KR20090105877A - 광대역 무선통신 시스템에서 계층적인 셀 운영을 위한 장치 및 방법 - Google Patents

광대역 무선통신 시스템에서 계층적인 셀 운영을 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 계층적 구조를 갖는 광대역 무선통신 시스템에 관한 것으로, 펨토(femto) 기지국의 동작은, 소정 시간 동안 접속된 단말이 존재하지 않는 경우, 슬립 모드(sleep mode)로 천이하는 과정과, 상기 슬립 모드 시, 자신의 존재를 알리기 위한 펨토 광고(FEMTO-ADV : FEMTO ADVertisement) 메시지를 송신하는 과정과, 상기 펨토 광고 메시지를 수신한 단말로부터 모바일 펨토 각성 요청(MOB-FEMTO-AWAKE-REQ : MOBile FEMTO AWAKE REQuest) 메시지가 수신되면, 슬립 모드를 해제하는 과정과, 상기 단말과 통신을 수행하는 과정을 포함하며, 상기 펨토 기지국으로 인한 간섭 및 상기 펨토 기지국의 전력 소모를 감소시킬 수 있다.
계층적(hierachical) 셀 구조, 펨토(femto) 기지국, 슬립 모드(sleep mode).

Description

광대역 무선통신 시스템에서 계층적인 셀 운영을 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR OPERATING HIERACHICAL CELL IN A BROADBAND WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 광대역 무선통신 시스템에 관한 것으로, 특히, 광대역 무선통신 시스템에서 계층적인(hierachical) 셀 운영을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
셀룰러(cellular) 방식의 무선통신 시스템은 다수의 셀들을 포함하며, 각 기지국은 일정 영역의 셀 내에서 단말과의 무선 통신을 담당한다. 따라서, 단말은 자신이 위치한 셀을 담당하는 기지국과의 무선통신을 통해 원하는 서비스를 제공받는다. 하지만, 셀 내의 지리적 요건, 단말과 기지국 간의 거리 또는 단말의 이동에 따라 채널 상태가 열악해지는 경우, 기지국과 단말 간의 통신이 수행되지 못하거나 통신 성능이 현격하게 열화 되는 현상이 발생한다. 특히, 단말이 사무실 및 가옥과 같은 밀폐된 건물 내에 위치하는 경우, 기지국과 단말 간의 채널은 매우 열악해지며, 전파 음영 지역이 형성된다. 따라서, 상기 전파 음영 지역에 위치한 단말은 원하는 수준의 서비스를 제공받지 못할 수 있다.
상기 옥내 전파 음영 지역에서의 문제를 해결하기 위해, 옥내에 설치 가능한 펨토(femto) 기지국이 제안된 바 있다. 즉, 기존에 설치된 기지국만으로는 원활한 통신을 기대할 수 없는 경우에 옥내의 전파 음영 지역을 담당하는 펨토 기지국을 추가적으로 설치하고 옥내의 단말들은 상기 펨토 기지국을 통해 원하는 서비스를 제공받게 함으로써 옥내의 통화 품질을 개선할 수 있다. 펨토 기지국은 옥내에 설치된 광대역 망, 예를 들어, xDSL(x Digital Subscriber Line), 케이블(cable) 망 등을 이용해 이동 통신 코어 망에 접속하는 초소형 기지국으로서, 옥내의 통화 품질을 개선시키기 위한 목적으로 사용할 수 있다. 이에 따라, 단말은 옥내에 접속 가능한 펨토 기지국이 존재할 경우 상기 펨토 기지국과 통신을 수행하게 된다.
상술한 바와 같이, 옥내 음영 지역에서의 사용자의 통화 품질 향상을 위해 펨토 기지국이 사용될 수 있다. 또한, 이동통신 서비스 제공자는 펨토 기지국을 통해 접속한 가입자의 통화료를 할인해 주는 방식으로 가입자의 통화료를 가변적으로 운영할 수 있다. 그리고 펨토 기지국은 옥외에 설치된 반경 수 km의 큰 커버리지를 갖는 기존의 매크로(macro) 기지국과는 달리 수십미터 반경의 작은 커버리지를 갖기 때문에 소수의 사용자만이 접속할 확률이 높다. 이때, 상기 펨토 기지국의 특성상, 펨토 기지국의 동작을 위한 전력은 옥내에서 직접 제공되어야 한다. 이 경우, 펨토 기지국에 의해 소비되는 전력의 양이 많을 경우, 이는 사용자의 펨토 기지국 사용에 있어서 큰 장애 요소가 될 것이다. 따라서, 접속 중인 사용자가 존재하지 않는 경우에 펨토 기지국에 의해 소비되는 전력의 양을 최소화하기 위한 대안이 필요하다. 또한, 다수의 펨토 기지국이 밀집하게 설치된 장소에서는 각 펨토 기지국 들이 가까운 위치에서 매크로 기지국에 접속하고 있는 단말이나 다른 펨토 기지국에 접속하고 있는 다른 펨토 기지국 단말들에게 간섭의 영향을 준다. 따라서, 펨토 기지국 운영으로 인해 발생하는 간섭의 양을 최소화하기 위한 대안도 필요하다.
따라서, 본 발명의 목적은 광대역 무선통신 시스템에서 펨토(femto) 기지국의 효용성을 증대시키기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 광대역 무선통신 시스템에서 펨토 기지국의 소비 전력량을 감소시키기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 광대역 무선통신 시스템에서 펨토 기지국 간 간섭을 완화시키기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 광대역 무선통신 시스템에서 펨토 기지국의 슬립 모드(sleep mode) 지원을 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 광대역 무선통신 시스템에서 단말에게 슬립 모드인 펨토 기지국의 셀로 진입함을 알리기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1견지에 따르면, 광대역 무선통신 시스템에서 펨토(femto) 기지국의 동작 방법은, 소정 시간 동안 접속된 단말이 존재하지 않는 경우, 슬립 모드(sleep mode)로 천이하는 과정과, 상기 슬립 모드 시, 자신의 존재를 알리기 위한 펨토 광고(FEMTO-ADV : FEMTO ADVertisement) 메시지를 송신하는 과정과, 상기 펨토 광고 메시지를 수신한 단말로부터 모바일 펨토 각성 요청(MOB-FEMTO-AWAKE-REQ : MOBile FEMTO AWAKE REQuest) 메시지가 수신되면, 슬 립 모드를 해제하는 과정과, 상기 단말과 통신을 수행하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2견지에 따르면, 광대역 무선통신 시스템에서 단말의 동작 방법은, 펨토 기지국에 의해 송신되는 펨토 광고 메시지를 수신하는 과정과, 상기 펨토 광고 메시지가 수신되면, 상기 펨토 기지국으로 모바일 펨토 각성 요청 메시지를 송신하는 과정과, 상기 펨토 기지국과의 접속 절차를 수행하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제3견지에 따르면, 광대역 무선통신 시스템에서 매크로(macro) 기지국의 동작 방법은, 매크로 셀 내에 위치한 펨토 기지국으로부터 슬립 모드 천이가 보고되면, 상기 매크로 기지국의 무선 자원의 일부를 상기 펨토 기지국의 펨토 광고 메시지 송신을 위한 무선 자원으로서 할당하는 과정과, 상기 펨토 광고 메시지 송신을 위한 무선 자원을 사용 금지 설정하는 과정과, 상기 펨토 광고 메시지 송신을 위한 무선 자원의 할당 정보를 브로드캐스팅하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제4견지에 따르면, 광대역 무선통신 시스템에서 펨토 기지국 장치는, 슬립 모드 시, 자신의 존재를 알리기 위한 펨토 광고 메시지를 송신하는 송신기와, 소정 시간 동안 접속된 단말이 존재하지 않는 경우, 슬립 모드로 천이하고, 상기 펨토 광고 메시지를 수신한 단말로부터 모바일 펨토 각성 요청 메시지가 수신되면, 슬립 모드를 해제하는 결정기와, 상기 단말과 통신을 수행하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제5견지에 따르면, 광대역 무선통신 시스템에서 단말 장치는, 매크로 셀 내에 위치한 펨토 기지국에 의해 송신되는 펨토 광고 메시지를 수신하는 수신기와, 상기 펨토 광고 메시지가 수신되면, 상기 펨토 기지국으로 모바일 펨토 각성 요청 메시지를 송신하는 송신기와, 상기 펨토 기지국과의 접속 절차를 수행하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제6견지에 따르면, 광대역 무선통신 시스템에서 매크로 기지국 장치는, 매크로 셀 내에 위치한 펨토 기지국으로부터 슬립 모드 천이가 보고되면, 상기 매크로 기지국의 무선 자원의 일부를 상기 펨토 기지국의 펨토 광고 메시지 송신을 위한 무선 자원으로서 할당하는 할당기와, 상기 펨토 광고 메시지 송신을 위한 무선 자원을 사용 금지 설정하는 제어기와, 상기 펨토 광고 메시지 송신을 위한 무선 자원의 할당 정보를 브로드캐스팅하는 송신기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
광대역 무선통신 시스템에서 계층적 셀 구조를 이용하여 실내에서 설치되는 펨토(femto) 기지국의 슬립 모드를 운영함으로써, 상기 펨토 기지국으로 인한 간섭 및 상기 펨토 기지국의 전력 소모를 감소시킬 수 있다. 또한, 펨토 기지국이 상기 슬립 모드 구간에서는 정상적인 기지국으로서 동작하기 위해 기본적으로 송수신해야 하는 신호들을 모든 프레임마다 송신하는 것이 아니라 주기적으로 특정 프레임마다 제한된 신호만을 송신함으로써, 주변에 위치한 매크로 기지국 접속 사용자와 인접 펨토 기지국 접속 사용자에게 미치는 간섭의 영향을 감소시킬 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우, 그 상세한 설명은 생략한다.
