KR20140125693A - 분산 셀 구조의 이동 통신 시스템에서 기지국간 동기화 방법 및 장치 - Google Patents

분산 셀 구조의 이동 통신 시스템에서 기지국간 동기화 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 분산 셀 구조의 이동 통신 시스템에서 기지국간 동기화 방법은, 동기화 대상인 다른 기지국과의 타이밍 오류를 측정하는 과정과, 상기 타이밍 오류의 측정 결과를 근거로 제1 서브프레임의 심볼 개수 보다 적어도 하나 적은 심볼 개수를 갖는 적어도 하나의 제2 서브프레임을 이용하여 상기 다른 기지국과의 동기화를 수행하는 과정을 포함한다.

Description

분산 셀 구조의 이동 통신 시스템에서 기지국간 동기화 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR SYNCHRONIZATION BETWEEN BASE STATIONS ON DISTRIBUTED CELL STRUCTURE}
본 발명은 이동 통신 시스템에서 동기화 방법 및 장치에 대한 것으로서, 특히 이동 통신 시스템에서 기지국간 동기화 방법 및 장치에 대한 것이다.
이동 통신 시스템은 초기의 음성 위주의 서비스를 제공하던 것에서 벗어나 데이터 서비스 및 멀티미디어 서비스 제공을 위해 고속, 고품질의 무선 패킷 데이터 통신 시스템으로 발전하고 있다. 이에 3GPP의 HSDPA(high speed downlink packet access), LTE(long term evolution) 등의 고속 패킷 데이터 서비스를 제공하는 이동 통신 시스템들이 개발되고 있다.
이동 통신 시스템에서 이동 단말은 기지국과 통신을 위해 기지국과의 동기 획득이 요구되며, 도 1은 일반적인 LTE 시스템의 하향 링크에서 동기 획득을 위한 PSS(Primary Synchronization Signal), SSS(Secondary Synchronization Signal)가 전송되는 프레임 구조를 나타낸 것으로서, 이는 FDD(Frequency Division Duplexing) 방식의 프레임 구조를 나타낸 것이다. 도 1에서 하나의 프레임(101)의 길이는 10㎳이며, 하나의 프레임(101)은 1㎳ 길이의 10 개의 서브프레임(103)으로 구성되어 있으며, 하나의 서브프레임(103)은 다시 0.5㎳ 길이의 두 개의 슬롯(105)으로 구성된다. FDD 방식에서 PSS(111)는 각 슬롯(105)에서 0번째와 5번째 서브프레임의 마지막 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼에서 전송되며, SSS(113)는 각 슬롯(105)에서 PSS(111)가 전송되는 바로 앞의 OFDM 심볼에서 전송된다. 이동 단말은 PSS(111)와 SSS(113)를 수신하여 프레임 동기를 획득할 수 있다.
도 2은 일반적인 LTE 시스템의 하향 링크에서 슬롯 구조를 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하면, 도 2의 (A)는 OFDM 심볼에서 일반 CP(Normal Cyclic Prefix)를 이용하는 슬롯 구조를 나타낸 것으로서, 하나의 슬롯에 7 개의 OFDM 심볼이 전송된다. 도 2의 (B)는 OFDM 심볼에서 확장 CP(Extended CP)를 사용하는 슬롯 구조를 나타낸 것으로서, 하나의 슬롯에 6 개의 OFDM 심볼이 전송된다. 즉 LTE 시스템에서는 CP의 종류에 따라 슬롯에 포함되는 심볼들의 개수가 달라진다.
그리고 LTE 시스템에서 하나의 슬롯의 길이는 0.5㎳이며, 슬롯의 길이는 사용되는 CP의 종류에 따라서 달라지지 않는다. 아래 <표 1>은 LTE 시스템에서 CP 길이와 심볼 길이의 계산에 필요한 변수들과 그 값을 나타낸 것이다.
Figure pat00001
도 3은 일반적인 LTE 시스템에서 TDD(Time Division Duplexing) 방식의 프레임 구조를 나타낸 것이다. 도 3을 참조하면, 10㎳ 길이의 하나의 프레임(301)은 5㎳ 길이의 2 개의 하프 프레임(Half-Frame)(303)으로 구성되며, 하나의 하프 프레임(303)은 다시 1㎳ 길이의 5 개의 서브프레임(305)으로 구성된다. TDD 방식의 프레임 구조와 상기 FDD 방식의 프레임 구조에서 다른 점은 TDD 방식의 프레임 구조에서 동기 획득을 위한, 즉 타이밍 조절을 위한 특별 서브 프레임(401)이 도 4와 같이 1번째와 6번째 서브프레임에 각각 위치한다.
따라서 OFDM 전송 방식을 이용하는 LTE 시스템에서 이동 단말은 도 1 또는 도 3의 프레임 구조에서 특정 서브프레임을 수신하여 동기를 획득할 수 있다.
한편 스마트 폰 등과 같이 고속 패킷 서비스를 이용하는 휴대 단말의 보급 확산으로 인해 네트워크에서 데이터 트래픽이 급격하게 증가하고 있으며, 휴대 단말을 이용한 응용 서비스들은 더욱 더 활성화될 것이므로 데이터 트래픽은 지금 보다 훨씬 더 증가할 것으로 예상된다. 따라서 상기 LTE 시스템과 같이 고속 패킷 서비스를 제공하는 이동 통신 시스템에서는 전체 용량(capability)을 증가시키면서, 데이터 트래픽을 분산시키기 위해 피코 셀(pico-cell)과, 펨토 셀(femto cell)과, 무선 랜(Wireless Local Access Network : WLAN) 등과 같은, 비교적 작은 서비스 커버리지를 가지는 소형 셀(small cell)의 기지국을 추가적으로 설치하고 있으며, 기존 매크로 셀의 기지국의 데이터 트래픽을 소형 셀의 기지국으로 분산시켜 소형 셀 기지국의 사용을 최대화시키기 위한 기술들이 이용되고 있다. 이와 같이 이동 통신 시스템에서 매크로 셀의 기지국과 소형 셀의 기지국이 혼재하는 네트워크 구조를 분산 셀(distributed cell) 구조라 부른다.
