KR20110111374A - 무선통신 시스템에서 펨토셀의 운영방법 - Google Patents

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Abstract

무선통신 시스템에서 펨토셀의 운영방법은 특정 단말 그룹에 속하는 CSG(closed subscriber group) 단말 및 상기 특정 단말 그룹에 포함되지 않는 non-CSG 단말에게 서비스를 제공하는 운영모드에서 상기 CSG 단말에게만 서비스를 제공하는 운영모드로의 변경이 트리거(trigger)되는 단계, 및 상기 non-CSG 단말에게 운영모드의 변경을 지시하여 핸드오버시키는 단계를 포함한다. 펨토셀을 효율적으로 운영할 수 있으며, 펨토셀에 인접한 단말에 대한 제약을 줄일 수 있다. 사용되고 있지 않는 핌토셀의 주파수 대역을 활용할 수 있으며, 이를 통하여 높은 데이터율의 서비스를 제공할 수 있다.

Description

무선통신 시스템에서 펨토셀의 운영방법{METHOD FOR OPERATING FEMTOCELL IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 무선 통신에 관한 것으로 보다 상세하게는 펨토셀의 운영방법에 관한 것이다.
통신의 발달과 멀티미디어 기술의 보급과 더불어 다양한 대용량 전송기술이 무선통신 시스템에 적용되고 있다. 무선용량을 증대시키기 위한 방법으로 보다 많은 주파수 자원을 할당하는 방법이 있지만, 한정된 주파수 자원을 다수의 사용자에게 보다 많은 주파수 자원을 할당하는 것은 한계가 있다. 한정된 주파수 자원을 보다 효율적으로 활용할 수 있는 방법 중 하나로 셀의 크기를 작게 만드는 방법이 있다. 셀의 크기를 작게 만들면 하나의 기지국이 서비스해야 하는 사용자의 수가 줄어들므로, 기지국은 사용자에게 보다 많은 주파수 자원을 할당할 수 있다. 셀의 크기를 작게 만들면 다수의 사용자에게 보다 좋은 상태의 대용량 서비스를 제공할 수 있다.
최근, 가정이나 사무실에 설치되는 펨토셀(femto-cell) 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 펨토셀은 가정이나 사무실 등 실내에서 사용되는 초소형 이동통신 기지국을 의미한다. 펨토셀은 피코셀(pico-cell)과 유사한 의미로 사용되는데, 펨토셀은 피코셀보다 더욱 진화된 기능을 가진 의미로 사용되고 있다. 펨토셀은 가정이나 사무실에 보급되어 있는 IP 네트워크와 연결되며, IP 네트워크를 통하여 이동통신 시스템의 핵심망(core network)에 접속하여 이동통신 서비스를 제공한다. 예를 들어, 펨토셀은 디지털 가입자 회선(digital subscriber line; DSL)을 통하여 이동통신 시스템의 핵심망에 연결된다. 이동통신 시스템의 사용자는 실외에서 기존의 마크로셀(macro-cell)을 통하여 서비스를 제공받고, 실내에서는 펨토셀을 통하여 서비스를 제공받을 수 있다. 펨토셀은 기존의 마크로셀(macro-cell)의 서비스가 건물 내에서 악화되는 점을 보완하여 이동통신 시스템의 실내 커버리지(coverage)를 개선하고, 정해진 특정 사용자만을 대상으로 서비스를 제공할 수 있으므로 높은 품질의 음성 서비스 및 데이터 서비스를 제공할 수 있다. 그리고 펨토셀은 마크로셀에서 제공되지 않는 새로운 서비스를 제공할 수 있으며, 펨토셀의 보급으로 유무선 융합(Fixed-Mobile Convergence; FMC)이 가속화되고 산업기반 비용이 절감될 수 있다.
펨토셀은 개인이 가정이나 사무실 등에 설치되어 특정 사용자만이 접속할 수 있는 개인용 통신장비이다. 일반적으로 가정이나 사무실에 설치되는 통신장비는 전원이 켜진 이후 사용되지 않는 경우에도 지속적으로 전원이 켜진 상태를 유지된다. 펨토셀과 마크로셀과의 간섭을 줄이기 위하여 펨토셀은 마크로셀과 다른 주파수 대역을 사용할 수 있다. 펨토셀에 접속할 수 없는 단말이 펨토셀의 셀 영역에 위치하는 경우, 펨토셀의 주파수 대역이 사용되고 있는지 여부와 상관없이 단말은 펨토셀에 할당된 주파수 대역을 사용할 수 없고 다른 주파수 대역을 사용하여야 한다. 이에 따라 펨토셀에 인접하는 단말에 대한 무선자원 사용에 제약이 발생할 수 있으며, 한정된 무선자원이 효율적으로 사용되지 못할 수 있다.
펨토셀을 효율적으로 운영할 수 있는 방법이 필요하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 펨토셀을 효율적으로 운영할 수 있는 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 무선통신 시스템에서 펨토셀의 운영방법은 특정 단말 그룹에 속하는 CSG(closed subscriber group) 단말 및 상기 특정 단말 그룹에 포함되지 않는 non-CSG 단말에게 서비스를 제공하는 운영모드에서 상기 CSG 단말에게만 서비스를 제공하는 운영모드로의 변경이 트리거(trigger)되는 단계, 및 상기 non-CSG 단말에게 운영모드의 변경을 지시하여 핸드오버시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따른 무선통신 시스템에서 펨토셀의 운영방법은 특정 단말 그룹에 속하는 CSG(closed subscriber group) 단말에게만 서비스를 제공하는 운영모드에서 상기 CSG 단말 및 상기 특정 단말 그룹에 포함되지 않는 non-CSG 단말에게 서비스를 제공하는 운영모드로의 변경이 트리거(trigger)되는 단계, 및 상기 CSG 단말 또는 상기 non-CSG 단말에게 운영모드의 변경을 알리는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따른 마크로셀 및 펨토셀을 포함하는 계층적 셀 구조의 무선통신 시스템에서 핸드오버 과정을 수행하는 방법은 핸드오버 기준을 판단하는 단계, 및 상기 핸드오버 기준에 따라 핸드오버를 결정하여 마크로셀 또는 인접 펨토셀로 핸드오버 과정을 수행하는 단계를 포함하고, 상기 핸드오버 기준은 접속된 펨토셀의 전원이 꺼진 상태, 접속된 펨토셀의 데이터율이 임계치 이하인지 여부 및 펨토셀의 서비스 정책 중 적어도 어느 하나이다.
펨토셀을 효율적으로 운영할 수 있으며, 펨토셀에 인접한 단말에 대한 제약을 줄일 수 있다. 사용되고 있지 않는 펨토셀의 주파수 대역을 활용할 수 있으며, 이를 통하여 높은 데이터율의 서비스를 제공할 수 있다.
도 1은 무선통신 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 2는 무선 프레임의 구조의 일예를 나타낸다.
도 3은 프레임 구조의 일 예를 나타낸다.
도 4는 물리적 자원유닛의 맵핑의 일예를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 펨토셀의 운영모드 전환 방법을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 펨토셀의 운영모드 전환 방법을 나타낸다.
도 7은 마크로셀 및 펨토셀의 배치관계를 나타낸 일예이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 펨토셀의 운영모드 전환 방법을 나타낸다.
도 9는 단말의 요소를 나타낸 블록도이다.
도 10은 펨토셀의 요소를 나타낸 블록도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 펨토셀을 포함하는 무선통신 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 펨토셀의 동작 모드를 나타내는 블록도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 핸드오버 과정을 나타내는 흐름도이다.
발명의 실시를 위한 형태
이하의 기술은 CDMA(code division multiple access), FDMA(frequency division multiple access), TDMA(time division multiple access), OFDMA(orthogonal frequency division multiple access), SC-FDMA(single carrier frequency division multiple access) 등과 같은 다양한 무선 통신 시스템에 사용될 수 있다. CDMA는 UTRA(Universal Terrestrial Radio Access)나 CDMA2000과 같은 무선 기술(radio technology)로 구현될 수 있다. TDMA는 GSM(Global System for Mobile communications)/GPRS(General Packet Radio Service)/EDGE(Enhanced Data Rates for GSM Evolution)와 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. OFDMA는 IEEE 802.11(Wi-Fi), IEEE 802.16e (WiMAX), IEEE 802-20, E-UTRA(Evolved UTRA) 등과 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. UTRA는 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)의 일부이다. 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(long term evolution)은 E-UTRA를 사용하는 E-UMTS(Evolved UMTS)의 일부로써, 하향링크에서 OFDMA를 채용하고 상향링크에서 SC-FDMA를 채용한다. IEEE 802.16m은 IEEE 802.16e의 진화이다.
도 1은 무선통신 시스템을 나타낸 블록도이다. 무선통신 시스템은 음성, 패킷 데이터 등과 같은 다양한 통신 서비스를 제공하기 위해 널리 배치된다.
도 1을 참조하면, 일반적인 무선통신 시스템은 단말(User Equipment, UE) 및 기지국(Base Station, BS)을 포함한다. 단말은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, MS(Mobile Station), UT(User Terminal), SS(Subscriber Station), 무선기기(wireless device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 기지국은 일반적으로 단말과 통신하는 고정된 지점(fixed station)을 말하며, 노드-B(Node-B), BTS(Base Transceiver System), 액세스 포인트(Access Point) 등 다른 용어로 불릴 수 있다.
하나의 기지국에는 하나 이상의 셀(cell)이 존재할 수 있다.
기지국은 셀 커버리지 또는 배치 방식에 따라 펨토 기지국(femto BS; 20) 및 마크로 기지국(macro BS; 60)으로 구분될 수 있다. 펨토 기지국(20)의 셀은 마크로 기지국(60)의 셀보다 작은 크기를 가진다. 펨토 기지국(20)의 셀의 전부 또는 일부는 마크로 기지국(60)의 셀과 겹칠 수 있다. 이와 같이, 넓은 범위의 셀 내에 작은 범위의 셀이 중복되어 배치되는 구조를 계층적(hierarchy) 셀 구조라 한다.
펨토 기지국(20)은 펨토셀(femto-cell), 홈노드-B(home Node-B), HeNB(home eNode-B), CSG(closed subscriber group) 셀 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 마크로 기지국(60)은 펨토셀과 구분하여 마크로셀(macro-cell)로 불릴 수 있다.
펨토 기지국(20)은 Iuh 인터페이스를 통하여 펨토 게이트웨이(femto gateway; 30)에 연결된다. Iuh 인터페이스는 IP 네트워크를 통한 펨토 기지국(20)과 펨토 게이트웨이(30) 간의 인터페이스를 의미한다. 펨토 게이트웨이(30)는 적어도 하나의 펨토 기지국(20)을 관리하는 개체(entity)이다. 펨토 게이트웨이(30)는 펨토 기지국(20)이 무선통신 시스템의 핵심망(core network; 90)에 접속할 수 있도록 펨토 기지국(20)의 등록, 인증 및 보안 절차를 수행할 수 있다. 마크로 기지국(60)은 Iub 인터페이스를 통하여 RNC(radio network control; 70)에 연결된다. RNC(70)는 적어도 하나의 마크로 기지국(60)을 관리하는 개체로서, 마크로 기지국(60)을 핵심망(90)에 접속시킨다. 마크로 기지국(60)은 핵심망(90)과 전용선으로 연결되는 반면, 펨토 기지국(20)은 IP 네트워크를 통하여 핵심망(90)에 연결된다. 여기서는 펨토 기지국(20)이 펨토 게이트웨이(30)를 통하여 핵심망(90)에 연결되는 것으로 나타내었으나, 펨토 기지국(20)은 펨토 게이트웨이(30)를 통하지 않고 핵심망(90)에 접속할 수도 있다.
