KR20120076898A - 핸드오버 성능 향상을 위한 무선자원 할당 장치 및 그를 위한 기지국장치 - Google Patents

핸드오버 성능 향상을 위한 무선자원 할당 장치 및 그를 위한 기지국장치 Download PDF

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Abstract

OFDMA 방식으로 운영되는 기지국에 접속한 단말 중 인접 셀로 하드 핸드오버를 시도하는 단말의 핸드오버 관련 시그널링 메시지의 무선구간 유실을 최소화시켜, 핸드오버 영역에서의 호 품질 열화를 방지할 수 있는 무선자원 할당 장치 및 그를 위한 무선통신 시스템의 기지국장치가 개시된다. 본 발명에 의하면, 무선 주파수 자원을 정적 스케쥴링과 동적 스케쥴링용으로 할당하고, 하드 핸드오버를 위한 하향링크 무선 자원 스케쥴링시에, 단말이 보고하는 하향링크 채널상황보고 정보에 따라 정적 스케쥴링용으로 할당된 무선 주파수 자원 외에도, 동적 스케쥴링용으로 할당된 가용 무선 주파수 자원을 추가적으로 할당한다. 또한 핸드오버 관련 시그널링 메시지를 단말로 전송함에 있어서 직교위상편이변조(QPSK) 방식으로 전송하여, 해당 메시지의 송출전력을 제어한다.

Description

핸드오버 성능 향상을 위한 무선자원 할당 장치 및 그를 위한 기지국장치{RADIO RESOURCE ALLOCATION APPARATUS FOR IMPROVING HANDOVER AND BASE STATION FOR THE SAME}
본 발명은 무선통신 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 방식을 사용하는 기지국에서 핸드오버 성능을 향상시킬 수 있는 무선자원 할당 장치에 관한 것이다.
최근 가정 내에서 휴대전화 이용과 모바일 데이터의 수요가 지속적으로 증가하고 있는데, 이러한 추세에 따라 옥내 브로드밴드 망을 통해 무선통신 핵심망에 접속하도록 초소형 기지국을 옥내 등에 설치하여 무선통신 서비스를 제공하는 방법이 제안되고 있다. 특히 차세대 네트워크 시스템에서는 높은 데이터 전송률에 대한 요구를 충족시키고 다양한 서비스의 안정적인 제공을 위하여 그 대안으로서 여러 개의 소규모 셀(펨토셀)들을 배치하는 방법이 제시되고 있다. 이러한 소규모 셀을 관장하는 초소형 기지국을 옥내용 기지국 또는 펨토(femto) 기지국, 3GPP에서는 Home-eNB, HeNB 등으로 부른다. 이처럼 옥내 환경에서 서비스할 수 있을 정도로 셀의 크기를 줄임으로써 높은 주파수 대역을 사용하는 차세대 네트워크 시스템의 효율을 높일 수 있고 작은 크기의 셀을 여러 개 사용하는 것은 주파수 재사용 횟수를 늘릴 수 있는 측면에서 유리하다. 또한 기존에 하나의 기지국이 전체 셀 영역을 커버할 때 발생하였던 전파 감쇄로 인한 채널 상황 악화 문제, 음영지역 사용자에 대한 서비스 불능 문제 등을 개선시킬 수 있다는 점에서 작은 크기의 다중 셀들을 통한 서비스 방법이 장점을 갖는다.
이처럼 무선통신 시스템은 효율적인 시스템 구성을 위해 셀(cell) 구조를 갖는다. 셀이란 주파수를 효율적으로 이용하기 위하여 넓은 지역을 작은 구역으로 세분한 구역을 의미한다. 다중 접속 시스템(multiple access system)은 일반적으로 다중 셀을 포함한다. 일반적으로 셀 내에는 기지국을 설치하여 단말을 중계한다.
무선통신 시스템에서는 제한된 주파수 자원으로 인하여 고속의 데이터를 전송하는데 한계가 있다. 그럼에도 불구하고 사용자들이 요구하는 데이터의 전송률은 계속적으로 증가하는 추세에 있다. 따라서 무선통신 분야에서는 보다 고속의 데이터를 전송하기 위해 주파수 효율을 극대화시키려는 다양한 연구와 시도가 이루어지고 있다. 그 대표적인 접근 방식 중의 하나가 셀 반경을 줄여서 주파수 재사용률을 높이는 것이다. 실제로 셀 크기를 작게 할 경우 손쉽게 네트워크 전체 데이터 전송률을 높일 수 있지만, 반대로 셀 간 핸드오버 빈도 또한 급격히 증가하여, 많은 셀 경계 지역에서 원하는 수준의 데이터 전송률을 얻으면서 이동성 또한 보장하기는 쉽지 않은 것이 현실이다.