상기한 분산 셀 구조에서는 이동 단말의 이동에 따라 핸드오버가 빈번하게 수행되며, 셀의 서비스 영역이 동적으로 변화하기 때문에 각 셀의 기지국 간에 타이밍 오류(timing error)가 발생되기 쉽다. 그리고 기지국 간의 타이밍 오류는 서비스 중단이나 이동 단말의 네트워크 재연결을 유발하는 요인으로 작용한다. 따라서 상기 분산 셀 구조의 네트워크에서 기지국간의 타이밍 오류를 줄이기 위한 방안이 요구된다.
본 발명은 분산 셀 구조의 이동 통신 시스템에서 기지국간의 동기화를 효율적으로 수행하는 장치 및 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 분산 셀 구조의 이동 통신 시스템에서 기지국간 동기화를 위한 서브프레임 구조를 제공한다.
또한 본 발명은 분산 셀 구조의 이동 통신 시스템에서 기지국간 동기화를 위한 서브프레임의 타입 결정 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 분산 셀 구조의 이동 통신 시스템에서 기지국간 동기화 방법은, 동기화 대상인 다른 기지국과의 타이밍 오류를 측정하는 과정과, 상기 타이밍 오류의 측정 결과를 근거로 제1 서브프레임의 심볼 개수 보다 적어도 하나 적은 심볼 개수를 갖는 적어도 하나의 제2 서브프레임을 이용하여 상기 다른 기지국과의 동기화를 수행하는 과정을 포함한다.
또한 본 발명의 실시 예에 따른 분산 셀 구조의 이동 통신 시스템에서 기지국은, 다른 기지국과의 타이밍 오류를 측정하기 위한 정보를 상기 다른 기지국과 송수신하는 통신 인터페이스와, 상기 정보를 근거로 상기 타이밍 오류를 측정하고, 상기 타이밍 오류의 측정 결과를 근거로 제1 서브프레임의 심볼 개수 보다 적어도 하나 적은 심볼 개수를 갖는 적어도 하나의 제2 서브프레임을 이용하여 상기 다른 기지국과의 동기화를 수행하는 동작을 제어하는 제어부를 포함한다.
도 1은 일반적인 LTE 시스템의 하향 링크에서 FDD 방식의 프레임 구조를 나타낸 도면,
도 2는 도 1의 LTE 시스템의 하향 링크에서 슬롯 구조를 나타낸 도면,
도 3은 일반적인 LTE 시스템의 하향 링크에서 TDD 방식의 프레임 구조를 나타낸 도면,
도 4는 도 3의 LTE 시스템에서 특별 서브프레임의 구조를 나타낸 도면,
도 5는 분산 셀 구조의 이동 통신 시스템에서 기지국간 타이밍 오류가 발생되는 상황을 설명하기 위한 도면,
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 분산 셀 구조의 이동 통신 시스템에서 서브프레임의 슬롯 구조를 설명하기 위한 도면,
도 7은 LTE 시스템에서 제어신호나 참조신호가 전송되지 않는 서브프레임의 영역을 나타낸 도면,
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 분산 셀 구조의 이동 통신 시스템에서 기지국간 동기화 방법을 나타낸 순서도,
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 분산 셀 구조의 이동 통신 시스템에서 기지국간 동기화 방법을 구체적으로 설명하기 위한 순서도,
도 10은 LTE 시스템에서 참조되는 슬롯 길이, 심볼 길이 등을 예시한 도면,
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 기지국간 동기화 시 기지국이 이동 단말에게 제어 정보를 전송하는 절차를 나타낸 흐름도,
도 12 내지 도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 제1 타입의 슬롯 구조를 이용한 기지국간 동기화 과정을 설명하기 위한 도면,
도 15 내지 도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 제2 타입의 슬롯 구조를 이용한 기지국간 동기화 과정을 설명하기 위한 도면,
도 19는 TDD 방식의 LTE 시스템에서 특별 서브프레임의 구조를 나타낸 도면,
도 20은 본 발명의 실시 예에 따른 기지국간 동기화 방법을 TDD 방식의 LTE 시스템에 적용하는 경우 특별 서브프레임의 구조를 나타낸 도면.
하기에서 본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 이동 통신 시스템에서 기지국간 동기화 방안은 전술한 바와 같이, 매크로 셀과 소형 셀이 혼재하는 분산 셀 구조에서 적용될 수 있는 동기화 기술이다. 이러한 분산 셀 구조에서는 기지국 간의 결합 전송(Joint Transmission)이 가능하고, 핸드오버가 빈번히 일어나며, 셀 호흡(Cell Breathing) 또는 동적인 기지국 온/오프 스위칭(Dynamic BS On/Off Switching)을 통해 셀의 통신 반경이 동적으로 변할 수 있다. 각 셀의 기지국에서는 타임 스탬프(Time Stamp)가 포함된 패킷 교환을 통해 기지국 간 타이밍 오류에 대한 예측 값을 계산/추정할 수 있으며, 이를 통해 기지국간 동기화의 수행 여부를 결정할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서는 상기 분산 셀 구조를 예로 들었으나, 본 발명은 OFMD 전송 방식을 사용하며, 기지국 간에 타이밍 오류가 발생될 수 있는 각종 이동 통신 시스템에 적용될 수 있다. 그리고 하기 실시 예에서 기지국(Base Station : BS)은 eNode, ENB 등을 포괄하는 용어로 이해될 수 있으며, 이동 단말(Mobile Station : ㎳)는 UE(㎲er Equipment), 단말(terminal), 사용자 장치(㎲er Device) 등을 포괄하는 용어로 이해될 수 있다. 그리고 배경 기술에서 LTE 시스템은 OFDM 전송 방식을 이용하는 이동 통신 시스템의 일 예를 든 것이며, 본 발명의 실시 예가 반드시 LTE 시스템에 한정되는 것은 아님에 유의하여야 할 것이다.