펨토 기지국(20)에 접속하는 단말을 펨토 단말(femto UE; 10)이라 하고, 마크로 기지국(60)에 접속하는 단말을 마크로 단말(macro UE; 50)이라 한다. 펨토 단말(10)은 마크로 기지국으로의 핸드오버를 통하여 마크로 단말(50)이 될 수 있고, 마크로 단말(50)은 펨토 기지국으로의 핸드오버를 통하여 펨토 단말(10)이 될 수 있다.
펨토 기지국(20)은 IP 네트워크와 유선 또는 무선으로 연결될 수 있다. 펨토 기지국(20)과 IP 네트워크와의 접속을 위해 무선랜(wireless LAN), 지그비(ZigBee), 전력선 통신(power line communication, PLC), 홈피앤에이(home phone networking alliance, HomePNA), RS-485 등 잘 알려진 모듈이 사용될 수 있다. IP 네트워크에 무선으로 연결되는 펨토 기지국을 무선 펨토셀이라 한다. 무선 펨토셀은 사용자의 편의를 위해 배터리를 사용할 수 있으며, 배터리 사용에 따른 전력 소모를 줄일 수 있는 방법이 필요하다. 펨토 기지국(20)의 전력 소모를 줄이고 한정된 무선자원을 효율적으로 사용하기 위해 펨토 기지국(20)의 모드를 설정할 수 있다. 예를 들어, 펨토 기지국(20)은 아이들 모드(idle mode), 액티브 모드(active mode) 등의 방식으로 서비스를 제공할 수 있다. 무선 펨토셀은 무선랜 기능을 가지고 무선 AP와 통합되어 사용될 수 있다. 무선 펨토셀은 운송수단에 설치될 수 있다. 운송수단에 설치되어 이동성을 가지는 펨토셀을 이동 펨토셀(mobile femto-cell)이라 한다.
＜마크로 기지국과 펨토 게이트웨이 간의 배치 관계＞
펨토 게이트웨이(30)는 마크로 기지국(60)과 연관되어 구성될 수 있다. 예를 들어, 하나의 마크로 기지국(60)에 하나의 펨토 게이트웨이(30)가 대응되어 구성될 수 있다. 또는 마크로 기지국(60)이 가지는 다수의 섹터(sector) 중에서 각 섹터마다 하나의 펨토 게이트웨이(30)가 대응되어 구성될 수 있다. 또는 마크로 기지국(60)의 셀 영역을 다수의 영역으로 나누고, 나누어진 각각의 영역 또는 영역들의 그룹에 하나의 펨토 게이트웨이(30)가 대응되어 구성될 수 있다. 또는 다수의 마크로 기지국(60)을 그룹으로 묶고, 하나의 마크로 기지국 그룹에 하나의 펨토 게이트웨이(30)가 대응되어 구성될 수 있다. 또는 하나의 트랙킹 영역(tracking area)에 하나의 펨토 게이트웨이(30)가 대응되어 구성될 수 있다. 또는 펨토 게이트웨이(30)는 마크로 기지국(30)이나 트랙킹 영역에 상관없이 펨토 게이트웨이(30)의 관리 범위가 정의될 수 있다.
펨토 기지국(20) 또는 마크로 기지국(60)이 자동 구성(self organization) 과정을 수행할 때, 상술한 펨토 게이트웨이(30)의 구성 정보를 펨토 기지국(20) 또는 마크로 기지국(60)이 핵심망(90)으로 요청할 수 있다. 핵심망(90)은 펨토 게이트웨이(30)의 구성 정보를 펨토 기지국(20) 또는 마크로 기지국(60)으로 제공할 수 있다. 펨토 기지국(20) 또는 마크로 기지국(60)은 펨토 게이트웨이(30)의 구성 정보를 필요에 따라 펨토 단말(10) 또는 마크로 단말(50)에게 제공할 수 있다. 펨토 게이트웨이(30)의 구성 정보는 펨토 게이트웨이(30)의 ID(identifier) 정보 등이 될 수 있다.
무선통신 시스템에서 마크로 기지국(60)은 무선자원의 효율을 높이기 위하여 FFR(Fractional Frequency Reuse)을 사용할 수 있다. 마크로 기지국(60)은 펨토 기지국(20)의 배치 구조를 고려하여 FFR 인자를 결정할 수 있다. 마크로 기지국(60)은 펨토 기지국(20)의 배치에 대한 임계치를 결정할 수 있으며, 펨토 기지국(20)의 배치가 정해진 임계치 이상인 경우에는 낮은 FFR 인자를 마크로 단말(50)에게 부여할 수 있다. 펨토 기지국(20)의 배치에 대한 임계치는 정해진 영역에 배치되는 펨토 기지국(20)의 수, 밀집도 등이 될 수 있다.
마크로 기지국(60)이 다수의 섹터를 가질 수 있으며, 각 섹터 별로 서로 다른 주파수 대역을 사용할 수 있다. 이때, 각 섹터에 포함되는 펨토 기지국(20)은 다른 섹터에서 사용되는 주파수 대역을 사용할 수 있다. 이에 따라, 마크로 기지국(60)과 펨토 기지국(20) 간의 간섭을 완화할 수 있다. 펨토 기지국(20) 간의 FFR은 펨토 기지국(20) 간에 구성되는 무선 인터페이스 또는 펨토 게이트웨이(30)를 통하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 인접한 펨토 기지국들(20)은 자신이 사용하는 FFR에 대한 정보를 교환하여 간섭이 최소화될 수 있도록 주파수 대역을 할당할 수 있다. 또는 펨토 기지국(20)은 펨토 게이트웨이(30)로 FFR에 적용할 주파수 대역을 요청할 수 있고, 펨토 게이트웨이(30)는 펨토 기지국들(20)의 배치 구조를 고려하여 펨토 기지국(20)에게 FFR에 적용할 주파수 대역을 할당할 수 있다.
펨토 기지국(20)에 대한 정보는 마크로 기지국(60) 또는 펨토 기지국(20)으로부터 브로드캐스트(broadcast)될 수 있다. 마크로 단말(50) 또는 펨토 단말(10)은 펨토 기지국(20)의 브로드캐스트 메시지를 모니터링하여 인접 펨토 기지국(20)의 정보를 획득할 수 있다. 펨토 기지국(20)의 시스템 정보는 마크로 기지국(60) 또는 펨토 기지국(20)으로부터 브로드캐스트되지 않고 멀티캐스트(multicast) 또는 유니캐스트(unicast)될 수 있다.
마크로 기지국(60)과 펨토 기지국(20)의 셀 ID 세트는 서로 다른 특정 심볼 또는 시퀀스(sequence)로 마련될 수 있다. RRC_IDLE 상태 또는 RRC_CONNECTED 상태의 펨토 단말(10) 또는 마크로 단말(50)은 자동 탐색 기능(autonomous search function)을 이용하여 셀선택 또는 셀재선택을 수행할 수 있다. 또는 RRC_IDLE 상태 또는 RRC_CONNECTED 상태의 펨토 단말(10) 또는 마크로 단말(50)은 수동적 탐색(manual selection)으로 셀선택 또는 셀재선택을 수행할 수 있다. 자동 탐색 기능은 기지국으로부터의 명령이나 셀 탐색을 위한 갭(gap)의 할당 없이 단말이 스스로 셀선택 또는 셀 재선택을 위한 셀 탐색을 수행하는 방식이다. 수동적 탐색은 기지국으로부터 셀 탐색을 위한 갭을 할당받아 셀선택 또는 셀재선택을 수행하는 방식이다. RRC_CONNECTED 상태의 단말은 자동 탐색을 위한 측정 갭의 필요를 네트워크로 알릴 수 있고, 네트워크는 측정 갭을 단말에게 할당해 줄 수 있다. 주파수내 이동성(Intra-frequency mobility)에서 RRC_IDLE 상태의 단말은 접속 가능한 펨토 기지국(20)을 최선 셀 원칙(best cell principle)에 따라 가장 높은 랭크의 셀을 선택할 수 있다.
단말은 접속 가능한 적절한 펨토 기지국을 지시하는 정보를 서빙 기지국으로 보고할 수 있다. 서빙 기지국은 단말에서 통신 서비스를 제공하고 있는 펨토 기지국 또는 마크로 기지국을 의미한다. 단말은 자신이 가진 화이트 리스트(white list)에 기반하여 접속할 적절한 펨토 기지국을 확인할 수 있다. 화이트 접속 가능한 펨토 기지국의 리스트, 펨토 기지국의 상태 등에 대한 정보를 포함한다. 화이트 리스트는 상위 계층으로부터 제공될 수 있다. 펨토 기지국(20) 또는 마크로 기지국(60)은 펨토 기지국인지 여부를 지시하는 셀 지시자(ex. 1bit)를 전송하거나, 특정 PCI(physical cell ID)를 사용하여 펨토 기지국인지 여부를 나타낼 수 있다. 셀 지시자는 브로드캐스트 메시지 또는 페이징 메시지(paging message)를 통하여 전송될 수 있다.
이하에서 하향링크(downlink, DL)는 기지국에서 단말로의 통신을 의미하며, 상향링크(uplink, UL)는 단말에서 기지국으로의 통신을 의미한다. 하향링크에서 송신기는 기지국의 일부분일 수 있고, 수신기는 단말의 일부분일 수 있다. 상향링크에서 송신기는 단말의 일부분일 수 있고, 수신기는 기지국의 일부분일 수 있다.
무선통신 시스템에 적용되는 다중 접속 기법에는 제한이 없다. CDMA(Code Division Multiple Access)k WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access), TDMA(Time Division Multiple Access), FDMA(Frequency Division Multiple Access), SC-FDMA(Single-Carrier FDMA) 및 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)와 같은 다양한 다중 접속 기법이 사용될 수 있다.
도 2는 무선 프레임의 구조의 일예를 나타낸다. 계층적 셀 구조에서 마크로 셀 및 펨토셀 중 적어도 어느 하나의 무선 프레임 구조일 수 있다.
도 2를 참조하면, 무선 프레임(Radio Frame)은 10개의 서브프레임(Subframe)으로 구성되고, 하나의 서브프레임은 2개의 슬롯(Slot)으로 구성될 수 있다. 무선 프레임 내의 슬롯은 0번부터 19번까지 슬롯 번호가 매겨진다. 하나의 서브프레임이 전송되는데 걸리는 시간을 TTI(transmission time interval)라 한다. TTI는 데이터 전송을 위한 스케줄링 단위라 할 수 있다. 예를 들어, 하나의 무선 프레임의 길이는 10ms이고, 하나의 서브프레임의 길이는 1ms이고, 하나의 슬롯의 길이는 0.5ms 일 수 있다.
서브프레임은 시간 영역에서 2개의 슬롯(slot)으로 구분될 수 있다. 슬롯은 시간 영역(time domain)과 주파수 영역(frequency domain)에서 무선 자원을 할당하기 위한 단위라 할 수 있다. 하나의 슬롯은 시간 영역에서 복수의 OFDM 심볼과 주파수 영역에서 적어도 하나의 부반송파(subcarrier)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나의 슬롯은 7 또는 6 OFDM 심볼을 포함할 수 있다. 서브프레임은 다수의 자원블록(Resource Block; RB)을 포함할 수 있다. 자원블록은 단말에게 할당하는 무선자원의 기본단위이다. 자원블록은 다수의 부반송파를 포함할 수 있다. 예를 들어, 자원블록은 주파수 영역에서 연속된 12개의 부반송파와 시간 영역에서 2개의 슬롯으로 이루어진 영역이 될 수 있다. 10개의 서브프레임이 하나의 무선 프레임(radio frame)을 구성할 수 있다.
서브프레임에서 주파수 대역을 3부분으로 나누어, 양측의 2부분을 제어영역으로 하고, 중간 부분을 데이터영역으로 할 수 있다. 제어영역과 데이터영역이 서로 다른 주파수 대역을 사용하므로, FDM(Frequency Division Multiplexing) 되어 있다. 이는 예시에 불과하고, 서브프레임 상에서 제어영역과 데이터영역의 배치는 제한이 아니다. 또한, 무선 프레임에 포함되는 서브프레임의 수 또는 서브프레임에 포함되는 슬롯의 수, 슬롯에 포함되는 OFDM 심볼의 수는 다양하게 변경될 수 있다.
