로(IEEE 802.16) 등을 포함하는 이동통신 시스템은 기지국을 중심으로 점대다(Point-to-multipoint) 형태의 통신 방법을 채택하고 있다. 이때, 기지국 전파의 도달 범위 한계 및 거리에 따른 전파 신호 감쇠(attenuation)로 인해, 사용자에게 제공해줄 수 있는 전송 속도가 감소한다. 또한, 기지국 셀(cell) 범위 안에 있는 사용자라 하더라도 장애물에 의한 음영지역(shadow) 발생 등으로 인해 서비스를 제공할 수 없는 상황이 발생하기도 한다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 다수의 기지국을 건설하여 인접 셀의 밀도를 촘촘하게 구성하는 방법이 있다. 그러나, 이와 같은 방법은 인접 기지국과의 신호 간섭 등으로 인하여 성능이 낮아질 수 있다. 또한, 막대한 기지국 건설 비용으로 인해 현실적으로 실현이 불가능하다.
또 다른 해결 방법으로는 기지국의 셀 범위 내에 발생하는 음역 지역 등에 다수의 중계기를 설치하는 방법이 있다. 현재 와이브로 네트워크 등의 이동통신 시스템에서 사용하고 있는 중계기는, 기지국으로부터 수신한 전파의 신호를 증폭하여 다시 송신하는 단순한 리피터(repeater)이다.
이러한 리피터들은 단순히 신호만 증폭하여 전송하기 때문에, 기지국에서 전송한 데이터의 모듈레이션(modulation)을 변경하여 전송 속도를 변화시키는 등의 복잡한 기능은 수행할 수 없다. 따라서, 셀의 외곽에 위치한 사용자는 중심부에 위치한 사용자보다 여전히 낮은 전송 속도로 모듈레이션된 신호를 받기 때문에, 전송 속도 향상을 얻을 수 없다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 리피터보다 많은 기능을 탑재한 릴레 이(relay) 형 중계기의 도입이 가시화되고 있다. 이러한 릴레이에서는 전송 신호의 모듈레이션 등을 변화시키는 물리 계층의 기능 뿐만 아니라, 기지국과 제어 메시지를 주고받는 MAC 계층의 기능 또한 제한적으로 탑재하고 있다. 이와 같은 릴레이형 중계기를 이용하면 사용자의 이동성으로 인해 변화하는 신호 품질에 능동적으로 대응할 수 있는 장점이 있다.
이러한 릴레이형 중계기를 이용한 릴레이 기술을 효과적으로 사용하기 위해서는, 사용자에 따라 최적의 중계기를 선택하는 기술이 필수적으로 요구된다. 이는 각 중계기가 사용자 단말에 제공할 수 있는 신호 품질이 서로 다르며, 데이터의 이동 경로에 따라 결과적으로 사용자가 이용할 수 있는 전송량(throughput)의 차이가 발생하기 때문이다. 그러나, 현재는 최적의 서비스를 제공할 수 있는 중계기를 선택하는 방법에 대해 제안되고 있지 않다.
따라서, 본 발명은 기지국과 사용자 단말 사이에 존재하는 다수의 중계기 중에서 각 사용자에게 가장 최적의 서비스를 제공할 수 있는 중계기를 선택하는 방법을 제공한다.
또한, 사용자와 직접 통신을 수행하는 최종 중계기에 이르는 전송 경로를 설정하는 방법을 제공한다.
상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 특징인 중계기 선정 방법은, 기지국과 사용자 단말 사이에 적어도 하나의 중계기가 위치되는 이동통신 시스템에서 중계기를 선택하는 방법에 있어서,
상기 사용자 단말에게 상향 링크 슬롯을 할당하고, 상기 사용자 단말이 상기 할당된 상향 링크 슬롯을 통해 신호를 전송하도록 하는 단계; 상기 상향링크 슬롯을 통해 전송된 신호를 수신한 다수의 중계기들로부터 측정된 각각의 신호 품질 정보를 포함하는 신호 리포트 메시지를 수신하는 단계; 상기 수신한 신호 리포트 메시지에 포함된 신호 품질 정보를 토대로 적어도 하나의 중계기를 선택하는 단계; 및 상기 선택된 중계기로 상기 사용자 단말의 기본 정보가 포함된 메시지를 전송하여 상기 사용자 단말로 신호를 중계하도록 하는 단계를 포함한다.
상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 특징인 중계기 선정 방법은, 기지국과 사용자 단말 사이에 적어도 하나의 중계기가 위치되는 이동통신 시스템에서 중계기를 선택하는 방법에 있어서,
상기 사용자 단말에 할당된 상향 링크 슬롯에 대한 상향 링크 맵을 분석하여, 상향 링크 슬롯 시간 정보를 추출하는 단계; 상기 추출된 상향 링크 슬롯 시간 정보를 토대로, 상향 링크 슬롯 시간 동안 상기 사용자 단말이 송신한 신호의 신호 품질을 측정하는 단계; 및 상기 측정한 신호 품질 정보를 포함하는 사용자 단말 신호 리포트 메시지를 생성하여 상기 기지국이 수신한 사용자 단말 리포트 메시지를 토대로 다수의 중계기 중 적어도 하나의 중계기를 선택하도록 하는 단계를 포함한다.
