KR20140056561A - 다중 빔을 운영하는 이동통신시스템에서 기지국 및 단말의 동작 방법 - Google Patents

다중 빔을 운영하는 이동통신시스템에서 기지국 및 단말의 동작 방법 Download PDF

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Abstract

다수의 빔을 운영하는 이동통신 시스템의 동작 방법이 개시된다. 기지국의 동작 방법은 다수의 빔 각각에 대하여 빔 식별자를 할당하고 각각의 빔에 대응되는 빔 식별자를 각각의 빔을 이용하여 전송하며, 단말은 선택한 빔의 빔 식별자를 기지국에 통보하도록 구성된다. 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 이동통신 시스템의 운영 방법을 이용하면, 단말이 특정한 빔 영역에 진입한 것을 기지국이 신속하게 감지할 수 있고, 단말이 빔 영역간을 이동할 경우에도 랜덤 액세스의 재 수행이나 핸드오버 절차와 같은 복잡한 절차의 수행 없이 최소한의 오버헤드(overhead)로 신속한 빔 영역의 이동을 처리할 수 있다.

Description

다중 빔을 운영하는 이동통신시스템에서 기지국 및 단말의 동작 방법{Method for operation of terminal and base-statin in cellular telecommunication system operating multiple beams}
본 발명은 빔 포밍(beam forming) 기술을 기반으로 다수의 빔을 운영하는 셀룰러 이동통신 시스템에서 단말과 기지국의 동작 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 SHF(Super High Frequency) 및 EHF(Extremely High Frequency)와 같은 고주파수 대역에서 동작하는 셀룰러 이동통신 시스템의 단말과 기지국의 동작 방법에 관한 것이다.
향후 10년 이내에 모바일 데이터 량이 1000배에 이를 것이라는 예측을 기반으로, 이를 수용하기 위해 이동통신 네트워크의 capacity를 증가시킬 수 있는 다양한 기술이 연구되고 있다.
그 중 1GHz 이상의 유휴 대역폭을 확보할 수 있고 주파수 효율도 증가시킬 수 있는 SHF(Super High Frequency)/EHF(Extremely High Frequency) 대역의 주파수를 이용한 무선 전송 기술이 사용될 전망이다.
SHF/EHF 대역의 전송은 기존 셀룰라 대역을 이용한 전송과 달리, 전송에 있어 LOS(Line of Sight)가 보장되어야 하는 제약조건을 가지며, 가늘고 정밀한 Beam Forming이 가능하다.
따라서, SHF/EHF 대역을 이용한 이동통신 시스템에서는 Beam Forming 기술을 기반으로 다수의 빔을 운영하는 방식을 채택할 수 있으며, 기지국과 단말 간의 통신을 위해 단말은 기지국의 송신 빔 수신이 가능한 LOS 영역에 위치해야 통신이 가능하다.
본 발명의 목적은, 다수의 빔을 운영하는 이동통신 시스템에서 기지국이 다수의 빔을 형성하고, 단말이 위치한 빔 영역을 파악할 수 있도록 하는 기지국과 단말의 동작 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 다수의 빔을 운영하는 이동통신 시스템에서 기지국이 형성한 다수의 빔 영역들 간의 단말 이동을 신속하게 처리할 수 있도록 하는 기지국과 단말의 동작 방법을 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면은, 다수의 빔을 운영하는 이동통신 시스템에서 기지국의 동작 방법으로서, 다수의 빔을 형성하는 단계, 상기 다수의 빔 각각에 대하여 빔 식별자를 할당하고, 각각의 빔에 대응되는 빔 식별자를 각각의 빔을 이용하여 전송하는 단계 및 단말로부터 상기 단말이 선택한 빔의 빔 식별자를 수신하는 단계를 포함하는 이동통신 시스템의 기지국 동작 방법을 제공한다.
여기에서, 상기 이동통신 시스템은 운영 대역으로서 SHF(Super High Frequency) 또는 EHF(Extremely High Frequency) 대역을 이용할 수 있다.
여기에서, 상기 빔 식별자는 각각의 빔을 이용하여 전송되는 동기 신호(synchronization signal) 또는 시스템 정보 방송 채널을 통하여 방송될 수 있다.
여기에서, 상기 단말로부터 상기 선택한 빔의 식별자는 랜덤 액세스 채널을 통하여 수신될 수 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면은, 다수의 빔을 운영하는 이동통신 시스템에서 단말의 동작 방법으로서, 적어도 하나의 빔을 수신하는 단계, 수신된 적어도 하나의 빔 중에서 하나의 빔을 선택하고, 선택된 빔으로부터 빔 식별자를 획득하는 단계 및 상기 획득된 빔 식별자를 기지국에 통보하는 단계를 포함한 이동통신 시스템의 단말 동작 방법을 제공한다.
여기에서, 상기 이동통신 시스템은 운영 대역으로서 SHF(Super High Frequency) 또는 EHF(Extremely High Frequency) 대역을 이용할 수 있다.
여기에서, 상기 빔 식별자는 상기 선택된 빔을 통하여 수신되는 동기 신호 또는 시스템 정보 방송 채널을 통하여 획득될 수 있다.
여기에서, 상기 획득된 빔 식별자는 랜덤 액세스 채널을 통하여 상기 기지국에 통보될 수 있다.