특히 4세대 이동통신 규격으로 떠오르고 있는 롱텀 에볼루션(LTE: Long Term Evolution)이나 와이맥스(WiMAX) 등은 OFDMA 기반 하드 핸드오버(hard handover) 방식을 채택하고 있어, 소프트 핸드오버(soft handover) 방식을 따르는 3세대 CDMA 대비, 셀 경계지역에서의 주요 시그널링 메시지의 유실 가능성 또한 비교적 큰 편이다. 따라서 OFDMA 방식의 무선통신 시스템에서, 특히 핸드오버 빈도가 높은 초소형 기지국 밀집 환경에서 핸드오버 성능을 향상시킬 수 있는 방법에 대한 연구는 반드시 선행되어야 하는 상황이다.
CDMA 방식은 셀간 이동시 소프트 핸드오버를 지원하며, 각 셀들의 서비스 영역을 적절히 중첩시키는 방식으로 소프트 핸드오버 영역을 확대하여 셀 경계지역에서의 주요 시그널링 메시지 유실이나 호 절단율을 최소화시킬 수 있다. 여기서 소프트 핸드오버는 통신 중인 단말이 기지국간 이동시 양쪽 기지국의 신호를 동시에 수신하는 중간 과정을 거쳐 목표한 타겟(target) 기지국으로 호를 연결시켜 주는 방식을 의미한다. 소프트 핸드오버 방식에 따르면, 핸드오버 영역이 적당히 큰 상황에서도 셀간 핑퐁 현상 없이 안정적으로 핸드오버가 가능하다.
반면 OFDMA 방식을 사용하는 LTE와 같은 4세대 무선통신 시스템은 주파수 효율적인 패킷 데이터 서비스를 지향하며 만들어진 무선 규격으로 하드 핸드오버를 채택하고 있다. 즉 기존에 서비스 받던 셀에서 인접 셀로 단말이 이동할 경우 기존 셀 기지국과 핸드오버 관련 정보를 모두 교환한 후 인접 셀로 넘어가는(스위치 오버) 방식이다. 하드 핸드오버는 통신 중인 단말이 기지국간을 이동할 경우 통신을 유지하고 있는 소스 기지국의 호를 순간적으로 절단하고 향후 통신을 수행할 타겟 기지국으로 호를 최대한 빠른 시간 내에 재연결하는 방식이다. 이런 방식의 하드 핸드오버의 경우, 소프트 핸드오버 방식처럼 (셀 플래닝시) 셀 중첩지역을 크게 가져가면 인접한 두 셀간 핑퐁 현상이 일정 시간구간 동안 나타날 수 있고, 결국 셀 경계지역에서의 데이터 서비스 품질 열화로 이어질 수 있다. 이러한 핑퐁에 따른 데이터 품질 열화를 최소화하기 위해서는 핸드오버 영역을 최소화시킬 필요가 있는데, 이렇게 할 경우 좁은 핸드오버 영역 내에서 채널 변동폭이 커서 핸드오버가 트리거링(triggering)되는 시점에 기존 셀 기지국과 핸드오버 관련 시그널링 메시지를 주고 받아야 한다. 그러나 다소 늦게 트리거링되면 기존 셀과의 핸드오버 관련 시그널링 메시지 전송시 메시지 유실이 발생할 여지가 크게 되고, 상황에 따라 호 단절이 발생할 수도 있다.
실제로 넓은 서비스 지역을 가지는 매크로 기지국이나 음영지역 해소용 초소형 기지국의 경우에는 단말 이동에 따른 핸드오버 빈도가 그리 높지 않고, 핸드오버 영역도 상대적으로 크기 때문에 핸드오버용 시그널링 메시지의 유실 가능성이 크지 않을 뿐만 아니라, 전체 시스템 성능에 미치는 영향도 제한적이다. 하지만, 데이터 서비스량 폭주로 망 운용에 어려움을 겪고 있는 도심이나 상업지역 같은 곳은 초소형 기지국들이 특정 지역에 집중되는 방식으로 셀 설계가 진행되는 경우가 많으며, 저속 이동성만 고려하더라도 핸드오버 빈도가 매우 높게 되고, 결국 빈번한 하드 핸드오버가 발생하여, 이때 시그널링 메시지의 유실이 발생될 수 있고, 이는 결국 호 품질 열화를 야기시키게 된다. 특히 회절성이 약한 2GHz이상의 고주파 대역을 사용하는 초소형 기지국의 경우 핸드오버 영역에서 신호 품질의 변동이 크고 대체적으로 신호 품질이 나쁠 여지가 크므로, 하드 핸드오버시 관련 메시지의 무선구간 유실을 막을 수 있는 방안이 마련되어야 한다.