이하 본 발명은 광대역 무선통신 시스템에서 계층적(hierachical) 셀 구조를 운영하기 위한 기술에 대해 설명한다. 이하 본 발명은 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 'OFDM'이라 칭함)/직교 주파수 분할 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 이하 'OFDMA'이라 칭함) 방식의 무선통신 시스템을 예로 들어 설명하며, 다른 방식의 무선통신 시스템에도 동일하게 적용될 수 있다.
본 발명에서 고려하는 광대역 무선통신 시스템의 개략적인 셀 구조는 도 1과 같다.
상기 도 1을 참고하면, 매크로(macro) 기지국(110)은 자신의 셀을 가지며, 자신의 셀 내에 위치한 단말A(130-1)와 무선통신을 수행한다. 즉, 상기 단말A(130-1)는 상기 매크로 기지국(110)을 통해 서비스를 제공받는다. 하지만, 상기 매크로 기지국(110)은 실내 음영 지역 내에 위치한 단말B(130-2)와는 통신을 수행하지 못한다. 따라서, 상기 단말B(130-2)는 상기 매크로 기지국(110)을 통해 서비스를 제공받을 수 없다. 이때, 상기 단말B(130-2)가 접속 가능한 펨토(femto) 기지국(120)이 상기 실내 음영 지역 내에 위치하고 있으며, 이에 따라, 상기 단말B(130-2)는 상기 펨토 기지국(120)을 통해 서비스를 제공받는다.
상기 펨토 기지국(120)은 사용자에 의해 직접 설치되거나 네트워크 서비스 제공자(Network Service Provider)에 의해 설치되는 옥내용 소형 기지국으로서, 인터넷 서비스 제공자(Internet Service Provider)가 제공하는 옥내에 설치된 광대역 네트워크, 예를 들어, xDSL(x Digital Subscriber Line), 케이블(cable) 망 등을 통해 이동통신 서비스 사업자의 핵심망(core network)에 연결된다. 상기 펨토 기지국(120)은 자신의 셀, 즉, 실내 음영 지역 내에 위치한 단말과 통신을 수행하지만, 상기 실내 음영 지역에 항상 단말이 존재하지는 않는다. 따라서, 상기 실내 음영 지역에 단말이 존재하지 않는 경우, 상기 펨토 기지국(120)은 소비 전력 감소와 다른 기지국에 접속한 주변 단말들에 미치는 간섭의 영향을 최소화하기 위해 펨토 기지국 슬립 모드(sleep mode)로 천이한다. 여기서, 상기 펨토 기지국 슬립 모드란 상기 펨토 기지국(120)이 정상적인 기지국으로서 동작하기 위해 기본적으로 송신해야 하는 신호들을 모든 프레임마다 송신하는 것이 아니라 미리 정해진 특정 프레임에만 송신하거나, 또는, 전체 신호들 중 일부를 송수신하지 않는 상태를 의미한다. 그리고, 상기 실내 음영 지역으로 단말이 진입함이 인지되면, 상기 펨토 기지국(120)은 슬립 모드를 해제하고 정상적인 펨토 기지국 모드, 즉, 활성 모드로 동 작한다.
상기 펨토 기지국(120)은 접속 가능한 단말들을 제한하는지 여부에 따라 오픈 억세스(open access) 펨토 기지국, CSG 억세스(Closed Subscriber Group access) 펨토 기지국 및 복합 억세스(hybrid access) 펨토 기지국 중 하나가 될 수 있다. 상기 오픈 억세스 펨토 기지국은 해당 이동통신 서비스 제공자에 가입된 모든 사용자들이 이용 가능한 펨토 기지국이고, CSG 억세스 펨토 기지국은 펨토 기지국 설치자 및 이동통신 서비스 제공자의 동의에 의해 지정된 제한된 사용자들만이 접속 가능한 펨토 기지국이다. 상기 복합 억세스 펨토 기지국은 상기 오픈 억세스 및 상기 CSG 억세스를 동시에 지원하는 펨토 기지국으로서, 제한된 CSG 사용자에 대해서는 CSG 억세스 펨토 기지국으로서 동작하고 상기 펨토 기지국에 속한 CSG 사용자가 아닌 일반 사용자들에 대해서는 오픈 억세스 펨토 기지국으로서 동작한다. 단, 상기 복합 억세스 펨토 기지국의 CSG 사용자는 일반 사용자보다 상기 펨토 기지국에 우선적으로 접속할 수 있으며, 또한, 상기 복합 억세스 펨토 기지국은 상기 CSG 사용자의 원활한 서비스를 보장하기 위해 일반 사용자에게 할당 가능한 무선 자원량을 일정 수준 이하로 제한할 수 있다.
상기 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 펨토 기지국(120)의 셀은 상기 매크로 기지국(110)의 셀에 포함되므로, 본 발명은 이와 같은 셀 구조를 계층적 셀 구조라 칭한다.
상기 펨토 기지국의 슬립 모드 천이 과정 및 슬립 모드 해제 과정을 간략히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 펨토 기지국은 소정 시간 동안 자신에게 접속된 단말이 존재하지 않는 경우, 슬립 모드로 천이한다. 이후, 상기 펨토 기지국은 자신의 존재를 단말들에게 알리기 위해 전체 프레임들 중 특정 프레임을 통해 펨토 광고(FEMTO-ADV : FEMTO-ADVertisement) 메시지를 주기적으로 송신하고, 상기 펨토 광고 메시지에 대한 단말의 응답 메시지 수신을 대기한다. 즉, 슬립 모드 상태인 펨토 기지국은 펨토 광고 메시지 송신 및 응답 메시지 수신 동작을 반복한다. 예를 들어, 상기 슬립 모드 상태인 펨토 기지국은 시스템 정보 송신, 프레임 싱크 정보 송신, 프리앰블(preamble) 송신, 자원할당 정보 송신, 데이터 송수신 등의 동작을 생략한 채, 상기 펨토 광고 메시지 송신 동작 및 응답 메시지 수신 동작만을 주기적으로 수행한다.
여기서, 상기 펨토 광고 메시지는 상기 매크로 기지국, 상기 펨토 기지국, 상기 단말 간 서로 약속된 프레임 및 약속된 무선 자원을 통해 송신된다. 다시 말해, 상기 펨토 기지국은 상기 매크로 기지국과 사전에 약속된 상기 매크로 기지국이 사용하는 주파수 대역 내의 특정 프레임 중 특정 무선자원, 즉, 특정 안테나의 특정 심볼 내 특정 부반송파를 통해 상기 펨토 광고 메시지를 직접 송신한다. 따라서, 상기 단말은 상기 매크로 기지국과의 통신 중에 상기 펨토 기지국 내에 진입함에 따라, 상기 펨토 기지국이 사용하는 주파수 대역으로의 변경과 같은 별도의 동작 없이, 상기 펨토 광고 메시지를 수신할 수 있다. 또한, 상기 매크로 기지국은 상기 펨토 광고 메시지가 송신되는 상기 특정 프레임의 무선 자원을 사용하지 않 고, 상기 무선 자원이 상기 펨토 광고 메시지 송신을 위해 사용됨을 단말들에게 알린다. 이로 인해, 상기 단말은 상기 약속된 무선 자원에서 매크로 기지국의 간섭 없이 상기 펨토 광고 메시지를 수신하게 된다.
