KR20080064426A - 통신 시스템에서 고속 핸드오버 방법 및 장치 - Google Patents

통신 시스템에서 고속 핸드오버 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 통신 시스템에 관한 것으로서, 이동 단말기(MS: Mobile Station)의 고속 핸드오버 방법에 있어서, MS가 핸드오버 할 타겟 기지국과의 시간 오프셋을 계산하는 과정과, 상기 MS가 상기 시간 오프셋 값에 상응하여 상기 타겟 기지국으로 레인징 요청 코드(RNG-REQ Code: Ranging Request Code)를 송신하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
핸드오버(Handover), 시간 오프셋(Offset), 삼각 측량법

Description

통신 시스템에서 고속 핸드오버 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR A FAST HANDOVER IN A COMMUNICATION SYSTEM}
도 1은 일반적인 IEEE 802.16e 통신 시스템에서의 핸드오버 과정을 도시한 신호 흐름도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서의 핸드오버 과정을 도시한 신호 흐름도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 MS가 타겟 기지국과의 상향링크 시간 오프셋을 계산하는 방식을 도시한 도면
본 발명은 통신 시스템에 관한 것으로, 고속 핸드오버 방법 및 장치에 관한 것이다.
차세대 통신 시스템인 4세대(4G: 4th Generation, 이하 '4G'라 칭하기로 한다) 통신 시스템에서는 고속의 다양한 서비스 품질(Quality of Service: 이하 'QoS' 칭하기로 한다)을 가지는 서비스들을 사용자들에게 제공하기 위한 연구가 활 발하게 진행되고 있다. 특히, 현재 4G 통신 시스템에서는 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) 시스템과 같은 광대역 무선 접속 통신 시스템에 이동성(mobility)과 QoS를 보장하는 형태로 고속 서비스를 지원하도록 하는 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 그 대표적인 통신 시스템이 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16e 통신 시스템이다.
먼저, 핸드오버라 함은 이동 단말기(MS: Mobile Station, 이하 'MS'라 칭하기로 한다)가 현재 속해 있는 서빙(serving) 기지국(BS: Base Station)을 다른 기지국, 즉 타겟(target) 기지국으로 변경하는 것을 말한다. 일예로 상기 MS가 서빙 기지국으로부터 서비스를 제공받는 중 서비스 품질이 저하되면, 더 좋은 품질의 서비스를 제공받기 위해 타겟(target) 기지국으로 핸드오버하여 원활한 서비스를 제공받을 수 있다.
그러면 여기서 도 1을 참조하여 상기 IEEE 802.16e 통신 시스템의 핸드오버 과정에 대해서 설명하기로 한다. 후술할 핸드오버 과정은 MS가 핸드오버를 결정한 이후의 과정에 대해서 설명하기로 하며, MS가 핸드오버를 결정하는 과정에 대한 설명은 본 발명과 직접적인 연관이 없으므로 생략하기로 한다.
도 1은 일반적인 IEEE 802.16e 통신 시스템에서의 핸드오버 과정을 도시한 신호 흐름도이다.
상기 도 1을 참조하면, 먼저 MS(101)가 핸드오버를 결정하면, 즉 현재 자신 이 속해있는 서빙 기지국(103)을 새로운 기지국으로 변경해야 함을 결정하면(107단계), 상기 MS(101)는 상기 서빙 기지국(103)으로 대역폭 할당(Bandwidth Allocation) 요청 메시지를 송신한다(109단계). 상기 대역폭 할당 요청 메시지를 수신한 서빙 기지국(103)은 MS(101)로 대역폭 할당 메시지를 송신하고(111단계) 대역폭을 할당한다. MS(101)는 상기 할당된 대역폭 정보에 상응하는 상향링크(UL: Uplink) 자원으로 핸드오버 요청(HO-REQ: Handover Request, 이하 'HO-REQ' 라 칭하기로 한다) 메시지를 송신한다(113단계). 상기 HO-REQ 메시지를 수신한 서빙 기지국(103)은 상기 HO-REQ 메시지의 정보 엘리먼트(IE: Information Element)로부터 MS(101)가 핸드오버 가능한 인접 기지국들에 대한 추천 인접 기지국 리스트를 검출한다. 여기서 상기 추천 인접 기지국 리스트는 MS(101)가 핸드오버 하는 것이 바람직하다고 판단되어 추천한 인접 기지국들에 대한 정보를 의미한다. 또한 서빙 기지국(103)은 상기 추천 인접 기지국들과의 백홀 통신을 통하여 상기 추천 인접 기지국들의 정보, 일예로 대역폭과 QoS를 획득하고(115단계), 상기 획득한 정보는 핸드오버 응답(HO-RSP: HandOver Response, 이하 ‘HO-RSP’라 칭하기로 한다) 메시지에 포함하여 MS(101)로 송신한다(117단계). 이때, 상기 추천 인접 기지국들에는 타겟 기지국(105) 외에 여러 인접 기지국들이 포함되지만 도 1에서는 타겟 기지국(105)만 도시하기로 한다. 그리고 상기 HO-RSP 메시지를 수신한 MS(101)는 MS(101) 자신이 요구하는 대역폭과 QoS를 제공해줄 수 있는 타겟 기지국(105)을 결정한다.