상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 특징인 중계기 선정 방법은, 기지국과 사용자 단말 사이에 적어도 하나의 중계기가 위치되는 이동통신 시스템에서 중계기를 선택하는 방법에 있어서,
상기 사용자 단말로 전송되는 신호를 중계하는 서빙 중계기를 통해 사용자 단말로 리포트 요청 메시지를 전송하고, 그에 대한 응답으로 상기 사용자 단말로부터 상기 서빙 중계기를 경유하여 리포트 응답 메시지를 수신하는 단계; 상기 리포트 응답 메시지를 수신한 상기 서빙 중계기를 포함하는 다수의 중계기들이 각각 계산한 서비스 품질 정보를 포함하는 사용자 단말 신호 리포트 메시지를 수신하는 단계; 상기 사용자 단말 신호 리포트 메시지에 포함된 서비스 품질 정보를 토대로 상기 사용자 단말로 전송되는 신호를 새롭게 중계할 타겟 중계기를 선택하는 단계; 및 상기 선택된 타겟 중계기로 상기 사용자 단말의 기본 정보가 포함되어 있는 중계기 변동 지시 메시지를 송신하여 상기 타겟 중계기로 하여금 상기 사용자 단말로 신호를 중계하도록 하는 단계를 포함한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 네트워크의 구조도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 기지국(BS: Base Station)(100)이 송신한 데이터가 직접 사용자 단말(300)에 도달할 수 있지만, 이러한 경우 링크의 길이가 길어짐에 따라 무선 신호의 품질이 낮아질 수 있으며, 그에 따라 전송 속도가 저하될 수 있다. 그러므로 기지국(100)과 사용자 단말(300) 사이에 중계기(RS: Relay Station)(210∼230)를 설치하면, 기지국(100)과 중계기간, 중계기와 중계기간, 중계기와 사용자 단말(300)간의 링크가 짧아지기 때문에, 높은 전송 속도를 사용하여 무선 신호를 송수신할 수 있다. 결과적으로 네트워크의 성능이 향상된다.
이와 같은 네트워크 환경에서 사용자에게 최적의 성능을 제공할 수 있는 중계기를 선택하고, 중계기간에 효율적인 경로를 설정하는 방법에 대하여 설명하기로 한다. 이를 위해 본 발명의 실시예에서는 와이브로(IEEE 802.16e) 시스템을 예로 하여 설명하며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예에 따른 중계기 선택 방법은 크게 최적의 중계기를 선택하기 위한 정보를 얻는 단계, 최적 중계기로의 경로를 설정하는 단계 및 중계기를 변경하기 위한 정보를 얻는 단계인 세 단계로 구분지어 볼 수 있다.
먼저 최적의 중계기를 선택하기 위한 정보를 얻는 방법에 대하여 다음 도 2 및 도 3을 참조로 하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 중계기 선택을 위한 정보 수집 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 다수의 중계기 중 최적 의 중계기를 선택하기 위해 정보를 수집하는 방법은, 사용자 단말(300)이 네트워크로 처음 진입하는 경우에 네트워크 초기화 과정(S100)을 수행하는 단계로부터 시작된다. 여기서 네트워크 초기화 단계는 사용자 단말(300)과 기지국(100)간의 동기화 절차부터 레인징 과정이 종료되기까지의 단계를 의미한다.
즉, 사용자 단말(300)이 기지국(100)으로부터 송신된 신호를 수신하고 이를 토대로 기지국(100)과의 물리 계층 동기화를 수행하면, 사용자 단말(300)은 CDMA 기반의 레인징 과정에 들어간다. 레인징 과정을 통해 사용자 단말(300)은, 사용자 단말(300)과 기지국(100) 사이의 신호 품질에 따라 자신의 전송 신호 세기를 조절한다.
이때, 사용자 단말(300)의 전송 신호 세기의 조절은 사용자 단말(300)이 기지국(100)과 레인징 메시지(레인징 응답 메시지, 레인징 요청 메시지를 포함)를 송수신 하면서 수행한다. 예를 들어 사용자 단말(300)이 기지국(100)으로부터 멀리 떨어져 있거나 음영 지역 등에 들어가 기지국(100)과의 송수신하는 신호 품질이 낮아지게 되면, 기지국(100)이 레인징 응답(RNG-RSP) 메시지 내에 전송 신호의 세기를 높여 전송하라는 신호 세기 지시 정보를 포함하여 사용자 단말(300)로 전송한다. 레인징 응답 메시지를 수신한 사용자 단말(300)은 신호 세기 지시 정보를 토대로 기지국(100)으로 전송하는 신호의 세기를 조절하게 된다.
사용자 단말(300)과 기지국(100)간의 전송 신호 세기 조절 과정이 완료되면, 기지국(100)은 사용자 단말(300)을 위한 업 링크(Up link) 슬롯을 UL-MAP에 할당(S110)하고, UL-MAP을 사용자 단말(300)에 전송한다. 이렇게 할당된 업 링크 슬 롯을 이용하여 사용자 단말(300)은 자신의 MAC 주소를 포함하는 레인징 요청 메시지를 기지국(100)으로 전송하고, 이 절차를 수행함으로써 레인징 과정을 마친다. 이때, 사용자 단말(300)로 할당되는 업 링크 슬롯은 레인징 과정에 사용된 레인징 코드에 따라 결정된다. 그러므로. UL-MAP 상에 해당하는 상향 링크 영역이 사용자 단말(300)에 할당되었다는 사실은 곧이어 사용자 단말(300)이 기지국(100)으로 레인징 요청(RNG-REQ) 메시지를 보낼 것임을 의미한다.