상술한 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면은, 다수의 빔을 운영하는 이동통신 시스템에서 기지국의 동작 방법으로서, 단말로부터 상기 단말이 수신한 적어도 하나의 빔의 식별자와 무선 품질 측정 결과를 수신하는 단계,
상기 무선 품질 측정 결과에 기초하여, 상기 단말의 빔 영역 이동을 결정하는 단계, 상기 빔 영역 이동이 결정된 단말에게 제 1 메시지를 이용하여 빔 영역 이동을 지시하고, 제 2 메시지를 이용하여 새로운 빔 영역에서의 통신 활성화를 지시하는 단계 및 상기 단말로부터 제 3 메시지를 통하여 빔 영역 이동과 이동된 빔 영역에서의 통신 활성화 결과를 응답받는 단계를 포함한 이동통신 시스템의 기지국 동작 방법을 제공한다.
여기에서, 상기 빔 영역 이동을 결정하는 단계는, 상기 단말로부터 보고받은 무선 품질 측정 결과에 기초하여, 상기 단말에 현재 서비스 중인 제 1 빔보다 양호한 무선 품질을 가지는 제 2 빔이 존재할 경우 상기 제 2 빔으로 빔 영역 이동을 결정하도록 구성될 수 있다.
여기에서, 상기 제 1 메시지와 상기 제 3 메시지는 RRC(Radio Resource Control) 계층 메시지로 구성될 수 있다. 이때, 상기 제 1 메시지는 RRC 연결 재설정(RRC Connection Reconfiguration) 메시지로 구성되며, 상기 제 3 메시지는 RRC 연결 재설정 완료(RRC Connection Reconfiguration Complete) 계층 메시지로 구성될 수 있다.
여기에서, 상기 제 2 메시지는 MAC(Media Access Control) 계층 CE(Control Element) 메시지로 구성될 수 있다.
상술한 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면은, 다수의 빔을 운영하는 이동통신 시스템에서 단말의 동작 방법으로서, 단말이 수신한 적어도 하나의 빔의 식별자와 무선 품질 측정 결과를 기지국으로 보고하는 단계, 상기 기지국으로부터 제 1 메시지를 통하여 빔 영역 이동을 지시받고, 제 2 메시지를 통하여 새로운 빔 영역에서의 통신을 활성화를 지시받는 단계 및 상기 기지국에게 제 3 메시지를 이용하여 빔 영역 이동과 이동된 빔 영역에서의 통신 활성화 결과를 응답하는 단계를 포함한 이동통신 시스템의 단말 동작 방법을 제공한다.
여기에서, 상기 제 1 메시지와 상기 제 3 메시지는 RRC(Radio Resource Control) 계층 메시지로 구성될 수 있다. 이때, 상기 제 1 메시지는 RRC 연결 재설정(RRC Connection Reconfiguration) 메시지로 구성되며, 상기 제 3 메시지는 RRC 연결 재설정 완료(RRC Connection Reconfiguration Complete) 계층 메시지로 구성될 수 있다.
여기에서, 상기 제 2 메시지는 MAC(Media Access Control) 계층 CE(Control Element) 메시지로 구성될 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 이동통신 시스템의 운영 방법을 이용하면, 단말이 특정한 빔 영역에 진입한 것을 기지국이 신속하게 감지할 수 있고, 단말이 빔 영역간을 이동할 경우에도 랜덤 액세스의 재 수행이나 핸드오버 절차와 같은 복잡한 절차의 수행 없이 최소한의 오버헤드(overhead)로 신속한 빔 영역의 이동을 처리할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 방법의 적용 환경이 되는 이동통신 시스템에서 빔 포밍 개념을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 이동통신 시스템의 운영 방법에서 기지국의 빔 포밍 및 빔 식별자 정보 전송 단계를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명에 따른 이동통신 시스템의 운영 방법에서 단말이 빔 영역 진입을 통보하는 단계를 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 이동통신 시스템의 운영 방법에서 기지국의 빔 식별자 방송과 단말의 빔 영역 진입 보고를 설명하기 위한 메시지 순서도이다.
도 5는 본 발명에 따른 이동통신 시스템의 운영 방법에서 단말의 빔 영역 이동을 처리하는 단계를 설명하기 위한 개념도이다.
도 6은 본 발명에 따른 이동통신 시스템의 운영 방법에서 단말의 빔 영역 이동을 처리하는 단계를 설명하기 위한 메시지 순서도이다.
도 7은 본 발명에 따른 기지국의 동작 방법의 일 측면을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8은 본 발명에 따른 기지국의 동작 방법의 다른 측면을 설명하기 위한 순서도이다.
도 9는 본 발명에 따른 단말의 동작 방법의 일 측면을 설명하기 위한 순서도이다.