각 단말에 할당되는 슬롯은 서브프레임 상에서 주파수 도약(frequency hopping)될 수 있다. 즉, 하나의 단말에 할당되는 2개의 슬롯 중 하나는 일측의 주파수 밴드에서 할당되고, 나머지는 다른 측의 주파수 밴드에서 서로 엇갈리게 할당될 수 있다. 하나의 단말에 대한 제어영역을 서로 다른 주파수 밴드에 할당되는 슬롯을 통해 전송함으로써 주파수 다이버시티 이득을 얻을 수 있다. 또한, 복수의 사용자 간에는 CDM(code division multiplexing)으로 다중화될 수 있다.
무선 프레임의 구조는 예시에 불과하고, 무선 프레임에 포함되는 서브프레임의 수 또는 서브프레임에 포함되는 슬롯의 수는 다양하게 변경될 수 있다.
도 3은 프레임 구조의 일 예를 나타낸다. 계층적 셀 구조에서 마크로 셀 및 펨토셀 중 적어도 어느 하나의 프레임 구조일 수 있다.
도 3을 참조하면, 슈퍼프레임(Superframe)은 슈퍼프레임 헤더(Superframe Header)와 4개의 프레임(frame, F0, F1, F2, F3)을 포함한다. 각 슈퍼프레임의 크기는 20ms이고, 각 프레임의 크기는 5ms인 것으로 예시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 슈퍼프레임 헤더는 슈퍼프레임에서 가장 앞서 배치될 수 있으며, 슈퍼프레임 헤더에는 공용 제어 채널(Common Control Channel)이 할당된다. 공용 제어채널은 슈퍼프레임을 구성하는 프레임들에 대한 정보 또는 시스템 정보와 같이 셀 내의 모든 단말들이 공통적으로 활용할 수 있는 제어정보를 전송하기 위하여 사용되는 채널이다. 슈퍼프레임 헤더 내 또는 슈퍼프레임 헤더에 인접하여 동기신호(synchronization signal)를 전송하기 위한 동기채널이 배치될 수 있다. 동기신호는 셀 ID(identifier)와 같은 셀정보를 포함할 수 있다.
하나의 프레임은 다수의 서브프레임(Subframe, SF0, SF1, SF2, SF3, SF4, SF5, SF6, SF7)을 포함한다. 각 서브프레임은 상향링크 또는 하향링크 전송을 위하여 사용될 수 있다. 서브프레임은 6 또는 7개의 OFDMA 심볼로 구성될 수 있으나, 이는 예시에 불과하다. 프레임에는 TDD(Time Division Duplexing) 방식 또는 FDD(Frequency Division Duplexing) 방식이 적용될 수 있다. TDD 방식에서, 각 서브프레임은 동일한 주파수에서 서로 다른 시간에 상향링크 전송 또는 하향링크 전송을 위해 사용된다. 즉, TDD 방식의 프레임내의 서브프레임들은 시간영역에서 상향링크 서브프레임과 하향링크 서브프레임으로 구분된다. FDD 방식에서, 각 서브프레임은 동일한 시간의 서로 다른 주파수에서 상향링크 전송 또는 하향링크 전송을 위해 사용된다. 즉, FDD 방식의 프레임내의 서브프레임들은 주파수 영역에서 상향링크 서브프레임과 하향링크 서브프레임으로 구분된다. 상향링크 전송과 하향링크 전송은 서로 다른 주파수 대역을 차지하고, 동시에 이루어질 수 있다.
서브프레임은 적어도 하나의 주파수 구획(Frequency Partition)을 포함한다. 주파수 구획은 적어도 하나의 물리적 자원유닛(Physical Resource Unit, PRU)으로 구성된다. 주파수 구획은 연속적(Contiguous/Localized) PRU 및/또는 분산적(Distributed/non-contiguous) PRU를 포함할 수 있다. 주파수 구획은 부분적 주파수 재사용(Fractional Frequency Reuse, FFR) 또는 멀티캐스트 및 브로드캐스트 서비스(Multicast and Broadcast Services, MBS)와 같은 다른 목적을 위하여 사용될 수 있다.
PRU는 복수개의 물리적으로 연속적인 OFDMA 심볼과 복수개의 물리적으로 연속적인 부반송파를 포함하는 자원할당을 위한 기본적인 물리적 유닛으로 정의된다. PRU에 포함되는 OFDM 심볼의 수는 하나의 서브프레임에 포함되는 OFDMA 심볼의 개수와 동일할 수 있다. 예를 들어, 하나의 서프프레임이 6 OFDMA 심볼로 구성될 때, PRU는 18 부반송파 및 6 OFDMA 심볼로 정의될 수 있다. 논리적 자원유닛(Logical Resource Unit, LRU)은 분산적(distributed) 자원할당 및 국부적(localized) 자원할당을 위한 기본적인 논리 단위이다. LRU는 복수개의 OFDMA 심볼과 복수개의 부반송파로 정의되고, PRU에서 사용되는 파일럿들을 포함한다. 따라서, 하나의 LRU에서의 적절한 부반송파의 개수는 할당된 파일럿의 수에 의존한다.
분산 자원유닛(Distributed Resource Unit, DRU)은 주파수 다이버시티 이득을 얻기 위하여 사용될 수 있다. DRU는 하나의 주파수 구획 내에 분산된 부반송파 그룹을 포함한다. DRU의 물리적 크기는 PRU의 물리적 크기와 같다. DRU에서 분산된 각 부반송파 그룹을 형성하는 최소의 물리적으로 연속된 부반송파 단위는 하나 이상의 부반송파가 될 수 있다.
연속 자원유닛(Contiguous Resource Unit or Localized Resource Unit, CRU)은 주파수 선택적 스케줄링 이득을 얻기 위하여 사용될 수 있다. CRU는 국부적 부반송파 그룹을 포함한다. CRU의 물리적 크기는 PRU의 물리적 크기와 같다. CRU 및 DRU는 주파수 영역에서 FDM(frequency division multiplexing) 방식으로 지원될 수 있다.
도 4는 물리적 자원유닛의 맵핑의 일예를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 시스템의 대역폭에서 사용되는 전체 부반송파는 PRU들을 구성한다. 하나의 PRU는 주파수 영역에서 18 부반송파를 포함하고 시간 영역에서 6 OFDMA 심볼 또는 7 OFDMA 심볼로 구성될 수 있다. PRU에 포함되는 OFDM 심볼의 수는 서브프레임의 유형에 의존한다. 서브프레임의 유형에는 6 OFDM 심볼을 포함하는 서브프레임 유형-1 및 7 OFDMA 심볼을 포함하는 서브프레임 유형-2가 있으나, 이에 제한되지 않으며 5 OFDMA 심볼, 9 OFDMA 심볼 등 다양한 수의 OFDM 심볼을 포함하는 서브프레임 유형이 정의될 수 있다.
PRU들은 미리 정해진 PRU 파티셔닝(PRU partitioning) 방법에 따라서 서브밴드(subband) 및 미니밴드(miniband)로 나누어진다(S110). 서브밴드는 주파수 영역에서 연속하는 PRU의 단위 또는 CRU를 형성하는 최소단위를 의미한다. 서브밴드의 주파수 영역의 크기는 4 PRU가 될 수 있다. 미니밴드는 분산되는 PRU의 단위 또는 DRU를 형성하는 단위를 의미한다. 미니밴드의 주파수 영역의 크기는 1 PRU 또는 PRU의 정수배가 될 수 있다. 전체 PRU에서 서브밴드의 크기인 4 PRU 단위로 선택되어 서브밴드 및 미니밴드로 할당될 수 있다. 서브밴드에 속하는 PRU를 PRUSB라 하고 미니밴드에 속하는 PRU를 PRUMB라 한다. 전체 PRU의 수는 PRUSB의 수와 PRUMB의 수의 합과 같다. 서브밴드의 PRUSB 및 미니밴드의 PRUMB는 재배열된다(reordered). 서브밴드의 PRUSB는 0에서 (PRUSB의 수-1)까지 넘버링되고, 미니밴드의 PRUMB는 0에서 (PRUMB의 수-1)까지 넘버링된다.
미니밴드의 PRUMB는 각 주파수 구획에서 주파수 다이버시티(frequency diversity)를 보장할 수 있도록 주파수 영역에서 뒤섞기 위해서 미니밴드 퍼뮤테이션(miniband permutation)된다(S120). 즉, 넘버링된 PRUMB는 미리 정해진 퍼뮤테이션(또는 맵핑 규칙)에 따라 섞여서 PPRUMS (permuted-PRUMS)이 된다.
이후, PRUSB 및 PRUMB는 하나 이상의 주파수 구획으로 할당된다. 주파수 구획별로 CRU/DRU의 할당, 섹터 특정 퍼뮤테이션, 부반송파 퍼뮤테이션 등의 셀 특정 자원맵핑 과정이 수행된다.
이와 같이, PRU들의 분할 과정에서 4 PRU 단위로 선택되어 서브밴드 및 미니밴드로 할당되므로, 주파수 영역에서 물리적으로 연속되는 CRU들의 기본 크기는 4 CRU가 된다. 즉, 주파수 영역에서 물리적으로 연속적인 주파수 밴드는 4 PRU 단위로만 보장될 수 있다. 4 PRU보다 작은 크기의 무선자원을 이용하는 사용자 데이터 또는 제어신호에 대해서는 주파수 영역에서 연속하는 4 PRU의 일부 PRU가 할당될 수 있다. 그러나 4 PRU보다 큰 크기의 무선자원을 이용하는 사용자 데이터 또는 제어신호에 대해서는 주파수 영역에서 4 PRU 이상의 연속하는 PRU들이 할당될 수 없다. 즉, 4 PRU 이상의 연속하는 PRU들을 필요로 하는 채널이 지원되지 않는다. 다양한 크기의 데이터(이하, 데이터는 사용자 데이터 및 제어신호를 포함)에 대한 무선자원 할당에 제한이 있다. 또한, 4 PRU 이하의 연속하는 PRU가 필요한 무선자원을 이용하는 사용자 데이터 또는 제어신호에 대해서도, 그에 대한 주파수 영역에서의 할당이 서브밴드가 할당된 영역으로만 제약되어야 하는 제한이 있다.
무선통신 시스템의 대역폭은 다수의 주파수 구획으로 분할될 수 있으며, 분할된 주파수 구획은 마크로셀의 데이터 및/또는 제어신호를 위한 주파수 구획, 마크로셀의 브로드캐스트 채널을 위한 주파수 구획, 펨토셀을 위한 주파수 구획 등으로 할당될 수 있다. 마크로셀의 데이터 및/또는 제어신호를 위한 주파수 구획은 펨토셀을 위한 주파수 구획으로 공동으로 사용되도록 할당될 수 있으나, 마크로셀의 브로드캐스트 채널을 위한 주파수 구획은 펨토셀을 위한 주파수 구획으로 할당되지 않을 수 있다.
＜펨토셀의 운영모드＞
이제, 펨토셀을 효율적으로 운영할 수 있는 방법에 대하여 설명한다. 펨토셀을 효율적으로 운영하기 위하여 펨토셀의 운영모드는 (1) 퍼블릭 모드(public mode) (2) 프라이빗 모드(private mode) (3) 플랙서블 프라이빗 모드(flexible private mode)로 구분된다.
(1) 퍼블릭 모드는 펨토셀이 일반적인 기지국처럼 운영되는 모드이다. 즉, 퍼블릭 모드의 펨토셀은 마크로셀과 같이 모든 단말에게 접속을 허용할 수 있다. 퍼블릭 모드의 펨토셀은 접속을 요청하는 단말에게 개방되어(opened) 서비스를 제공할 수 있다. 퍼블릭 모드의 펨토셀을 퍼블릭 펨토셀이라 한다.