다음 다수의 중계기들은 기지국(100)으로부터 사용자 단말(300)로 할당된 UL-MAP을 분석하여, 레인징 리포트 메시지에 해당하는 영역이 할당되어있는지를 확인하고, 상향링크 슬롯 시간을 파악(S120)한다. 이는 상기에서 설명한 바와 같이 레인징 과정에 사용된 레인징 코드에 따라 레인징 리포트 메시지를 전송하기 위한 상향 링크 슬롯이 할당되기 때문에, 결과적으로 다수의 중계기는 UL-MAP의 분석을 통하여 사용자 단말(300)이 레인징 요청 메시지를 기지국(100)으로 언제 보낼지 알 수 있다.
다음 S120 단계를 통해 알아낸 상향 링크 슬롯 시간 동안 다수의 중계기들은 각각 사용자 단말(300)이 송신한 신호의 신호 품질을 측정한다. 이렇게 측정된 신호 품질에 대한 정보를 SS-SIG-REP(Subscriber Staton-Signal-Report, 사용자 단말 신호 리포트) 메시지에 담아 자신의 상위 중계기에 일괄적으로 전송(S130)한다. 여기서 SS-SIG-REP 메시지는 사용자 단말(300)로부터 수신한 레인징 요청(RNG-REQ) 메시지에 기반하여 신호 품질을 측정하고 이를 기지국(100)에 보고하는 메시지로서, 중계기 및 사용자 단말(300)의 정보를 포함한다.
또한, 중계기 사이의 신호 품질 뿐만 아니라, 각 중계기들은 자신의 이용 가능한 여유 대역폭 정보를 SS-SIG-REP 메시지에 첨부하여 전송한다. 이를 통해, 기지국(100)은 중계기들간의 신호 품질과 여유 대역폭 정보를 토대로 신호 처리량을 예측할 수 있다.
SS-SIG-REP 메시지를 수신한 중계기들은 SS-SIG-REP 메시지를 수신했음을때의 중계기 신호 품질을 측정하고, 측정된 신호 품질을 수신한 SS-SIG-REP 메시지에 첨부하여 신호 품질을 측정한 중계기에 연결되어 있는 상위 중계기에 전달한다. 여기서 상위 중계기라 함은, 하나의 중계기에 연결되어 있는 다수의 중계기들 중 기지국(100)과 인접하여 위치하는 중계기를 의미한다.
상기에서 언급한 방법으로 SS-SIG-REP 메시지가 중계기들 사이에 송수신되고 최종적으로 기지국(100)이 중계기로부터 SS-SIG-REP 메시지를 수신(S140)할 때, 기지국(100)은 사용자 단말(300)과 사용자 단말(300)이 보낸 메시지를 직접 받은 최종 중계기 사이의 신호 품질 뿐만 아니라, 중간에 경유하게 되는 다수의 중계기 사이의 신호 품질 정보 또한 알 수 있게 된다.
이와 같이 상기 S140 단계를 통해 수집한 신호 품질 정보를 이용하여 기지국(100)은 SS-SIG-REP 메시지를 생성하고, 생성한 사용자 단말 신호 리포트 메시지를 토대로 사용자 단말(300)과 신호를 송수신하기 위한 중계기를 선택(S150)한다. 그 후 적정 타이밍(appropriate timing)과 전력 정정(power correction) 정보를 포함한 레인징 응답 메시지를 선택한 중계기로 송신한다.
여기서 SS-SIG-REP 메시지는 사용자 단말(300)로부터 수신한 레인징 요청 메 시지에 기반하여 신호 품질을 측정하고 이를 기지국(100)에 보고하는 메시지로서, 중계기 및 사용자 단말(300)의 정보를 포함한다. 다음 기지국(100)은 자신이 선택한 중계기로 업데이트된 파라미터를 포함하는 CH-RS-IND(Change RS Indication, 중계기 변경 지시) 메시지를 송신(S160)한다. 여기서 파라미터는 사용자 단말(300)의 기본 CID 정보 및 선택된 중계기 정보, 경로 정보 등을 포함하며, CH-RS-IND 메시지를 수신한 중계기는 해당 파라미터를 저장한다.
상기에서 설명한 중계기 선택을 위해 정보의 수집 절차를 토대로 신호 흐름을 포함하는 중계기 선택 절차에 대해 하기에서 도 3을 참고하여 설명하기로 하며, 상기 S150 단계를 통해 다수의 중계기 중 어느 하나의 중계기를 선택하는 절차에 대해서는 하기 도 3을 설명할 때 설명한다. 도 3을 설명하기 앞서 본 발명의 실시예에서는 제1 중계기(210)와 제2 중계기(220)가 존재한다고 가정하고, 두 개의 중계기 중 제1 중계기(210)가 최적의 중계기로 선택된다고 가정한다. 그러나 반드시 이와 같이 한정되는 것은 아니다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 중계기 선택을 위한 정보 수집 절차 시 송수신되는 메시지의 흐름도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 사용자 단말(300)과 기지국(100) 사이에 초기 레인징 절차(S100)가 완료되면, 기지국(100)은 소정의 시간 뒤에 S100 단계의 레인징 과정에 사용된 레인징 코드를 토대로 업링크 슬롯을 할당하고 대역폭이 할당된 UL-MAP을 사용자 단말(300)로 전송(S110)한다. 다음 제1 및 제2 중계기(210, 220)는 수신한 UL-MAP으로부터 새로운 사용자 단말이 사용하는 레인징 코드에 업링크 대역 폭이 할당되었음을 알 수 있다. 이렇게 할당된 시간 동안 사용자 단말(300)로부터 RNG-REP 메시지가 송신될 것임을 예상할 수 있다.