본 발명의 목적은 OFDMA 방식으로 운영되는 기지국에 접속한 단말 중 인접 셀로 하드 핸드오버를 시도하는 단말의 핸드오버 관련 시그널링 메시지의 무선구간 유실을 최소화시켜, 핸드오버 영역에서의 호 품질 열화를 방지할 수 있는 무선자원 할당 장치 및 그를 위한 무선통신 시스템의 기지국장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 특징에 따르면, OFDMA 방식으로 운영되는 기지국에 접속한 단말 중 인접 셀로 하드 핸드오버를 시도하는 단말의 핸드오버 관련 시그널링 메시지의 무선구간 유실을 최소화시켜, 핸드오버 영역에서의 호 품질 열화를 방지할 수 있는 무선자원 할당 장치 및 그를 위한 무선통신 시스템의 기지국장치가 개시된다. 본 발명에 의하면, 무선 주파수 자원을 정적 스케쥴링과 동적 스케쥴링용으로 할당하고, 하드 핸드오버를 위한 하향링크 무선 자원 스케쥴링시에, 단말이 보고하는 하향링크 채널상황보고 정보에 따라 정적 스케쥴링용으로 할당된 무선 주파수 자원 외에도, 동적 스케쥴링용으로 할당된 가용 무선 주파수 자원을 추가적으로 할당한다. 또한 핸드오버 관련 시그널링 메시지를 단말로 전송함에 있어서 직교위상편이변조(QPSK) 방식으로 전송하여, 해당 메시지의 송출전력을 제어한다.
본 발명에 의하면, OFDMA 방식을 사용하는 무선통신 시스템에서 핸드오버 관련 시그널링 메시지의 부호화율과 송출전력을 조정하여 하드 핸드오버 방식에 기인하는 호 품질 열화를 최소화할 수 있는 이점이 있다.
도1은 본 발명이 실시될 수 있는 예시적인 무선통신망의 구성을 도시한 도면.
도2는 일반적인 핸드오버 트리거링 이벤트 발생 조건을 보여주는 도면.
도3은 일반적인 핸드오버 과정을 보여주는 도면.
도4는 본 발명에 따라 핸드오버 성능 향상을 위한 하향링크 무선자원 할당 과정을 보여주는 도면.
도5는 본 발명에 따라 핸드오버 성능 향상을 위해 단계적으로 송출전력을 높여 전송하는 과정을 보여주는 도면.
도6은 본 발명에 따라 핸드오버 성능 향상을 위한 상향링크 무선자원 할당 과정을 보여주는 도면.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 다만, 이하의 설명에서는 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 우려가 있는 경우, 널리 알려진 기능이나 구성에 관한 구체적 설명은 생략하기로 한다.
도1은 본 발명이 실시될 수 있는 예시적인 무선통신망의 구성을 도시한 도면이다.
일실시예에 있어서, 무선통신망은, 예컨대 GSM(Global System for Mobile communication), CDMA와 같은 2G 무선통신망, LTE망, WiFi와 같은 무선인터넷, WiBro(Wireless Broadband Internet) 및 WiMax(World Interoperability for Microwave Access)와 같은 휴대인터넷 또는 패킷 전송을 지원하는 무선통신망(예컨대, WCDMA 또는 CDMA2000과 같은 3G 무선통신망, HSDPA(High Speed Downlink Packet Access) 또는 HSUPA(High Speed Uplink Packet Access)와 같은 3.5G 무선통신망, 또는 향후 개발될 4G 무선통신망 등) 및 매크로 기지국(macro-eNB), 초소형 기지국(Home-eNB) 및 단말(UE)을 구성 요소로 포함하는 임의의 기타 무선통신망을 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 이하에서는 LTE의 무선접속망인 E-UTRAN(Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network)을 위주로 설명한다.
도1에 도시된 바와 같이, 무선통신망은 하나 이상의 네트워크 셀로 구성될 수 있고, 무선통신망에 서로 다른 종류의 네트워크 셀이 혼재할 수 있다. 무선통신망은 옥내 등 소규모의 네트워크 셀(이하, '펨토셀'이라 함)을 관리하는 초소형 기지국(11~15,21~23,31~33), 옥외에서 넓은 범위의 셀(이하, '매크로셀'이라 함)을 관리하는 매크로 기지국(macro-eNB 또는 eNB)(10,20,30), 단말(UE)(40), SON(Self Organizing&optimizing Networks) 서버(50) 및 MME(60)를 포함할 수 있다. 도1에 도시된 각 구성요소의 개수는 예시적인 것으로, 본 발명이 실시될 수 있는 무선통신망의 각 구성요소의 개수가 도면에 도시된 개수에 제한되는 것은 아니다.