시스템 내에서 상기 펨토 광고 메시지를 위한 무선 자원을 운영하는 구체적인 정책은 본 발명의 실시자의 의도에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 상기 펨토 광고 메시지를 위한 무선 자원의 운영 정책은 모든 매크로 기지국들이 고정된 무선자원을 동일하게 할당하도록 운영되거나, 또는, 각 매크로 기지국 별로 다른 자원을 슬립 모드 동작 중인 펨토 기지국의 존재 유무에 따라 동적으로 할당하도록 운영될 수 있다. 예를 들어, 상기 펨토 광고 메시지가 K 프레임들 주기로 송신되도록 약속된 경우, 상기 펨토 기지국은 도 2와 같이 n×K 번째 프레임마다 약속된 매크로 기지국의 무선 자원을 통해 상기 펨토 광고 메시지를 송신한다. 또한, 상기 펨토 광고 메시지는 상기 매크로 기지국에 의해 사용되는 신호의 구조와 동일한 구조의 신호로 변환되어 송신된다. 이를 위해, 상기 펨토 기지국은 상기 매크로 기지국의 사용 주파수 대역, 프레임 포맷, 신호 송신 타이밍 등과 같은 물리적 신호 정보를 유선 백홀(back-haul) 인터페이스 또는 기타 다른 방법에 통해 사전에 획득해야 한다.
상기 펨토 광고 메시지는 상기 펨토 기지국의 셀 외부의 위치한 단말에게는 수신되지 않는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 펨토 광고 메시지의 수신 범위는 상기 펨토 광고 메시지의 송신 전력에 따라 결정된다. 상기 수신 범위를 제한하기 위한 송신 전력은 브로드캐스트 채널(Broadcast channel)과 공통 제어 채널(Common control channel)의 송신 전력을 기준으로 결정된다. 상기 펨토 기지국에 접속하기 위하여, 단말은 펨토 기지국이 송신하는 상기 브로드캐스트 채널과 공통 제어 채널을 수신할 수 있는 영역 내에 위치해야 한다. 따라서, 상기 펨토 광고 메시지의 송신 전력이 상기 브로드캐스트 채널 또는 상기 공통 제어 채널 송신 전력과 동일하다면, 상기 펨토 광고 메시지는 상기 펨토 기지국의 셀 외부에 위치한 단말에게 수신되지 않는다. 단, 단말이 펨토 기지국의 셀에 충분히 진입한 후에만 상기 펨토 광고 메시지를 수신하게 하고자 하는 경우, 상기 펨토 광고 메시지의 송신 전력은 추가적인 이득(gain) 값을 고려하여 더 작은 값으로 조절될 수 있다. 반대로, 단말이 펨토 기지국의 셀 경계 지점에 도달하기 전에 팸토 기지국이 슬립 모드를 해제하도록 하고자 하는 경우, 상기 펨토 광고 메시지의 송신 전력은 더 큰 값으로 조절될 수 있다.
상기 펨토 광고 메시지는 기본적으로 상기 단말이 상기 펨토 기지국을 구분하기 위한 기지국 식별자를 포함하며, 선택적으로 상기 펨토 기지국이 동작하는 주파수 대역, 상기 펨토 기지국의 억세스 모드(access mode), 상기 펨토 기지국의 CSG 기지국 동작 여부 표시 비트, 상기 펨토 기지국에 접속 가능한 CSG 식별자, 망 내에서 유일하게 상기 펨토 기지국에 할당된 기지국 식별자 정보, 및 상기 단말이 상기 펨토 기지국으로 응답 메시지를 송신하기 위해 필요한 정보 중 적어도 하나를 포함한다. 예를 들어, 응답 메시지를 송신하기 위해 필요한 정보는 상기 응답 메시지로서 사용되는 상향링크 레인징 코드 자원 및 송신 타이밍 정보를 포함할 수 있다.
상기 펨토 기지국과 상기 단말 간의 채널은 상기 매크로 기지국과 상기 단말 간의 채널과 다르다. 그러므로, 상기 펨토 광고 메시지 신호는 신호 자체만을 이용하여 채널 추정까지 가능하도록 설계되어야 한다. 즉, 상기 펨토 광고 메시지 신호는 채널 추정을 위한 신호를 포함해야 한다. 예를 들어, 상기 펨토 광고 메시지 신호는 상기 도 3의 (a)와 같이 프리앰블을 포함하거나, 또는, 상기 도 3의 (b)와 같이 파일럿 심벌들을 포함한다.
상술한 바와 같은 펨토 기지국의 동작으로 인해, 상기 펨토 기지국의 커버리지(coverage) 내에 위치한 단말은 상기 펨토 광고 메시지를 수신하게 된다. 그리고, 상기 펨토 광고 메시지를 수신한 단말은 자신이 상기 펨토 기지국의 셀에 진입하였음을 상기 펨토 기지국에 알린다. 이로 인해, 상기 펨토 기지국은 슬립 모드를 해제함으로써 활성 모드로 복귀하고, 상기 단말과의 통신을 준비하게 된다. 단, 상기 펨토 기지국이 CSG 억세스 모드로 동작하는 경우, 상기 펨토 기지국으로부터 펨토 광고 메시지를 수신한 상기 단말은 자신이 접속 가능한 펨토 기지국인지 여부를 확인하는 절차를 수행한 후, 상기 펨토 기지국이 접속 가능한 펨토 기지국인 경우에만 상기 응답 메시지를 송신한다.
상기 응답 메시지는 랜덤 억세스(random access) 방식 또는 전용 억세스 방식에 따라 송신될 수 있다. 상기 랜덤 억세스 방식은 일정 구간 내에서 무선 자원의 할당 없이 경쟁적으로 신호를 송신하는 방식이며, 상기 전용 억세스 방식은 지정된 무선 자원을 통해 지정된 형태로 신호를 송신하는 방식이다. 상기 전용 억세스 방식에 따르는 경우, 단말은 펨토 광고 메시지에 포함된 응답 메시지 송신을 위 한 상향링크 레인징 코드 자원 및 송신 타이밍 정보를 이용한다.
이하 본 발명은 상술한 바와 같이 통신을 수행하는 펨토 기지국, 단말 및 매크로 기지국의 동작 절차 및 구성을 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 광대역 무선통신 시스템에서 펨토 기지국의 동작 절차를 도시하고 있다.
상기 도 4를 참고하면, 상기 펨토 기지국은 401단계에서 소정 시간 동안 접속된 단말이 존재하지 않는지 확인한다. 여기서, 소정 시간은 슬립 모드 천이를 위해 미리 설정된 시간이다. 즉, 상기 펨토 기지국은 슬립 모드로 천이하기 위한 조건이 충족되는지 확인한다.
상기 소정 시간 동안 접속된 단말이 존재하지 않으면, 상기 펨토 기지국은 403단계로 진행하여 매크로 기지국에게 슬립 모드로 천이함을 보고한다. 이를 위해, 상기 펨토 기지국 및 상기 매크로 기지국은 무선 통신을 수행하거나, 또는, 백홀(backhaul)을 통한 유선 통신을 수행한다. 이에 따라, 상기 매크로 기지국은 상기 펨토 기지국의 슬립 모드 천이를 인지하며, 상기 펨토 기지국의 펨토 광고 메시지 송신을 위해 주기적으로 할당된 무선 자원은 상기 펨토 기지국이 슬립 모드를 해제할 때까지 사용하지 않는다.
이어, 상기 펨토 기지국은 405단계로 진행하여 슬립 모드로 천이한다. 즉, 상기 펨토 기지국은 활성 모드(active mode)에서 수행되는 시스템 정보 송신, 프리 앰블(preamble) 송신, 자원할당 정보 송신, 데이터 송수신 등과 같은 동작을 수행하지 않는다. 이로 인해, 상기 펨토 기지국의 소모 전력이 감소된다.
상기 슬립 모드로 천이한 후, 상기 펨토 기지국은 407단계로 진행하여 펨토 광고 메시지를 송신할 프레임인지 확인한다. 즉, 상기 펨토 광고 메시지는 주기적으로 송신되며, 주기는 프레임 단위로 계산된다. 단, 상기 펨토 기지국과 상기 매크로 기지국이 서로 동기가 맞지 않는 비동기 시스템인 경우, 상기 펨토 광고 메시지를 송신할 프레임인지 여부를 확인하는 과정은 매크로 기지국과의 동기 오프셋을 고려하여 상기 펨토 광고 메시지의 송신 타이밍을 계산하는 과정으로 대체된다.