사용자 단말(300)은 MAC 주소를 이용하여 레인징 요청 메시지를 기지국(100)으로 전송하고, 레인징 요청 메시지를 수신한 기지국(100)은 사용자 단말(300)로 기본 CID를 할당한 후 레인징 응답 메시지를 사용자 단말(300)로 전송(S135)한다. 이때, 제1 및 제2 중계기(210, 220)는 신호 품질의 측정을 위해 기지국(100)으로 전송되는 RNG-REQ 메시지를 청취(S120, S135)할 수 있으며, 이는 도 3에 점선으로 나타내었다. 레인징 응답 메시지를 수신한 사용자 단말(300)은 메시지 내에 포함되어 있는 자신에게 할당된 기본 CID와 인접 파라미터들을 저장한다.
다음, 제1 및 제2 중계기(210, 220)는 기지국(100)으로 신호 리포트를 전송하고, 이들 신호 리포트는 SS-SIG-REP 메시지에 포함되어 기지국(100)으로 전송(S140, S145)된다. 기지국(100)은 SS-SIG-REP 메시지를 수신하면, 다수의 중계기 중 가장 최적의 중계기를 선택(S150)하고, 선택된 제1 중계기(210)로 CH-RS-IND 메시지를 전송(S160)한다. CH-RS-IND 메시지를 수신한 중계기는 CH-RS-IND 메시지에 포함되어 있는 사용자 단말(300)의 기본 CID 정보를 갱신(S165)한다.
여기서 사용자 단말(300)로 RNG-RSP 메시지가 전송되는 절차(S135)와 중계기들이 SS-SIP-REP 메시지를 전송하는 절차(S140, S145)가 순차적으로 이루어지는 것으로 도시되어 있으나, 반드시 순차적으로 진행되는 것은 아니다.
다음 상기 도 2 및 도 3에서 언급한 다수의 중계기 중 최적의 중계기를 선택한 후 경로를 설정하는 방법에 대하여 도 4a 및 4b를 참조로 설명하기로 한다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 기지국(100)에서 사용자 단말(300)로 데이터를 전송할 때 이용 가능한 다양한 경로를 나타낸 예시도이다. 상세하게는 도 4a는 두 개의 경로가 존재하는 네트워크의 예시도에 관한 것이고, 도 4b는 다수의 중계기가 존재할 때 나타날 수 있는 다양한 경로를 나타낸 예시도이다.
기지국(100)은 다수의 중계기들로부터 수신한 신호 품질과 여유 대역폭 정보를 바탕으로 최적의 중계기와 경로를 선정하는 알고리즘을 수행한다. 알고리즘 수행 결과에 따라 기지국(100)은 이용 가능한 다양한 경로 중 하나의 경로를 선정하여 사용자 단말(300)과 통신을 수행한다. 본 발명의 실시예에서는 도 4a에 도시된 바와 같이 기지국(100)에서 사용자 단말(300)에 도달하는 데 제1 중계기(210)와 제2 중계기(220)를 거치는 두 개의 경로가 존재하는 네트워크 토폴로지를 예로 하여 설명하기로 하며, 반드시 이와 같이 한정되는 것은 아니다.
기지국(100)에서 사용자 단말(300)까지 도달할 때의 총 경로 처리량(total path throughput)은 기지국(100)에서 중계기까지의 링크와 중계기에서 사용자 단말(300)까지의 링크 상태에 따라 달라지게 되므로, 단순히 최종 기지국(100)에서 사용자 단말(300)까지의 링크 정보만으로는 최적의 경로를 찾을 수 없다. 그러므로 최적의 중계기를 선택하기 위해서는 실제 기지국(100)에서 사용자 단말(300)까지의 경로 안에 포함된 모든 링크의 상태를 고려하여야 한다.
예를 들어, 링크 a와 b로 이루어진 PATH-1과 링크 c와 d로 이루어진 PATH-2가 있으며, 음영 지역과 같은 다른 신호 감쇠의 원인이 없다고 가정한다. 또한 링 크 b가 링크 d보다 거리상으로 짧으며, 링크 c가 링크 a보다 거리상으로 짧다고 가정한다. 여기서 링크가 거리상으로 짧음은 도 4a에 도시한 링크의 길이로 판단하기로 한다.
링크 b가 링크 d보다 거리상으로 짧기 때문에 제1 중계기(210)가 제2 중계기(220)보다 높은 SINR(Signal-to-Noise Ratio)을 사용자 단말(300)에 제공할 수 있으며, 보다 높은 전송 속도를 이용하여 제공할 수 있다. 그러나, 기지국(100)으로 연결된 링크 a는 링크 c보다 과도하게 길기 때문에 SINR 저하가 심각해지며, 따라서 전송 속도가 낮아지게 되고 결국 최종 경로 처리량은 PATH-1이 PATH-2보다 낮아지게 된다.