(2) 프라이빗 모드는 펨토셀이 특정 단말에게만 서비스를 제공하는 모드이다. 프라이빗 모드의 펨토셀에 접속할 수 있는 단말 또는 단말 그룹을 CSG(closed subscriber group)이라 한다. 프라이빗 모드의 펨토셀은 자신에게 연관된 CSG의 단말에게만 서비스를 제공할 수 있다. 프라이빗 모드의 펨토셀은 단말의 접속에 대하여 폐쇄되어(closed) 접속을 허용한다. 프라이빗 모드의 펨토셀을 프라이빗 펨토셀이라 한다.
(3) 플랙서블 프라이빗 모드는 자신에게 연관된 CSG의 단말 및 CSG에 포함되지 않는 non-CSG 단말에게 서비스를 제공하는 모드이다. 플랙서블 프라이빗 모드는 퍼블릭 모드 및 프라이빗 모드를 복합적으로 수행하는 모드라 할 수 있다. 플랙서블 프라이빗 모드의 펨토셀은 CSG 단말 및 non-CSG 단말에 대하여 차별적으로 서비스를 제공할 수 있다. 플랙서블 프라이빗 모드의 펨토셀은 CSG 단말에 대하여 접속 우선권을 부여하여 non-CSG 단말보다 우선적으로 서비스를 제공할 수 있다. 플랙서블 프라이빗 모드의 펨토셀을 플랙서블 프라이빗 펨토셀이라 한다.
펨토셀의 운영모드는 소유자 또는 운영자의 정책 또는 펨토셀의 서비스 상황에 따라 변경될 수 있다. 예를 들어, 프라이빗 모드의 펨토셀은 소유자 또는 운영자의 조정 또는 펨토셀의 서비스 상황에 따라 플랙서블 프라이빗 모드로 전환될 수 있다. 또한, 플랙서블 프라이빗 모드의 펨토셀은 소유자 또는 운영자의 조정 또는 펨토셀의 서비스 상황에 따라 프라이빗 모드로 전환될 수 있다.
＜프라이빗 모드에서 플랙서블 프라이빗 모드로의 전환＞
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 펨토셀의 운영모드 전환 방법을 나타낸다. 프라이빗 모드의 펨토셀이 플랙서블 프라이빗 모드로 전환하는 절차 및 펨토셀의 운영모드 전환에 따른 non-CSG 단말의 접속 절차를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 펨토셀의 운영모드 변경은 운영모드 변경 트리거(trigger)의 발생 여부에 따라 이루어질 수 있다(S210). 프라이빗 모드에서 플랙서블 프라이빗 모드로의 운영모드 변경 트리거는 CSG 단말 또는 non-CSG 단말의 요청 또는 펨토셀의 서비스 상황에 따라 정해질 수 있다. 프라이빗 펨토셀은 non-CSG 단말의 접속요청에 따라 운영모드의 변경을 고려할 수 있다. 또는 프라이빗 펨토셀은 자신이 제공할 수 있는 최대 데이터율(data rate)에 대비하여 현재 제공하고 있는 데이터율이 낮은 경우에 플랙서블 프라이빗 모드로의 전환을 고려할 수 있다. 예를 들어, 프라이빗 펨토셀 내에 위치하는 모든 CSG 단말들이 아이들 모드(idle ode) 또는 슬립 모드(sleep mode)인 경우 또는 프라이빗 펨토셀 내에 CSG 단말이 존재하지 않는 경우에 플랙서블 프라이빗 모드로의 전환이 고려될 수 있다. 또는 프라이빗 펨토셀 내에 위치하는 CSG 단말에게 제공하는 데이터율이 특정 임계치 이하인 경우 플랙서블 프라이빗 모드로의 전환이 고려될 수 있다. 프라이빗 펨토셀이 가진 대역폭 중에서 CSG 단말에게 할당된 대역폭을 제외한 나머지 대역폭이 임계치 이상인 경우 플랙서블 프라이빗 모드로의 전환이 고려될 수 있다.
운영모드의 변경을 결정한 펨토셀은 펨토 게이트웨이(femto GW) 또는 무선통신 시스템의 핵심망(core network, CN)에게 운영모드 변경 메시지를 전송한다(S220). 운영모드 변경 메시지에는 펨토셀의 셀 ID(identifier), CSG ID, CSG 리스트, 펨토셀의 운영모드 정보 등이 포함될 수 있다. 운영모드 변경은 펨토셀의 설정을 새로이 하는 것을 의미할 수 있다. 운영모드 변경 정보는 펨토셀의 설정 메시지에 포함될 수 있다.
펨토 게이트웨이 또는 핵심망은 펨토셀에게 운영모드 변경 메시지에 대한 응답으로 확인 메시지를 전송할 수 있다(S230). 운영모드 변경 메시지에 대한 확인 메시지는 시스템에 따라 생략될 수도 있다.
펨토셀은 플랙서블 프라이빗 모드로 전환한다(S240). 플랙서블 프라이빗 펨토셀에는 CSG 단말뿐만 아니라 non-CSG 단말이 접속할 수 있다. 플랙서블 프라이빗 펨토셀은 CSG 단말에게 접속 우선권을 부여하여 non-CSG 단말보다 우선적으로 접속 및 서비스를 제공할 수 있다.
플랙서블 프라이빗 모드로 전환한 펨토셀은 운영모드 알림 메시지를 전송한다(S250). 운영모드 알림 메시지는 펨토셀의 운영모드를 지시하는 1 비트 또는 1 비트 이상의 지시자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 지시자의 비트값이 0이면 프라이빗 모드를 지시하고 1이면 플랙서블 프라이빗 모드를 지시할 수 있다. 이와 반대로, 지시자의 비트값이 0이면 플랙서블 프라이빗 모드를 지시하고 1이면 프라이빗 모드를 지시할 수도 있다. 운영모드 알림 메시지는 레인징 메시지(ranging message) 또는 페이징 메시지 또는 브로드캐스트 메시지 또는 동기신호(synchronization signal) 또는 시스템 정보 등을 통하여 전송될 수 있다. 예를 들어, 펨토셀의 운영모드를 지시하는 지시자가 레인징 메시지, 페이징 메시지, 브로드캐스트 메시지, 동기신호, 시스템 정보 등에 추가되어 펨토셀의 운영모드의 알림 또는 변경을 지시할 수 있다. 또는 레인징 메시지, 페이징 메시지, 브로드캐스트 메시지, 동기신호, 시스템 정보 등의 위상 시프트를 통하여 추가적인 비트 없이 펨토셀의 운영모드의 변경을 알릴 수 있다. 또는 레인징 메시지, 페이징 메시지, 브로드캐스트 메시지, 동기신호, 시스템 정보 등에 부가되는 CRC(cyclic redundancy check)에 펨토셀의 운영모드를 지시하는 지시자가 마스킹(masking)되어 전송될 수 있다. 운영모드 알림 메시지는 RRC(radio resource control) 메시지 또는 MAC(media access control) 메시지 또는 L1/L2 메시지와 같은 상위계층 메시지를 통하여 전송될 수도 있다. 운영모드 알림 메시지는 브로드캐스팅(broadcasting)될 수 있다.
한편, 프라이빗 펨토셀은 CSG ID를 전송하고 플랙서블 프라이빗 펨토셀은 CSG ID를 전송하지 않으므로써 펨토셀의 운영모드를 단말에게 알릴 수도 있다. 또는 펨토셀이 프라이빗 모드인 경우와 플랙서블 프라이빗 모드인 경우에 서로 다른 셀 ID를 사용함으로써 펨토셀의 운영모드를 알릴 수도 있다. 즉, 셀 ID가 프라이빗 모드를 위한 셀 ID 및 플랙서블 프라이빗 모드를 위한 셀 ID로 구분되어 사용될 수 있다. 펨토셀의 셀 ID로 기존의 마크로셀의 셀 ID의 일부가 사용되거나 새로이 구성되는 셀 ID가 사용될 수 있으며, 펨토셀의 셀 ID 중에서 일부가 프라이빗 모드를 위한 셀 ID로 사용되고 다른 일부가 플랙서블 프라이빗 모드를 위한 셀 ID로 사용될 수 있다.
플랙서블 프라이빗 모드로의 전환을 알리는 운영모드 알림 메시지를 수신한 non-CSG 단말은 접속을 위하여 플랙서블 프라이빗 펨토셀로 대역폭 요청을 전송할 수 있다(S260). non-CSG 단말은 프라이빗 모드의 펨토셀에 접속할 수 없는 단말로서 아이들 모드(idle mode)이거나 마크로셀에 접속하여 통신을 수행하는 단말일 수 있다. 대역폭 요청은 대역폭 할당에 필요한 정보를 포함하는 메시지 또는 대역폭 요청 지시자일 수 있다. 대역폭 할당에 필요한 정보에는 단말 ID, Flow ID 스케줄링 유형 등이 있다. 대역폭 요청 메시지는 MAC 메시지일 수 있다. 한편, non-CSG 단말 및 CSG 단말은 CSG 리스트 또는 접속 가능한 셀을 나타내는 화이트 리스트(whist list)를 가지고 있을 수 있으며, non-CSG 단말 및 CSG 단말은 플랙서블 프라이빗 모드로의 전환을 알리는 운영모드 알림 메시지를 수신하면, 자신이 가지고 있는 CSG 리스트 또는 화이트 리스트 정보를 갱신할 수 있다.
플랙서블 프라이빗 펨토셀은 대역폭 요청에 대한 응답으로 상향링크 승인(UL grant) 메시지를 전송한다(S270). 상향링크 승인 메시지에는 대역폭 요청 메시지에 대한 확인, 상향링크 전송을 위한 무선자원 정보(위치, 크기 등), 단말 ID 등이 포함될 수 있다. 플랙서블 프라이빗 펨토셀은 non-CSG 단말에 대하여 인증절차를 거쳐서 사용권한을 부여하고 접속을 허용할 수 있다.
플랙서블 프라이빗 펨토셀은 접속을 요청하는 non-CSG 단말 정보를 펨토 게이트웨이 또는 핵심망으로 전송할 수 있다(S280). 펨토 게이트웨이 또는 핵심망은 non-CSG 단말에 대한 정보를 획득하여 non-CSG 단말의 위치정보 갱신, 페이징 등을 수행할 수 있다.
상향링크 승인 메시지를 수신한 non-CSG 단말은 할당받은 상향링크 무선자원을 통하여 상향링크 데이터를 전송할 수 있다(S290).
＜플랙서블 프라이빗 모드에서 프라이빗 모드로의 전환＞
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 펨토셀의 운영모드 전환 방법을 나타낸다. 플랙서블 프라이빗 모드의 펨토셀이 프라이빗 모드로 전환하는 절차 및 펨토셀의 운영모드 전환에 따른 non-CSG 단말의 접속 절차를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 펨토셀의 운영모드 변경은 운영모드 변경 트리거(trigger)의 발생 여부에 따라 이루어질 수 있다(S310). 플랙서블 프라이빗 모드에서 프라이빗 모드로의 운영모드 변경 트리거는 CSG 단말의 요청 또는 펨토셀의 서비스 상황에 따라 정해질 수 있다. 플랙서블 프라이빗 펨토셀은 CSG 단말의 접속요청에 따라 운영모드의 변경을 고려할 수 있다. 플랙서블 프라이빗 펨토셀은 CSG 단말에게 접속 우선권을 부여하므로, CSG 단말이 접속을 요청하면 프라이빗 모드로의 운영모드의 변경을 고려할 수 있다. 또는 플랙서블 프라이빗 펨토셀이 CSG 단말 및 non-CSG 단말에게 서비스를 제공하고 있는 상태에서 CSG 단말에 대한 데이터율이 높아져서 non-CSG 단말에 대한 서비스가 CSG 단말에 대한 서비스에 영향을 미칠 수 있는 경우에 프라이빗 모드로의 전환이 고려될 수 있다. 플랙서블 프라이빗 펨토셀 내에 위치하는 CSG 단말에게 제공하는 데이터율이 특정 임계치 이상인 경우 프라이빗 모드로의 전환이 고려될 수 있다. 또는 플랙서블 프라이빗 펨토셀이 가진 대역폭 중에서 CSG 단말에게 할당되는 대역폭을 제외한 나머지 대역폭이 임계치 이하인 경우 프라이빗 모드로의 전환이 고려될 수 있다.