도 10은 본 발명에 따른 단말의 동작 방법의 다른 측면을 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 출원에서 사용하는 ‘단말’은 이동국(MS), 사용자 장비(UE; User Equipment), 사용자 터미널(UT; User Terminal), 무선 터미널, 액세스 터미널(AT), 터미널, 가입자 유닛(Subscriber Unit), 가입자 스테이션(SS; Subscriber Station), 무선 기기(wireless device), 무선 통신 디바이스, 무선송수신유닛(WTRU; Wireless Transmit/Receive Unit), 이동 노드, 모바일 또는 다른 용어들로서 지칭될 수 있다. 단말의 다양한 실시예들은 셀룰러 전화기, 무선 통신 기능을 가지는 스마트 폰, 무선 통신 기능을 가지는 개인 휴대용 단말기(PDA), 무선 모뎀, 무선 통신 기능을 가지는 휴대용 컴퓨터, 무선 통신 기능을 가지는 디지털 카메라와 같은 촬영장치, 무선 통신 기능을 가지는 게이밍 장치, 무선 통신 기능을 가지는 음악저장 및 재생 가전제품, 무선 인터넷 접속 및 브라우징이 가능한 인터넷 가전제품뿐만 아니라 그러한 기능들의 조합들을 통합하고 있는 휴대형 유닛 또는 단말기들을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 출원에서 사용하는 ‘기지국’은 일반적으로 단말과 통신하는 고정되거나 이동하는 지점을 말하며, 베이스 스테이션(base station), 노드-B(Node-B), e노드-B(eNode-B), BTS(base transceiver system), 액세스 포인트(access point), 릴레이(relay) 및 펨토셀(femto-cell) 등을 통칭하는 용어일 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 방법의 적용 환경이 되는 이동통신 시스템에서 빔 포밍 개념을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 다수의 안테나를 구비한 기지국(110)은 빔 포밍 기술을 이용하여 다수의 가늘고 정밀한 빔들(예컨대, 도 1에서는 세 개의 빔; 111, 112, 113을 도시)을 운영 가능하며, 각각의 빔들이 독립적인 데이터를 각각의 빔 영역에 놓여진 단말들에게 전송이 가능하다.
다수의 빔을 통한 무선 전송 시, 기지국은 각 빔마다 독립적인 자원 및 무선 채널을 사용하여 해당 빔 영역의 단말들에게 데이터를 전송 할 수 있다. 즉, 각 빔은 독립적인 제어 채널(예컨대, PDCCH: Physical Dedicated Control Channel)과 데이터 채널(예컨대, PDSCH: Physical Data Shared Channel) 등의 제어 정보와 데이터 전송을 위한 무선 채널을 가질 수 있으며, 기지국의 스케줄러에 의해 각각의 단말 마다 독립적인 자원이 할당되어 사용될 수 있다.
이때, 다수의 빔을 운영하는 기지국의 경우 해당 단말로의 데이터 전송을 위해, 어떤 송신 빔을 사용하여 데이터를 전송해야 할지에 대한 결정이 필요하며, 이를 위해 기지국은 단말이 어떠한 송신 빔 영역에 위치하는지를 파악하는 절차가 필요하다. 파악된 송신 빔을 통해 기지국은 해당 단말로 데이터를 전송하게 된다.
예컨대, 도 1에서 보여지는 단말(120)이 제 1 위치(121)에서 제 2 위치(122) 로 이동하여 제 1 빔(111)의 영역에서 제 2 빔(112)의 영역으로 진입한 경우, 기지국이 이를 파악할 수 있는 절차가 필요하며, 기지국이 파악된 새로운 송신 빔을 통해 데이터를 전송하고 단말도 새로운 송신 빔을 통해 데이터를 수신할 수 있도록 하기 위한 절차가 필요하다.
이하에서는, 본 발명에 따른 이동통신 시스템의 운영 방법을 1) 기지국의 빔 포밍과 빔 식별자 전송 방법, 2) 단말이 자신에게 최적의 빔을 선택하고 이를 기지국에 통보하는 방법, 3) 단말의 빔 영역 이동시의 처리 방법으로 설명하기로 한다. 이하에서 후술되는 1 내지 3의 방법들은 각각의 방법이 독립적으로 구현될 수도 있으며, 세가지 방법 중 적어도 둘 이상의 조합으로 구현될 수도 있을 것이다.
한편, 이하의 실시예들에서 본 발명은 SHF(통상적인 정의에서 3~30GHz 대역)/EHF(통상적인 정의에서 30~300GHz) 대역에서 동작하는 이동통신 시스템을 직접적인 적용 대상으로 하고 있지만, 반드시 SHF/EHF 대역으로 운영 주파수 대역이 한정되는 것은 아니며, 빔 포밍을 통하여 다수의 빔을 운영 가능한 주파수 대역에서 동작하는 이동통신 시스템은 모두 적용 대상이 될 수 있을 것이다.
(제 1 단계) 기지국의 빔 포밍 및 빔 식별자 정보의 전송
도 2는 본 발명에 따른 이동통신 시스템의 운영 방법에서 기지국의 빔 포밍 및 빔 식별자 정보 전송 단계를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2를 참조하면, 운영 초기 기지국은 자신이 운영하는 각각의 빔마다 유일한 식별자를 할당하여 별도의 자원을 사용하여 방송을 한다.
앞서 언급된 바와 같이, 기지국은 다수의 가늘고 정밀한 빔들(211, 213, 215, 217, 219)을 빔 포밍 기술을 이용하여 생성하여 운영 가능하며(특히, SHF/EHF 대역에서), 각 빔은 독립적인 PDCCH, PDSCH 등의 제어 정보와 데이터 전송을 위한 무선 채널을 가질 수 있으며, 기지국의 스케줄러에 의해 각각의 단말마다 독립적인 자원이 할당되어 사용될 수 있다.
따라서, 기지국은 생성된 각각의 빔에 대하여 식별자(identifier)를 부여할 수 있으며, 빔 식별자 정보(212, 214, 216, 218, 220)는 각각의 빔에 해당되는 동기 신호(synchronization signal)를 이용하여 전송이 될 수도 있고, 각각의 빔에 해당되는 시스템 정보 전송 채널을 이용하여 전송이 될 수도 있을 것이다.