상기 펨토 광고 메시지를 송신할 프레임이면, 상기 펨토 기지국은 409단계로 진행하여 프레임 내의 미리 약속된 무선 자원, 또는, 매크로 기지국으로부터 할당받은 무선 자원을 통해 상기 펨토 광고 메시지를 송신한다. 여기서, 상기 펨토 광고 메시지는 펨토 기지국의 셀에 진입한 단말들에게 상기 펨토 기지국의 존재를 알리기 위한 메시지이다. 그리고, 상기 펨토 광고 메시지의 송신을 위한 무선 자원은 상기 매크로 기지국의 무선 자원의 일부이다. 이때, 상기 펨토 기지국은 상기 매크로 기지국의 신호와 동일한 방식으로 상기 펨토 광고 메시지 신호를 생성한다. 단, 단말이 상기 펨토 광고 메시지 신호만을 이용하여 상기 펨토 기지국과 상기 단말 간의 채널을 추정할 수 있도록, 상기 펨토 광고 메시지 신호는 상기 도 3의 (a) 또는 상기 도 3의 (b)와 같은 구조를 갖는다. 또한, 상기 펨토 기지국은 자신의 셀 외부에 위치한 단말들에게 수신되지 않도록 상기 펨토 광고 메시지의 송신 전력을 조절한다. 구체적으로, 상기 펨토 기지국은 상기 펨토 광고 메시지의 송신 전력을 브로드캐스트 채널 또는 공통 제어 채널 송신 전력과 동일하게 조절한다. 단, 단말이 펨토 기지국의 셀에 충분히 진입한 후에만 상기 펨토 광고 메시지를 수신하게 하고자 하는 경우, 상기 펨토 기지국은 추가적인 이득 값을 고려하여 상기 펨토 광고 메시지의 송신 전력을 상기 브로드캐스트 채널 또는 상기 공통 제어 채널 송신 전력보다 더 작은 값으로 조절한다. 반대로, 단말이 펨토 기지국의 셀 경계 지점에 도달하기 전에 팸토 기지국이 슬립 모드를 해제하도록 하고자 하는 경우, 상기 기지국은 상기 펨토 광고 메시지의 송신 전력을 상기 브로드캐스트 채널 또는 상기 공통 제어 채널 송신 전력보다 더 큰 값으로 조절한다.
상기 펨토 광고 메시지를 송신한 후, 상기 펨토 기지국은 411단계로 진행하여 모바일 펨토 각성 요청(MOB-FEMTO-AWAKE-REQ : MOBile FEMTO AWAKE REQuest) 메시지가 수신되는지 확인한다. 여기서, 상기 모바일 펨토 각성 요청 메시지는 상기 펨토 광고 메시지를 수신한 단말에 의해 상기 펨토 광고 메시지의 응답으로서 송신되는 메시지이다.
상기 모바일 펨토 각성 요청 메시지가 수신되면, 상기 펨토 기지국은 413단계로 진행하여 모바일 펨토 각성 응답(MOB-FEMTO-AWAKE-RSP : MOBile FEMTO AWAKE ReSPonse) 메시지를 송신한다. 즉, 상기 펨토 기지국은 상기 모바일 펨토 각성 요청 메시지를 송신한 단말에게 상기 단말의 진입을 인지하였음을 알린다.
상기 모바일 펨토 각성 응답 메시지를 송신한 후, 상기 펨토 기지국은 415단계로 진행하여 슬립 모드를 해제, 즉, 활성 모드로 천이한다. 그리고, 상기 펨토 기지국은 상기 활성 모드로의 천이를 유선 또는 무선 상의 절차를 통해 상기 매크 로 기지국에게 보고한다. 이후, 상기 펨토 기자국은 상기 모바일 펨토 각성 요청 메시지를 송신한 단말과 통신을 수행한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 광대역 무선통신 시스템에서 단말의 동작 절차를 도시하고 있다.
상기 도 5를 참고하면, 상기 단말은 501단계에서 펨토 광고 메시지가 수신되는 프레임인지 확인한다. 즉, 상기 펨토 광고 메시지는 펨토 기지국에 의해 주기적으로 송신되며, 주기는 프레임 단위로 계산된다. 여기서, 상기 펨토 광고 메시지의 송신 주기 및 상기 펨토 광고 메시지의 송신을 위한 무선 자원의 할당 정보는 매크로 기지국에 의해 브로드캐스팅되는 메시지를 통해 확인되거나, 또는, 미리 약속된다.
상기 펨토 광고 메시지가 수신되는 프레임이면, 상기 단말은 503단계로 진행하여 프레임의 상기 펨토 광고 메시지의 송신을 위해 할당된 무선 자원을 통해 상기 펨토 광고 메시지의 수신을 시도한다. 즉, 상기 단말은 상기 펨토 광고 메시지의 송신을 위해 할당된 무선 자원을 통해 수신되는 신호를 비트열로 변환한다. 여기서, 상기 펨토 광고 메시지 신호는 상기 매크로 기지국의 신호와 동일한 방식으로 생성된다. 또한, 상기 펨토 광고 메시지 신호는 상기 펨토 광고 메시지 신호만을 이용한 상기 펨토 기지국과 상기 단말 간의 채널 추정이 가능하도록 상기 도 3의 (a) 또는 상기 도 3의 (b)와 같은 구조를 갖는다. 따라서, 상기 단말은 상기 펨토 광고 메시지의 송신을 위해 할당된 무선 자원을 통해 수신되는 신호를 이용하여 추정된 채널 값에 따라 왜곡을 보상하고, 비트열로 변환한다.
이어, 상기 단말은 505단계로 진행하여 상기 펨토 광고 메시지가 수신되었는지 확인한다. 다시 말해, 상기 단말은 상기 펨토 광고 메시지 송신을 위해 할당된 무선 자원을 통해 수신된 신호가 상기 펨토 광고 메시지인지 확인한다. 즉, 상기 단말은 상기 펨토 광고 메시지 송신을 위해 할당된 무선 자원을 통해 수신된 신호로부터 변환된 비트열에 대한 오류 검사를 수행하고, 비트열이 펨토 광고 메시지로서 유효한 값들인지 판단함으로써, 상기 수신된 신호가 상기 펨토 광고 메시지인지 확인한다. 이때, 상기 펨토 광고 메시지는 모바일 펨토 각성 요청 메시지 송신을 위해 사용되는 상향링크 레인징 코드 자원 및 송신 타이밍 정보를 포함할 수 있다.
만일, 상기 펨토 광고 메시지가 수신되었으면, 상기 단말은 507단계로 진행하여 상기 펨토 기지국으로 모바일 펨토 각성 요청 메시지를 송신한다. 다시 말해, 상기 펨토 광고 메시지가 수신되었다는 것은 슬립 모드 상태인 펨토 기지국의 셀에 진입하였다는 것을 의미하므로, 상기 단말은 상기 펨토 기지국과 통신을 수행하기 위해 상기 펨토 기지국의 슬립 모드 해제를 요청한다. 이때, 상기 단말은 상향링크 랜덤 억세스 방식 또는 전용 억세스 방식에 따라 상기 모바일 펨토 각성 요청 메시지를 송신한다. 예를 들어, 상기 랜덤 억세스 방식에 따르는 경우, 상기 단말은 상기 펨토 기지국이 사용하는 상향링크 주파수 대역으로 천이한 후, 상향링크 랜덤 억세스 방식에 따라 상기 모바일 펨토 각성 요청 메시지를 송신한다. 반면, 상기 전용 억세스 방식에 따르는 경우, 즉, 상기 505단계에서 수신된 펨토 광고 메시지에 상기 모바일 펨토 각성 요청 메시지 송신을 위해 사용되는 상향링크 레인징 코 드 자원 및 송신 타이밍 정보가 포함된 경우, 상기 단말은 상기 정보를 이용하여 전용 억세스 방식에 따라 상기 모바일 펨토 각성 요청 메시지를 송신한다. 단, 상기 단말이 매크로 기지국과 통신 중에 상기 모바일 펨토 각성 요청 메시지를 송신할 필요가 있는 경우, 상기 단말은 상기 매크로 기지국에 상기 모바일 펨토 각성 요청 메시지 송신을 위한 갭(gap) 할당을 요청하고, 상기 모바일 펨토 각성 요청 메시지를 송신한다. 또한, 상기 펨토 광고 메시지에 상기 펨토 기지국이 CSG 억세스 모드로 동작함을 나타내는 정보가 포함된 경우, 상기 단말은 상기 펨토 기지국에 자신이 접속 가능한지 여부를 확인한 후, 접속 가능한 펨토 기지국인 경우에만 상기 모바일 펨토 각성 요청 메시지를 송신한다. 예를 들어, 접속 가능 여부의 확인은 상기 단말에 저장된 접속 가능한 CSG 식별자 리스트 및 상기 펨토 광고 메시지에 포함된 CSG 식별자를 비교함으로써 수행된다.