운영모드의 변경을 결정한 펨토셀은 펨토 게이트웨이(femto GW) 또는 무선통신 시스템의 핵심망(core network, CN)에게 운영모드 변경 메시지를 전송한다(S320). 운영모드 변경 메시지에는 펨토셀의 셀 ID(identifier), CSG ID, CSG 리스트, 펨토셀의 운영모드 정보 등이 포함될 수 있다. 운영모드 변경은 펨토셀의 설정을 새로이 하는 것을 의미할 수 있다. 운영모드 변경 정보는 펨토셀의 설정 메시지에 포함될 수 있다.
펨토 게이트웨이 또는 핵심망은 펨토셀에게 운영모드 변경 메시지에 대한 응답으로 확인 메시지를 전송할 수 있다(S330). 운영모드 변경 메시지에 대한 확인 메시지는 시스템에 따라 생략될 수도 있다.
플랙서블 프라이빗 펨토셀은 단말에게 운영모드 변경 메시지를 전송한다(S340). 단말에게 전송되는 운영모드 변경 메시지는 플랙서블 프라이빗 펨토셀이 일정 시간 이후에 프라이빗 모드로 전환함을 알리는 메시지이다. 운영모드 변경 메시지는 모든 단말에게 브로드캐스트되거나 접속하고 있는 non-CSG 단말들에게 멀티캐스트(multicast) 또는 유니캐스트(unicast)될 수 있다. 운영모드 변경 메시지는 운영모드의 변경 전까지 일정 주기로 여러 번 전송될 수 있다. 운영모드 변경 메시지에는 프라이빗 모드로 전환되는 시점에 대한 정보가 포함될 수 있다. 운영모드 변경 메시지는 펨토셀의 운영모드의 변경을 지시하는 1 비트 또는 1 비트 이상의 지시자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 지시자의 비트값이 0이면 운영모드의 변경이 없음을 지시하고 1이면 운영모드의 변경이 수행됨을 지시할 수 있다. 이와 반대로, 지시자의 비트값이 0이면 운영모드의 변경이 수행되고 1이면 운영모드의 변경이 없음을 지시할 수 있다. 운영모드 변경 메시지는 레인징 메시지 또는 페이징 메시지 또는 브로드캐스트 메시지 또는 동기신호 또는 시스템 정보 등을 통하여 전송될 수 있다. 예를 들어, 펨토셀의 운영모드의 변경을 지시하는 지시자가 레인징 메시지, 페이징 메시지, 브로드캐스트 메시지, 동기신호, 시스템 정보 등에 추가되어 펨토셀의 운영모드의 변경 또는 알림을 지시할 수 있다. 또는 레인징 메시지, 페이징 메시지, 브로드캐스트 메시지, 동기신호, 시스템 정보 등의 위상 시프트를 통하여 추가적인 비트 없이 펨토셀의 운영모드의 변경을 알릴 수 있다. 또는 레인징 메시지, 페이징 메시지, 브로드캐스 메시지, 동기신호, 시스템 정보 등에 부가되는 CRC(cyclic redundancy check)에 펨토셀의 운영모드를 지시하는 지시자가 마스킹(masking)되어 운영모드의 변경을 지시할 수 있다. 운영모드 변경 메시지는 RRC(radio resource control) 메시지 또는 MAC(media access control) 메시지 또는 L1/L2 메시지와 같은 상위계층 메시지를 통하여 전송될 수 있다.
프라이빗 모드로의 전환을 알리는 운영모드 변경 메시지를 수신한 non-CSG 단말은 마크로셀 또는 인접한 다른 펨토셀로 핸드오버를 수행한다(S350). 즉, 프라이빗 모드로의 전환을 알리는 운영모드 변경 메시지는 접속 중인 non-CSG 단말에 대한 핸드오버를 지시하는 메시지가 될 수 있다. non-CSG 단말은 프라이빗 모드로의 전환을 알리는 운영모드 변경 메시지를 수신하면, 자신이 가지고 있는 CSG 리스트 또는 화이트 리스트 정보를 갱신할 수 있다.
플랙서블 프라이빗 펨토셀은 단말로 운영모드 변경 메시지를 전송한 후, 운영모드를 프라이빗 모드로 변경한다(S360). 프라이빗 모드로의 변경은 운영모드 변경 메시지를 전송한 후 정해진 시간 이후에 이루어질 수 있다.
＜non-overlapped 펨토셀의 운영모드 변경＞
도 7은 마크로셀 및 펨토셀의 배치관계를 나타낸 일예이다.
도 7을 참조하면, 펨토셀은 마크로셀(160)의 셀 영역 내에 배치될 수 있는데, 이를 오버랩 펨토셀(overlapped femto-cell, 120)이라 한다. 펨토셀은 마크로셀(160)의 셀 영역 밖에 배치될 수 있는데, 이를 논-오버랩 펨토셀(non-overlapped femto-cell)이라 한다. 논-오버랩 펨토셀은 시스템이 다른 어떠한 기지국의 셀 영역에 속하지 않는 독립적인 펨토셀일 수도 있고, 다른 시스템의 기지국의 셀 영역에 속하는 준(semi) 독립적 펨토셀일 수도 있다.
오버랩 펨토셀(120) 및 논-오버랩 펨토셀(130)은 앞서 설명한 바와 같이 필요에 따라 운영모드를 변경할 수 있다. 오버랩 펨토셀(120)의 경우, 플랙서블 프라이빗 모드에서 프라이빗 모드로 전환할 때 접속하고 있는 non-CSG 단말을 핸드오버시키더라도 non-CSG 단말은 마크로셀로 핸드오버를 수행할 수 있다. 그러나, 논-오버랩 펨토셀(130)의 경우, 플랙서블 프라이빗 모드에서 프라이빗 모드로 전환할 때 접속하고 있는 non-CSG 단말을 핸드오버시키게 되면 non-CSG 단말은 마크로셀 또는 다른 펨토셀로의 핸드오버를 수행할 수 없어 non-CSG 단말은 통신 서비스를 제공받지 못할 수 있다. 논-오버랩 펨토셀(130)에서 운영모드 전환시에 non-CSG 단말에 대한 통신 서비스가 고려되어야 한다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 펨토셀의 운영모드 전환 방법을 나타낸다. 논-오버랩 펨토셀에 있어서, 플랙서블 프라이빗 모드에서 프라이빗 모드로의 전환 절차 및 운영모드 전환에 따른 non-CSG 단말의 접속 절차를 나타낸다.
도 8을 참조하면, 여기서는 펨토셀이 논-오버랩 펨토셀임을 가정하여 설명하지만, 이는 제한이 아니며 오버랩 펨토셀에 있어서도 이하의 운영모드 전환 방법 및 non-CSG 단말의 접속 절차가 적용될 수 있다.
펨토셀의 운영모드 변경은 운영모드 변경 트리거(trigger)의 발생 여부에 따라 이루어질 수 있다(S410). 플랙서블 프라이빗 모드에서 프라이빗 모드로의 운영모드 변경 트리거는 CSG 단말의 요청 또는 펨토셀의 서비스 상황에 따라 정해질 수 있다. 플랙서블 프라이빗 펨토셀은 CSG 단말의 접속요청에 따라 운영모드의 변경을 고려할 수 있다. 플랙서블 프라이빗 펨토셀은 CSG 단말에게 접속 우선권을 부여하므로, CSG 단말이 접속을 요청하면 프라이빗 모드로의 운영모드의 변경을 고려할 수 있다. 또는 플랙서블 프라이빗 펨토셀이 CSG 단말 및 non-CSG 단말에게 서비스를 제공하고 있는 상태에서 CSG 단말에 대한 데이터율이 높아져서 non-CSG 단말에 대한 서비스가 CSG 단말에 대한 서비스에 영향을 미칠 수 있는 경우에 프라이빗 모드로의 전환이 고려될 수 있다. 플랙서블 프라이빗 펨토셀 내에 위치하는 CSG 단말에게 제공하는 데이터율이 특정 임계치 이상인 경우 프라이빗 모드로의 전환이 고려될 수 있다. 또는 플랙서블 프라이빗 펨토셀이 가진 대역폭 중에서 CSG 단말에게 할당되는 대역폭을 제외한 나머지 대역폭이 임계치 이하인 경우 프라이빗 모드로의 전환이 고려될 수 있다.
운영모드의 변경을 결정한 펨토셀은 펨토 게이트웨이(femto GW) 또는 무선통신 시스템의 핵심망(core network, CN)에게 운영모드 변경 메시지를 전송한다(S420). 운영모드 변경 메시지에는 펨토셀의 셀 ID(identifier), CSG ID, CSG 리스트, 펨토셀의 운영모드 정보 등이 포함될 수 있다. 운영모드 변경은 펨토셀의 설정을 새로이 하는 것을 의미할 수 있다. 운영모드 변경 정보는 펨토셀의 설정 메시지에 포함될 수 있다.
펨토 게이트웨이 또는 핵심망은 펨토셀에게 운영모드 변경 메시지에 대한 응답으로 확인 메시지를 전송할 수 있다(S430). 펨토 게이트웨이는 펨토셀의 배치관계를 고려하여 펨토셀이 논-오버랩 펨토셀임을 알릴 수 있다. 논-오버랩 펨토셀 정보는 확인 메시지에 포함되어 펨토 게이트웨이 또는 핵심망으로부터 펨토셀로 전송될 수 있다. 또는 펨토셀은 자신이 논-오버랩 펨토셀임을 미리 알고 있을 수 있으며, 따라서 논-오버랩 펨토셀 정보는 펨토 게이트웨이 또는 핵심망으로부터 전송되지 않을 수도 있다. 운영모드 변경 메시지에 대한 확인 메시지는 시스템에 따라 생략될 수도 있다.
펨토셀은 서비스 조정 메시지를 non-CSG 단말에게 전송한다(S440). 서비스 조정 메시지는 non-CSG 단말에 대한 데이터율을 줄일 것임을 알리는 메시지일 수 있다. 서비스 조정 메시지는 모든 단말에게 브로드캐스트되거나 접속하고 있는 non-CSG 단말들에게 멀티캐스트(multicast) 또는 유니캐스트(unicast)될 수 있다. 서비스 조정 메시지는 non-CSG 단말에 대한 데이터율의 조정 이전까지 일정 주기로 여러 번 전송될 수 있다. 서비스 조정 메시지에는 데이터율이 조정되는 시점에 대한 정보가 포함될 수 있다. 서비스 조정 메시지는 데이터율의 조정을 지시하는 1 비트 또는 1 비트 이상의 지시자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 지시자의 비트값이 0이면 데이터율의 조정이 없음을 지시하고 1이면 데이터율의 조정이 수행됨을 지시할 수 있다. 이와 반대로, 지시자의 비트값이 0이면 데이터율의 조정이 수행되고 1이면 데이터율의 조정이 없음을 지시할 수 있다. 서비스 조정 메시지는 레인징 메시지 또는 페이징 메시지 또는 브로드캐스트 메시지 또는 동기신호 또는 시스템 정보 등을 통하여 전송될 수 있다. 예를 들어, 펨토셀의 데이터율의 조정을 지시하는 지시자가 레인징 메시지, 페이징 메시지, 브로드캐스트 메시지, 동기신호, 시스템 정보 등에 추가되어 펨토셀의 데이터율의 조정을 지시할 수 있다. 또는 레인징 메시지, 페이징 메시지, 브로드캐스트 메시지, 동기신호, 시스템 정보 등의 위상 시프트를 통하여 추가적인 비트 없이 펨토셀의 데이터율의 조정을 알릴 수 있다. 또는 레인징 메시지, 페이징 메시지, 브로드캐스트 메시지, 동기신호, 시스템 정보 등에 부가되는 CRC에 펨토셀의 데이터율의 조정을 지시하는 지시자가 마스킹되어 데이터율의 조정을 지시할 수 있다. 서비스 조정 메시지는 RRC 메시지 또는 MAC 메시지 또는 L1/L2 메시지와 같은 상위계층 메시지를 통하여 전송될 수 있다.