매크로 기지국(10,20,30)은, 예컨대 LTE망, WiFi망, WiBro망, WiMax망, WCDMA망, CDMA망, UMTS망, GSM망 등에서 사용될 수 있는, 예를 들어 1km 내외의 반경을 갖는 셀을 관리하는 매크로셀 기지국의 특징을 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
초소형 기지국(11~15,21~23,31~33)은, 예컨대 LTE망, WiFi망, WiBro망, WiMax망, WCDMA망, CDMA망, UMTS망, GSM망 등에서 사용될 수 있는, 예를 들어 수 m ~ 수십 m 내외의 반경을 갖는 셀을 관리하는 옥내용 기지국 또는 펨토 기지국의 특징을 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
초소형 기지국(11~15,21~23,31~33)이나 매크로 기지국(10,20,30)은 각각 독자적으로 코어망의 접속성을 가질 수 있다.
단말(UE)(40)은 GSM망, CDMA망와 같은 2G 무선통신망, LTE망, WiFi망과 같은 무선인터넷망, WiBro망 및 WiMax망과 같은 휴대인터넷망 또는 패킷 전송을 지원하는 무선통신망에서 사용되는 무선 이동 단말기의 특징을 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
초소형 기지국 관리 서버(네트워크 관리 장치)(70)는 초소형 기지국(11~15,21~23,31~33)과 옥외용 기지국(10,20,30)의 구성정보 및 관리를 담당한다. 관리 서버(70)는 SON 서버(50) 및 MME(60)의 기능을 모두 수행할 수 있다. SON 서버(50)는 옥외용/초소형 기지국 설치 및 최적화를 수행하고 각 기지국에 필요한 기본 파라미터 또는 데이터를 제공하는 기능을 하는 임의의 서버를 포함할 수 있다. MME(60)는 단말(40)의 이동성 등을 관리하기 위하여 사용되는 임의의 개체를 포함할 수 있다.
일실시예에 있어서, 하나의 네트워크 관리 장치가 SON 서버(50)와 MME(60)의 기능을 모두 수행할 수 있고, SON 서버(50) 및 MME(60)는 하나 이상의 매크로 기지국(10,20,30)과 하나 이상의 초소형 기지국(11~15,21~23,31~33)을 관리할 수 있다.
상기 무선통신망에서 매크로셀 및 펨토셀이 혼재된 네트워크 셀을 가정하였지만, 네트워크 셀은 매크로셀 또는 펨토셀 만으로도 구성 가능하다.
이하에서는 옥내용 기지국(11~15,21~23,31~33) 또는/및 매크로 기지국(10,20,30)을 '기지국장치'로 통칭하여 명명하기로 한다.
핸드오버는 단말 측정(UE measurement) 값을 바탕으로 수행되며, 단말(40)의 측정 보고 메시지는 기지국장치에서 정한 파라미터에 의해 제어된다. 측정 보고 메시지를 수신받은 기지국장치는 어떤 셀로 핸드오버 할지를 결정한다. 구체적으로, 단말 측정(UE measurement) 값은 수신파워(RSRP/Reference Symbol Received Power) 또는 수신상태(RSRQ/Reference Symbol Received Quality)를 기준으로 한다. 도2에 도시된 바와 같이 기지국장치에 의해 설정된 {Hysteresis, timeToTrigger}의 시간 내에 핸드오버 조건이 충족되면 핸드오버 트리거링 이벤트(HO triggering event)가 발생된다. 단말(40)의 측정 보고 메시지는 기지국장치의 설정에 따라 이벤트 트리거링(event triggering)시 또는 주기적으로 발생될 수 있다. 핸드오버 트리거링 이벤트가 발생하면, 단말(40)은 기지국장치로 측정 보고 메시지를 보내고 기지국장치는 핸드오버를 수행한다.
이처럼 핸드오버는 수신파워 및 수신상태를 기준으로 트리거링되고, 특히 매크로셀과 펨토셀이 혼재된 망에서 현 기지국장치(서빙 기지국장치)에서 서비스받던 단말(40)이 인접 셀(매크로셀 또는 펨토셀)의 기지국장치(타겟 기지국장치)로 핸드오버할 때 인접 셀이 어떻게 구성되어 있는지를 알려주는 인접 셀 리스트(NCL: Neighbor Cell List)에는 여러 다른 크기의 셀(예컨대 매크로셀, 펨토셀 등)이 포함될 수 있다.