3GPP LTE 시스템을 예로 들면, 상기 동기 신호는 PSS(Primary Synchronization Signal)와 SSS(Secondary Synchronization Signal)가 될 수 있으며, 상기 시스템 정보 방송 채널은 PBCH(Physical Broadcast Channel) 채널이 될 수 있을 것이다. PSS와 SSS 신호에 포함된 셀 식별자(예컨대, PCI) 정보와 유사한 빔 식별자 정보를 추가로 포함시키거나, 셀 식별자에 빔 식별 정보를 부가하는 형태로 셀 식별자를 재설계할 수 있을 것이다. PBCH의 경우는 MIB(Master Information Block) 또는 SIB(System Information Block) 등의 시스템 정보를 통하여 빔 식별자 정보가 전송될 수 있을 것이다.
(제 2 단계) 단말의 빔 영역 진입 보고
도 3은 본 발명에 따른 이동통신 시스템의 운영 방법에서 단말이 빔 영역 진입을 통보하는 단계를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3을 참조하면, 단말(230)이 기지국(210)의 영역에 처음 진입하면, 자신이 수신할 수 있는 기지국의 송신 빔 중 가장 최적의 빔(211)을 선택하고 선택된 빔을 지정하는 정보(212)를 기지국으로 전송할 수 있다.
단말은 통상적으로 가장 양호한 수신 신호 품질을 가지는 빔을 선택할 수 있으나, 단말이 자신에게 최적의 빔을 선택하는 기준은 이동통신 시스템의 운영 정책(예컨대, 부하 분산 등)에 따라서 달라질 수 있을 것이다.
이때, 단말이 선택한 빔을 지정하는 정보는 앞서 1단계에서 기지국이 전송한 빔 식별자가 포함될 수 있다.
한편, 단말이 선택한 빔을 지정하는 정보를 기지국으로 전송하는 방법의 일 예로는 랜덤 액세스(Random Access) 채널을 통해 랜덤 액세스 메시지(예컨대, 랜덤 액세스 프리앰블을 포함)로서 기지국에 전송하도록 구성될 수 있다. 단말은 기지국과 상향링크 동기를 설정하지 못한 상태일 가능성이 크므로, 랜덤 액세스 방식을 이용하는 것이 바람직하나, 기타 다른 메시지 전송 방법이 이용되는 것도 가능하다.
도 3을 참조하면, 랜덤 액세스 메시지를 수신한 기지국은 메시지 내에 포함된 최적의 빔을 특정하는 빔 식별자 정보를 통해 단말이 현재 수신 가능한 최적의 기지국 송신 빔이 #1임을 파악할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 이동통신 시스템의 운영 방법에서 기지국의 빔 식별자 방송과 단말의 빔 영역 진입 보고를 설명하기 위한 메시지 순서도이다.
도 4를 참조하면, 단말(230)은 기지국(210)이 전송하는 다수의 빔들을 수신하고, 그 중 최적의 빔을 선택한 다음 선택된 최적의 빔의 식별자를 획득한다(431). 즉, 도 4에서 기지국으로부터 전송되는 빔 식별자를 단말이 획득하는 과정(431)은 도 2 및 도 3을 통하여 설명된 제 1 단계 동작과 제 2 단계 동작의 전반부에 해당된다.
과정(431)에서 기지국이 전송하는 빔 식별자는 동기 신호 또는 하향링크 방송 채널을 통하여 방송될 수 있음은 앞서 설명된 바와 같다.
다음으로, 단말은 과정(431)에서 획득한 최적의 빔 식별자를 기지국으로 전송한다(432). 단말이 기지국에게 최적의 빔 식별자를 전송하는 방법은 랜덤 액세스 방식으로 랜덤 액세스 채널을 이용하여 수행될 수 있다.
다음으로, 기지국은 단말이 전송한 랜덤 액세스 프리앰블에 대한 응답으로서 랜덤 액세스 응답을 전송하는 과정(433)을 수행하도록 구성될 수 있다.
(제 3 단계) 단말의 빔 영역 이동 처리 단계
도 5는 본 발명에 따른 이동통신 시스템의 운영 방법에서 단말의 빔 영역 이동을 처리하는 단계를 설명하기 위한 개념도이다.
도 5를 참조하면, 단말(520)은 제 1 빔의 영역(521)에 위치하다가 제 2 빔의 영역(522)으로 이동하게 된다. 이때, 기지국(510)은 제 1 빔(511)과 제 2 빔(513) 각각에 대해서 각각의 빔 식별자(512, 514)를 할당하여 전송하게 됨은 앞서 제 1 단계에서 설명한 바와 같다.
단말은 주기적으로 자신이 수신하는 적어도 하나의 빔에 대한 정보(빔 식별자와 무선 품질 측정 결과)를 측정 보고(measurement report)로서 기지국에게 통보하게 된다. 기지국은 단말이 보고한 측정 보고를 토대로, 해당 단말의 빔 영역의 이동이 필요한지를 판단하여, 빔 영역의 이동이 필요한 것으로 판단된 경우 단말에게 빔 영역을 이동할 것으로 지시하게 된다.
본 발명은 별도의 랜덤 액세스 절차나 핸드오버 절차를 이용하지 않고, RRC(Radio Resource Control) 계층 메시지와 MAC(Media Access Control) 계층 메시지를 이용하여 단말의 빔 영역 이동을 처리하는 것에 특징이 있다.