기지국(100)은 각 중계기로부터 받은 신호 품질 정보를 바탕으로 데이터 모듈레이션 종류를 결정하기 때문에 전송 속도가 달라진다. 즉, 높은 신호 품질을 제공할 수 있는 중계기는 높은 전송 속도를 사용할 수 있고, 신호 품질이 낮은 중계기는 낮은 전송 속도를 사용하여 신호를 송수신한다. 이렇게 결정된 전송 속도에서 각 중계기로부터 획득한 여유 대역폭 정보를 서로 곱하여 중계기 i와 하향 노드간 링크의 예측 처리량(Expected throughput)을 다음 [수학식 1]과 같이 계산할 수 있다.
[수학식 1]
Texpected(j) = BWavail(i) × Data_rate(j)
여기서 이용 가능한 대역폭을 의미하는 BWavail(i)의 값을 구하기 위해 RSi의 할당 가능한 최대 대역폭을 의미하는 BWmax(i)의 값이 필요하며, 이 값은 i번째 중계기에 할당된 서브채널과 심볼 시간의 곱으로 구할 수 있다. 결국 BWavail(i)의 값은 BWmax(i) 값에서 현재 i번째 중계기에서 사용되는 대역폭을 뜻하는 BWused(i)를 뺀 값이 된다. 여기서 RSi는 i번째 중계기를 의미한다.
각 중계기가 이렇게 자신의 하향 링크에 대해 계산한 예측 처리량을 가지고 있다는 가정 하에 기지국(100)은 각 중계기의 상향 링크에 존재하는 중계기의 목록을 토대로, 이용 가능한 전송 경로의 목록을 작성한다. 도 4b는 기지국(100)에서 사용자 단말(300)로 데이터를 전송할 때 이용 가능한 다양한 경로의 실시예를 나타낸다.
도 4b와 같은 상황에서 제3 중계기(RS3)(230)의 상향 중계기는 제1 중계기(RS1)(210)와 제2 중계기(RS2)(220)에 해당하므로 RS3은 RS1과 RS2에 대한 정보를 저장한다. 마찬가지로 RS1(210)은 기지국(100)이 상향 중계기인 샘이므로, 기지국(100)에 대한 정보를 저장한다. 이때, 사용자 단말(300)이 이용 가능한 최종 중계기는 RS3(230)과 제4 중계기(RS4)(240)가 해당된다. 그리고, 이용 가능한 경로(혹은 중계 경로라고도 지칭)는 "기지국→RS1→RS3→사용자 단말(300)", "기지국→RS1→RS4→사용자 단말(300)", "기지국→RS2→RS3→사용자 단말(300)" 및 "기지국→RS2→RS4→사용자 단말(300)"의 총 네 가지 경우가 존재한다. 결국 기지국(100)은 다수의 중계기(210 ∼ 240)를 포함하는 전체적인 네트워크 토폴로지 정보를 가지게 된다.
기지국(100)은 각각의 이용 가능한 경로마다 해당 경로를 구성하고 있는 링크에서 [수학식 1]의 수식을 이용하여 예측 처리량을 각각 구하고, 구해진 다수의 예측 처리량에 대한 최소값 중에서 하나를 해당 경로에 대한 최소값으로 선택한다. 이렇게 선택된 최소값을 그 경로를 대표하는 대표 값이 된다.
다시 말해, "기지국→RS1→RS3→사용자 단말(300)"로 구성된 경로를 예로 하여 설명하면, 상기 경로는 "기지국→RS1", "RS1→RS3" 및 "RS3→사용자 단말(300)"로 이루어진 경로의 3개의 링크로 구성된다. 이렇게 각각의 링크의 예측 처리량을 계산하면 총 3개의 예측 처리량 값이 산출되고, 산출된 3개의 예측 처리량 중 가장 작은 값을 "기지국→RS1→RS3→사용자 단말(300)"의 대표 값으로 결정한다. 그 이유는 아무리 경로를 구성하는 개별 링크가 높은 처리량을 보장한다 하더라도 그 중 하나의 링크에서의 처리량이 낮다면, 이것은 전체 경로의 성능을 저하하는 병목 지점이 될 수 있으며, 그 결과 병목 현상을 일으킬 수 있는 가장 작은 예측 처리량을 갖는 링크에 의해 전체 경로의 성능이 좌우된다. 즉, 각 경로의 대표 값이란, 각 경로를 구성하는 링크에서 가장 작은 예측 처리량을 의미한다.
이렇게 선택된 대표 값들 중에서 최종적으로 가장 큰 값을 선택하여 이 경로를 최적 경로로 선택한다. 본 발명의 실시예에서는 네 가지 경로가 존재하기 때문에, 4개의 대표 값들 중에서 가장 큰 값을 나타내는 경로를 최적 경로로 선택한다. 이렇게 선택된 경로 및 사용자 정보는 CH-RS-IND 메시지를 통해 최적 경로에 위치하고 있는 각각의 중계기들에 전달된다.
