KR20150113768A - 무선 통신 시스템 및 그 핸드오버 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선 통신 기기에 있어서, 무선 통신 시스템의 기지국으로부터 멀티미디어 데이터를 수신하는 통신 모듈; 및 상기 수신한 멀티미디어 데이터를 재생하는 멀티미디어 모듈을 포함하되, 상기 통신 모듈은 핸드오버 대상 기지국의 백홀 지연 시간을 수신하고 현재 기지국으로부터 상기 핸드오버 대상 기지국으로의 핸드오버를 수행하며, 상기 멀티미디어 모듈은 상기 통신 모듈이 상기 핸드오버를 수행할 때, 상기 백홀 지연 시간에 기초하여 상기 멀티미디어 데이터의 재생 시간을 조정하며, 상기 백홀 지연 시간은 상기 무선 통신 시스템에 의해 기산출되는 무선 통신 기기를 제공한다.

Description

무선 통신 시스템 및 그 핸드오버 방법{TELECOMMUNICATION SYSTEM AND METHOD FOR HANDOVER THEREOF}

본 발명은 무선 통신 시스템 및 그 핸드오버 방법에 관한 것이다.

무선 통신 시스템(이동 통신 시스템, telecommunication system)은 계속해서 진보하고 있으며, 3GPP, IEEE 등의 표준화 기구에서 표준을 발전시키고 있다.

무선 통신 시스템의 발전 동향을 살펴보면, 3GPP는 LTE-A 표준을 개발하면서 셀룰러 시스템의 폭증하는 데이터 트래픽 문제를 해결하기 위해 셀룰러-WLAN 상호 운용(Interworking) 및 스몰 셀 접속을 표준화하고 있다.

그러나 스몰 셀은 핸드오버(handover)시 지연이 매크로 셀보다 길다는 단점이 있다. 이는 특히 무선 통신 기기가 멀티미디어 패킷을 전송받고 있을 때 문제가 된다. 핸드오버시의 지연 때문에 사용자는 멀티미디어 스트림이 잠시 끊기거나 같은 구간이 반복 재생되는 불편을 겪을 수 있다.

따라서 핸드오버시 지연이 있더라도 사용자의 무선 통신 기기에서 멀티미디어가 정상적으로 재생되게 할 수 있는 방법이 필요하다.

본 발명과 관련하여 미국 등록 특허 US8279830("Method of performing handover for a dual transfer mode in a wireless mobile communication system")에는 듀얼 모드 단말이 주변 기지국 정보를 수신하고 핸드오버를 수행하는 방법이 개시되어 있다.

또한, 유럽 등록 특허 EP1744580("Dual-mode mobile terminal and method for handover of packet service call between different communication networks")에는 CDMA와 WCDMA 듀얼 모드 단말기에서 이동에 의한 핸드오버를 포함하여 통신을 제공하기 위한 방법이 개시되어 있다.

본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 핸드오버시 지연이 있더라도 사용자의 무선 통신 기기에서 멀티미디어가 정상적으로 재생되는 무선 통신 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 측면에 따른 무선 통신 기기는 무선 통신 시스템의 기지국으로부터 멀티미디어 데이터를 수신하는 통신 모듈; 및 상기 수신한 멀티미디어 데이터를 재생하는 멀티미디어 모듈을 포함하되, 상기 통신 모듈은 핸드오버 대상 기지국의 백홀 지연 시간을 수신하고 현재 기지국으로부터 상기 핸드오버 대상 기지국으로의 핸드오버를 수행하며, 상기 멀티미디어 모듈은 상기 통신 모듈이 상기 핸드오버를 수행할 때, 상기 백홀 지연 시간에 기초하여 상기 멀티미디어 데이터의 재생 시간을 조정하며, 상기 백홀 지연 시간은 상기 무선 통신 시스템에 의해 기산출되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 측면에 따른 무선 통신 기기에 무선 통신 서비스를 제공하는 무선 통신 시스템은 상기 무선 통신 기기로 멀티미디어 데이터 및 자신의 백홀 지연 시간을 전송하는 기지국; 및 상기 기지국의 상기 백홀 지연 시간을 기산출하는 코어 네트워크;를 포함하되, 상기 백홀 지연 시간은 상기 무선 통신 기기가 상기 기지국으로 핸드오버할 때 멀티미디어 데이터 재생 시간을 조정하는 데 사용되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 3 측면에 따른 무선 통신 기기의 핸드오버 방법은 현재 기지국으로부터 멀티미디어 데이터를 수신하여 재생하는 단계; 핸드오버 대상 기지국의 백홀 지연 시간을 수신하는 단계; 상기 현재 기지국으로부터 상기 핸드오버 대상 기지국으로의 핸드오버를 수행하는 단계; 및 상기 핸드오버 단계와 동시에 상기 수신한 백홀 지연 시간에 기초하여 상기 멀티미디어 데이터의 재생 시간을 조정하는 단계;를 포함하되, 상기 백홀 지연 시간은 상기 무선 통신 시스템에 의해 기산출되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 4 측면에 따른 무선 통신 시스템의 핸드오버 방법은 상기 무선 통신 시스템이 기지국의 백홀 지연 시간을 산출하는 단계; 상기 기지국이 무선 통신 기기에게 상기 백홀 지연 시간을 전송하는 단계; 및 상기 백홀 지연 시간에 기초하여 어느 기지국으로 핸드오버할 것인지 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 무선 통신 시스템 및 방법에 있어, 핸드오버시 지연이 있더라도 사용자의 무선 통신 기기에서 멀티미디어가 정상적으로 재생되는 효과를 얻는다.