본 발명에서 기지국이 운영하는 다수의 빔 각각은 기존 셀룰라 시스템에서, 기지국이 운영하는 캐리어(carrier)에 대응되는 개념으로 이해될 수 있다. 따라서, 본 발명에서 빔 영역의 이동은 단말이 운영하는 캐리어의 추가 개념으로 이해될 수 있으며, 별도의 랜덤 액세스 절차나 핸드오버 절차를 이용하지 않고, RRC 연결 재설정(RRC Connection Reconfiguration) 메시지를 통해 새로운 빔의 정보를 단말에 전달하고, 이후 실제 추가되는 빔 영역의 활성화(activation)는 MAC 계층의 컨트롤 엘리먼트(CE: Control Element) 메시지 전달을 통해 신속히 단말에게 전달된다.
즉, 본 발명은 상기에 기술된 3GPP의 RRC 계층과 MAC 계층 CE를 이용한 Carrier 추가 및 활성화 절차를 바탕으로, SHF/EHF 대역을 이용한 이동통신 시스템에서 단말이 기지국내의 빔 간을 이동할 경우 별도의 랜덤 액세스나 핸드오버 절차 없이 신속하게 빔을 전환하는 방법을 제공한다.
이하에서는, 상기 도 5를 통해 설명된 개념을 기지국과 단말이 교환하는 메시지를 이용하여 상술한다.
도 6은 본 발명에 따른 이동통신 시스템의 운영 방법에서 단말의 빔 영역 이동을 처리하는 단계를 설명하기 위한 메시지 순서도이다.
도 6을 참조하면, 단말(520)은 기지국(510)의 영역에 진입한 이후 주기적 또는 비주기적으로 무선 상황을 측정하여 측정 결과를 측정 보고(measurement report)로서 기지국에 전송한다(611). 한편, 기지국은 이에 앞서 다수의 빔을 형성하고, 다수의 빔 각각에 대해서 빔 식별자를 부여하고, 각각의 빔에 빔 식별자를 포함하여 전송하도록 구성되는데(610), 이는 앞서 제 1 단계에서 이미 설명된 바와 같다.
단말이 전송하는 측정 보고에는 현재 단말에게 수신되는 빔들의 식별자와, 측정된 무선 품질 등의 정보가 포함된다.
이를 기반으로 기지국은 단말의 무선 상황을 파악하고, 최적의 빔으로 이동을 결정하게 된다(612). 예컨대, 기지국은 단말로부터 전달된 측정 보고 메시지를 통해 현재 수신 가능한 2개 이상의 빔이 있으면 각각의 측정 결과가 어떤지를 파악하여 단말의 빔 영역 이동을 결정하게 된다. 예컨대, 단말이 보고한 빔들 중에서 현재 서비스를 받고 있는 빔의 무선 품질보다 양호한 무선 품질을 가지는 빔이 존재할 경우에 기지국은 보다 양호한 무선 품질을 가지는 빔으로의 빔 영역 이동을 결정할 수가 있다. 한편, 여기에서 ‘양호’의 의미는 반드시 수신 신호의 강도가 높다는 것만으로 한정되지 않으며, 전체적인 시스템 성능 향상을 위해 빔 영역 이동을 결정하기 위한 다양한 지표에 의해서 표상될 수 있다.
도 5를 통하여 설명된 바와 같이, 본 발명은 단말이 동일 기지국 내에 새로운 빔 영역에 진입할 경우, 복잡한 절차의 수행 없이 RRC 계층과 MAC계층의 신호 메시지를 통해 바로 빔 전환이 가능하게 한다.
따라서, 측정 결과에 따라 새로운 빔 영역으로의 전환이 결정되면, 기지국은 RRC 계층의 메시지(예컨대, RRC Connection Reconfiguration)를 통해 새로운 빔 영역으로의 전환을 단말에게 알린다(613). 이에 따라, 단말은 새로운 빔 영역에서 수신을 준비한다(614).
이후 기지국은 MAC 계층의 컨트롤 엘리먼트(CE: Control Element) 메시지(예컨대, MAC Activation/Deactivation CE)를 이용하여 새로운 빔으로의 통신을 활성화 한다(615).
RRC 계층과 MAC 계층의 CE를 통해 새로운 빔으로 전환하고 활성화까지 마친 단말은 RRC 계층의 응답 메시지(예컨대, RRC Connection Reconfiguration Complete)로 기지국에 결과를 통보한다(616).
이하에서는, 상술된 본 발명의 이동통신 시스템 운영 방법을 기지국 측면의 동작 방법과 단말 측면의 동작 방법으로 분리하여 보다 자세히 기술한다.
본 발명에 따른 기지국의 동작 방법
도 7은 본 발명에 따른 기지국의 동작 방법의 일 측면을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 기지국의 동작 방법의 일 측면은 앞서 설명된 본 발명의 이동통신 시스템 운영방법의 제 1 단계와 제 2 단계를 실현하기 위한 기지국의 동작 방법으로서, 다수의 빔을 형성하는 단계(S710), 상기 다수의 빔 각각에 대하여 빔 식별자를 할당하고, 각각의 빔에 대응되는 빔 식별자를 각각의 빔을 이용하여 전송하는 단계(S720) 및 단말로부터 상기 단말이 선택한 빔의 빔 식별자를 수신하는 단계(S730)를 포함하여 구성될 수 있다.
다수의 빔을 형성하는 단계(S710)는 기지국이 빔 형성(beam forming)을 수행하여 다수의 빔을 공간 상에 생성하는 단계이다. 이때, 다수의 빔 각각에는 각각의 빔을 특정할 수 있는 빔 식별자가 할당되고, 각각의 빔에 대응되는 빔 식별자는 각각의 빔을 이용하여 전송된다. 이 경우, 빔 식별자는 동기 신호 또는 시스템 정보 방송 채널을 통하여 방송될 수 있다.