여기서, 다수의 중계기에 대해 수집된 신호 품질 정보 중 신호 품질이 우수 한 다수개의 중계기를 미리 설정하고, 설정된 중계기를 통해 신호가 중계되도록 할 수도 있다. 본 발명의 실시예에서는 다수의 중계기 중 최적의 중계기를 하나 선택한 후, 최적의 중계기가 연결되어 있는 다수의 중계 경로 중 최적의 경로를 설정하여 최적의 경로상에 위치하고 있는 중계기를 선택하는 방법에 대하여 제안하며, 반드시 이와 같이 한정되는 것은 아니다.
다음은, 상기에서 설명한 바에 의해 최적의 중계기를 선택하기 위해 정보를 수집하고, 수집된 정보를 토대로 최적의 경로를 선택하여 사용자 단말(300)에 서비스를 서비스를 제공하는 중, 사용자 단말(300)의 이동 등에 따라 신호 품질이 변경될 경우의 중계기 변경에 대하여 도 5 및 도 6을 참조로 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 중계기 변경을 위한 흐름도이다.
사용자 단말(300)의 이동 및 경로 중간에 전파 장애물의 등장 등으로 인하여, 신호 품질이 달라질 경우, 사용자에게 최적의 서비스를 제공하기 위해서는 최종 중계기와 중간 경로를 동적으로 변화시킬 수 있는 기술이 요구된다. 즉, 사용자 단말(300)이 처음 네트워크에 진입하였을 때의 네트워크 초기화 과정 뿐만 아니라, 사용자 단말(300)이 네트워크에 진입한 이후에 기지국(100) 또는 중계기와 통신을 주고받는 도중에 사용자에게 서비스를 중계해 주는 중계기를 변경하기 위한 정보를 수집하는 절차가 필요하다.
도 5에 도시된 바와 같이 기지국(100)은 경로 품질 모니터링을 위하여 주기적으로 각 사용자 단말(300)에 서빙 중계기를 통해 리포트 요청(REP-REQ) 메시지를 전송(S200)한다. 이때 REP-REQ 메시지는 이동통신 시스템의 표준에 정의되어 있는 제어 메시지로써, 사용자 단말(300)로 하여금 현재 자신의 신호 품질 정보를 측정하여 응답하도록 한다. 이 REP-REQ 메시지는 현재 사용자 단말(300)에서 메시지를 포워딩하고 있는 서빙 중계기(Serving RS)(도 6의 도면부호 250)에 의해 사용자 단말(300)에 전달된다. 여기서 서빙 중계기는 기지국(100)과 사용자 단말(300) 사이에 통신이 이루어질 때, 기지국(100)으로부터 전송된 신호를 사용자 단말(300)로 중계해주고 있는 중계기를 의미한다.
REP-REQ 메시지를 수신한 사용자 단말(300)은 그에 대한 응답으로 REP-RSP 메시지를 서빙 중계기(250)를 통해 기지국(100)으로 전송한다. 이때 REP-RSP 메시지에는 초기 중계기 선택 절차를 통해 사용자 단말(300)에 할당된 기본 CID 정보가 포함되어 있다.
REP-RSP 메시지를 수신한 서빙 중계기(250)는 메시지에 포함된 기본 CID 정보를 확인하고, 서빙 중계기(250) 자신이 저장하고 있는 기본 CID 정보와 일치하는지 여부를 판단(S220)한다. 만약 기본 CID 정보가 자신의 정보와 다른 경우 해당 메시지를 무시(S270)한다.
그러나 기본 CID 정보가 자신의 정보와 일치하는 경우, REP-RSP 메시지를 기지국(100)으로 전송한다. 이때 타겟 중계기(260)를 포함한 다수의 중계기들은 자신의 신호 품질을 계산(S230)한다. 여기서 타겟 중계기(Target BS)(260)는 사용자 단말(300)로 신호를 중계하던 서빙 기지국(250)이 더 이상 신호를 중계할 수 없는 경우, 다수의 중계기 중 새로운 중계기를 통해 신호를 중계받을 수 있으며, 이때 새로운 중계기를 타겟 중계기(260)라고 지칭한다.
이 과정은 상기 도 2 및 도 3에서 설명한 중계기 선택을 위한 정보 수집 과정에서 이루어지는 것과 동일하게 중간 경로에 위치한 중계기들에 의해 전달된다. 계산된 신호 품질 정보는 SS-SIG-REP 메시지를 통해 상위 중계기들에 전송되고, 최종적으로 기지국(100)으로 전송(S240)된다.
이렇게 수신한 정보를 바탕으로 기지국(100)은 상기 [수학식 1]을 토대로 중계기 선택 알고리즘을 가동하며, 최적의 중계기 및 경로를 재 산출하여 타겟 중계기(260)를 선택(S250)한다. 그 후, 타겟 중계기(260)는 기지국(100)으로부터 수신한 CH-RS-IND 메시지를 토대로 이동 단말에 대한 기본 CID 정보를 갱신(S260)함으로써 서빙 중계기(250)로부터 타겟 중계기(260)로 중계기가 변경된다.