단말(40)이 기지국장치1에서 기지국장치2로 이동하는 과정에서 발생하는 LTE 하드 핸드오버 과정을 도3을 통해 구체적으로 살펴본다.
기지국장치는 단말(40)이 보고하는 단말 주변 기지국 신호의 수신 감도 정보를 나타내는 측정 보고 메시지를 추출하는 측정 보고 메시지 추출부와, 단말(40)이 보고하는 호가 연결된 셀로부터의 하향링크 채널 품질정보를 추출하는 하향링크 채널 품질정보 추출부와, 하향 및 상향링크 무선자원 할당을 담당하는 스케쥴러와, 하향링크 데이터 패킷별 송출전력을 제어할 수 있는 송출전력 제어부를 포함한다.
단말(40)은 기지국장치1의 서비스를 받고 있으면서 기지국장치2의 서비스 영역으로 이동 중이며, 두 기지국장치1,2로부터의 하향링크 신호 세기를 측정하면서 적절한 핸드오버 시점을 찾는다. 기지국장치2로부터의 신호 세기가 임계 수준을 상향하면, 단말(40)은 기지국장치1에게 측정 보고 메시지를 통해 현 시점의 하향링크 채널 상황을 보고한다(301). 기지국장치1은 단말(40)의 핸드오버가 필요하다고 판단되면, 단말(40)에게 핸드오버요구 메시지를 전송하여 기지국장치2로의 하드 핸드오버를 지시한다(302). 그러면 단말(40)은 핸드오버 요구 메시지를 정상적으로 수신하였으며 기지국장치2로 핸드오버하겠다는 핸드오버 완료 보고 메시지를 기지국장치1로 전송하고(303), 기지국장치2와 물리계층 및 데이터링크 계층을 연결하여 기지국장치2로 핸드오버한다(304, 305).
여기서 원활한 핸드오버를 위해서는, 단말(40)이 측정 보고 메시지(301)를 전송하는 시점부터 핸드오버 완료 보고 메시지(303)를 전송하는 시점까지 기지국장치1과 핸드오버 관련 시그널링 메시지의 교환이 가능한 수준의 하향/상향링크를 유지하고 있어야 한다.
일반적으로 매크로셀은 핸드오버 영역이 상대적으로 넓기 때문에 단말(40)이 기지국장치1과 핸드오버 관련 시그널링 메시지를 주고 받을 충분한 시간이 있겠지만, 피코셀이나 펨토셀처럼 서비스 반경이 매우 작은 셀들이 밀집해 있는 도심 상업지구 환경에서는 핸드오버 영역에서의 채널 변화가 매우 급격하여 가능한 한 핸드오버에 걸리는 시간을 최소화하면서 핸드오버 관련 시그널링 메시지가 잘 교환될 수 있도록 별도의 자원 스케줄링이 필요하다.
하향링크로 전송되는 핸드오버 요구 메시지의 전송을 위한 부호화율은, 다른 데이터 패킷의 부호화율 결정 방식과 유사하게, 단말(40)이 기지국장치1에 보내는 하향링크 채널상황보고 채널을 통해 단말(40)이 주기적으로 보고하는 정보를 이용하여 결정하는 것이 일반적이다. 하지만 채널 변동폭이 크거나 채널 상황이 급격히 나빠질 가능성이 있는 핸드오버 영역에서는 바람직한 방안이 아닐 수 있다.
따라서 기지국장치1의 스케쥴러는 핸드오버 요구 메시지와 핸드오버 완료 메시지가 무선구간에서 유실되는 것을 최소화하기 위하여, 단말(40)이나 기지국장치1에서 측정되는 채널 상태보다 상당히 낮은 부호화율로 데이터 전송이 이루어지도록 스케쥴링한다. 일실시예에 있어서, 하향링크시 많은 무선 주파수 자원을 핸드오버 관련 시그널링 메시지 전송에 할당하면 부호화율을 낮출 수 있다. 이때 시그널링 메시지는 송출전력을 임의적으로 제어할 수 있도록 직교위상편이변조(QPSK: Quadrature Phase Shift Keying) 방식으로 전송한다. 기지국장치1의 송출전력 제어부는 QPSK 방식으로 전송되는 시그널링 메시지의 송출전력을 높여 전송함으로써, 메시지의 무선구간 유실 가능성을 낮출 수 있다. 이처럼 무선구간 주파수 자원과 송출전력 제어를 통해 무선링크의 강건도를 향상시킬 수 있다.