앞서 언급된 바와 같이, 기지국은 다수의 가늘고 정밀한 빔들을 빔 포밍 기술을 이용하여 생성하여 운영 가능하며(특히, SHF/EHF 대역에서), 각 빔은 독립적인 제어 정보와 데이터 전송을 위한 무선 채널들을 가질 수 있다. 따라서, 기지국은 생성된 각각의 빔에 대하여 식별자(identifier)를 부여할 수 있으며, 빔 식별자 정보는 각각의 빔에 해당되는 동기 신호 또는 시스템 정보 전송 채널을 이용하여 전송이 될 수 있을 것이다.
여기에서, 단계(S710)와 단계(S720)는 앞서 언급된 본 발명에 따른 이동통신 시스템 운영방법의 제 1 단계에 속한 기지국의 동작을 규정한다.
다음으로, 단계(S730)는 기지국이 단말로부터 단말이 선택한 빔의 빔 식별자를 수신하는 단계로서, 기지국이 생성한 다수개의 빔 중에서 각각의 단말이 선택한 최적의 빔에 대한 정보를 기지국이 보고받는 단계이다.
이때, 단말은 랜덤 액세스 채널을 이용하여 랜덤 액세스 방식으로 자신이 선택한 빔의 빔 식별자 정보를 기지국에 보고하도록 구성될 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 기지국의 동작 방법의 다른 측면을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 기지국의 동작 방법의 일 측면은 앞서 설명된 본 발명의 이동통신 시스템 운영방법의 제 3 단계를 실현하기 위한 기지국의 동작 방법으로서, 단말로부터 상기 단말이 수신한 적어도 하나의 빔의 식별자와 무선 품질 측정 결과를 수신하는 단계(S810), 상기 무선 품질 측정 결과에 기초하여, 상기 단말의 빔 영역 이동을 결정하는 단계(S820), 상기 빔 영역 이동이 결정된 단말에게 제 1 메시지를 이용하여 빔 영역 이동을 지시하고, 제 2 메시지를 이용하여 새로운 빔 영역에서의 통신 활성화를 지시하는 단계(S830) 및 상기 단말로부터 제 3 메시지를 통하여 빔 영역 이동과 이동된 빔 영역에서의 통신 활성화 결과를 응답받는 단계(S840)를 포함하여 구성될 수 있다.
단계(S810)에서 기지국은 단말로부터 단말이 수신한 빔 식별자 정보와 각각의 빔의 무선 품질을 측정한 결과를 측정 보고(measurement report)로서 수신한다. 이때, 측정 보고는 단말로부터 주기적(periodic) 또는 비주기적(aperiodic)으로 수신될 수 있으며, 주기적으로 수신될 경우의 주기 값은 기지국에 의해서 설정될 수 있다. 측정 보고는 단말이 수신하는 2개 이상의 빔의 무선 품질의 차이가 소정의 기준을 넘어설 경우, 단말이 현재 서비스를 받고 있는 빔의 무선 품질이 소정의 기준 이하로 떨어질 경우, 단말이 현재 서비스를 받고 있는 빔의 무선 품질보다 소정의 기준 이상으로 양호한 무선 품질을 가진 빔이 새롭게 측정된 경우 등 다양한 이벤트(event)를 정의하여 이벤트의 조건을 충족할 경우에 보고가 이루어지도록 설정될 수도 있을 것이다.
단계(S820)에서 기지국은 단말로부터 수신한 측정 결과에 기초하여 단말의 빔 영역 이동을 결정한다.
예컨대, 기지국은 단말로부터 전달된 Measurement Report 메시지를 통해 현재 수신 가능한 2 이상의 빔이 있으면 각각의 측정 결과가 어떤지를 파악하여 단말의 빔 영역 이동을 결정하게 된다. 예컨대, 단말이 보고한 빔들 중에서 현재 서비스를 받고 있는 빔의 무선 품질보다 양호한 무선 품질을 가지는 빔이 존재할 경우에 기지국은 보다 양호한 무선 품질을 가지는 빔으로의 빔 영역 이동을 결정할 수가 있다.
단계(S830)에서 기지국은 빔 영역 이동이 결정된 단말에게 제 1 메시지를 이용하여 빔 영역 이동을 지시하고, 제 2 메시지를 이용하여 새로운 빔 영역에서의 통신 활성화를 지시한다. 이때, 제 1 메시지로는 RRC 계층 메시지가 이용될 수 있으며, 구체적인 일 예로서 RRC 연결 재설정 메시지(RRC Connection Reconfiguration)가 제 1 메시지로서 이용될 수 있을 것이다. 이때, 제 2 메시지로는 MAC 계층의 컨트롤 엘리먼트(CE)의 메시지가 이용될 수 있을 것이다.
단계(S840)에서 기지국은 단말로부터 제 3 메시지를 통하여 빔 영역 이동과 이동된 빔 영역에서의 통신 활성화 결과를 응답 받을 수 있다. 이때, 제 3 메시지로는 상술된 제 1 메시지와 마찬가지로 RRC 계층 메시지가 이용될 수 있을 것이다. 이때, 제 3 메시지의 구체적인 일 예로서 RRC 연결 재설정 완료 메시지(RRC Connection Reconfiguration Complete)가 이용될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 단말의 동작 방법
도 9는 본 발명에 따른 단말의 동작 방법의 일 측면을 설명하기 위한 순서도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 단말의 동작 방법의 일 측면은 앞서 설명된 본 발명의 이동통신 시스템 운영방법의 제 1 단계와 제 2 단계를 실현하기 위한 단말의 동작 방법으로서, 적어도 하나의 빔을 수신하는 단계(S910), 수신된 적어도 하나의 빔 중에서 하나의 빔을 선택하고, 선택된 빔으로부터 빔 식별자를 획득하는 단계(S920) 및 상기 획득된 빔 식별자를 기지국에 통보하는 단계(S930)를 포함한 를 포함하여 구성될 수 있다.