상기 모바일 펨토 각성 요청 메시지를 송신한 후, 상기 단말은 509단계로 진행하여 모바일 펨토 각성 응답 메시지가 수신되는지 확인한다. 다시 말해, 상기 단말은 상기 펨토 기지국의 상기 모바일 펨토 각성 요청 메시지를 수신 및 슬립 모드 해제 여부를 확인한다.
만일, 상기 모바일 펨토 각성 응답 메시지가 수신되지 않으면, 상기 단말은 511단계로 진행하여 상기 모바일 펨토 각성 요청 메시지의 재전송 횟수가 M보다 작은지 확인한다. 여기서, 상기 모바일 펨토 각성 요청 메시지를 송신한 후 소정 시간 내에 상기 모바일 펨토 각성 응답 메시지가 수신되지 않으면, 상기 단말은 상기 모바일 펨토 각성 응답 메시지가 수신되지 않음을 판단한다. 상기 M은 상기 모바일 펨토 각성 요청 메시지의 최대 재전송 횟수를 제한하기 위한 변수로서, 미리 설정된다. 즉, 상기 모바일 펨토 각성 요청 메시지의 재전송은 최대 M-1회 반복될 수 있다. 상기 재전송 횟수가 M보다 작으면, 상기 단말은 상기 507단계로 되돌아가고, 상기 재전송 횟수가 M보다 크거나 같으면, 상기 단말은 상기 501단계로 되돌아간다.
반면, 상기 모바일 펨토 각성 응답 메시지가 수신되면, 상기 단말은 513단계로 진행하여 상기 펨토 기지국과 통신을 수행한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 광대역 무선통신 시스템에서 매크로 기지국의 동작 절차를 도시하고 있다.
상기 도 6을 참고하면, 상기 매크로 기지국은 601단계에서 매크로 셀 내에 설치된 펨토 기지국으로부터 슬립 모드로의 천이가 보고되는지 확인한다. 이를 위해, 상기 매크로 기지국 및 상기 펨토 기지국은 무선 통신을 수행하거나, 또는, 백홀(backhaul)을 통한 유선 통신을 수행한다.
상기 슬립 모드로의 천이가 보고되면, 상기 매크로 기지국은 603단계로 진행하여 상기 펨토 기지국의 펨토 광고 메시지 송신을 위한 무선 자원 할당 정보를 송신한다. 상세히 설명하면, 상기 매크로 기지국은 상기 매크로 기지국의 무선 자원의 일부를 상기 펨토 기지국의 펨토 광고 메시지 송신을 위한 무선 자원으로서 할당하고, 단말들이 상기 펨토 광고 메시지를 수신할 수 있도록 상기 무선 자원의 할당 정보를 브로드캐스팅한다. 이때, 상기 무선 자원은 주기적으로 할당되며, 상기 매크로 기지국은 주기적으로 할당된 상기 무선 자원을 상기 펨토 기지국이 슬립 모드를 해제할 때까지 사용하지 않는다. 즉, 상기 매크로 기지국은 상기 무선 자원을 사용 금지 설정한다.
이후, 상기 매크로 기지국은 605단계로 진행하여 단말로부터 갭 할당이 요청되는지 확인한다. 여기서, 상기 갭은 상기 단말이 상기 펨토 광고 메시지를 수신한 후 상기 매크로 기지국과의 통신 중에 모바일 펨토 각성 요청 메시지를 송신하기 위한 구간을 의미한다.
상기 갭 할당이 요청되면, 상기 매크로 기지국은 605단계로 진행하여 상기 단말에게 갭을 할당하고, 상기 단말로의 송신 데이터를 버퍼링(buffering)한다. 즉, 상기 단말은 상기 갭 구간 동안 상기 매크로 기지국으로부터의 신호를 수신할 수 없으므로, 상기 매크로 기지국은 상기 단말로의 송신 데이터를 버퍼링한다.
이후, 상기 매크로 기지국은 607단계로 진행하여 상기 갭 구간이 경과하는지 확인한다. 만일, 상기 갭 구간이 경과하지 않았으면, 상기 매크로 기지국은 상기 갭 구간의 경과를 대기한다. 반면, 상기 갭 구간이 경과하였으면, 상기 매크로 기지국은 609단계로 진행하여 버퍼링된 상기 단말로의 송신 데이터를 송신한다.
상기 605단계에서, 상기 단말로부터 상기 갭 할당이 요청되지 않으면, 상기 매크로 기지국은 613단계로 진행하여 상기 펨토 기지국으로부터 슬립 모드의 해제가 보고되는지 확인한다. 만일, 상기 슬립 모드의 해제가 보고되지 않으면, 상기 매크로 기지국은 상기 605단계로 되돌아간다. 반면, 상기 슬립 모드의 해제가 보고되면, 상기 매크로 기지국은 본 절차를 종료한다. 이에 따라, 상기 매크로 기지국 은 상기 팸토 광고 메시지를 위한 무선 자원을 다시 사용할 수 있게 된다. 즉, 상기 매크로 기지국은 상기 무선 자원을 사용 금지 설정을 해제한다.
도 7은 본 발명에 따른 광대역 무선통신 시스템에서 펨토 기지국의 블록 구성을 도시하고 있다.
상기 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 펨토 기지국은 모드결정기(702), 메시지생성기(704), 부호화기(706), 심벌변조기(708), 부반송파매핑기(710), OFDM변조기(712), RF(Radio Frequency)송신기(714), 전력결정기(716), RF수신기(718), OFDM복조기(720), 부반송파디매핑기(722), 심벌복조기(724), 복호화기(726), 메시지해석기(728), 통신제어기(730)를 포함하여 구성된다.
상기 모드결정기(702)는 상기 펨토 기지국의 동작 모드를 제어한다. 여기서, 상기 펨토 기지국의 가능한 동작 모드는 슬립 모드 또는 활성 모드이다. 상기 슬립 모드는 펨토 광고 메시지의 송신 및 모바일 펨토 각성 요청 메시지 수신 대기 동작만이 수행되며, 단말과의 통신이 수행되지 않는 모드이다. 따라서, 소정 시간 동안 상기 펨토 기지국에 접속된 단말이 존재하지 않는 경우, 상기 모드결정기(702)는 슬립 모드로 천이해야 함을 인지하고, 다른 블록들이 슬립 모드에 따라 동작하도록 제어한다. 그리고, 상기 모바일 펨토 각성 요청 메시지가 수신되면, 상기 모드결정기(702)는 슬립 모드를 해제, 즉, 활성 모드로 천이해야 함을 인지하고, 다른 블록들이 활성 모드로 동작하도록 제어한다.
상기 메시지생성기(704)는 송신될 제어 메시지를 생성한다. 특히, 슬립 모드 시, 상기 메시지생성기(704)는 펨토 셀 내에 위치한 단말들에게 펨토 기지국의 존재를 알리기 위한 펨토 광고 메시지를 생성한다. 여기서, 상기 펨토 광고 메시지는 상기 펨토 기지국의 식별 정보 및 상기 펨토 기지국으로 메시지를 송신하기 위해 필요한 정보들을 포함한다. 그리고, 단말로부터 모바일 펨토 각성 요청 메시지가 수신되는 경우, 상기 메시지생성기(704)는 모바일 펨토 각성 요청 메시지의 수신 및 슬립 모드 해제를 알리기 위한 모바일 펨토 각성 응답 메시지를 생성한다.