또한 기지국장치1은 하향링크시 부호화율을 낮추거나 이와 더불어 송출전력을 높여 시그널링 메시지를 전송함에 있어서, 만약 무선환경으로 인한 패킷 재전송 발생시(하이브리드 ARQ 방식에 의거하여 메시지를 재전송하는 경우), 재전송되는 메시지의 송출전력을 단계적으로 높여 전송할 수 있다.
또한 기지국장치1은 상향링크시 핸드오버 시작 시점부터 무선 주파수 자원을 추가적으로 할당한다.
도4를 참조하여 본 발명에 따라 핸드오버 성능 향상을 위한 하향링크 무선자원 할당 과정을 살펴보면 다음과 같다. 도4에서는 핸드오버 시그널링 메시지 전송을 위해 무선링크의 강건도를 향상시킬 수 있는 방안을 제시하고 있다.
일반적인 데이터 서비스를 위해서는 무선자원의 효율적인 사용을 위해 단말(40)이 측정하여 보고하는 하향링크 채널정보에 기반하여 패킷 데이터용 부호화율을 결정한다. 그리고 16QAM이나 64QAM 등과 같이 직교진폭변조(QAM: Quadrature Amplitude Modulation) 방식을 사용하기 위해서는 참조신호 대비 패킷 데이터 신호의 송출전력비도 QoS에 의해 결정된 수준으로 일정하게 유지해야 한다.
따라서 기지국장치의 하향링크 스케쥴러는, 일반 데이터 패킷의 경우는 단말(40)로부터 보고받는 하향링크 무선채널정보를 기반으로 QoS에 맞게 하향링크 무선 자원을 할당해 주지만, 핸드오버 시그널링 관련 메시지의 경우는 구분자를 통해 상위 프로토콜 스택으로부터 별도로 수신하며, 다이나믹 스케줄링으로 할당된 무선 자원 중 기 설정된 파라미터 값을 참고하여 해당 시그널링 메시지 전송을 위해 무선 주파수 자원을 일반 데이터 패킷에 비해 추가적으로 선 할당하고, 주파수 자원이 부족할 경우 변조방식을 QPSK로 설정하면서 해당 시그널링 패킷의 송출전력을 일정 수준 상향 조정하는 방식으로 무선 구간 패킷 유실율을 최소화한다.
즉 기지국장치의 하향링크 스케쥴러는 일반적인 데이터 서비스를 위해서 단말이 보고하는 하향링크 무선채널정보를 이용하여 부호화율을 결정하다가, 핸드오버 시그널링 메시지 전송을 위해서 동적 스케줄링용으로 할당된 무선 자원 중 부호화율이 임계값을 넘지 않는 수준 내에서 단말(40)이 보고한 수준대비 기 설정된 파라미터 수준만큼 추가적으로 무선 주파수 자원을 할당한다. 그리고 만약 해당 (핸드오버) 시그널링 메시지 전송을 위해 충분한 무선 주파수 자원이 이용 가능하지 않다면, 변조 방식을 QPSK로 고정하고 해당 패킷의 송출 전력을 높이는 방식으로 하향링크의 강건도를 높일 수 있다. 도4의 세로축은 부호화율/송출전력을 표시하고 있는데, 부호화율이 낮을수록 그리고 송출전력이 높을수록 링크 강건도가 향상되므로, 부호화율을 낮추고 송출전력을 높임으로써 핸드오버 관련 시그널링 메시지의 유실율을 최소화할 수 있다.
보다 구체적으로 살펴보면, 기지국 스케줄러는 일정 무선 주파수 자원을 세미 스태틱 스케줄링(semi-static scheduling) 방식으로 호가 설정되는 VoIP(Voice over Internet Protocol)용 음성호 처럼 정적 자원 할당 방식으로 자원을 선점하는 호들에 할당하지 않고, 동적 스케줄링용으로 할당하여, 핸드오버 관련 시그널링 메시지 전송이 필요할 때 동적 스케줄링용으로 할당된 무선 주파수 자원을 우선적으로 할당하고, 또한 원래 단말(10)과 협의된 송출전력 대비 좀더 높은 전력으로 송출하는 기능 또한 지원한다. 여기서 핸드오버 시그널링 관련 메시지 전송에 충분한 무선 주파수 자원을 필요시마다 동적으로 할당할 수 있도록, 주기성을 가지고 정적으로 주파수 자원이 할당되는 음성호나 게이밍 같은 실시간 데이터 전송용 어플리케이션들이 일정 수준 이상의 무선 주파수 자원을 선점하지 못하도록 한다.