한편, 서빙 기지국(103)은 핸드오버 통지(HO-IND: Handover Indication, 이 하 ‘HO-IND' 라 칭하기로 한다) 메시지를 수신하기 위한 대역폭 할당 메시지를 MS(101)에 송신하고(119단계) 대역폭을 할당한다. 상기 MS(101)는 대역폭 할당 정보에 상응하는 상향링크 자원을 이용하여 HO-IND 메시지를 서빙 기지국(103)으로 송신한다(121단계). 또한 MS(101)는 상기 HO-IND 메시지에 포함되어 있는 타겟 기지국(105)과 하향링크(DL: Downlink) 동기를 맞춘 후 상기 타겟 기지국(105)으로 핸드오버 레인징 코드(Ranging Code)를 송신한다(123단계). 상기 핸드오버 레인징 코드를 수신한 타겟 기지국(105)은 상기 MS(101)의 상향링크 시간 동기를 추정하고, 상기 MS(101)에 레인징 응답(RNG-RSP: Ranging Response, 이하 'RNS-RSP' 라 칭하기로 한다) 메시지를 송신(125단계)하여 시간 오프셋(Offset) 보정값을 알려준다.
또한 상기 타겟 기지국(105)은 레인징 요청(RNG-REQ: Ranging Request, 이하 'RNG-REQ' 라 칭하기로 한다) 메시지를 수신하기 위한 대역폭 할당 메시지를 MS(101)에 송신하고(127단계) 대역폭을 할당한다. MS(101)는 상기 RNG-RSP 메시지로 수신한 시간 오프셋 보정값을 이용해 상향링크 동기를 맞춘다. 또한 MS(101)는 상기 대역폭 할당 정보에 상응하는 상향링크 자원을 이용하여 RNG-REQ 메시지를 타겟 기지국(105)으로 송신하여(129단계), 자신의 매체 접속 제어(MAC: Media Access Control, 이하 'MAC' 이라 칭하기로 한다) 어드레스(Address)를 타겟 기지국(105)에게 알린다. RNG-REQ 메시지를 수신한 상기 타겟 기지국(105)은 MS(101)로 RNG-RSP 메시지를 송신하여(131단계) 상기 MS(101)에게 연결 식별자(CID: Connection Identifier)를 할당한다.
전술한 바와 같이 상기 핸드오버 절차는 MS(101)가 타겟 기지국(105)과 상향링크 동기를 맞추기 위하여 상기 타겟 기지국(105)에 핸드오버 레인징 코드를 송신하고(123단계), 상기 핸드오버 레인징 코드를 수신한 타겟 기지국(105)이 시간 오프셋을 추정하여 상기 시간 오프셋 보정값을 RNG-RSP 메시지에 포함하여 다시 MS로 송신하는 과정(125단계)으로 인하여 상당한 시간 지연이 발생된다. 따라서 고속 핸드오버를 위한 방안에 대한 필요성이 대두되고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 통신 시스템에서 고속 핸드오버를 수행하기 위한 방법 및 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 이동 단말기(MS: Mobile Station, 이하 'MS' 라 칭한다)가 핸드오버를 수행하기로 결정하고 실제 핸드오버를 수행할 때까지의 지연 시간을 감소시켜, 보다 효율적인 핸드오버를 수행하도록 하는 방법 및 장치를 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은; 통신 시스템에서 MS의 고속 핸드오버 방법에 있어서, MS가 핸드오버 할 타겟 기지국과의 시간 오프셋을 계산하는 과정과, 상기 MS가 상기 시간 오프셋 값에 상응하여 상기 타겟 기지국으로 레인징 요청 코드(RNG-REQ Code: Ranging Request Code)를 송신하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는; 통신 시스템에서 고속 핸드 오버 장치에 있어서, 핸드오버 할 타겟 기지국과의 시간 오프셋을 계산하고, 상기 계산된 시간 오프셋 값에 상응하여 레인징 요청 코드(RNG-REQ Code: Ranging Request Code)를 송신하는 이동 단말기(MS: Mobile Station)를 포함함을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명의 동작을 이해하는데 필요한 부분만을 설명하며 그 이외의 배경 기술은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략한다.
본 발명은 통신 시스템, 일 예로 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16e 통신 시스템에서, 고속 핸드오버 방법 및 장치를 제안한다.