상기 부호화기(706)는 상기 메시지생성기(705)로부터 제공되는 정보 비트열을 채널 부호화(channel coding)한다. 상기 심벌변조기(710)는 채널 부호화된 비트열을 복조하여 복소심벌(complex symbol)들로 변환한다. 상기 부반송파매핑기(712)는 상기 복소심벌들을 주파수 영역에 매핑한다. 특히, 슬립 모드 시, 상기 부반송파매핑기(712)는 상기 펨토 광고 메시지의 신호를 상기 펨토 광고 메시지 송신을 위해 할당된 무선 자원에 매핑한다. 이때, 상기 부반송파매핑기(712)는 상기 펨토 광고 메시지의 정보를 나타내는 신호와 채널 추정을 위한 신호를 함께 매핑한다. 예를 들어, 상기 부반송파매핑기(712)는 상기 도 3의 (a)와 같이 프리앰블을 이용하거나, 또는, 상기 도 3의 (b)와 같이 파일럿 심벌들을 이용한다. 여기서, 상기 펨토 광고 메시지 송신을 위해 할당된 무선 자원은 매크로 기지국의 무선 자원의 일부이다. 상기 OFDM변조기(714)는 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 연산을 통해 주파수 영역에 매핑된 복소심벌들을 시간영역 신호로 변환하고, CP(Cyclic Prefix)를 삽입함으로써 OFDM 심벌을 구성한다. 상기 RF송신기(714)는 기저대역 신호를 RF대역 신호로 상향변환하고, 안테나를 통해 송신한다.
상기 전력결정기(716)는 안테나를 통해 송신되는 신호의 전력을 조절한다. 특히, 슬립 모드 시, 상기 전력결정기(716)는 상기 펨토 셀 외부에 위치한 단말에게 상기 펨토 광고 메시지가 수신되지 않도록 상기 펨토 광고 메시지의 송신 전력을 제한한다. 구체적으로, 상기 전력결정기(716)는 상기 펨토 광고 메시지의 송신 전력을 브로드캐스트 채널 또는 공통 제어 채널 송신 전력과 동일하게 조절한다. 단, 단말이 펨토 기지국의 셀에 충분히 진입한 후에만 상기 펨토 광고 메시지를 수신하게 하고자 하는 경우, 상기 전력결정기(716)는 추가적인 이득 값을 고려하여 상기 펨토 광고 메시지의 송신 전력을 상기 브로드캐스트 채널 또는 상기 공통 제어 채널 송신 전력보다 더 작은 값으로 조절한다. 반대로, 단말이 펨토 기지국의 셀 경계 지점에 도달하기 전에 팸토 기지국이 슬립 모드를 해제하도록 하고자 하는 경우, 상기 전력결정기(716)는 상기 펨토 광고 메시지의 송신 전력을 상기 브로드캐스트 채널 또는 상기 공통 제어 채널 송신 전력보다 더 큰 값으로 조절한다.
상기 RF수신기(718)는 안테나를 통해 수신되는 RF대역 신호를 기저대역 신호로 하향변환한다. 상기 OFDM복조기(704)는 상기 RF수신기(720)로부터 제공되는 신호를 OFDM 심벌 단위로 구분한 후, CP를 제거하고, FFT(Fast Fourier Transform) 연산을 통해 주파수 영역에 매핑된 복소심벌들을 복원한다. 상기 부반송파디매핑기(722)는 주파수 영역에 매핑된 복소심벌들 중 단말 자신에게 할당된 자원에 매핑된 신호를 추출한다. 상기 심벌복조기(724)는 복소심벌들을 복조하여 비트열로 변환한다. 상기 복호화기(726)는 상기 비트열을 채널 복호화(channel decoding)하여 정보 비트열을 복원한다.
상기 메시지해석기(728)는 수신된 제어 메시지를 해석한다. 특히, 슬립 모드시, 상기 메시지해석기(728)는 단말로부터 모바일 펨토 각성 요청 메시지가 수신되는지 확인한다. 그리고, 상기 메시지해석기(728)는 상기 모바일 펨토 각성 요청 메시지의 수신을 상기 모드결정기(702)로 알린다.
상기 통신제어기(730)는 단말과 통신을 수행하기 위한 모든 제어 절차를 수행한다. 특히, 상기 통신제어기(730)는 상기 펨토 광고 메시지의 송신 및 상기 모바일 펨토 각성 요청 메시지를 송신한 단말과의 접속 절차를 수행한다. 구체적으로, 슬립 모드인 경우, 상기 통신제어기(730)는 상기 펨토 광고 메시지를 송신할 프레임인지 확인한다. 단, 상기 펨토 기지국과 상기 매크로 기지국이 서로 동기가 맞지 않는 비동기 시스템인 경우, 상기 통신제어기(730)는 매크로 기지국과의 동기 오프셋을 고려하여 상기 펨토 광고 메시지의 송신 타이밍을 계산한다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 광대역 무선통신 시스템에서 단말의 블록 구성을 도시하고 있다.
상기 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 단말은 RF수신기(802), OFDM복조기(804), 부반송파디매핑기(806), 채널추정기(808), 등화기(equalizer)(810), 심벌복조기(812), 복호화기(814), 메시지해석기(816), 펨토판단기(818), 메시지생성기(820), 부호화기(822), 심벌변조기(824), 부반송파매핑기(826), OFDM변조기(828), RF송신기(830), 통신제어기(832)를 포함하여 구성된다.
상기 RF수신기(802)는 안테나를 통해 수신되는 RF대역 신호를 기저대역 신호 로 하향변환한다. 상기 OFDM복조기(804)는 상기 RF수신기(802)로부터 제공되는 신호를 OFDM 심벌 단위로 구분한 후, CP를 제거하고, FFT(Fast Fourier Transform) 연산을 통해 주파수 영역에 매핑된 복소심벌들을 복원한다. 상기 부반송파디매핑기(806)는 주파수 영역에 매핑된 복소심벌들 중 단말 자신에게 할당된 자원에 매핑된 신호를 추출한다. 특히, 본 발명에 따라, 펨토 광고 메시지가 수신되는 프레임에서, 상기 부반송파디매핑기(806)는 상기 펨토 광고 메시지 송신을 위해 할당된 자원에 매핑된 신호를 추출한다.
상기 채널추정기(808)는 프리앰블 신호 또는 파일럿 심벌을 이용하여 기지국과의 채널을 추정하고, 채널 추정 값을 상기 등화기(810)로 제공한다. 특히, 본 발명에 따라, 상기 펨토 광고 메시지의 수신을 시도하는 경우, 상기 채널추정기(808)는 상기 펨토 광고 메시지의 신호 내에 포함된 파일럿 심벌 프리앰블 신호만으로 채널을 추정한다. 상기 등화기(810)는 상기 채널 추정 값을 이용하여 상기 부반송파디매핑기(806)로부터 제공되는 수신 신호의 채널 왜곡을 보상한다. 상기 심벌복조기(812)는 복소심벌들을 복조하여 비트열로 변환한다. 상기 복호화기(814)는 상기 비트열을 채널 복호화(channel decoding)하여 정보 비트열을 복원한다.
상기 메시지해석기(816)는 수신되는 제어 메시지를 해석한다. 특히, 상기 메시지해석기(816)는 펨토 광고 메시지가 수신되는지 확인한다. 다시 말해, 상기 메시지해석기(816)는 펨토 광고 메시지를 위해 상기 펨토 광고 메시지 송신을 위해 할당된 무선 자원을 통해 수신된 신호로부터 변환된 비트열에 대한 오류 검사를 수행하고, 비트열이 펨토 광고 메시지로서 유효한 값들인지 판단함으로써, 상기 펨토 광고 메시지가 수신되는지 확인한다. 여기서, 상기 펨토 광고 메시지는 모바일 펨토 각성 요청 메시지 송신을 위해 사용되는 상향링크 레인징 코드 자원 및 송신 타이밍 정보를 포함할 수 있다.
상기 펨토판단기(818)는 단말 자신이 슬립 모드인 펨토 기지국의 셀에 진입하였는지 여부를 판단한다. 즉, 상기 메시지해석기(816)에 의해 상기 펨토 광고 메시지의 수신이 확인되면, 상기 펨토판단기(818)는 상기 펨토 기지국의 셀에 진입하였음을 인지하고, 상기 펨토 기지국의 슬립 모드 해제를 위한 동작을 수행한다. 다시 말해, 상기 펨토판단기(818)는 모바일 펨토 각성 요청 메시지를 생성하도록 상기 메시지생성기(820)를 제어한다. 그리고, 상기 펨토 기지국으로부터 모바일 펨토 각성 응답 메시지가 수신되면, 상기 펨토판단기(818)는 상기 펨토 기지국과의 접속 절차를 수행하도록 상기 통신제어기(832)를 트리거링한다. 단, 상기 펨토 광고 메시지에 상기 펨토 기지국이 CSG 억세스 모드로 동작함을 나타내는 정보가 포함된 경우, 상기 펨토판단기(818)는 상기 펨토 광고 메시지를 송신한 펨토 기지국에 접속 가능한지 여부를 확인한 후, 접속 가능한 펨토 기지국인 경우에만 상기 모바일 펨토 각성 요청 메시지를 생성하도록 상기 메시지생성기(820)를 제어한다. 예를 들어, 상기 펨토판단기(818)는 미리 저장된 접속 가능한 CSG 식별자 리스트 및 상기 펨토 광고 메시지에 포함된 CSG 식별자를 비교함으로써 접속 가능 여부를 판단한다.