이와 같은 절차에 의해 중계기 변경을 시도하는 본 발명의 실시예에 대하여 도 6을 참조로 좀 더 상세히 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 중계기 변경을 위해 송수신되는 메시지의 흐름도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 기지국(100)은 미리 설정된 시간 후에 서빙 중계기로 현재 중계기의 신호 품질을 계산하도록 하는 REP-REQ 메시지를 송신(S200)한다. REP-REQ 메시지를 수신한 서빙 중계기(250)는 사용자 단말(300)로 메시지를 전송(S205)하고, 이에 대한 응답으로 기지국(100)은 REP-RSP 메시지를 서빙 중계기(250)를 통해 수신(S210, S214)한다. 여기서, 사용자 단말(300)로부터 기지국(100)으로 송신되는 REP-RSP 메시지는 타겟 중계기(260)를 포함한 다수의 중계기에서도 수신 가능(S214)하며, 이것은 REP-RSP 메시지를 청취함으로써 타겟 중계 기(260)를 포함한 다수의 중계기에서 자신의 신호 품질을 측정하고자 함이다.
다음 서빙 중계기(250)와 타겟 중계기(260)에서는 각각 자신의 신호 품질을 계산하여 SS-SIG-REP 메시지에 실어 기지국(100)으로 전송(S240, S245)하고, 기지국(100)은 SS-SIG-REP 메시지를 수신함과 동시에 중계기 선택 알고리즘을 실행한다. 중계기 선택 알고리즘의 실행을 토대로 기지국(100)은 최적의 중계기를 타겟 중계기(260)로 선택(S250)하고, 선택한 중계기의 정보 및 사용자 단말(300)의 기본 CID 정보를 포함하는 CH-RS-IND 메시지를 타겟 중계기(260)와 서빙 중계기(250)로 각각 전송(S260, S265)한다.
타겟 중계기(260)는 CH-RS-IND 메시지에 포함되어 있는 사용자 단말(300)의 기본 CID 정보를 포함하도록 기본 CID 정보를 갱신(S260)하고, 서빙 중계기(250)는 사용자 단말(300)의 기본 CID 정보를 삭제(S267)한다. 이와 같은 절차를 통해 기지국(100)은 최적의 중계기를 변경하는 절차를 완료한다.
여기서, 전술한 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체 역시 본 발명의 범주에 포함되는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
전술한 실시예에 따르면, 이동통신 네트워크에서 사용자 단말에 최적의 통신 서비스를 제공할 수 있는 중계기와 중계기를 통한 경로를 선정하는 것이 가능하다.
또한, 사용자 단말이 처음 네트워크에 진입할 때 뿐만 아니라, 통신 도중에도 변화하는 전파 신호 품질과 중계기의 처리 용량에 따라 능동적으로 경로를 변경할 수 있다.
또한, 사용자 단말에는 보다 높은 전송 속도를 토대로 네트워크 서비스를 제공할 수 있으며, 망 사업자에게는 보다 적은 기지국 수로 보다 많은 사용자에게 안정적으로 서비스를 제공할 수 있다.

Claims (16)

  1. 기지국과 사용자 단말 사이에 적어도 하나의 중계기가 위치되는 이동통신 시스템에서 중계기를 선택하는 방법에 있어서,
    상기 사용자 단말에게 상향 링크 슬롯을 할당하고, 상기 사용자 단말이 상기 할당된 상향 링크 슬롯을 통해 신호를 전송하도록 하는 단계;
    상기 상향링크 슬롯을 통해 전송된 신호를 수신한 다수의 중계기들로부터 측정된 각각의 신호 품질 정보를 포함하는 신호 리포트 메시지를 수신하는 단계;
    상기 수신한 신호 리포트 메시지에 포함된 신호 품질 정보를 토대로 적어도 하나의 중계기를 선택하는 단계; 및
    상기 선택된 중계기로 상기 사용자 단말의 기본 정보가 포함된 메시지를 전송하여 상기 사용자 단말로 신호를 중계하도록 하는 단계
    를 포함하는 중계기 선택 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 중계기를 선택하는 단계는,
    상기 선택된 중계기를 포함하는 중계 경로--여기서 중계 경로는 적어도 하나의 링크를 포함하며, 하나의 링크는 적어도 하나의 중계기로 연결됨--를 설정하는 단계
    를 더 포함하는 중계기 선택 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 경로를 설정하는 단계는,
    상기 사용자 단말과 기지국간에 상기 특정 중계기가 포함되도록 설정 가능한 다수의 중계 경로들을 확인하는 단계;
    상기 확인된 다수의 중계 경로들 각각에 대하여, 상기 다수의 링크들에 대해 각각의 예측 처리량을 계산하는 단계;
    상기 계산된 예측 처리량을 토대로 상기 다수의 중계 경로에 대한 대표 값들을 각각 설정하는 단계; 및
    상기 설정된 대표 값들을 비교하여 가장 큰 값을 갖는 중계 경로를 선정하고, 상기 중계 경로에 포함된 중계기를 선택하는 단계
    를 포함하는 중계기 선택 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 예측 처리량은,
    상기 링크를 생성하는 적어도 하나의 중계기에 할당되어 있는 이용 가능한 대역폭과 데이터 처리량을 곱하여 계산되는 중계기 선택 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 이용 가능한 대역폭은,