그러면 여기서 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템의 핸드오버 과정에 대하여 설명하기로 한다. 후술할 핸드오버 과정은 이동 단말기(MS: Mobile Station, 이하 'MS'라 칭하기로 한다)가 핸드오버를 결정한 이후의 과정에 대해서 설명하기로 하며, MS가 핸드오버를 결정하는 과정에 대한 설명은 본 발명과 직접적인 연관이 없으므로 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서의 핸드오버 과정을 도시한 신호 흐름도이다.
상기 도 2를 참조하면, 먼저 MS(201)가 핸드오버를 결정하면, 즉 현재 자신 이 속해있는 서빙 기지국(203)을 새로운 기지국으로 변경해야 함을 결정하면(207단계), 상기 MS(201)는 상기 서빙 기지국(203)으로 대역폭 할당(Bandwidth Allocation) 요청 메시지를 송신한다(209단계). 상기 대역폭 할당 요청 메시지를 수신한 서빙 기지국(203)은 MS(201)로 대역폭 할당 메시지를 송신하고(211단계) 대역폭을 할당한다. MS(201)는 상기 할당된 대역폭 정보에 상응하는 상향링크(UL: Uplink) 자원으로 핸드오버 요청(HO-REQ: Handover Request, 이하 'HO-REQ' 라 칭하기로 한다) 메시지를 송신한다(213단계).
상기 HO-REQ 메시지를 수신한 서빙 기지국(203)은 상기 HO-REQ 메시지의 정보 엘리먼트(IE: Information Element)로부터 MS(201)가 핸드오버 가능한 인접 기지국들에 대한 추천 인접 기지국 리스트를 검출한다. 여기서 상기 추천 인접 기지국 리스트는 MS(201)가 핸드오버 하는 것이 바람직하다고 판단되어 추천한 인접 기지국들에 대한 정보를 의미한다. 또한 서빙 기지국(209)은 상기 추천 인접 기지국들과의 백홀 통신을 통하여 상기 추천 인접 기지국들의 정보, 일예로 대역폭과 QoS를 획득하고(215단계), 상기 획득한 정보는 핸드오버 응답(HO-RSP: HandOver Response, 이하 ‘HO-RSP’라 칭하기로 한다) 메시지에 포함하여 MS(201)로 송신한다(217단계). 이때, 상기 추천 인접 기지국들에는 타겟 기지국(205) 외에 여러 인접 기지국들이 포함 되지만 도 2에서는 타겟 기지국(205)만 도시하기로 한다. 그리고 상기 HO-RSP 메시지를 수신한 MS(201)는 MS(201) 자신이 요구하는 대역폭과 QoS를 제공해줄 수 있는 타겟 기지국을 결정한다.
한편 서빙 기지국(203)은 핸드오버 통지(HO-IND: Handover Indication, 이하 ‘HO-IND' 라 칭하기로 한다) 메시지를 수신하기 위한 대역폭 할당 메시지를 MS(201)에 송신하고(219단계) 대역폭을 할당한다. 그리고 상기 MS(201)는 타겟 기지국(205)과의 상향링크 시간 오프셋(Offset)을 계산한다(221단계). 여기서 상기 시간 오프셋 계산 방법은 후술할 도 3에서 상세히 설명하기로 한다.
일단 상기 MS(201)가 타겟 기지국(205)과의 시간 오프셋을 계산하고난 뒤, MS(201)는 대역폭 할당 정보에 상응하는 상향링크 자원을 이용하여 서빙 기지국(203)으로 핸드오버 통지(HO-IND: Handover Indication, 이하 ‘HO-IND' 라 칭하기로 한다) 메시지를 송신한다(223단계). 또한 상기 MS(201)는 상기 221단계에서 계산한 시간 오프셋 값에 상응하여 타겟 기지국(205)에 레인징 요청 코드(RNG-REQ Code: Ranging Request Code, 이하 'RNG-REQ Code' 라 칭하기로 한다)를 송신한다(225단계). 상기 RNG-REQ Code는 종래기술의 도 1에서 설명한 일반적인 핸드오버 과정의 레인징 요청(RNG-REQ: Ranging Request, 이하 'RNG-REQ' 라 칭하기로 한다) 메시지와 같으나 시그널링 방식은 상기 일반적인 핸드오버 과정의 핸드오버 레인징 코드(Code)와 같다. 상기 RNG-REQ Code를 수신한 타겟 기지국(205)은 MS(201)로 RNG-RSP 메시지를 송신하여(227단계) 상기 MS(201)에게 연결 식별자(CID: Connection Identifier)를 할당한다.