특히 정적 자원 할당 방식으로 선점되는 주파수 자원은 일반적으로 프레임 길이의 정수배를 주기로 하여 할당되지만, 동적으로 할당되는 주파수 자원들은 프레임 길이에 어긋나도록 설계된 하이브리드 ARQ의 프로세스 주기에 영향을 받아서 자원이 할당되기 때문에, 굳이 홀수 번째와 짝수 번째 스케줄링 슬롯으로 나누지 않는 이상, 시간 축에서는 두 할당 방식이 양립하기는 여의치 않다. 따라서, 기지국장치의 스케쥴러는 정적 자원 할당용 호와 동적 자원 할당용 호를 주파수 축에서 적절히 나눈다.
그리고, 하향링크 참조신호 대비 데이터 패킷 송출전력은 호 설정시 단말별로 QoS 수준에 맞게 미리 정해지고, 패킷별로 동적으로 변경되지는 않는다. 그 이유는 16QAM이나 64QAM 처럼 QAM 방식의 변조를 사용하는 경우, 참조신호와 패킷 데이터 신호간 전력비를 수신기가 미리 알지 못하면 정상적으로 데이터 패킷을 복조할 수 없게 되기 때문이다. 반면 QPSK 신호는 이러한 제약사항이 없기 때문에 해당 단말에 보내는 패킷 데이터의 송출 전력을 해당 슬롯에 할당하는 무선 주파수 자원를 참고하여 적절히 조정하는 것이 가능하다. 따라서, 기지국장치의 송출전력 제어부는 핸드오버 관련 시그널링 메시지 전송을 위해 송출전력을 높일 필요가 있을 때, 변조방식을 QPSK로 설정한 후 송출전력을 제어한다.
도5는 하이브리드 자동 재전송 요구(ARQ: Automatic Repeat Request) 동작에 따른 핸드오버 관련 시그널링 메시지의 하향링크 패킷 송출전력을 도시하고 있다.
핸드오버 시그널링 관련 메시지 전송시, 하이브리드 ARQ에 의해 재전송이 발생한 경우, 패킷 재전송시마다 해당 패킷의 송출전력을 미리 정해진 패턴에 따라 기 정해진 임계값까지 한 단계씩 높이는 방식으로 핸드오버 관련 시그널링 메시지를 가능한 한 빠른 시간/구간 내에 단말(40)로 전송한다. 일실시예에 있어서, 기지국장치의 스케쥴러는 핸드오버 시그널링 관련 메시지의 최초 전송시 충분한 무선 주파수 자원을 할당하지 못했다고 판단되면, 별도의 하이브리드 ARQ 절차를 통해 중복해서 동일 메시지를 단말(40)에게 전송한다.
상향링크로 전송되는 핸드오버 완료 메시지의 경우도 무선 주파수 자원 할당 방식은 하향링크와 유사하나, 기지국 상향링크 스케줄러는 핸드오버 완료 메시지의 정확한 전송 시점을 알 수 없으므로 핸드오버 요구 메시지 전송 직후부터 핸드오버 완료 메시지가 도착할 때까지, 즉 도6의 T1시간 구간 동안 모든 상향링크 데이터를 위해 충분한 무선 주파수 자원을 할당한다. 상향링크 송출전력의 제어는 전력제어 비트를 통해 가능하다.
기지국장치의 상향링크 스케줄러가 추가 무선 주파수 자원을 할당하는 방식은, 기존의 일반 데이터를 위해 무선 주파수 자원을 할당하는 방식을 원칙적으로 따르되, 기 설정된 파라미터 만큼 추가로 주파수 자원을 할당하는 방식이며, 이는 단말의 송출전력 부족 상황이 발생하지 않는 범위내에서만 이루어진다. 기지국장치의 상향링크 스케줄러는 단말(40)의 송출전력 부족 여부를 확인하기 위해 지속적으로 단말(40)로부터 수신되는 단말(40)의 송출전력 헤드룸 정보를 참고한다.
상기 방법은 특정 실시예들을 통하여 설명되었지만, 상기 방법은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 케리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 상기 실시예들을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
본 명세서에서는 본 발명이 일부 실시예들과 관련하여 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 이해할 수 있는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 변경이 이루어질 수 있다는 점을 알아야 할 것이다. 또한, 그러한 변형 및 변경은 본 명세서에 첨부된 특허청구의 범위 내에 속하는 것으로 생각되어야 한다.