서비스 조정 메시지를 수신한 non-CSG 단말은 펨토셀로 승인 메시지를 전송한다(S450). non-CSG 단말은 먼저 마크로셀 또는 인접한 다른 펨토셀로 핸드오버 여부를 검증한다. non-CSG 단말은 현재의 펨토셀로부터 낮은 데이터율의 서비스를 제공받기를 원하는 경우 펨토셀로 승인 메시지를 전송한다. 마크로셀 또는 인접한 다른 펨토셀로 핸드오버를 결정한 non-CSG 단말은 승인 메시지를 전송하지 않고, 마크로셀 또는 인접한 다른 펨토셀로 핸드오버를 수행할 수 있다.
펨토셀은 non-CSG 단말에 대한 데이터율을 줄여서 서비스를 제공한다(S460). non-CSG 단말로부터 승인 메시지를 수신하는 경우, 펨토셀은 프라이빗 모드로 전환하지 않고 플랙서블 프라이빗 모드를 유지하고, 단지 non-CSG 단말에 대한 데이터율만을 낮출 수 있다. 만일, 펨토셀로부터 승인 메시지가 수신되지 않으면 펨토셀은 프라이빗 모드로 전환할 수 있다.
도 9는 단말의 요소를 나타낸 블록도이다.
도 9를 참조하면, 단말(200)은 프로세서(processor, 210), 메모리(memory, 220), RF부(RF unit, 230), 디스플레이부(display unit, 240), 사용자 인터페이스부(user interface unit, 250)를 포함한다. 프로세서(210)는 무선 인터페이스 프로토콜의 계층들을 구현하여, 제어 평면과 사용자 평면을 제공한다. 각 계층들의 기능은 프로세서(210)를 통해 구현될 수 있다. 프로세서(210)는 상술한 펨토셀의 운영모드에 따른 접속절차를 처리할 수 있다. 프로세서(210)는 후술하는 펨토셀의 기능에 따른 단말의 동작을 구현할 수 있다.
메모리(220)는 프로세서(210)와 연결되어, 단말 구동 시스템, 애플리케이션 및 일반적인 파일을 저장한다. 메모리(220)는 USIM(universal subscriber identity module)을 포함할 수 있다. 메모리(220)에는 마크로셀 또는 펨토셀과의 접속을 위한 셀 ID, CSG ID, CSG 리스트, 화이트 리스트 등이 저장될 수 있다.
디스플레이부(240)는 단말의 여러 정보를 디스플레이하며, LCD(Liquid Crystal Display), OLED(Organic Light Emitting Diodes) 등 잘 알려진 요소를 사용할 수 있다. 사용자 인터페이스부(250)는 키패드나 터치스크린 등 잘 알려진 사용자 인터페이스의 조합으로 이루어질 수 있다. RF부(230)는 프로세서(210)와 연결되어, 무선 신호(radio signal)를 송신 및/또는 수신한다.
도 10은 펨토셀의 요소를 나타낸 블록도이다.
도 10을 참조하면, 펨토셀(300)은 프로세서(processor, 310), 메모리(memory, 320), RF부(RF unit, 330), IP 인터페이스부(internet protocol(IP) interface unit, 340), 사용자 인터페이스부(user interface unit, 350)를 포함한다. 프로세서(310)는 무선 인터페이스 프로토콜의 계층들을 구현하여, 제어 평면과 사용자 평면을 제공한다. 각 계층들의 기능은 프로세서(310)를 통해 구현될 수 있다. 프로세서(310)는 상술한 펨토셀의 운영모드를 관리할 수 있다. 프로세서(310)는 메모리(320)에 저장된 정보를 이용하여 CSG 단말 및 non-CSG 단말을 구분할 수 있다. 프로세서(310)는 후술하는 펨토셀의 기능을 구현할 수 있다.
메모리(320)는 프로세서(310)와 연결되어, 펨토셀 구동 시스템, 애플리케이션 및 일반적인 파일을 저장한다. 메모리(320)에는 CSG 단말 및 non-CSG 단말을 구분하기 위한 CSG ID, CSG 리스트, 화이트 리스트 등이 저장될 수 있다.
IP 인터페이스부(340)는 IP 네트워크와의 접속을 지원하며, 무선랜(wireless LAN), 지그비(ZigBee), 전력선 통신(power line communication, PLC), 홈피앤에이(home phone networking alliance, HomePNA), RS-485 등 잘 알려진 모듈이 사용될 수 있다.
사용자 인터페이스부(350)는 키패드나 터치스크린 등 잘 알려진 사용자 인터페이스의 조합으로 이루어질 수 있다. 사용자는 사용자 인테페이스부(350)를 이용하여 펨토셀의 운영모드를 조정/변경할 수 있다. RF부(230)는 프로세서(310)와 연결되어, 무선 신호(radio signal)를 송신 및/또는 수신한다.
＜펨토셀의 이동＞
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 펨토셀을 포함하는 무선통신 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 11을 참조하면, 이동 펨토셀(mobile femto-cell)(230)은 항공기, 선박, 기차, 자동차 등과 같은 운송수단에 설치되어 이동성을 가지는 펨토셀을 의미한다. 이에 반해, 가정이나 사무실에 설치되어 이동성이 없는 펨토셀을 고정 펨토셀(fixed femto-cell)(220)이라 한다.
이동 펨토셀(230)은 운송수단의 이동에 따라 인접하는 마크로셀(260) 또는 고정 펨토셀(220)과 무선 인터페이스(X2)를 구성할 수 있다. 이동 펨토셀(230)은 무선통신 시스템의 핵심망(290)과의 인터페이스(S1)를 구성할 수 있다. 이동 펨토셀(230)은 IP 네트워크(백본망)를 통하여 핵심망(290)에 접속할 수 있다. 마크로셀(260) 및 고정 펨토셀(220)도 핵심망(290)과 인터페이스(S1)를 구성한다.
(1) 이동 펨토셀과 고정 펨토셀/마크로셀 간의 정보 교환
이동 펨토셀(230)은 인접한 고정 펨토셀(220) 또는 인접한 마크로셀(260)로 자신에게 접속한 단말에 대한 정보, 각 단말의 화이트 리스트 정보 등을 무선 인터페이스(X2) 또는 백본망(S1)을 통하여 알려줄 수 있다. 예를 들어, 이동 펨토셀(230)이 이동하여 고정 펨토셀(220) 또는 마크로셀(260)에 접근하면, 고정 펨토셀(220) 또는 마크로셀(260)로 무선 인터페이스(X2)의 구성을 요청하고, 무선 인터페이스(X2)가 구성되면 무선 인터페이스(X2)를 통하여 자신에 접속한 단말에 대한 정보, 각 단말의 화이트 리스트 정보 등을 전송할 수 있다. 또는 이동 펨토셀(230)은 핵심망(290)과 구성되는 백본망(S1)을 통하여 고정 펨토셀(220) 또는 마크로셀(260)로 자신의 접근을 알리고, 백본망(S1)을 통하여 자신에게 접속한 단말에 대한 정보, 각 단말의 화이트 리스트 정보 등을 전송할 수 있다.
고정 펨토셀(220) 또는 마크로셀(260)이 이동 펨토셀(230)에 접속한 단말에 대한 정보, 각 단말의 화이트 리스트 정보 등을 무선 인터페이스(X2) 또는 백본망(S1)을 통하여 이동 펨토셀(230)에게 요청할 수 있으며, 이동 펨토셀(230)은 무선인터페이스(X2) 또는 백본망(S1)을 통하여 자신에게 접속한 단말에 대한 정보, 각 단말의 화이트 리스트 정보 등을 알려줄 수 있다.
한편, 이동 펨토셀(230)은 인접한 고정 펨토셀(220) 또는 인접한 마크로셀(260) 또는 인접한 단말(미도시)에게 자신의 시스템 정보를 브로드캐스트할 수 있다. 이동 펨토셀(230)은 자신의 시스템 정보를 멀티캐스트 방식 또는 유니캐스트 방식으로 전송할 수도 있다. 이동 펨토셀(230)은 시스템 정보를 통하여 셀 구분을 위한 지시자를 전송할 수 있다. 셀 구분을 위한 지시자는 고정 펨토셀(220) 및/또는 마크로셀(260)과의 구분을 위한 지시자(예를 들어, 1 비트의 지시자 사용)이다. 또는 이동 펨토셀(230)은 셀 구분을 위한 특성 셀 ID를 사용할 수 있다. 이동 펨토셀(230)의 셀 구분을 위한 특정 셀 ID로는 기존의 PCID(physical cell ID)의 일부가 사용되거나 별도로 마련되는 PCI가 사용될 수 있다. 이동 펨토셀(230)은 미리 정해진 특정 주파수 대역을 사용할 수 있고, 이에 따라 이동 펨토셀임이 구분될 수 있다.
이동 펨토셀(230)은 출발지와 목적지에 대한 정보를 보유할 수 있으며, 자신에게 접속한 단말들에 대한 정보를 보유한 상태에서 목적지에 도착하면 접속한 단말들에 대한 정보를 도착지의 고정 펨토셀(220) 또는 마크로셀(260)로 전달할 수 있다. 접속한 단말들에 대한 정보는 고정 펨토셀(220) 또는 마크로셀(260)과 구성되는 무선 인터페이스(X2) 또는 백본망(S1)을 통하여 전송될 수 있다. 이동 펨토셀(230)이 출발지와 목적지에 대한 정보를 보유한 경우에는 경로상에 위치하는 고정 펨토셀(220) 또는 마크로셀(260)에게 접속한 단말들에 대한 정보를 알리지 않을 수 있다. 한편, 이동 펨토셀(230)은 운송수단에 탑승한 단말에게 도착지의 고정 펨토셀(220) 또는 마크로셀(260)에 대한 화이트 리스트를 제공할 수 있다.
(2) 이동 펨토셀의 접속성
탑승자의 단말 정보는 운송수단에 설치되는 이동 펨토셀(230)에게 제공될 수 있으며, 이에 따라 이동 펨토셀(230)은 접속을 제한할 수 있다. 즉, 이동 펨토셀(230)은 운송수단에 탑승하는 단말 정보를 입수하여 CSG 단말 리스트를 생성하여 이용할 수 있다. 탑승자의 단말에게 해당 운송수단에 설치된 이동 펨토셀(230)에 대한 정보가 화이트 리스트로 제공될 수 있으며, 해당 단말은 이동 펨토셀(230)을 화이트 리스트에 기록할 수 있다. 해당 단말은 화이트 리스트를 이용하여 이동 펨토셀(230)에 접속할 수 있다.
이동 펨토셀(230)은 인접한 마크로셀, 마이크로셀(micro-cell), 이동/고정 펨토셀, 피코셀(pico-cell) 등과 기지국 간 인터페이스(X2)를 구성할 수 있다. 이동 펨토셀(230)은 모든 단말의 접속을 허용하는 퍼블릭 펨토셀 또는 정해진 단말의 접속만을 허용하는 프라이빗 펨토셀 또는 플랙서블 프라이빗 모드의 펨토셀일 수 있다.