다음으로 도 3을 참조하여 전술한 도 2에 포함되는 221단계의 시간 오프셋 계산 방법에 대하여 설명하기로 한다. 상기 221단계에서의 MS와 타겟 기지국과의 상향링크 시간 오프셋을 계산하기 위한 방식으로, 본 발명에서는 삼각측량 방식을 제안한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 MS가 타겟 기지국과의 시간 오프셋을 계산하기 위한 삼각측량 방식을 도시한 도면이다.
상기 도 3을 참조하면, 서빙 기지국(301), 인접 기지국1(303), 인접 기지국2(305) 및 MS(307)를 포함하는 통신 시스템에서, 도시한 바와 같이 셀간 경계 지역에 위치한 MS(301)는 상향 링크 시간 오프셋을 계산하여 핸드오버 레인징을 실행한다. MS(301)는 상기 시간 오프셋을 계산하기 위해, 현재 속해 있는 서빙 기지국(301)과 인접 기지국1(303) 및 인접 기지국2(305)로부터 수신하는 하향링크 프레임 신호가 도착하는 시간의 상대적 차이들을 이용하여 자신의 위치를 삼각측량한다. 그리고 상기 측량된 MS(307)의 위치로부터 타겟 기지국과의 거리를 계산하여, 상기 계산된 거리만큼 전달 지연 시간을 예측하여 상향링크 시간 오프셋을 계산할 수 있다.
한편, 상기와 같은 방식으로 MS가 삼각 측량을 수행하기 위해서는 다음과 같은 조건이 만족되어야 한다.
1. 기지국은 방송 채널로 기지국 자신의 좌표를 전송해야만 한다.
2. MS(307)가 해당 기지국과 하향링크 동기를 획득하면 MS(307)는 상기 하향링크 동기를 획득한 기지국의 ID(identification)를 식별해야만 한다.
상향링크 시간 오프셋 추정은 상기 방식, 즉 삼각측량 이외에도 GPS(Global Positioning System) 신호를 수신하여 수행될 수도 있다. 따라서 MS가 GPS 수신기를 가지고 있을 경우, 상기 MS는 자신의 좌표를 스스로 계산할 수 있고, 인접 기지국들의 좌표는 방송채널로 수신하여 타겟 기지국과 자신 사이의 거리를 계산하여 상향링크 시간 오프셋을 추정할 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 통신시스템에서, MS의 핸드오버 절차를 간소화할 수 있고, 상기 핸드오버 절차의 간소화로 핸드오버 지연 시간 또한 감소시킬 수 있다.

Claims (6)

  1. 통신 시스템에서 이동 단말기(MS: Mobile Station)의 고속 핸드오버 방법에 있어서,
    MS가 핸드오버 할 타겟 기지국과의 시간 오프셋을 계산하는 과정과,
    상기 MS가 상기 시간 오프셋 값에 상응하여 상기 타겟 기지국으로 레인징 요청 코드(RNG-REQ Code: Ranging Request Code)를 송신하는 과정을 포함하는 MS의 고속 핸드오버 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    MS가 타겟 기지국과의 시간 오프셋을 계산하는 과정은,
    상기 MS는 인접 기지국들의 하향링크 프레임 신호를 수신하는 과정과,
    상기 인접 기지국들로부터 수신한 신호의 도착 시간들간의 상대적 차이를 이용해 MS 자신의 위치를 삼각 측량하고, 상기 삼각 측량 결과에 상응하게 상기 시간 오프셋을 계산하는 과정을 포함하는 MS의 고속 핸드오버 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 MS가 MS 자신의 위치를 삼각 측량하는 과정은;
    상기 인접 기지국들로부터 상기 인접 기지국들의 좌표와 ID(identification)를 수신하는 과정과,
    상기 인접 기지국들의 좌표와 ID를 사용하여 상기 MS 자신의 위치를 삼각 측량하는 과정을 포함하는 MS의 고속 핸드오버 방법.
  4. 통신 시스템에서 고속 핸드오버 장치에 있어서,
    핸드오버 할 타겟 기지국과의 시간 오프셋을 계산하고,
    상기 계산된 시간 오프셋 값에 상응하여 레인징 요청 코드(RNG-REQ Code: Ranging Request Code)를 송신하는 이동 단말기(MS: Mobile Station)를 포함하는 고속 핸드오버 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 MS는 인접 기지국들의 하향링크 프레임 신호를 수신하고,
    상기 인접 기지국들로부터 수신한 신호의 도착 시간들간의 상대적 차이를 이용해 MS 자신의 위치를 삼각 측량하고, 상기 삼각 측량 결과에 상응하게 상기 시간 오프셋을 계산함을 특징으로 하는 고속 핸드오버 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 MS는 상기 인접 기지국들로부터 상기 인접 기지국들의 좌표와 ID(identification)를 수신하고, 상기 인접 기지국들의 좌표와 ID를 사용하여 상기 MS 자신의 위치를 삼각 측량함을 특징으로 하는 고속 핸드오버 장치.
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