10,20,30: 매크로 기지국 11~15,21~23,31~33: 초소형 기지국
40: 단말(UE) 50: SON 서버
60: MME 70: 관리 서버

Claims (12)

  1. 무선자원 할당 장치에 있어서,
    무선 주파수 자원을 정적 스케쥴링과 동적 스케쥴링용으로 할당하고,
    하드 핸드오버를 위한 하향링크 무선 자원 스케쥴링시에, 단말이 보고하는 하향링크 채널상황보고 정보에 따라 상기 정적 스케쥴링용으로 할당된 무선 주파수 자원 외에도, 상기 동적 스케쥴링용으로 할당된 가용 무선 주파수 자원을 추가적으로 할당하는, 무선자원 할당 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 정적 스케쥴링용 무선 주파수 자원과 상기 동적 스케쥴링용 무선 주파수 자원은, 주파수 축에서 분배되는, 무선자원 할당 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    핸드오버 관련 시그널링 메시지를 상기 단말로 전송함에 있어서, 충분한 무선 주파수 자원을 할당해 주지 못했다면 별도의 하이브리드 자동재전송요구(ARQ) 절차를 통해 중복해서 동일 메시지를 전송하는, 무선자원 할당 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 하향링크 무선자원 스케줄링에 있어서, 핸드오버 시그널링 관련 메시지 전송에 충분한 무선 주파수 자원을 필요할 때마다 동적으로 할당할 수 있도록, 주기성을 가지고 정적으로 주파수 자원이 할당되는 음성호나 게이밍 같은 실시간 데이터 전송용 어플리케이션들이 소정 수준 이상의 무선 주파수 자원을 선점하지 못하도록 스케쥴링하는, 무선자원 할당 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    핸드오버 관련 시그널링 메시지를 상기 단말로 전송함에 있어서 직교위상편이변조(QPSK) 방식으로 변조방식을 설정하여, 해당 메시지의 송출전력을 제어하는, 무선자원 할당 장치.
  6. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    하이브리드 자동재전송요구(ARQ)에 의한 핸드오버 관련 시그널링 메시지 재전송시, 해당 패킷의 송출전력을 미리 정해진 패턴에 따라 기 정해진 임계값까지 단계적으로 상승시키는, 무선자원 할당 장치.
  7. 무선자원 할당 장치에 있어서,
    무선 주파수 자원을 정적 스케쥴링과 동적 스케쥴링용으로 할당하고,
    하드 핸드오버를 위한 상향링크 무선 자원 스케쥴링시에, 하향링크로 핸드오버 관련 시그널링 메시지를 전송한 이후 시점부터 단말로부터 전송되는 모든 상향링크 데이터에 대해 상기 정적 스케쥴링용으로 할당된 무선 주파수 자원 외에도, 상기 동적 스케쥴링용으로 할당된 가용 무선 주파수 자원을 추가적으로 할당하는, 무선자원 할당 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 가용 무선 주파수 자원을 할당함에 있어서, 상기 단말로부터 수신되는 송출력전력 헤드룸 정보를 참고하여 상기 단말의 송출전력 부족 상황이 발생하지 않는 범위 내에서 이루어지는, 무선자원 할당 장치.
  9. OFDMA 방식의 무선통신 시스템의 기지국장치로서,
    무선 주파수 자원을 정적 스케쥴링과 동적 스케쥴링용으로 할당하고,
    하드 핸드오버를 위한 하향링크 무선 자원 스케쥴링시에, 단말이 보고하는 하향링크 채널상황보고 정보에 따라 상기 정적 스케쥴링용으로 할당된 무선 주파수 자원 외에도, 상기 동적 스케쥴링용으로 할당된 가용 무선 주파수 자원을 추가적으로 할당하는 하향링크 스케쥴러를 포함하는 기지국장치.
  10. 제9항에 있어서,
    핸드오버 관련 시그널링 메시지를 상기 단말로 전송함에 있어서 직교위상편이변조(QPSK) 방식으로 변조방식을 설정하여 해당 메시지의 송출전력을 제어하는 송출전력 제어부를 더 포함하는 기지국장치.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    하이브리드 자동재전송요구(ARQ)에 의한 핸드오버 관련 시그널링 메시지 재전송시, 해당 패킷의 송출전력을 미리 정해진 패턴에 따라 기 정해진 임계값까지 단계적으로 상승시키는, 기지국장치.
  12. OFDMA 방식의 무선통신 시스템의 기지국장치로서,
    무선 주파수 자원을 정적 스케쥴링과 동적 스케쥴링용으로 할당하고,
    하드 핸드오버를 위한 상향링크 무선 자원 스케쥴링시에, 하향링크로 핸드오버 관련 시그널링 메시지를 전송한 이후 시점부터 단말로부터 전송되는 모든 상향링크 데이터에 대해 상기 정적 스케쥴링용으로 할당된 무선 주파수 자원 외에도, 상기 동적 스케쥴링용으로 할당된 가용 무선 주파수 자원을 추가적으로 할당하여 부호화율을 낮추는 상향링크 스케쥴러를 포함하는 기지국장치.
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