한편, 이동 펨토셀(230)은 접속하는 사용자 정보를 네트워크로 보내어 서비스 요금을 부과할 수 있다. 단말은 이동 펨토셀(230) 또는 인접한 고정 펨토셀(220) 또는 마크로셀(260)을 통하여 이동 펨토셀(230)로의 접속을 위한 인증 토큰을 요청할 수 있으며, 해당 셀은 단말의 요금 부과 여부, 인증 여부 등의 접속 가능성을 판단한다. 해당 셀은 이동 펨토셀(230)로의 접속이 가능한 단말에게 이동 펨토셀(230)로의 접속을 위한 인증 토큰을 부여할 수 있다. 단말은 부여된 인증 토큰을 이용하여 이동 펨토셀(230)로의 접속 과정을 수행할 수 있다. 이동 펨토셀(230)로의 접속을 허용하는 인증 토큰은 정해진 시간, 구간, 영역 등의 조건에 따라 유지되거나 소멸될 수 있다.
상술한 이동 펨토셀(230)로의 접속성에 대한 정보들은 해당 단말에게 브로드캐스트 또는 멀티캐스트 또는 유니캐스트 방식으로 전송될 수 있다.
(3) 이동 펨토셀의 채널
이동 펨토셀(230)은 마크로셀(260)이 사용하는 채널(주파수 대역)의 전부 또는 일부를 나누어 사용할 수 있다. 또는 이동 펨토셀(230)은 마크로셀(260)이 사용하는 주파수 대역과 구분되는 특정 주파수 대역을 사용할 수 있다. 이동 펨토셀(230)은 고정 펨토셀(220)이 사용하는 채널과 동일한 주파수 대역을 사용하거나, 일부 주파수 대역만을 나누어 사용하거나, 서로 겹치지 않는 특정 주파수 대역을 사용할 수 있다. 이동 펨토셀(230)이 사용하는 채널(주파수 대역)에 대한 정보는 브로드캐스트 메시지를 통하여 전송되거나, 멀티캐스트 또는 유니캐스트 방식으로 전송될 수 있다. 이동 펨토셀(230)은 인접한 이동/고정 펨토셀과 기지국 간 인터페이스(X2)를 구성하여 채널에 대한 정보를 교환하거나, 백본망을 통하여 채널 정보를 교환할 수 있다.
단말은 이동 펨토셀(230)을 지시하는 지시자 또는 특정 PCID를 통하여 이동 펨토셀(230)을 구분할 수 있고, 이동 펨토셀(230)이 사용하는 주파수 대역을 알 수 있다.
이동 펨토셀(230)과 마크로셀(260)과의 동기화는 GPS 기반 방식 또는 PTP(Precision Timing Protocol, IEEE 1588) 기반 방식 또는 무선 인터페이스 기반 방식으로 이루어질 수 있다. 또는 이동 펨토셀(230)은 인접한 단말로부터 마크로셀(260)에 대한 정보를 획득하여 동기화를 수행할 수도 있다. 마크로셀(260)은 특정 파일럿 패턴을 정해진 주기에 따라 전송하고, 이동 펨토셀(230)은 특정 파일럿 패턴을 수신하여 마크로셀(260)과의 동기화를 수행할 수 있다.
＜펨토셀의 동작 모드＞
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 펨토셀의 동작 모드를 나타내는 블록도이다.
도 12를 참조하면, 마크로셀 내에는 수많은 펨토셀이 배치되더라도 모든 펨토셀이 단말에게 서비스를 제공하지는 않는다. 단말에게 서비스를 제공하지 않더라도 펨토셀은 주기적으로 시스템 정보를 전송하는데, 이를 위한 브로드캐스트 채널이 펨토셀마다 할당되어야 하며, 이로 인하여 무선자원의 낭비를 초래하고 인접한 단말에 대해 불필요한 셀 측정을 유발하는 등의 문제가 발생할 수 있다. 한정된 무선자원의 효율적으로 이용하고, 셀 간의 간섭 및 펨토셀의 전력소모를 줄이기 위하여 펨토셀의 동작 모드가 정의되어 운용될 수 있다.
펨토셀의 상태는 전원 on 상태 및 전원 off 상태가 될 수 있다. 펨토셀의 전원 On 상태에서 펨토셀은 액티브 모드(active mode), 아이들(idle)/슬립(sleep) 모드, 전력 조절 모드(power adjust mode) 등으로 동작할 수 있다. 펨토셀의 전원 off 상태는 예정된 전원 off 및 갑작스런 전원 off 상태를 포함한다.
액티브 모드는 펨토셀이 단말에게 통신 서비스를 제공하고 있는 상태를 의미하며, 아이들/슬립 모드는 단말에게 통신 서비스를 제공하고 있지 않은 상태를 의미한다. 전력 조절 모드는 펨토셀이 DL/UL 전력을 조절하는 상태를 의미한다. 예를 들어, 펨토셀은 액티브 모드 또는 아이들/슬립 모드로의 동작에 따라 DL/UL 전력을 조절하거나, 인접한 펨토셀의 자동구성이나 동작 모드 변경에 따라 셀 간 간섭을 완화하기 위하여 DL/UL 전력을 조절할 수 있다.
예정된 전원 off 상태는 펨토셀이 자신의 전원 off 상태를 예정하여 수행할 수 있는 경우이고, 갑작스런 전원 off 상태는 펨토셀이 자신의 전원 off 상태를 예정할 수 없는 경우를 의미한다. 예를 들어, 펨토셀은 IP 네트워크와의 접속이 끊기거나, IP 네트워크의 전송률이 정해진 최저 전송률 이하로 내려가는 경우 예정된 전원 off 상태로의 전환 과정을 수행할 수 있다. 펨토셀은 전원이 갑작스럽게 차단되거나 단말과의 무선 인터페이스가 차단되는 경우 갑작스런 전원 off 상태로의 전환 과정을 수행할 수 있다.
A. 액티브 모드에서 아이들/슬립 모드로의 전환
아이들/슬립 모드의 펨토셀은 액티브 모드의 펨토셀보다 긴 주기로 시스템 정보를 전송한다. 아이들 모드의 펨토셀은 슬립 모드의 펨토셀보다 긴 주기로 시스템 정보를 전송할 수 있다. 펨토셀은 서비스 대상의 모든 단말이 펨토셀의 셀 역역을 벗어나거나 다른 펨토셀 또는 마크로셀로 핸드오버하면 아이들 모드 또는 슬립모드로 전환할 수 있다. 또는 서비스 대상의 서비스 대상의 모든 단말의 모드가 아이들 모드 또는 슬립 모드로 전환되면 펨토셀은 아이들 모드 또는 슬립 모드로 전환할 수 있다. 이때, 펨토셀은 정해진 모드 변경 시간 이후에 아이들/슬립 모드로 동작 모드를 전환할 수 있다. 모드 변경 시간은 펨토셀이 동작 모드를 전환하는데 필요한 시간 또는 동작 모드의 전환을 일정 시간 이후로 연기하기 위한 시간일 수 있다. 펨토셀은 동작 모드의 전환을 결정하면, 펨토 게이트웨이 또는 핵심망으로 동작 모드의 전환을 알릴 수 있다. 펨토셀의 동작 모드의 전환은 펨토셀의 설정 메시지를 통하여 펨토 게이트웨이 또는 핵심망으로 전송될 수 있다.
B. 아이들/슬립 모드에서 액티브 모드로의 전환
펨토셀은 단말의 요청에 따라 액티브 모드로 전환될 수 있다. 단말은 자신의 가진 화이트 리스트에 기반하여 펨토셀이 액티브 모드로 전환하도록 요청할 수 있다. 단말의 화이트 리스트는 상위 계층으로부터 제공될 수 있다. 아이들/슬립 모드의 펨토셀은 일정 주기로 깨어나서 주위에 서비스할 단말이 있는지 모니터링할 수 있으며, 단말은 펨토셀이 깨어나는 주기에 액티브 모드로 전환할 것을 요청할 수 있다. 또는 단말은 펨토셀의 셀 영역을 포함하는 마크로셀로 펨토셀의 액티브 모드로의 전환을 요청하고, 마크로셀은 펨토셀에게 액티브 모드로 전환할 것을 요청할 수 있다.
한편, 펨토셀의 동작 모드는 펨토 게이트웨이 또는 핵심망에 의해 전환될 수 있다. 액티브 모드의 펨토셀은 펨토 게이트웨이 또는 핵심망으로 단말에게 서비스하고 있지 않음을 알리고, 펨토 게이트웨이 또는 핵심망은 펨토셀에게 아이들/슬립 모드로 전환할 것을 지시할 수 있다. 이때, 펨토 게이트웨이 또는 핵심망은 인접한 펨토셀의 서비스 상태를 확인하고, 인접한 펨토셀의 상황에 따라 펨토셀의 동작 모드의 변경을 지시할 수 있다. 예를 들어, 인접한 펨토셀에 접속한 단말이 많아서 해당 펨토셀로의 핸드오버를 필요로 하는 경우, 펨토 게이트웨이 또는 핵심망은 해당 펨토셀이 액티브 모드로 동작하도록 지시할 수 있다. 펨토 게이트웨이 또는 핵심망은 인접한 펨토셀 및 주위의 단말의 이동성을 고려하여 펨토셀의 동작 모드의 변경을 지시할 수 있다. 예를 들어, 펨토 게이트웨이 또는 핵심망은 해당 펨토셀로 접근하는 단말이 있는지 판단하고, 아이들/슬립 모드의 펨토셀에게 액티브 모드로 동작하도록 지시할 수 있다. 펨토 게이트웨이 또는 핵심망은 인접한 펨토셀의 요청에 따라 펨토셀의 동작 모드의 변경을 지시할 수 있다. 예를 들어, 인접한 펨토셀이 특정 펨토셀의 동작 모드를 아이들/슬립 모드로 전환할 것을 요청하면, 펨토 게이트웨이 또는 핵심망은 해당 펨토셀이 아이들/슬립 모드로의 전환할 수 있는지 확인하여 동작 모드의 전환을 지시할 수 있다.
C. 전원 On 상태에서 갑작스런 전원 off 상태로의 전환
펨토셀은 가정이나 사무실의 IP 네트워크를 통하여 이동통신 핵심망에 연결되는데, IP 네트워크는 다수의 사용자가 이용하는 공용망으로써 단말에게 통신 서비스를 제공하는 도중에 갑작스럽게 네트워크 접속이 끊기거나 네트워크 전송율이 임계치 이하로 내려갈 수 있다. 또한 펨토셀이 단말에게 통신 서비스를 제공하는 도중에 사용자가 펨토셀의 전원을 off 시키거나 정전으로 인하여 펨토셀의 전원이 off 될 수 있다. 펨토셀의 갑작스런 전원 off로 인하여 음성 서비스의 지속성이 보장되지 못하고 데이터 서비스의 품질이 악화될 수 있다. 펨토셀과의 접속이 끊기게 되면 단말은 인접한 펨토셀이나 마크로셀로 신속히 핸드오버를 수행하여야 지속적인 통신 서비스를 받을 수 있다.
펨토셀의 갑작스런 전원 off를 단말이 신속히 인지할 수 있는 방법이 필요하다. 이를 위해, 펨토셀은 액티브 모드 및/또는 아이들/슬립 모드에서 자신의 전원 on을 지시하는 정보를 주기적으로 전송할 수 있다. 단말은 펨토셀의 전원 on을 지시하는 정보가 수신되지 않으면 펨토셀의 갑작스런 전원 off를 인지할 수 있으며, 펨토셀의 갑작스런 전원 off가 인지되면 인접한 펨토셀 또는 마크로셀로의 핸드오버를 수행한다. 한편, 단말은 펨토셀로부터의 시스템 정보, 브로드캐스트 신호 등을 모니터링하여 정해진 시간 동안 신호가 수신되지 않으면 해당 펨토셀의 갑작스런 전원 off를 인지할 수 있다. 펨토셀의 갑작스런 전원 off를 인지한 단말은 자신이 보유한 화이트 리스트에 해당 펨토셀의 상태 정보를 업데이트할 수 있다. 펨토셀은 인접한 펨토셀 또는 마크로셀로의 핸드오버를 수행하는 동안 해당 펨토셀의 상태 정보를 타겟 기지국으로 알릴 수 있다.