도 5는 분산 셀 구조의 이동 통신 시스템에서 기지국간 타이밍 오류가 발생되는 상황을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 예를 들어 제1 기지국(501)과 제2 기지국(503) 간에 타임 스탬프(Time Stamp)가 포함된 패킷 교환을 통해 기지국간 타이밍 오류(505)의 예측 값이 계산 또는 측정될 수 있다. 상기 타이밍 오류(505)의 예측 값이 구해지면, 기지국간 동기화 과정이 시작된다. 동기화가 시작되면 일정 기간(507) 동안 예컨대, 제2 기지국(503)에서 데이터 전송이 중단된다. 제2 기지국(503)과 제1 기지국(501) 간의 동기화가 완료된 후, 제2 기지국(503)에 연결된 이동 단말들(도시되지 않음)은 제2 기지국(503)과 재연결 동작이 요구된다. 즉 도 5와 같이 제2 기지국(503)은 제1 기지국(501)과의 타이밍 오류(505)를 예측하고, 전송 중단 구간(507)이 지난 후에야 제1 기지국(501)과 동기가 맞게 된다. 이와 같이 분산 셀 구조에서 기지국간 동기화 시 기지국의 데이터 전송이 중단되고, 이동 단말의 재연결 동작이 요구되며, 이는 서비스 중단/지연과 서비스 품질의 저하를 발생시키게 된다.
본 발명의 실시 예에서는 기지국간 동기화 시 전송 중단, 재연결의 문제를 해결할 수 있는 새로운 서브프레임 구조를 제안하며, 제안된 새로운 서브프레임 구조는 LTE 시스템을 예로 든 것이다.
상기 새로운 서브프레임 구조는 도 5의 전송 중단 구간(507)에서 사용될 수 있는 서브프레임 구조이다. LTE 시스템에서 FDD 방식을 예로 들면, 서브프레임은 두 개의 슬롯으로 구성된다. 본 발명의 실시 예에서 제안하는 분산 셀 구조의 이동 통신 시스템에서 서브프레임의 슬롯 구조는 도 6의 (B), (C)와 같다. 도 6의 (A)는 기존 LTE 시스템에서 일반 CP를 이용하는 7개의 OFDM 심볼들로 구성되는 슬롯 구조(601)와 확장 CP를 이용하는 6개의 OFDM 심볼들로 구성되는 슬롯 구조(603)를 나타낸 것이다.
도 6의 (B), (C)에 도시된 슬롯 구조는 기존 LTE 시스템에서 슬롯의 길이인 0.5㎳ 보다 그 길이가 짧으며, 도 5의 전송 중단 구간(507)에서 반복 사용하여 두 기지국 간의 타이밍 오류를 CP 길이 이내로 맞출 수 있도록 제안된 것이다. 도 6의 (B)는 본 발명의 실시 예에서 제안하는 제1 타입의 슬롯 구조(605)이고, 도 6의 (C)는 본 발명의 실시 예에서 제안하는 제2 타입의 슬롯 구조(607)이다. 그리고 도 6에서 TCP는 CP 길이, TU는 OFDM 심볼에서 CP 길이(TCP)을 제외한 심볼 길이를 의미한다.
상기 제1 타입의 슬롯 구조(605)는 도 6의 (A)에서 참조 번호 601의 슬롯 구조와 비교하였을 때 OFDM 심볼 개수가 하나 적다. 상기 제1 타입의 슬롯에 포함되는 OFDM 심볼의 개수는 6 개이며, 각 OFDM 심볼의 길이는 약 0.43㎳이다. 상기 제2 타입의 슬롯 구조(607)는 도 6의 (A)에서 참조 번호 601, 603의 슬롯 구조와 비교하였을 때 OFDM 심볼 개수가 하나 또는 두 개가 적다. 상기 제2 타입의 슬롯에 포함되는 OFDM 심볼의 개수는 5 개이며, 각 OFDM 심볼은 0.43㎳ 보다 크고 0.5㎳ 보다 작은 길이를 갖는다. 그리고 상기 제2 타입의 슬롯 구조에서 슬롯 길이가 가변적인 것은 OFDM 심볼에서 CP 길이를 가변적으로 사용하기 때문이며, 여기서 가변적으로 사용하는 새로운 CP의 길이(TNCP)는 상기 <표 1>에서 확장 CP의 길이인
Figure pat00002
보다 길며, 슬롯의 길이가 0.5㎳ 미만이 되도록 하기 위해 최대
Figure pat00003
까지 길어질 수 있다.
상기 제1 및 제2 타입의 슬롯 구조에서 심볼의 개수를 줄인 이유는 도 7의 일반 LTE 시스템의 서브프레임 구조에서 하나의 슬롯(701) 내 6번째, 7번째 심볼의 영역(703)에서는 제어 신호(control signal), 참조 신호(reference signal)가 전송되지 않기 때문이다. 따라서 상기 제1 및 제2 타입의 슬롯 구조와 같이 하나의 슬롯에서 심볼의 개수를 하나 또는 두 개를 줄이더라도 이동 단말의 통신에 필요한 중요 신호인 제어 신호, 참조 신호 등에 영향을 주지 않게 된다. 이러한 새로운 슬롯 구조는 LTE 시스템에 국한되지 않고, 유사한 슬롯 구조를 이용하는 다양한 통신 시스템에 적용될 수 있다.
상기 제1 타입의 슬롯 구조가 적용된 서브프레임과 프레임을 각각 제1 타입의 서브프레임과, 제1 타입의 프레임이라 칭하고, 상기 제2 타입의 슬롯 구조가 적용된 서브프레임과 프레임을 각각 제2 타입의 서브프레임과, 제2 타입의 프레임이라 칭하기로 한다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 분산 셀 구조의 이동 통신 시스템에서 기지국간 동기화 방법을 나타낸 순서도이다. 도 8의 실시 예에서 기지국간 동기화 방법은 예를 들어 제1 셀의 제1 기지국과 제2 셀의 제2 기지국간에 타이밍 오류가 정해진 임계값을 넘어선 경우 수행된다. 여기서 제1 및 제2 셀은 매크로 셀과 소형 셀이 혼재된 네트워크 구조에 속하는 셀들임을 가정한다. 제1 셀이 매크로 셀이고, 제2 셀은 소형 셀이 될 수 있으며, 제1 셀이 소형 셀이고, 제2 셀이 매크로 셀이 될 수 있다. 또한 제1 셀과 제2 셀이 모두 소형 셀이 될 수도 있다.