    상기 어느 하나의 링크를 생성하는 중계기에 할당 가능한 최대 대역폭에서 현재 상기 중계기에서 현재 사용되는 대역폭을 감한 값으로 계산되는 중계기 선택 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 최대 대역폭은 상기 어느 하나의 링크를 생성하는 중계기에 할당된 서브 채널과 심볼 시간의 곱으로 계산되는 중계기 선택 방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 링크가 두 개의 중계기의 연결에 의해 생성된 링크이면, 상기 두 개의 중계기 중 상기 기지국에 인접한 중계기에서 사용되는 대역폭을 이용하여 예측 처리량을 계산하는 중계기 선택 방법.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 대표 값들은 상기 다수의 링크들에 대해 각각 계산된 다수의 예측 처리량 중 가장 작은 예측 처리량을 갖는 링크의 예측 처리량으로 설정하는 중계기 선택 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 가장 작은 예측 처리량은 상기 중계 경로에서 병목 현상을 일으키는 병 목 구간에 해당하는 중계기의 예측 처리량인 중계기 선택 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 사용자 단말이 상향 링크 슬롯을 통해 신호를 전송하도록 하는 단계는,
    상기 사용자 단말과의 물리 계층의 동기화를 실행하는 단계;
    상기 동기화가 완료된 상기 사용자 단말과의 레인징 절차를 수행하여 상기 사용자 단말의 전송 신호 세기를 조절하는 단계; 및
    상기 전송 신호 세기가 조절된 상기 사용자 단말에 대응되는 상기 상향 링크 슬롯을 상향 링크 맵에 할당하고, 상기 할당된 상향 링크 슬롯을 통해 상기 사용자 단말로부터 자신의 MAC 주소가 포함된 레안징 요청 메시지를 수신하는 단계
    를 포함하는 중계기 선택 방법.
  11. 기지국과 사용자 단말 사이에 적어도 하나의 중계기가 위치되는 이동통신 시스템에서 중계기를 선택하는 방법에 있어서,
    상기 사용자 단말에 할당된 상향 링크 슬롯에 대한 상향 링크 맵을 분석하여, 상향 링크 슬롯 시간 정보를 추출하는 단계;
    상기 추출된 상향 링크 슬롯 시간 정보를 토대로, 상향 링크 슬롯 시간 동안 상기 사용자 단말이 송신한 신호의 신호 품질을 측정하는 단계; 및
    상기 측정한 신호 품질 정보를 포함하는 사용자 단말 신호 리포트 메시지를 생성하여 상기 기지국이 수신한 사용자 단말 리포트 메시지를 토대로 다수의 중계 기 중 적어도 하나의 중계기를 선택하도록 하는 단계
    를 포함하는 중계기 선택 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 사용자 단말 신호 리포트 메시지에 포함되어 있는 신호 품질 정보는, 상기 사용자 단말 신호 리포트 메시지를 생성한 중계기보다 상기 기지국에 인접하여 위치하는 상위 중계기로 전달하고, 상기 상위 중계기는 자신이 측정한 신호 품질 정보를 포함하는 중계기 선택 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 상향 링크 슬롯 시간 정보는,
    상기 상향 링크 슬롯을 이용하여, 상기 사용자 단말이 레인징 요청 메시지를 상기 중계기로 전송할 시점에 대한 정보인 중계기 선택 방법.
  14. 기지국과 사용자 단말 사이에 적어도 하나의 중계기가 위치되는 이동통신 시스템에서 중계기를 선택하는 방법에 있어서,
    상기 사용자 단말로 전송되는 신호를 중계하는 서빙 중계기를 통해 사용자 단말로 리포트 요청 메시지를 전송하고, 그에 대한 응답으로 상기 사용자 단말로부터 상기 서빙 중계기를 경유하여 리포트 응답 메시지를 수신하는 단계;
    상기 리포트 응답 메시지를 수신한 상기 서빙 중계기를 포함하는 다수의 중 계기들이 각각 계산한 서비스 품질 정보를 포함하는 사용자 단말 신호 리포트 메시지를 수신하는 단계;
    상기 사용자 단말 신호 리포트 메시지에 포함된 서비스 품질 정보를 토대로 상기 사용자 단말로 전송되는 신호를 새롭게 중계할 타겟 중계기를 선택하는 단계; 및
    상기 선택된 타겟 중계기로 상기 사용자 단말의 기본 정보가 포함되어 있는 중계기 변동 지시 메시지를 송신하여 상기 타겟 중계기로 하여금 상기 사용자 단말로 신호를 중계하도록 하는 단계
    를 포함하는 중계기 선택 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 다수의 중계기들은,
    상기 사용자 단말로부터 수신한 리포트 응답 메시지를 토대로 상기 서비스 품질 정보를 산출하고, 산출된 결과를 사용자 단말 신호 리포트 메시지에 포함하여 상기 기지국으로 송신하는 단계; 및
    상기 중계기 선택 알고리즘을 통해 타겟 중계기로 선정된 중계기는 상기 기지국으로부터 중계기 변동 지시 메시지를 수신하고, 상기 중계기 변동 지시 메시지에 포함되어 있는 상기 사용자 단말의 기본 정보를 갱신하는 단계
    를 포함하는 중계기 선택 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 서빙 중계기는 상기 중계기 변동 지시 메시지를 수신하고, 상기 메시지에 포함되어 있는 상기 사용자 단말의 기본 정보를 삭제하는 단계
    를 더 포함하는 중계기 선택 방법.
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