특히 이종망으로 구성된 무선 통신 시스템에서 스몰 셀로 핸드오버를 수행할 때, 사용자가 지연으로 인한 불편을 느끼지 못하는 매끄로운 핸드오버(seamless handover)가 가능하다.

멀티미디어 스트림은 무선 통신 시스템의 트래픽에서 차지하는 비중이 크며, 다른 데이터에 비해 지연에 민감한 응용이므로, 스몰 셀로 지연에 따른 불편 없이 오프로딩(off-loading)함에 따른 효과가 더욱 크다.

또한 기존의 통신 시스템의 하드웨어적인 변경없이, 단말에서의 소프트웨어의 도움만으로 구현될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 통신 시스템의 구조를 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 통신 기기의 구조를 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 매크로 셀과 스몰 셀을 도시하고 있다.
도 4는 무선 통신 시스템에서 멀티미디어 패킷 전달 도중 핸드오버가 수행되는 실시예를 도시하고 있다.
도 5는 무선 통신 시스템에서 핸드오버시 발생하는 멀티미디어 패킷의 지연으로 인한 패킷 중복 및 사라짐 문제를 도시하고 있다.
도 6은 무선 통신 시스템에서 핸드오버시 발생하는 멀티미디어 패킷의 지연으로 인한 시간 왜곡 문제를 도시하고 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 핸드오버시 발생하는 멀티미디어 패킷의 지연으로 인한 시간 왜곡 문제를 해결하는 예를 도시하고 있다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 핸드오버시 발생하는 멀티미디어 패킷의 지연으로 인한 시간 왜곡 문제를 해결하는 또다른 예를 도시하고 있다.
도 9는 기지국이 자신에 대한 정보를 제공하는 예를 도시하고 있다.
도 10은 현재 기지국이 대상 기지국에 대한 정보를 제공하는 예를 도시하고 있다.
도 11 및 도 12는 무선 통신 단말이 현재 기지국으로부터 대상 기지국에 대한 정보를 제공받는 방법의 흐름을 도시하고 있다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 통신 시스템의 핸드오버시 멀티미디어 데이터 재생 방법의 흐름을 도시하고 있다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 통신 시스템의 핸드오버시 예상 지연 시간을 파악하는 단계의 흐름을 도시하고 있다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 통신 시스템의 구조를 도시하고 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 무선 통신 시스템(10)은 무선 통신 기기(UE: User Equipment, 100)에게 무선 통신 기능을 제공하기 위하여, 통신 네트워크의 중심부인 코어 네트워크(Core Network, CN) 및 코어 네트워크(CN)와 무선 통신 기기(100)를 무선 신호(RF signal)로 연결해주는 액세스 네트워크인 무선 액세스 네트워크(Radio Access Network, RAN)를 포함하여 구성된다.

본 발명의 일실시예에 따른 무선 통신 시스템(10)은 다양한 무선 통신 표준을 준수하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 무선 통신 시스템(10)은 LTE-A(Long Term Evolution-Advanced) 표준을 따를 수 있으나, 여기에 한정되는 것은 아니다.

코어 네트워크(CN)는 MME(Mobile Management Entity, 300) 및 SGW(Serving Gateway, 400)을 포함한다. MME(300)는 무선 통신 기기(10)에 무선 통신 기능을 제공하기 위해 여러 가지 제어 기능을 담당하는 코어 네트워크(CN)의 핵심 구성 요소이다. SGW(400)는 사용자 데이터 패킷을 포워딩하는 라우터의 기능을 담당한다. 이하 기술에서 MME(300)는 MME 또는 이동성 관리 개체로, SGW(400)는 SGW 또는 코어 네트워크 게이트웨이로 지칭한다.