도 8의 방법에서 제2 셀의 제2 기지국이 제1 셀의 제1 기지국과 동기화를 수행하는 경우를 가정하면, 801 과정에서 제2 기지국은 제1 기지국과의 타이밍 오류(timing error)를 측정한다. 상기 타이밍 오류는 전술한 바와 같이 기지국들 간에 타임 스탬프를 포함하는 패킷을 송수신하여 측정될 수 있다. 또한 기지국간의 타이밍 오류 측정은 상기 타임 스탬프 외에도 공지된 다양한 방식들을 이용할 수 있다. 만약 제2 기지국에서 측정된 타이밍 오류가 정해진 임계값을 초과하면, 803 과정에서 제2 기지국은 도 5의 전송 중단 구간(507)에서 상기한 제1 타입의 슬롯 구조 또는 제2 타입의 슬롯 구조가 적용된 적어도 하나의 서브프레임을 하향 링크 전송하여 제1 기지국과의 동기를 맞추는 동기화를 수행한다.
예를 들어 상기 측정된 타이밍 오류가 하나의 OFDM 심볼 길이 보다 크거나 또는 정해진 임계값을 초과하는 경우 제2 기지국은 제1 타입의 슬롯 구조가 적용된 제1 타입의 서브 프레임을 한 번 또는 수회 반복 전송하여 타이밍 오류를 하나의 OFDM 심볼 길이 이내로 맞출 수 있다. 이후 제2 기지국은 CP 길이를 조정할 수 있는 제2 타입의 슬롯 구조가 적용된 제2 타입의 서브 프레임을 한 번 또는 수회 반복 전송하여 타이밍 오류를 CP 길이 이내로 맞출 수 있다. 만약 제1 기지국과의 타이밍 오류가 처음부터 하나의 OFDM 심볼 길이 이내이거나 또는 정해진 임계값을 초과하지 않는 경우, 제2 기지국은 제1 타입의 서브 프레임을 이용한 동기화를 수행하지 않고, 제2 타입의 서브 프레임만을 이용하여 동기화를 수행할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 분산 셀 구조의 이동 통신 시스템에서 기지국간 동기화 방법을 구체적으로 설명하기 위한 순서도로서, 이는 도 8의 동기화 방법을 보다 구체적으로 나타낸 것이다.
도 9를 참조하면, 901 과정에서 제2 기지국은 제1 기지국과의 타이밍 오류
Figure pat00004
를 측정한다. 903 과정에서 제2 기지국은 타이밍 오류
Figure pat00005
와 미리 정해된 제1 임계값
Figure pat00006
를 비교하여 타이밍 오류가 제1 임계값 보다 큰 경우, 타이밍 오류가 하나의 OFDM 심볼 길이 보다 큰 것으로 판단하여 905 과정에서 제1 타입의 서브 프레임을 이용한 동기화를 수행한다. 여기서 제1 임계값
Figure pat00007
는 최대 슬롯 타이밍 오류 보다는 작으며,
Figure pat00008
(즉, CP를 포함한 하나의 OFDM 심볼 길이)보다는 큰 값으로 설정될 수 있다. LTE 시스템에서 하나의 슬롯 길이 TSLOT는 0.5㎳이며, 슬롯을 기준으로 타이밍 오류를 판단할 경우, 예를 들어 상기 최대 슬롯 타이밍 오류는 그 슬롯 길이의 절반인 0.25㎳로 설정될 수 있다. TCP는 하나의 CP 길이, TU는 하나의 OFDM 심볼에서 CP 구간(TCP)을 제외한 심볼 길이를 의미한다. 상기 제1 임계값은 슬롯 단위의 동기화를 위한 임계값으로 이해될 수 있다. 이후 907 과정에서 제2 기지국은 제1 기지국과의 타이밍 오류를 다시 측정 하고, 909 과정에서 다시 측정된 타이밍 오류
Figure pat00009
와 제1 임계값
Figure pat00010
를 비교한다. 이때 다시 측정된 타이밍 오류
Figure pat00011
가 제1 임계값
Figure pat00012
보다 여전히 큰 경우, 제2 기지국은 상기 905 과정 내지 909 과정의 동작을 반복하여 수행한다.
상기와 같이 제1 타입의 서브 프레임을 이용한 동기화는 슬롯을 기준으로 타이밍 오류가 하나의 OFDM 심볼의 길이 이내가 될 때까지 반복 수행된다. 따라서 제1 타입의 서브 프레임을 이용한 동기화가 성공적으로 수행되면, 타이밍 오류
Figure pat00013
는 예컨대
Figure pat00014
를 만족한다.
상기한 동작에 따라 상기 909 과정에서 다시 측정된 타이밍 오류
Figure pat00015
가 제1 임계값
Figure pat00016
보다 작거나 같은 것으로 확인되면, 911 과정에서 제2 기지국은 타이밍 오류
Figure pat00017
와 미리 정해진 제2 임계값
Figure pat00018
를 비교하여 타이밍 오류가 제2 임계값 보다 큰 경우, 타이밍 오류가 하나의 CP 길이 보다 큰 것으로 판단하여 913 과정에서 제2 타입의 서브 프레임을 이용한 동기화를 수행한다. 한편 상기 903 과정에서 타이밍 오류가 제1 임계값 보다 작거나 같은 경우, 제2 기지국은 제1 타입의 서브프레임을 이용한 동기화를 수행하지 않고, 바로 상기 911 과정의 동작을 수행한다. 여기서 제2 임계값
Figure pat00019
는 최대 심볼 타이밍 오류 보다는 작으며, 하나의 CP 길이 TCP 보다는 큰 값, 예컨대
Figure pat00020
로 설정될 수 있다. 이는 LTE 시스템에서 하나의 OFDM 심볼의 길이는
Figure pat00021
이며, 심볼을 기준으로 타이밍 오류를 판단할 경우, 최대 심볼 타이밍 오류는 심볼 길이의 절반인
Figure pat00022
로 설정된 예를 나타낸 것이다. Tsymbol은 CP가 포함된 OFDM 심볼의 길이를 의미한다. 상기 제2 임계값은 심볼 단위의 동기화를 위한 임계값으로 이해될 수 있다.