펨토셀 내에서 아이들 모드 또는 슬립 모드 상태의 단말이 펨토셀과의 통신을 시도하는 경우, 펨토셀의 전원 off 상태를 파악할 수 있어야 한다. 단말은 펨토셀로부터의 시스템 정보, 브로드캐스트 신호 등을 모니터링하여 정해진 시간 동안 신호가 전송되지 않거나 또는 임계 전송률 이하로 신호가 전송되면, 펨토셀의 갑작스런 전원 off를 인접한 펨토셀 또는 마크로셀로 알릴 수 있다. 펨토셀의 임계 전송률은 미리 정해진 값일 수 있고, 통신 서비스의 종류에 따라 달리 정해질 수 있다. 예를 들어, 실시간 통신 서비스에 대해 임계 전송률은 높게 설정되고 비실시간 통신 서비스에 대해 임계 전송률은 낮게 설정될 수 있다.
마크로셀은 자신의 셀 커버리지 내에 위치한 펨토셀에 접속한 단말의 리스트를 저장할 수 있으며, 펨토셀의 갑작스런 전원 off로 인하여 핸드오버를 시도하는 단말에 대하여 우선적으로 접속을 허용할 수 있다. 예를 들어, 펨토셀의 갑작스런 전원 off로 인하여 핸드오버를 시도하는 단말은 비경쟁 기반의 핸드오버를 수행하거나 마크로셀로부터 미리 부여받은 식별자를 이용하여 핸드오버를 수행할 수 있다.
D. 전력 조절 모드로의 전환
펨토셀의 전송전력 제어는 마크로셀 또는 인접한 펨토셀과의 간섭을 줄이기 위해서 가장 중요한 방식이다. 펨토셀의 최대 전송전력 및 최소 전송전력을 어떻게 결정할 것인지에 대한 연구가 진행되고 있으나, 아직 펨토셀의 동작 모드를 고려하여 펨토셀의 전송전력을 결정하는 방식에 대하여 구체적으로 제안되고 있지 않다.
펨토셀은 동작 모드에 따라 시스템 정보, 브로드캐스트 신호 등의 전송주기뿐만 아니라 전송전력도 조절할 수 있다. 예를 들어, 액티브 모드의 펨토셀은 전송전력을 높여서 통신 서비스를 제공하고, 아이들 슬립/모드의 펨토셀은 전송전력을 낮추어 필요한 신호를 전송할 수 있다. 펨토셀의 동작 모드에 따라 전송전력이 조절된다는 것은 펨토셀의 셀 커버리지가 동작 모드에 따라 변경된다는 것을 의미한다. 펨토셀의 셀 커버리지가 변경되면 인접 펨토셀의 리스트가 변경될 수 있고, 인접 펨토셀 간에 사용하던 무선자원이 달리 할당될 수 있다. 즉, 펨토셀의 셀 커버리지가 변경되면 펨토셀 간의 간섭 구조가 달라질 수 있으며, 간섭 구조를 조절하기 위하여 펨토셀의 전력이 조절될 수 있다.
펨토셀은 액티브 모드 또는 아이들/슬립 모드에 따라 미리 정해진 전송전력으로 조절하거나, 인접 셀과의 간섭을 직접 측정하여 전송전력을 조절하거나, 단말의 간섭 측정보고에 기반하여 전송전력을 조절하거나, 네트워크의 지시에 따라 전송전력을 조절할 수 있다. 펨토셀은 전송전력을 조절하는 것으로 판단하면, 이에 대한 정보를 시스템 정보를 통하여 브로드캐스트하거나, 특정 단말에게 멀티캐스트 또는 유니캐스트 방식으로 전송할 수 있다.
펨토셀의 전력 조절 모드는 수시로 변경될 수 있는 펨토셀 전원의 on/off를 고려한다. 예를 들어, 제1 펨토셀이 적절한 셀 커버리지를 확보하고 있는 상황에서 바로 인접한 지점에서 제2 펨토셀이 자동구성을 통하여 설치되면 펨토셀 간의 간섭을 줄이기 위해 제1 펨토셀 및 제2 펨토셀은 셀 커버리지를 조절할 필요가 있다. 펨토셀 간의 셀 커버리지를 조절하기 위해, 펨토셀들은 (a) 펨토셀 간의 인터페이스를 설정하여 전송전력 정보를 서로 교환하거나, (b) 네트워크를 통하여 자신의 전송전력 정보를 제공하고 네트워크로부터 전송전력 조절 메시지를 수신하여 자신의 셀 커버리지를 조절하거나, (c) 단말의 간섭 보고에 따라 자신의 셀 커버리지를 조절할 수 있다.
E. 전원 on 상태에서 예정된 전원 off 상태로의 전환
펨토셀은 예정된 전원 off 상태로 전환하기 위하여 전원 off 상태의 시작 시점, 예정된 전원 off 상태 지속 기간 등의 정보를 단말들에게 브로드캐스트할 수 있다. 펨토셀은 전원 off 상태의 시작 시점, 예정된 전원 off 상태 지속 기간 등의 정보를 펨토 게이트웨이 또는 핵심망으로 알릴 수 있으며, 핵심망은 이를 인접한 펨토셀 또는 마크로셀로 알릴 수 있다. 단말은 펨토셀의 예정된 전원 off 상태를 자신의 화이트 리스트에 기록할 수 있다. 단말은 펨토셀의 예정된 전원 off 상태를 인접한 펨토셀 또는 마크로셀로 알릴 수 있다. 인접한 펨토셀 또는 마크로셀은 해당 펨토셀의 예정된 전원 off 상태를 단말로부터의 보고 또는 핵심망을 통하여 수신할 수 있으며, 이를 자신의 인접 기지국 리스트에 기록할 수 있다.
＜펨토셀에서 마크로셀 또는 펨토셀로의 핸드오버＞
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 핸드오버 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 13을 참조하면, 펨토셀에 접속한 단말은 정의된 핸드오버 기준을 판단한다(S510). 단말은 핸드오버 기준을 판단하여 마크로셀 또는 인접한 펨토셀로의 핸드오버 과정을 수행할 것인지 여부를 판단한다. 펨토셀로부터 마크로셀 또는 인접한 펨토셀로의 핸드오버를 아웃바운드(outbound) 핸드오버라 한다.
아웃바운드 핸드오버의 기준은 다음과 같이 정의될 수 있다.
(1) 신호 강도 측정 : 단말이 펨토셀의 셀 커버리지를 벗어날 때, 단말은 주위의 셀들로부터 전송되는 신호들의 강도 측정하고 신호 강도가 우수한 셀로 핸드오버를 수행한다.
(2) 긴급 호(Emergency call) : 단말은 긴급 호에 따라 펨토셀에 접속하고, 이후 긴급 호 조건이 만료되면 단말은 마크로셀로 핸드오버를 수행한다.
(3) 펨토셀의 전원 off 상태 : 단말은 펨토셀이 전원 off 상태가 되면 마크로셀 또는 인접한 펨토셀로 핸드오버를 수행한다.
(4) 펨토셀의 데이터율의 임계치 : 단말은 펨토셀의 데이터율이 정해진 임계치 이하로 떨어졌을 때 마크로셀 또는 인접한 펨토셀로 핸드오버를 수행한다. 이때, 임계치는 통신 서비스의 종류에 상관없이 절대적으로 정해지는 최저 임계치이거나, 서비스의 종류(예를 들어, VoIP, 데이터 패킷, MBS 등)에 따라 상대적으로 정해지는 서비스 기반의 임계치일 수 있다.
(5) 펨토셀의 서비스 정책 : 펨토셀의 서비스 정책에 따라 단말의 사용 조건이 해제되면, 단말은 마크로셀 또는 인접한 펨토셀로 핸드오버를 수행한다. 이때, 펨토셀은 서비스 정책에 따라 단말에게 핸드오버의 수행을 요청할 수 있다. 펨토셀의 서비스 정책에는 요금 부과형 펨토셀에서 단말에게 부여된 서비스의 종류, 사용시간 등이 될 수 있고, 이동 펨토셀에서 이동 경로, 영역 등이 될 수 있다.
단말은 핸드오버 기준의 판단 결과에 따라 마크로셀 또는 인접한 펨토셀로의 핸드오버 과정을 수행한다(S520). 단말은 상술한 핸드오버 기준 중 적어도 어느 하나를 자신의 핸드오버 기준으로 설정할 수 있으며, 설정된 핸드오버 기준에 해당되면 아웃바운드 핸드오버 과정을 수행한다.
상술한 모든 기능은 상기 기능을 수행하도록 코딩된 소프트웨어나 프로그램 코드 등에 따른 마이크로프로세서, 제어기, 마이크로제어기, ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등과 같은 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 상기 코드의 설계, 개발 및 구현은 본 발명의 설명에 기초하여 당업자에게 자명하다고 할 것이다.
이상 본 발명에 대하여 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시켜 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명은 이하의 특허청구범위의 범위 내의 모든 실시예들을 포함한다고 할 것이다.

Claims (6)

  1. 무선통신 시스템에서 펨토셀의 운영방법에 있어서,
    특정 단말 그룹에 속하는 CSG(closed subscriber group) 단말 및 상기 특정 단말 그룹에 포함되지 않는 non-CSG 단말에게 서비스를 제공하는 운영모드에서 상기 CSG 단말에게만 서비스를 제공하는 운영모드로의 변경이 트리거(trigger)되는 단계; 및
    상기 non-CSG 단말에게 운영모드의 변경을 지시하여 핸드오버시키는 단계를 포함하는 무선통신 시스템에서 펨토셀의 운영방법.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 CSG 단말은 상기 non-CSG 단말보다 우선적으로 접속할 수 있는 접속 우선권을 가지는 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템에서 펨토셀의 운영방법.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 운영모드의 변경을 펨토 게이트웨이 또는 핵심망으로 알리는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템에서 펨토셀의 운영방법.
  4. 무선통신 시스템에서 펨토셀의 운영방법에 있어서,
    특정 단말 그룹에 속하는 CSG(closed subscriber group) 단말에게만 서비스를 제공하는 운영모드에서 상기 CSG 단말 및 상기 특정 단말 그룹에 포함되지 않는 non-CSG 단말에게 서비스를 제공하는 운영모드로의 변경이 트리거(trigger)되는 단계; 및
    상기 CSG 단말 또는 상기 non-CSG 단말에게 운영모드의 변경을 알리는 단계를 포함하는 무선통신 시스템에서 펨토셀의 운영방법.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 non-CSG 단말로부터 접속 요청을 수신하면 상기 non-CSG 단말의 정보를 펨토 게이트웨이 또는 핵심망으로 알리는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신 시스템에서 펨토셀의 운영방법.
  6. 마크로셀 및 펨토셀을 포함하는 계층적 셀 구조의 무선통신 시스템에서 핸드오버 과정을 수행하는 방법에 있어서,
    핸드오버 기준을 판단하는 단계; 및
    상기 핸드오버 기준에 따라 핸드오버를 결정하여 마크로셀 또는 인접 펨토셀로 핸드오버 과정을 수행하는 단계를 포함하고, 상기 핸드오버 기준은 접속된 펨토셀의 전원이 꺼진 상태, 접속된 펨토셀의 데이터율이 임계치 이하인지 여부 및 펨토셀의 서비스 정책 중 적어도 어느 하나인 핸드오버 과정을 수행하는 방법.
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