또한 코어 네트워크(CN)는 PGW(PDN Gateway: Packet Data Network Gateway, 미도시) 등의 요소를 통해 외부 네트워크나 인터넷과 연결될 수 있으며, 이를 통해 무선 통신 기기(100)는 무선 통신 시스템(10)이 제공하는 셀룰러 통신을 통해 다양한 인터넷 서비스를 제공받을 수 있다.

무선 통신 기기(100)는 이동 단말, 휴대용 단말, 사용자 기기, UE(User Equipment) 등의 다양한 이름으로 불리우며, 무선 통신 시스템(10)이 제공하는 무선 통신 기능을 사용할 수 있는 기기이다.

본 발명의 일실시예에 따른 무선 통신 기기(100)는 통신 모듈(110) 및 멀티미디어 모듈(120)을 포함한다. 통신 모듈(110)은 무선 통신 시스템(10)이 제공하는 무선 통신 서비스를 이용하기 위해 데이터를 송수신하거나 핸드오버하는 등의 통신과 관련된 기능을 담당하며, 멀티미디어 모듈(120)은 멀티미디어를 재생하여 사용자에게 보여준다. 도 2에 본 발명의 일실시예에 따른 무선 통신 기기(100)의 구조가 더 자세히 도시되어 있다.

무선 액세스 네트워크(RAN)는 하나 이상의 기지국(eNB, 200)을 포함하며, 소형 기지국(HeNB, 210)을 더 포함할 수 있다.

또한 소형 기지국(HeNB, 210)을 서비스하기 위하여 코어 네트워크(CN)는 HeNB GW(HeNB Gateway, 500)를 더 포함할 수 있다.

기지국(200)은 기지국(BS: Base Station), 중계국(Relay Station) 등을 모두 포함하는 송수신 시스템이며, 셀룰러 네트워크 기지국, 무선 기지국 등의 다양한 이름으로 불린다. 본 명세서에서는 eNB(eNodeB: Evolved Node B)로 지칭하기도 하지만, 해당 용어가 나타내는 범위에 한정되는 것은 아니다. 기지국(200)은 매크로 셀(macro cell, MC)을 서비스(service) 또는 커버(cover)한다. 따라서 본 명세서에서는 기지국(200)을 매크로 기지국(200)으로 지칭하기도 할 것이다.

소형 기지국(210)은 기지국보다 낮은 출력과 작은 커버리지(coverage, 서비스 영역)를 갖는 작은 기지국으로, 본 명에서에서는 HeNB(Home eNodeB: Evolved Node B)로 지칭하기도 하지만, 해당 용어가 나타내는 범위에 한정되는 것은 아니다. 소형 기지국(210)은 스몰 셀(small cell, SC)을 서비스 또는 커버하며, 스몰 셀은 예를 들어 펨토 셀(femtocell)일 수 있다. 따라서 본 명세서에서는 소형 기지국(210)을 스몰 셀 기지국(210)으로 지칭하기도 할 것이다. 단, 본 명세서에서 소형 기지국(210)을 명시하지 않고 기지국(200)이라고 지칭할 때는 암시적으로 소형 기지국(210)을 포함하는 기지국(200, 210)을 의미할 수 있다.

스몰 셀은 적은 비용으로 무선 셀룰러 네트워크의 커버리지를 늘리고, 무선 셀룰러 네트워크의 트래픽 부하를 줄일 수 있다는 등의 장점이 있어 점점 더 많이 채용되고 있는 추세이다. 그러나 이를 위해서는 간섭 문제나 핸드오버 지연 문제 등을 해결해야 한다는 과제가 있다.

무선 통신 기기(100)는 이동함에 따라 무선 액세스 네트워크(RAN)과의 연결을 유지하기 위해 신호 세기가 더 강한 다른 기지국(200, 210)으로 연결을 재설정하는데, 이를 핸드오버(hand-over)라 한다. 도 4에서 설명할 핸드오버 지연에 의해 서비스 단절이 발생할 수 있는데, 스몰 셀과의 핸드오버시 발생하는 지연은 매크로 셀간 핸드오버시보다 더 길기 때문에, 서비스 단절 가능성도 더 높아진다.

매크로 셀과 스몰 셀에 대해 도 3에서 자세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 통신 기기의 구조를 도시하고 있다.