단계(S910)에서 단말은 기지국이 생성한 다수의 빔을 수신한다. 이때, 단말은 현재 단말이 위치한 영역에 따라서 하나의 빔만을 수신할 수도 있으며, 다수의 빔이 중첩되어 수신될 수도 있다.
단계(S920)에서 단말은 자신이 수신하는 적어도 하나의 빔들 중에서 자신이 서비스 받아야 하는 빔을 선택하고, 선택된 빔의 빔 식별자를 획득한다. 단말은 통상적으로 가장 양호한 수신 신호 품질을 가지는 빔을 선택할 수 있으나, 단말이 자신에게 최적의 빔을 선택하는 기준은 이동통신 시스템의 운영 정책(예컨대, 부하 분산 등)에 따라서 달라질 수 있을 것이다. 단말은 선택된 빔의 빔 식별자 정보를 선택된 빔의 동기 신호 또는 시스템 정보 방송 채널을 통하여 획득할 수 있다. 3GPP LTE 시스템의 예로서, 단말은 선택된 빔의 동기 신호(PSS/SSS)와 시스템 정보 방송 채널(PBCH)를 통하여 빔 식별자 정보를 획득하도록 구성될 수 있다.
마지막으로, 단계(S930)에서 단말은 획득된 빔 식별자를 기지국에 통보한다.
단말이 획득한 빔 식별자 정보를 기지국으로 통보하는 방법의 일 예로는 Random Access 채널을 통해 랜덤 액세스 메시지(예컨대, 랜덤 액세스 프리앰블로 구성)로서 기지국에 전송하도록 구성될 수 있다. 단말은 기지국과 상향링크 동기를 설정하지 못한 상태일 가능성이 크므로, 랜덤 액세스 방식을 이용하는 것이 바람직하나, 기타 다른 메시지 전송 방법을 이용하는 것도 가능하다.
도 10은 본 발명에 따른 단말의 동작 방법의 다른 측면을 설명하기 위한 순서도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 단말의 동작 방법의 일 측면은 앞서 설명된 본 발명의 이동통신 시스템 운영방법의 제 3 단계를 실현하기 위한 단말의 동작 방법으로서, 단말이 수신한 적어도 하나의 빔의 식별자와 무선 품질 측정 결과를 기지국으로 보고하는 단계(S1010), 상기 기지국으로부터 제 1 메시지를 통하여 빔 영역 이동을 지시받고, 제 2 메시지를 통하여 새로운 빔 영역에서의 통신을 활성화를 지시받는 단계(S1020) 및 상기 기지국에게 제 3 메시지를 이용하여 빔 영역 이동과 이동된 빔 영역에서의 통신 활성화 결과를 응답하는 단계(S1030)를 포함하여 구성될 수 있다.
단계(S1010)에서, 단말은 기지국으로 단말이 수신한 빔 식별자 정보와 각각의 빔의 무선 품질을 측정한 결과를 측정 보고(measurement report)로서 보고한다. 이때, 측정 보고는 주기적(periodic) 또는 비주기적(aperiodic)으로 기지국에 보고될 수 있으며, 주기적으로 보고될 경우의 주기 값은 기지국에 의해서 설정될 수 있다. 측정 보고는 단말이 수신하는 2개 이상의 빔의 무선 품질의 차이가 소정의 기준을 넘어설 경우, 단말이 현재 서비스를 받고 있는 빔의 무선 품질이 소정의 기준 이하로 떨어질 경우, 단말이 현재 서비스를 받고 있는 빔의 무선 품질보다 소정의 기준 이상으로 양호한 무선 품질을 가진 빔이 새롭게 측정된 경우 등 다양한 이벤트(event)를 정의하여 이벤트의 조건을 충족할 경우에 보고가 이루어지도록 설정될 수도 있을 것이다.
단계(S1020)에서, 단말은 기지국으로부터 제 1 메시지를 통하여 빔 영역 이동을 지시받고, 제 2 메시지를 통하여 새로운 빔 영역에서의 통신 활성화를 지시 받는다. 이때, 제 1 메시지로는 RRC 계층 메시지가 이용될 수 있으며, 구체적인 일 예로서 RRC 연결 재설정 메시지(RRC Connection Reconfiguration)가 제 1 메시지로서 이용될 수 있을 것이다. 이때, 제 2 메시지로는 MAC 계층의 컨트롤 엘리먼트(CE)의 메시지가 이용될 수 있을 것이다.