상기 메시지생성기(820)는 송신될 제어 메시지를 생성한다. 특히, 상기 메시지생성기(820)는 상기 펨토판단기(818)의 제어에 따라 상기 모바일 펨토 각성 요청 메시지를 생성한다. 그리고, 상기 메시지생성기(820)는 상기 통신제어기(832)의 제어에 따라 접속 절차를 위한 메시지들을 생성한다.
상기 부호화기(822)는 상기 메시지생성기(820)으로부터 제공되는 정보 비트열을 채널 부호화(channel coding)한다. 상기 심벌변조기(824)는 채널 부호화된 비트열을 복조하여 복소심벌(complex symbol)들로 변환한다. 상기 부반송파매핑기(826)는 상기 복소심벌들을 주파수 영역에 매핑한다. 상기 OFDM변조기(828)는 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 연산을 통해 주파수 영역에 매핑된 복소심벌들을 시간영역 신호로 변환하고, CP를 삽입하여 OFDM 심벌을 구성한다. 상기 RF송신기(830)는 기저대역 신호를 RF대역 신호로 상향변환하고, 안테나를 통해 송신한다.
상기 통신제어기(832)는 통신을 수행하기 위한 모든 제어 절차를 수행한다. 특히, 상기 통신제어기(832)는 상기 펨토 기지국과의 접속 절차를 수행한다. 구체적으로, 상기 통신제어기(832)는 모바일 펨토 각성 요청 메시지를 랜덤 억세스 방식 또는 전용 억세스 방식에 따라 송신하도록 제어한다. 상기 전용 억세스 방식에 따르는 경우, 상기 통신제어기(832)는 상기 펨토 광고 메시지에 포함된 상향링크 레인징 코드 자원 및 송신 타이밍 정보를 이용한다. 그리고, 매크로 기지국과의 통신 중에 상기 모바일 펨토 각성 요청 메시지를 송신할 필요가 있는 경우, 상기 통신제어기(832)는 상기 매크로 기지국으로 갭 할당을 요청하고, 상기 갭 구간 동안 상기 모바일 펨토 각성 요청 메시지를 송신하도록 제어한다. 또한, 상기 통신제어기(832)는 상기 모바일 펨토 각성 요청 메시지의 송신에 따른 모바일 펨토 각성 응 답 메시지의 수신을 확인한다. 이때, 상기 모바일 펨토 각성 요청 메시지를 송신한 후 소정 시간 내에 상기 모바일 펨토 각성 응답 메시지가 수신되지 않으면, 상기 통신제어기(832)는 상기 모바일 펨토 각성 요청 메시지를 재전송하도록 제어한다. 단, 상기 재전송의 회수는 M-1회로 제한된다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 광대역 무선통신 시스템에서 매크로 기지국의 블록 구성을 도시하고 있다.
상기 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 매크로 기지국은 메시지생성기(902), 부호화기(904), 심벌변조기(906), 부반송파매핑기(908), OFDM변조기(910), RF(Radio Frequency)송신기(912), RF수신기(914), OFDM복조기(916), 부반송파디매핑기(918), 심벌복조기(920), 복호화기(922), 메시지해석기(924), 데이터버퍼(926), 자원할당기(928), 통신제어기(930)를 포함하여 구성된다.
상기 메시지생성기(902)는 송신될 제어 메시지를 생성한다. 특히, 매크로 셀 내에 위치한 펨토 기지국의 슬립 모드 천이 시, 상기 메시지생성기(902)는 상기 펨토 기지국의 펨토 광고 메시지 송신을 위한 무선 자원의 할당 정보를 포함하는 브로드캐스팅 메시지를 생성한다. 상기 부호화기(904)는 상기 메시지생성기(905)로부터 제공되는 정보 비트열을 채널 부호화한다. 상기 심벌변조기(908)는 채널 부호화된 비트열을 복조하여 복소심벌들로 변환한다. 상기 부반송파매핑기(910)는 상기 복소심벌들을 주파수 영역에 매핑한다. 상기 OFDM변조기(912)는 IFFT 연산을 통해 주파수 영역에 매핑된 복소심벌들을 시간영역 신호로 변환하고, CP를 삽입함으로써 OFDM 심벌을 구성한다. 상기 RF송신기(912)는 기저대역 신호를 RF대역 신호로 상향변환하고, 안테나를 통해 송신한다.
상기 RF수신기(914)는 안테나를 통해 수신되는 RF대역 신호를 기저대역 신호로 하향변환한다. 상기 OFDM복조기(902)는 상기 RF수신기(916)로부터 제공되는 신호를 OFDM 심벌 단위로 구분한 후, CP를 제거하고, FFT 연산을 통해 주파수 영역에 매핑된 복소심벌들을 복원한다. 상기 부반송파디매핑기(918)는 주파수 영역에 매핑된 복소심벌들 중 단말 자신에게 할당된 자원에 매핑된 신호를 추출한다. 상기 심벌복조기(920)는 복소심벌들을 복조하여 비트열로 변환한다. 상기 복호화기(922)는 상기 비트열을 채널 복호화하여 정보 비트열을 복원한다. 상기 메시지해석기(924)는 수신된 제어 메시지를 해석한다. 특히, 상기 메시지해석기(924)는 단말로부터 수신되는 갭 할당을 요청하는 메시지를 해석한다. 그리고, 상기 메시지해석기(924)는 상기 갭 할당의 요청이 발생하였음을 상기 통신제어기(930)로 알린다.
상기 데이터버퍼(926)는 단말과 송수신되는 데이터를 임시 저장하고, 상기 통신제어기(930)의 제어에 따라 저장된 데이터를 출력한다. 특히, 상기 데이터버퍼(926)는 갭 할당을 요청한 단말로의 송신 데이터를 저장한다. 상기 자원할당기(928)는 접속된 단말들에게 통신을 위한 무선 자원을 할당한다. 특히, 매크로 셀 내에 위치한 펨토 기지국의 슬립 모드 천이 시, 상기 자원할당기(928)는 상기 펨토 기지국의 펨토 광고 메시지 송신을 위한 무선 자원을 할당한다. 이때, 상기 무선 자원의 위치는 미리 설정된 바에 따라 결정되거나, 또는, 자원 현황에 따라 유동적으로 결정된다.
상기 통신제어기(930)는 단말과 통신을 수행하기 위한 모든 제어 절차를 수행한다. 특히, 상기 통신제어기(930)는 펨토 기지국으로부터 보고되는 슬립 모드 천이 및 슬립 모드 해제를 확인하고, 이에 대응하는 기능을 제어한다. 상기 슬립 모드로의 천이가 보고되면, 상기 통신제어기(930)는 펨토 광고 메시지의 송신을 위한 무선 자원을 할당하도록 상기 자원할당기(928)를 제어하고, 상기 펨토 광고 메시지의 송신을 위한 무선 자원의 할당 정보를 브로트캐스팅하도록 제어한다. 또한, 상기 통신제어기(930)는 상기 상기 펨토 광고 메시지의 송신을 위한 무선 자원을 사용 금지 설정하고, 상기 슬립 모드의 해제가 보고되면, 상기 무선 자원의 사용 금지 설정을 해제한다. 그리고, 단말로부터 갭 할당이 요청되면, 상기 통신제어기(930)는 상기 갭 구간 동안 상기 단말로의 송신 데이터가 버퍼링되도록 제어하고, 상기 갭 구간이 경과하면, 상기 단말로의 송신 데이터를 송신하도록 제어한다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 계층적 셀 구조를 갖는 광대역 무선통신 시스템의 개략적인 구조를 도시하는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 광대역 무선통신 시스템에서 펨토(femto) 광고 메시지 송신 예를 도시하는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 광대역 무선통신 시스템에서 펨토 광고 메시지 신호의 구조 예를 도시하는 도면,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 광대역 무선통신 시스템에서 펨토 기지국의 동작 절차를 도시하는 도면,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 광대역 무선통신 시스템에서 단말의 동작 절차를 도시하는 도면,
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 광대역 무선통신 시스템에서 매크로 기지국의 동작 절차를 도시하는 도면,
도 7은 본 발명에 따른 광대역 무선통신 시스템에서 펨토 기지국의 블록 구성을 도시하는 도면,
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 광대역 무선통신 시스템에서 단말의 블록 구성을 도시하는 도면,
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 광대역 무선통신 시스템에서 매크로 기지국의 블록 구성을 도시하는 도면.