본발명의 일실시예에 따른 무선 통신 기기(100)는 통신을 담당하는 통신 모듈(120)과 멀티미디어 데이터의 재생(presentation)을 담당하는 멀티미디어 모듈(120)을 포함한다. 통신 모듈(110)은 통신 버퍼(111)와 제어부(112)를 포함할 수 있으며, 멀티미디어 모듈(120)은 멀티미디어 버퍼(121), 코덱(122), 및 재생 시간 조정부(123)를 포함할 수 있다.

본발명의 일실시예에 따른 무선 통신 기기(100)는 핸드오버시 핸드오버하는 목적 기지국(200, 210)의 지연 정보를 통신 모듈(120)이 파악하여 응용 계층인 멀티미디어 모듈(200)에 전달함으로써, 멀티미디어 모듈(200)이 재생 시간을 조정할 수 있게 한다.

재생 시간 조정에 대한 자세한 내용은 도 4 내지 도 8을 통해 후술하고, 지연 정보 파악에 대한 자세한 내용은 도 9 내지 도 12를 통해 후술한다. 먼저 도 3을 통해 매크로 셀과 스몰 셀에 대해 설명한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 매크로 셀과 스몰 셀을 도시하고 있다.

도시되어 있는 바와 같이, 무선 통신 기기(100)는 기지국(200) 및 소형 기지국(210)과 무선 신호를 송수신할 수 있다. 스몰 셀(SC)은 매크로 셀(MC)보다 작은 커버리지를 가지며, 도면과 같이 매크로 셀(MC) 내에 스몰 셀(SC)이 존재할 경우(중첩: overlay), 무선 통신 시스템(10)은 매크로 셀(MC) 대신 스몰 셀(SC)이 무선 통신 기기(100)에 무선 통신 서비스를 제공하게 하여(오프로드: off-load), 매크로 셀(MC)의 트래픽 부하를 줄일 수 있다.

도시되어 있는 것처럼 매크로 셀(MC)과 스몰 셀(SC)을 중첩하여 구성하면, 무선 통신 기기(100)는 데이터를 양쪽에서 동시에 받을 수도 있고 어느 한쪽만 선택해서 수신할 수도 있다는 장점이 있다.

매크로 셀(MC)과 스몰 셀(SC)은 서로 다른 캐리어 주파수를 사용하도록 구성될 수도 있고, 같은 캐리어 주파수를 사용하도록 구성될 수도 있다. 두 방법은 장단점이 존재한다.

예를 들어, 전자와 같이 하나의 주파수는 매크로 셀(MC)이 사용하고 다른 하나의 주파수는 스몰 셀(SC)이 사용하는 경우, 두 개의 캐리어 주파수가 서로 영향을 주는 간섭 문제가 덜 심각하다는 장점이 있으나, 다른 주파수를 사용하는 스몰 셀(SC)을 검출하기 위해서 매크로 셀(MC)과의 서비스 단절이 발생할 수도 있고, 핸드오버 과정에서도 서비스 단절이 발생하며, 주파수 효율도 떨어지는 단점이 있다.

반면, 후자와 같이 CA(Carrier Aggregation) 기술을 이용하여 매크로 셀(MC)과 스몰 셀(SC)이 2개의 주파수를 함께 사용하는 경우, 운용이 복잡하다는 단점이 있으나, 셀의 검출이 용이하고 자원을 효율적으로 사용할 수 있다는 장점이 있다.

도 4는 무선 통신 시스템에서 멀티미디어 패킷 전달 도중 핸드오버가 수행되는 실시예를 도시하고 있다.

송신자(S)가 송신한 송신 패킷이 망을 거쳐 무선 통신 기기(100)에 전달되는 과정이 도시되어 있다. 송신자(S)는 전송 경로 상에 존재하는 다양한 개체가 될 수 있다. 예를 들어 송신자(S)는 다른 사용자의 무선 통신 기기(100)일 수 있다. 또는 송신자(S)는 무선 통신 시스템(10)의 SGW(400)나 HeNB GW(500) 등의 게이트웨이일 수 있다.

본 명세서에서는 무선 통신 기기기(100)가 송신자(S)가 송신한 멀티미디어 스트리밍 데이터(예: 음성 데이터)를 현재 기지국(예: 매크로 기지국(200))을 거쳐 수신할 때의 경로를 p1 또는 정상 경로(N: normal), 데이터 수신 중 다른 기지국(예: 소형 기지국(210))으로 핸드오버하였을 때 해당 기지국을 거쳐 수신할 때의 경로를 p2 또는 지연 경로(D: delayed)라고 정의한다.