상기한 도 9의 동기화 방법에서 제1 및 제2 임계값의 설정을 위한 최대 슬롯 타이밍 오류와 최대 심볼 타이밍 오류의 값을 정하는 방식은 단지 일 예를 나타낸 것이고, 각각 슬롯 단위와 심볼 단위의 동기화를 위한 적절한 값이 슬롯 길이와 심볼 길이의 범위 내에서 설정될 수 있다. 도 10은 LTE 시스템에서 상기 제1 및 제2 임계값의 정의에서 참조되는 슬롯 길이 TSLOT, CP 길이 TCP , CP를 제외한 심볼 길이 TU , CP를 포함한 심볼 길이
Figure pat00023
의 일 예를 나타낸 것이며, 본 발명의 실시 예가 상기 예시된 값들에 반드시 한정되는 것은 아니다.
상기와 같이 제2 타입의 서브 프레임을 이용한 동기화는 심볼을 기준으로 타이밍 오류가 하나의 CP 길이 이내가 될 때까지 반복 수행된다. 따라서 제2 타입의 서브 프레임을 이용한 동기화가 성공적으로 수행되면, 타이밍 오류
Figure pat00024
는 예컨대
Figure pat00025
를 만족한다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 기지국간 동기화 시 기지국이 이동 단말에게 제어 정보를 전송하는 절차를 나타낸 흐름도로서, 이는 도 9의 기지국간 동기화 방법이 수행되는 경우 기지국(즉 도 9의 실시 예에서 제2 기지국)이 이동 단말에게 제1 및 제2 타입의 서브프레임을 이용하여 하향 링크 전송이 수행됨을 알리는 제어 정보를 전송하는 절차를 나타낸 것이다.
도 11을 참조하면, 1101 과정에서 기지국(120)은 타이밍 오류가 제1 임계값을 초과하는 경우 1103 과정에서 슬롯 단위의 동기화를 위한 제1 타입의 서브프레임(or 제1 타입의 슬롯)이 도 5의 전송 중단 구간(507)에서 하향 링크 전송에 적용됨을 나타내는 제어 정보(Type 1 Frame Control Message)를 이동 단말(110)에게 전송한다. 1105 과정에서 상기 제어 정보를 수신한 이동 단말(110)은 기지국(120)에게 확인 응답 정보(ACK)를 전송하고, 그러면 1007 과정에서 기지국(120)은 도 5의 전송 중단 구간(507)에서 제1 타입의 서브프레임(or 제1 타입의 슬롯)의 구조를 갖는 프레임을 이동 단말(110)에게 전송한다. 만약 상기 1101 과정에서 타이밍 오류가 제1 임계값을 초과하지 않는 경우, 상기 1103 과정 내지 1107 과정은 생략될 수 있다.
그리고 1109 과정에서 기지국(120)은 타이밍 오류가 제2 임계값을 초과하는 경우 1111 과정에서 심볼 단위의 동기화를 위한 제2 타입의 서브프레임(or 제2 타입의 슬롯)이 도 5의 전송 중단 구간(507)에서 하향 링크 전송에 적용됨을 나타내는 제어 정보(Type 2 Frame Control Message)를 이동 단말(110)에게 전송한다. 1113 과정에서 상기 제어 정보를 수신한 이동 단말(110)은 기지국(120)에게 확인 응답 정보(ACK)를 전송하고, 그러면 1115 과정에서 기지국(120)은 도 5의 전송 중단 구간(507)에서 제2 타입의 서브프레임(or 제2 타입의 슬롯)의 구조를 갖는 프레임을 이동 단말(110)에게 전송한다.
본 발명의 실시 예에서 제1 및 제2 타입의 슬롯 구조가 적용된 프레임은 도 5의 전송 중단 구간(507)에서 전송되며, 다른 구간에서는 전송되지 않는다. 다른 실시 예로 타이밍 오류가 일정 임계값을 초과하면, 제1 및 제2 타입의 슬롯 구조를 적응적으로 적용하는 것도 가능할 것이다.
한편 본 발명의 실시 예에서 상기 제어 정보의 전송 시 오버헤드를 줄이기 위해 제2 타입의 슬롯 구조에서 사용하는 새로운 CP의 길이(TNCP)는 예를 들어 수 개의 단계로 미리 양자화된 값들 중 정해진 하나를 사용하는 것도 가능하다. 예를 들어 TNCP의 길이를 512TS 부터 1020TS 까지 범위에서 5 단계로 양자화하여 사용하는 경우 일 예로 TNCP ∈ {612TS, 712TS, 812TS, 912TS, 1012TS} 중에서 TNCP를 선택하여 사용할 수 있다. 상기 TS는 <표 1>과 같이 LTE 시스템에서 기본 시간 단위를 나타낸 것이다. 이 경우 기지국은 이동 단말에게 새로운 CP의 길이(TNCP)의 전송에 필요한 정보량을 줄일 수 있으므로 제어 정보의 전송 시 오버헤드가 줄어든다. 이러한 제어 정보의 전송 방식은 선택적으로 수행될 수 있다.
이하 도 12 내지 도 14를 참조하여 제1 타입의 슬롯 구조를 이용한 기지국간 동기화 과정을 예를 들어 설명하기로 한다.