Claims (24)

  1. 광대역 무선통신 시스템에서 펨토(femto) 기지국의 동작 방법에 있어서,
    소정 시간 동안 접속된 단말이 존재하지 않는 경우, 슬립 모드(sleep mode)로 천이하는 과정과,
    상기 슬립 모드 시, 자신의 존재를 알리기 위한 펨토 광고(FEMTO-ADV : FEMTO ADVertisement) 메시지를 송신하는 과정과,
    상기 펨토 광고 메시지를 수신한 단말로부터 모바일 펨토 각성 요청(MOB-FEMTO-AWAKE-REQ : MOBile FEMTO AWAKE REQuest) 메시지가 수신되면, 슬립 모드를 해제하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 펨토 광고 메시지를 송신하는 과정은,
    상기 펨토 기지국의 셀 외부에 위치한 단말들에게 수신되지 않도록, 상기 펨토 광고 메시지의 송신 전력을 상기 펨토 기지국의 브로드캐스트 채널(Broadcast channel) 또는 공통 제어 채널(Common control channel)의 송신 전력과 동일하게 조절하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 펨토 광고 메시지를 송신하는 과정은,
    매크로(macro) 기지국의 무선 자원의 일부를 통해 주기적으로 상기 펨토 광고 메시지를 송신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 펨토 광고 메시지를 송신하는 과정은,
    상기 매크로 기지국의 신호와 동일한 방식으로 상기 펨토 광고 메시지 신호를 생성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 펨토 광고 메시지 신호는, 파일럿 심벌 및 프리앰블(preamble) 중 적어도 하나를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 슬립 모드로 천이함을 매크로 기지국으로 보고하는 과정과
    상기 슬립 모드를 해제함을 상기 매크로 기지국으로 보고하는 과정을 더 포 함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 광대역 무선통신 시스템에서 단말의 동작 방법에 있어서,
    매크로(macro) 셀 내에 위치한 펨토(femto) 기지국에 의해 송신되는 펨토 광고(FEMTO-ADV : FEMTO ADVertisement) 메시지를 수신하는 과정과,
    상기 펨토 광고 메시지가 수신되면, 상기 펨토 기지국으로 모바일 펨토 각성 요청(MOB-FEMTO-AWAKE-REQ : MOBile FEMTO AWAKE REQuest) 메시지를 송신하는 과정과,
    상기 펨토 기지국과의 접속 절차를 수행하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 펨토 광고 메시지를 수신하는 과정은,
    매크로 기지국의 무선 자원의 일부를 통해 주기적으로 상기 펨토 광고 메시지가 수신되는지 확인하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 모바일 펨토 각성 요청 메시지를 송신하는 과정은
    접속 가능한 CSG(Closed Subscriber Group) 식별자 리스트 및 상기 펨토 광고 메시지에 포함된 CSG 식별자를 비교하는 과정과,
    상기 CSG 식별자가 상기 CSG 식별자 리스트에 포함되어 있으면, 상기 모바일 펨토 각성 요청 메시지를 송신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 펨토 광고 메시지의 신호에 포함된 파일럿 심벌 및 프리앰블(preamble) 중 적어도 하나를 이용하여 상기 펨토 기지국과의 채널을 추정하는 과정과,
    상기 채널의 추정 값을 이용하여 채널 왜곡을 보상하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 광대역 무선통신 시스템에서 매크로(macro) 기지국의 동작 방법에 있어서,
    매크로 셀 내에 위치한 펨토(femto) 기지국으로부터 슬립 모드 천이가 보고되면, 상기 매크로 기지국의 무선 자원의 일부를 상기 펨토 기지국의 펨토 광고 메시지 송신을 위한 무선 자원으로서 할당하는 과정과,
    상기 펨토 광고 메시지 송신을 위한 무선 자원을 사용 금지 설정하는 과정과,
    상기 펨토 광고 메시지 송신을 위한 무선 자원의 할당 정보를 브로드캐스팅하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 펨토 광고 메시지를 수신한 단말로부터 모바일 펨토 각성 요청 메시지의 송신을 위한 갭(gap) 요청이 발생하면, 상기 단말로의 송신 데이터를 버퍼링(buffering)하는 과정과,
    상기 갭 구간이 경과하면, 상기 송신 데이터를 송신하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 광대역 무선통신 시스템에서 펨토(femto) 기지국 장치에 있어서,
    슬립 모드(sleep mode) 시, 자신의 존재를 알리기 위한 펨토 광고(FEMTO-ADV : FEMTO ADVertisement) 메시지를 송신하는 송신기와,
    소정 시간 동안 접속된 단말이 존재하지 않는 경우, 상기 슬립 모드로 천이하고, 상기 펨토 광고 메시지를 수신한 단말로부터 모바일 펨토 각성 요청(MOB-FEMTO-AWAKE-REQ : MOBile FEMTO AWAKE REQuest) 메시지가 수신되면, 슬립 모드를 해제하는 결정기와,
    상기 단말과 통신을 수행하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 펨토 기지국의 셀 외부에 위치한 단말들에게 수신되지 않도록, 상기 펨토 광고 메시지의 송신 전력을 상기 펨토 기지국의 브로드캐스트 채널(Broadcast channel) 또는 공통 제어 채널(Common control channel)의 송신 전력과 동일하게 조절하는 조절기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 송신기는, 매크로(macro) 기지국의 무선 자원의 일부를 통해 주기적으로 상기 펨토 광고 메시지를 송신하는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 송신기는, 상기 매크로 기지국의 신호와 동일한 방식으로 상기 펨토 광고 메시지 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 펨토 광고 메시지 신호는, 파일럿 심벌 및 프리앰블(preamble) 중 적어도 하나를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 결정기는, 상기 슬립 모드로 천이함을 매크로 기지국으로 보고하고, 상기 슬립 모드를 해제함을 상기 매크로 기지국으로 보고하는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 광대역 무선통신 시스템에서 단말 장치에 있어서,
    매크로(macro) 셀 내 음영 지역을 담당하는 펨토(femto) 기지국에 의해 송신되는 펨토 광고(FEMTO-ADV : FEMTO ADVertisement) 메시지를 수신하는 수신기와,
    상기 펨토 광고 메시지가 수신되면, 상기 펨토 기지국으로 모바일 펨토 각성 요청(MOB-FEMTO-AWAKE-REQ : MOBile FEMTO AWAKE REQuest) 메시지를 송신하는 송신기와,
    상기 펨토 기지국과의 접속 절차를 수행하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 수신기는, 매크로 기지국의 무선 자원의 일부를 통해 주기적으로 상기 펨토 광고 메시지를 수신하는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 제어기는, 저장된 접속 가능한 CSG(Closed Subscriber Group) 식별자 리스트 및 상기 펨토 광고 메시지에 포함된 CSG 식별자를 비교하고,
    상기 송신기는, 상기 CSG 식별자가 상기 CSG 식별자 리스트에 포함되어 있으면, 상기 모바일 펨토 각성 요청 메시지를 송신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 펨토 광고 메시지의 신호에 포함된 파일럿 심벌 및 프리앰블(preamble) 중 적어도 하나를 이용하여 상기 펨토 기지국과의 채널을 추정하는 추정기와,
    상기 채널의 추정 값을 이용하여 채널 왜곡을 보상하는 등화기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  23. 광대역 무선통신 시스템에서 매크로(macro) 기지국 장치에 있어서,
    매크로 셀 내에 위치한 펨토(femto) 기지국으로부터 슬립 모드 천이가 보고되면, 상기 매크로 기지국의 무선 자원의 일부를 상기 펨토 기지국의 펨토 광고 메시지 송신을 위한 무선 자원으로서 할당하는 할당기와,
    상기 펨토 광고 메시지 송신을 위한 무선 자원을 사용 금지 설정하는 제어기와,
    상기 펨토 광고 메시지 송신을 위한 무선 자원의 할당 정보를 브로드캐스팅하는 송신기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 펨토 광고 메시지를 수신한 단말로부터 모바일 펨토 각성 요청 메시지의 송신을 위한 갭(gap) 요청이 발생하면, 상기 단말로의 송신 데이터를 버퍼링(buffering)하고, 상기 갭 구간이 경과하면, 상기 송신 데이터를 송신하는 것을 특징으로 하는 장치.
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