단계(S840)에서 단말은 기지국에게 제 3 메시지를 이용하여 빔 영역 이동과 이동된 빔 영역에서의 통신 활성화 결과(즉, 단계(S830)의 지시에 대한 처리 결과 또는 지시 수신에 대한 확인)를 응답할 수 있다. 이때, 제 3 메시지로는 상술된 제 1 메시지와 마찬가지로 RRC 계층 메시지가 이용될 수 있을 것이다. 이때, 제 3 메시지의 구체적인 일 예로서 RRC 연결 재설정 완료 메시지(RRC Connection Reconfiguration Complete)가 이용될 수 있을 것이다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
210: 기지국
211, 213, 215, 217, 219: 빔
212, 214, 216, 218, 220: 빔 식별자
230: 단말
240: 랜덤 액세스 채널

Claims (17)

  1. 다수의 빔을 운영하는 이동통신 시스템에서 기지국의 동작 방법으로서,
    다수의 빔을 형성하는 단계;
    상기 다수의 빔 각각에 대하여 빔 식별자를 할당하고, 각각의 빔에 대응되는 빔 식별자를 각각의 빔을 이용하여 전송하는 단계; 및
    단말로부터 상기 단말이 선택한 빔의 빔 식별자를 수신하는 단계를 포함하는 이동통신 시스템의 기지국 동작 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 이동통신 시스템은 운영 대역으로서 SHF(Super High Frequency) 또는 EHF(Extremely High Frequency) 대역을 이용하는 이동통신 시스템의 기지국 동작 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 빔 식별자는 각각의 빔을 이용하여 전송되는 동기 신호(synchronization signal) 또는 시스템 정보 방송 채널을 통하여 방송되는 이동통신 시스템의 기지국 동작 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 단말로부터 상기 빔 식별자는 랜덤 액세스 채널을 통하여 수신되는 이동통신 시스템의 기지국 동작 방법.
  5. 다수의 빔을 운영하는 이동통신 시스템에서 단말의 동작 방법으로서,
    적어도 하나의 빔을 수신하는 단계;
    수신된 적어도 하나의 빔 중에서 하나의 빔을 선택하고, 선택된 빔으로부터 빔 식별자를 획득하는 단계; 및
    상기 획득된 빔 식별자를 기지국에 통보하는 단계를 포함한 이동통신 시스템의 단말 동작 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 이동통신 시스템은 운영 대역으로서 SHF(Super High Frequency) 또는 EHF(Extremely High Frequency) 대역을 이용하는 이동통신 시스템의 단말 동작 방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 빔 식별자는 상기 선택된 빔을 통하여 수신되는 동기 신호 또는 시스템 정보 방송 채널로부터 획득되는 이동통신 시스템의 단말 동작 방법.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 획득된 빔 식별자는 랜덤 액세스 채널을 통하여 상기 기지국에 통보되는 이동통신 시스템의 단말 동작 방법.
  9. 다수의 빔을 운영하는 이동통신 시스템에서 기지국의 동작 방법으로서,
    단말로부터 상기 단말이 수신한 적어도 하나의 빔의 식별자와 무선 품질 측정 결과를 수신하는 단계;
    상기 무선 품질 측정 결과에 기초하여, 상기 단말의 빔 영역 이동을 결정하는 단계;
    상기 빔 영역 이동이 결정된 단말에게 제 1 메시지를 이용하여 빔 영역 이동을 지시하고, 제 2 메시지를 이용하여 새로운 빔 영역에서의 통신 활성화를 지시하는 단계; 및
    상기 단말로부터 제 3 메시지를 통하여 빔 영역 이동과 이동된 빔 영역에서의 통신 활성화 결과를 응답받는 단계를 포함한 이동통신 시스템의 기지국 동작 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 빔 영역 이동을 결정하는 단계는, 상기 단말로부터 보고받은 무선 품질 측정 결과에 기초하여, 상기 단말에 현재 서비스 중인 제 1 빔보다 양호한 무선 품질을 가지는 제 2 빔이 존재할 경우 상기 제 2 빔으로 빔 영역 이동을 결정하는 이동통신 시스템의 기지국 동작 방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 제 1 메시지와 상기 제 3 메시지는 RRC(Radio Resource Control) 계층 메시지로 구성되는 이동통신 시스템의 기지국 동작 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제 1 메시지는 RRC 연결 재설정(RRC Connection Reconfiguration) 메시지이며, 상기 제 3 메시지는 RRC 연결 재설정 완료(RRC Connection Reconfiguration Complete) 계층 메시지로 구성되는 이동통신 시스템의 기지국 동작 방법.
  13. 청구항 9에 있어서,
    상기 제 2 메시지는 MAC(Media Access Control) 계층 CE(Control Element) 메시지로 구성되는 이동통신 시스템의 기지국 동작 방법.
  14. 다수의 빔을 운영하는 이동통신 시스템에서 단말의 동작 방법으로서,
    단말이 수신한 적어도 하나의 빔의 식별자와 무선 품질 측정 결과를 기지국으로 보고하는 단계;
    상기 기지국으로부터 제 1 메시지를 통하여 빔 영역 이동을 지시받고, 제 2 메시지를 통하여 새로운 빔 영역에서의 통신을 활성화를 지시받는 단계; 및
    상기 기지국에게 제 3 메시지를 이용하여 빔 영역 이동과 이동된 빔 영역에서의 통신 활성화 결과를 응답하는 단계를 포함한 이동통신 시스템의 단말 동작 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 제 1 메시지와 상기 제 3 메시지는 RRC(Radio Resource Control) 계층 메시지로 구성되는 이동통신 시스템의 단말 동작 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 제 1 메시지는 RRC 연결 재설정(RRC Connection Reconfiguration) 메시지이며, 상기 제 3 메시지는 RRC 연결 재설정 완료(RRC Connection Reconfiguration Complete) 계층 메시지로 구성되는 이동통신 시스템의 단말 동작 방법.
  17. 청구항 14에 있어서,
    상기 제 2 메시지는 MAC(Media Access Control) 계층 CE(Control Element) 메시지로 구성되는 이동통신 시스템의 단말 동작 방법.
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