도 12를 참조하면, LTE 시스템에서 슬롯의 길이 TSLOT=0.5㎳에 대해 슬롯을 기준으로 0.25㎳까지 타이밍 오류(1201)가 발생할 수 있다. 본 출원인의 실험에 의하면, 0.25㎳의 타이밍 오류(1201)가 발생할 경우 제1 타입의 슬롯 구조를 이용한 동기화를 예컨대, 3 번 반복 수행하면(1203, 1205, 1207), 약 35㎲(=0.035㎳) 이하로 타이밍 오류(1209)를 줄일 수 있다. 35㎲의 타이밍 오류는 일반 OFDM 심볼의 길이인 72㎲ 보다 작은 길이이다. 따라서 제1 타입의 슬롯 구조를 이용한 동기화를 반복 수행하면, 일반 OFDM 심볼 하나의 길이 이내로 타이밍 오류를 줄여서 제1 및 제2 기지국(120-1, 120-2) 간의 동기를 맞출 수 있다.
도 13을 참조하면, 초기 타이밍 오류가
Figure pat00026
이고 제2 기지국(120-2)에서 제1 기지국(120-1)에 대한 동기를 맞추기 위하여 제1 타입의 슬롯을 n번 사용할 경우 타이밍 오류
Figure pat00027
는 다음 <수학식 1>과 같이 계산할 수 있다.
Figure pat00028
여기서
Figure pat00029
은 LTE 시스템에서 슬롯 길이 0.5㎳이고, %는 나머지 연산자이다. TA는 제1 타입의 슬롯 길이이다. 상기 <수학식 1>에서 나머지 연산자 % 왼쪽에서
Figure pat00030
을 더해주고, 절대값 연산자
Figure pat00031
안쪽에서
Figure pat00032
를 차감하는 것은 타이밍 오류
Figure pat00033
의 범위를
Figure pat00034
로 한정하기 위함이다.
이때 도 13의 참조 번호 1301과 같이 타이밍 오류
Figure pat00035
가 OFDM 심볼의 길이 TSymbol 보다 작은
Figure pat00036
를 만족시키는 최소의 n을 NType1이라고 할 때, NType1 값은 슬롯 단위의 동기를 맞추기 위한 제1 타입의 슬롯의 반복 사용 횟수이다. 절대값 연산자, 나머지 연산자가 포함된 수학식은 일반적으로 해석적(analytic) 해를 구할 수 없지만, 실험을 통해 얻은 제1 타입의 슬롯의 반복 사용 횟수 NType1은 각 타이밍 오류
Figure pat00037
범위에서 다음 <수학식 2>와 같다. 그리고 도 14은 본 발명의 실시 예에 따른 기지국간 동기화 시 타이밍 오류에 따른 제1 타입의 슬롯 구조의 반복 사용 회수를 나타낸 것이다.
Figure pat00038
이하 도 15 내지 도 18을 참조하여 제2 타입의 슬롯 구조를 이용한 기지국간 동기화 과정을 예를 들어 설명하기로 한다.
도 15를 참조하면, LTE 시스템에서 일반 CP를 포함하는 OFDM 심볼의 길이 TSymbol에 대해 심볼을 기준으로 최대 36㎲까지 타이밍 오류(1501)가 발생할 수 있다. 본 출원인의 실험에 의하면, 36㎲의 타이밍 오류(1501)가 발생한 경우 제2 타입의 슬롯 구조를 이용한 동기화를 예컨대, 3회 반복 수행하면(1503, 1505, 1507), 약 4.5㎲ 이하로 타이밍 오류(1509)를 줄일 수 있다. 4.5㎲의 타이밍 오류는 일반 CP 길이인 4.7㎲보다 작은 길이이다. 따라서 제2 타입의 슬롯 구조를 이용한 동기화를 반복 수행하면, 일반 CP 하나의 길이 이내로 타이밍 오류를 줄여서 제1 및 제2 기지국(120-1, 120-2) 간의 동기를 맞출 수 있다. 이때 도 15의 예에서 이용된 새로운 CP의 길이(TNCP)는
Figure pat00039
이다.
도 16을 참조하면, 초기 타이밍 오류가
Figure pat00040
이고 제2 기지국(120-2)에서 제1 기지국(120-1)에 대한 동기를 맞추기 위하여 제2 타입의 슬롯을 n번 사용할 경우 타이밍 오류
Figure pat00041
는 다음 <수학식 3>과 같이 계산할 수 있다.
Figure pat00042
여기서 TB는 제2 타입의 슬롯 길이이고, TB는 제2 타입의 슬롯 구조에서 이용되는 OFDM 심볼의 가변 CP의 길이(TNCP)에 따라 달라질 수 있다. 이때 도 16의 참조 번호 1601과 같이 타이밍 오류
Figure pat00043
가 일반 CP의 길이 TCP 보다 작은
Figure pat00044
를 만족시키는 최소의 n을
Figure pat00045
이라고 할 때,
Figure pat00046
값은 심볼 단위의 동기를 맞추기 위한 제2 타입의 슬롯의 반복 사용 횟수이다. 이때
Figure pat00047
의 값은 해석적으로 구할 수 없지만
Figure pat00048
로 하여
Figure pat00049
임을 가정하면, 실험을 통해 얻은 제2 타입의 슬롯의 반복 사용 횟수
Figure pat00050
은 각 타이밍 오류
Figure pat00051
범위에서 다음 <수학식 4>와 같다.
Figure pat00052
Figure pat00053
일 때
Figure pat00054
의 최대 사용 회수는 10 회이며, 평균 사용 회수는 1.43 회이다. 이를 각각
Figure pat00055
및
Figure pat00056
라고 할 경우, 제2 타입의 슬롯 길이
Figure pat00057
에 따른 슬롯의 최대 사용 회수와 평균 사용 회수를 실험적으로 구해보면 각각 도 17, 도 18과 같다. 도 17, 도 18을 참조하면,
Figure pat00058
정도 까지는 평균 사용 회수 및 최대 사용 회수가
Figure pat00059
에 따라 증가/감소될 수 있으나,
Figure pat00060
가 되면서부터 평균 사용 회수 및 최대 사용 회수가 대폭 낮아짐을 알 수 있다.
상기한 본 발명의 실시 예는 FDD 방식의 LTE 시스템에서 적용될 수 있는 기지국간 동기화 방법을 설명한 것이다. 본 발명의 기지국간 동기화 방법은 예컨대, TDD 방식의 LTE 시스템에서 도 4의 특별 서브프레임을 제외한 일반 서브프레임들에 동일한 방식으로 적용될 수 있다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 TDD 방식의 LTE 시스템에서 일반 서브프레임들에도 상기한 제1 및 제2 타입의 슬롯 구조는 동일하게 적용될 수 있다. 다만 상기 특별 서브프레임에서 심볼 수를 줄였을 때의 서브프레임 구조는 다시 정의할 필요가 있다.
도 19는 TDD 방식의 LTE 시스템에서 상기 특별 서브프레임의 구조를 나타낸 도면이다. 도 19를 참조하면, DwPTS, GP 및 UpPTS는 각각 하향 링크 파일럿 시간 슬롯(Downlink Pilot Time Slot), 보호 구간(Guard Period), 상향 링크 파일럿 시간 슬롯(Uplink Pilot Time Slot)을 나타낸다. 상기 특별 프레임은 TDD 방식에서 하향 링크(downlink), 업링크(uplink)간 변환 지점(switching point)으로 기능한다. 상기 DwPTS, GP 및 UpPTS의 심볼 길이는 TDD 방식에 따라 서로 다른 포맷을 이용할 수 있으며, 각 필드의 길이는 도 19의 (A), (B)와 같이 가변적일 수 있다. 도 19의 (A), (B)는 TDD 방식의 기존 LTE 시스템에서 상기 특별 프레임의 다양한 포맷들을 나타낸 것이다.
도 20은 본 발명의 실시 예에 따른 기지국간 동기화 방법을 TDD 방식의 LTE 시스템에 적용하는 경우 특별 서브프레임의 새로운 구조를 나타낸 것으로서, 이는 도 19에서 설명한 기존 특별 서브프레임에서 DwPTS 또는 GP의 심볼 개수를 2개 줄인 것이다. 도 20의 (A)는 기지국간 타이밍 오류를 하나의 OFDM 심볼 이내로 맞추기 위한 동기화 동작 시 이용되는 제1 타입의 특별 서브프레임의 구조를 제안한 것이고, 도 20의 (B)는 기지국간 타이밍 오류를 하나의 CP 길이 이내로 맞추기 위한 동기화 동작 시 이용되는 제2 타입의 특별 서브프레임의 구조를 제안한 것이다. 상기 제2 타입의 특별 서브프레임에서는 FDD 방식의 동기화에서와 같이 가변 길이를 갖는 CP를 이용할 수 있다.
FDD 방식에서 동기화 방법과 같이 TDD 방식에서도 기지국간 타이밍 오류를 측정하고, 타이밍 오류가 임계값 보다 큰 경우, 상기 제1 타입의 특별 서브프레임을 이용하여 하나의 심볼 이내로 동기를 맞춘 후, 상기 제2 타입의 특별 서브프레임을 이용하여 하나의 CP 이내로 동기를 맞출 수 있다. 그리고 최초 측정된 타이밍 오류가 하나의 심볼 이내 또는 임계값 이내인 경우, 상기 제1 타입의 특별 서브프레임을 이용한 동기화 동작은 생략하고, 상기 제2 타입의 특별 서브프레임을 이용한 동기화 동작이 수행될 수 있다.
그리고 도 20의 다른 실시 예로 도 19에서 설명한 기존 특별 서브프레임에서 DwPTS 또는 GP의 심볼 개수를 1개 줄여서 상기 제1 및 제2 타입의 특별 서브프레임을 구성하는 것도 가능할 것이다.
그리고 도시되지는 않았으나, 본 발명의 기지국은 다른 기지국과 통신을 수행하기 위한 제1 통신 인터페이스, 이동 단말과 통신을 수행하기 위한 제2 통신 인터페이스, 그리고 상기 도 8 내지 도 20에서 설명한 기지국간 동기화 방법에 따라 기지국간 동기화를 위한 전반적인 동작을 제어하는 제어부를 포함하여 구현될 수 있다.
예를 들어 분산 셀 구조의 이동 통신 시스템에서 본 발명의 기지국은 상기 제1 통신 인터페이스를 통해 다른 기지국과의 타이밍 오류를 측정하기 위한 정보를 상기 다른 기지국과 송수신하며, 상기 제어부는 상기 정보를 근거로 상기 타이밍 오류를 측정하고, 상기 타이밍 오류의 측정 결과를 근거로 제1 서브프레임의 심볼 개수 보다 적어도 하나 적은 심볼 개수를 갖는 적어도 하나의 제2 서브프레임을 이용하여 상기 다른 기지국과의 동기화를 수행하는 동작을 제어할 수 있다. 또한 상기 기지국은 상기 제2 통신 인터페이스를 통해 이동 단말에게 상기 제1 타입의 서브프레임과 상기 제2 타입의 서브프레임에 대한 정보 중 적어도 하나를 포함하는 제어 정보를 전송한다.
상기한 본 발명의 실시 예에서는 FDD 방식과 TDD 방식에서 각각 기존 LTE 시스템에서 일반적인 서브프레임(or 슬롯) 길이 보다 짧은 새로운 서브프레임(or 슬롯) 구조를 제안하고, 그 새로운 서브프레임을 기지국간 동기화 시 기존 전송 중단 구간에서 전송함으로써 동기화 시 발생되는 기지국의 전송 중단과 그 전송 중단으로 인한 이동 단말의 불필요한 재연결을 방지할 수 있다.

Claims (22)

  1. 분산 셀 구조의 이동 통신 시스템에서 기지국간 동기화 방법에 있어서,
    동기화 대상인 다른 기지국과의 타이밍 오류를 측정하는 과정; 및
    상기 타이밍 오류의 측정 결과를 근거로 제1 서브프레임의 심볼 개수 보다 적어도 하나 적은 심볼 개수를 갖는 적어도 하나의 제2 서브프레임을 이용하여 상기 다른 기지국과의 동기화를 수행하는 과정을 포함하는 기지국간 동기화 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제2 서브프레임은 상기 다른 기지국과의 동기화 시 특정 구간에서 이동 단말에게 전송되는 기지국간 동기화 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제2 서브프레임은 각 심볼에 포함되는 CP 길이가 상기 제1 서브프레임의 CP 길이와 동일한 제1 타입의 서브프레임과,
    정해진 길이 범위 내에서 상기 CP 길이가 가변 되는 제2 타입의 서브프레임을 포함하는 기지국간 동기화 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 타입의 서브프레임은 슬롯 단위의 동기화를 위해 이용되고, 상기 제2 타입의 서브프레임은 심볼 단위의 동기화를 위해 이용되는 기지국간 동기화 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 타입의 서브프레임과 상기 제2 타입의 서브프레임은 제1 서브프레임의 제어 신호와 참조 신호를 모두 포함하는 서브프레임으로서 전송되는 기지국간 동기화 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 기지국간 동기화하는 상기 타이밍 오류와 미리 설정된 적어도 하나의 임계값을 비교하여 상기 타이밍 오류가 상기 임계값을 초과하는 경우 수행되며, 상기 임계값은 슬롯 길이, 심볼 길이, CP 길이 중 적어도 하나를 근거로 설정되는 기지국간 동기화 방법.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 동기화를 수행하는 과정은,
    상기 제1 타입의 서브프레임을 이용한 제1 동기화를 적어도 한 번 수행하여 하나의 심볼 길이 이내로 상기 타이밍 오류를 줄이는 과정; 및
    상기 제2 타입의 서브프레임을 이용한 제2 동기화를 적어도 한 번 수행하여 하나의 CP 길이 이내로 상기 타이밍 오류를 줄이는 과정을 포함하는 기지국간 동기화 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 동기화는 상기 타이밍 오류와 제1 임계값을 비교하여 수행되며, 상기 제1 임계값은 하나의 심볼 길이 보다는 크고, 최대 슬롯 타이밍 오류 보다는 작은 범위에서 설정되는 기지국간 동기화 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제2 동기화는 상기 타이밍 오류와 제2 임계값을 비교하여 수행되며, 상기 제1 임계값은 하나의 CP 길이 보다는 크고, 최대 심볼 타이밍 오류 보다는 작은 범위에서 설정되는 기지국간 동기화 방법.
  10. 제 3 항에 있어서,
    상기 제2 타입의 서브프레임에서 상기 가변 되는 CP 길이는 정해진 단계로 양자화된 다수의 CP 길이 중 하나를 사용하는 기지국간 동기화 방법.
  11. 제 3 항에 있어서,
    상기 동기화를 수행하는 경우, 상기 제1 타입의 서브프레임과 상기 제2 타입의 서브프레임에 대한 정보 중 적어도 하나를 포함하는 제어 정보를 이동 단말에게 전송하는 과정을 더 포함하는 기지국간 동기화 방법.
  12. 분산 셀 구조의 이동 통신 시스템에서 기지국에 있어서,
    다른 기지국과의 타이밍 오류를 측정하기 위한 정보를 상기 다른 기지국과 송수신하는 통신 인터페이스; 및
    상기 정보를 근거로 상기 타이밍 오류를 측정하고, 상기 타이밍 오류의 측정 결과를 근거로 제1 서브프레임의 심볼 개수 보다 적어도 하나 적은 심볼 개수를 갖는 적어도 하나의 제2 서브프레임을 이용하여 상기 다른 기지국과의 동기화를 수행하는 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 기지국.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 다른 기지국과의 동기화 시 특정 구간에서 상기 적어도 하나의 제2 서브프레임이 전송되도록 제어하는 기지국.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제2 서브프레임은 각 심볼에 포함되는 CP 길이가 상기 제1 서브프레임의 CP 길이와 동일한 제1 타입의 서브프레임과,
    정해진 길이 범위 내에서 상기 CP 길이가 가변 되는 제2 타입의 서브프레임을 포함하는 기지국.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제어부는 슬롯 단위의 동기화를 위해 상기 제1 타입의 서브프레임을 이용하고, 심볼 단위의 동기화를 위해 상기 제2 타입의 서브프레임을 이용하는 기지국.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 제1 타입의 서브프레임과 상기 제2 타입의 서브프레임은 제1 서브프레임의 제어 신호와 참조 신호를 모두 포함하는 서브프레임으로서 전송되는 기지국.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 타이밍 오류와 미리 설정된 적어도 하나의 임계값을 비교하여 상기 타이밍 오류가 상기 임계값을 초과하는 경우 상기 동기화를 수행하여, 상기 임계값은 슬롯 길이, 심볼 길이, CP 길이 중 적어도 하나를 근거로 설정되는 기지국.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 타입의 서브프레임을 이용한 제1 동기화를 적어도 한 번 수행하여 하나의 심볼 길이 이내로 상기 타이밍 오류를 줄이고, 상기 제2 타입의 서브프레임을 이용한 제2 동기화를 적어도 한 번 수행하여 하나의 CP 길이 이내로 상기 타이밍 오류를 줄이는 동작을 제어하는 기지국.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제1 동기화는 상기 타이밍 오류와 제1 임계값을 비교하여 수행되며, 상기 제1 임계값은 하나의 심볼 길이 보다는 크고, 최대 슬롯 타이밍 오류 보다는 작은 범위에서 설정되는 기지국.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 제2 동기화는 상기 타이밍 오류와 제2 임계값을 비교하여 수행되며, 상기 제1 임계값은 하나의 CP 길이 보다는 크고, 최대 심볼 타이밍 오류 보다는 작은 범위에서 설정되는 기지국.
  21. 제 14 항에 있어서,
    상기 제2 타입의 서브프레임에서 상기 가변 되는 CP 길이는 정해진 단계로 양자화된 다수의 CP 길이 중 하나를 사용하는 기지국.
  22. 제 14 항에 있어서,
    이동 단말에게 제어 정보를 전송하기 위한 통신 인터페이스를 더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 이동 단말에게 상기 제1 타입의 서브프레임과 상기 제2 타입의 서브프레임에 대한 정보 중 적어도 하나를 포함하는 상기 제어 정보를 전송하는 동작을 더 제어하는 기지국.
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