또한 송신자(S)가 송신한 멀티미디어 패킷이 정상 경로(N)를 거쳐 무선 통신 기기(100)에 도착할 때 걸리는 시간을 정상적인 시간(TN), 지연 경로(N)를 거쳐 도달할 때 걸리는 시간을 지연된 시간(TD)이라고 정의한다.

또한 본 명세서에서는 매크로 기지국(200)에서 소형 기지국(210)으로의 핸드오버를 N-2-D 핸드오버(Normal-to-Delayed handover), 소형 기지국(210)에서 매크로 기지국(200)으로의 핸드오버를 D-2-N 핸드오버(Delayed-to-Normal handover)라고 정의한다.

이는 일반적으로 데이터가 매크로 기지국(200)을 거쳐 전달되는 시간이 소형 기지국(210)을 거쳐 전달되는 시간보다 짧기 때문이다. 예를 들어, 소형 기지국(210)은 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 소형 기지국(210)을 위한 게이트웨이인 HeNB GW(500)를 더 거칠 수 있다. 예컨대, 매크로 기지국(200)간은 X2 인터페이스로 연결되어 있으나, 소형 기지국(210)은 X2 인터페이스를 지원하지 않아, S1 인터페이스를 통해 코어 네트워크(CN)의 SGW(400) 및 HeNB GW(500)를 더 거쳐야 할 수 있다.

따라서 소형 기지국(210)은 백홀 지연 시간(backhaul delay)이 매크로 기지국(200)의 백홀 지연 시간보다 크다. 여기서 백홀(backhaul)이란, 코어 네트워크(CN)와 전체 계층적 네트워크의 끝부분에 있는 네트워크(예: 라디오 액세스 네트워크(RAN)) 사이의 중간 링크를 일컫는 용어이다. 당업자에게 명확한 용어이므로 자세한 설명을 생략한다.

매크로 기지국(200)에서 소형 기지국(210)으로의 핸드오버가 발생하지 않은 경우, 즉, 정상 경로(N)를 거치는 경우, 송신자(S)의 멀티미디어 스트림에 대한 송신 패킷 1,2…, 14는 D0 만큼의 지연 이후에 무선 통신 기기(100)에 수신되고, 핸드오버가 발생한 경우, 즉, 지연 경로(D)를 통하는 경우에는 추가지연 D1이 있기 때문에 D0+D1만큼의 지연 이후에 무선 통신 기기(100)에 수신된다.

예를들어 D0는 40 msec, D1은 50 msec일 수 있다. 이 경우는 D0+D1 역시 100 msec 이내이므로, 통화 품질 요구 사항를 만족하는 경우이다. 참고로 음성 통신의 경우 통화 품질를 위해서 100 msec 이내의 지연을 유지해야하는 요구 사항를 가지며, 게임 응용의 경우 50 msec 이라는 요구 사항를 갖는다. 따라서 D1이 길어질 경우 서비스의 지연 요구 사항을 충족시키지 못하여 무선 통신 기기(100) 사용자는 통화가 끊기거나 멀티미디어 재생이 끊기는 등의 불편을 겪을 수 있다.

즉, 짧은 지연은 더 좋은 품질의 서비스를 의미하므로, 가급적 짧은 지연을 갖는 것은 QoS/QoE 관점에서 매우 바람직하다. 특히 핸드오버시 발생하는 멀티미디어 패킷의 손실은 멀티미디어 서비스 품질을 상당히 저하시킨다.

예를 들어, 핸드오버시 목적 망(예: 소형 기지국(210)이 서비스하는 스몰 셀)의 패킷 지연이 현재 망(예: 기지국(200)이 서비스하는 매크로 셀)보다 큰 경우는 패킷 중복 수신을 하게 된다.

이상 도면을 통해 설명한 바와 같이, 셀룰러 망에 대한 과부화로 인해 이종 네트워크(예: Wi-Fi 망)로의 오프로딩이 선호되고 있고, 스몰 셀(SC)의 도입 역시 기존 매크로 기지국(200) 중심의 셀룰러 네트워크의 한계를 극복할 수 있는 대안으로 관심이 높지만, Wi-Fi 혹은 스몰 셀(SC)의 백홀(backhaul) 망은 기설치된 이더넷 인프라를 사용하는 등, 매크로(MC)에서의 백홀망과 비교할 때 통신 경로의 지연이 상대적으로 예측 불가능하며, 특히 더 길어진다는 문제가 있다.

VoIP나 실시간 방송 등과 같이 지연에 민감한 멀티미디어 트래픽의 경우 이와 같은 더 길어진 지연 자체도 문제이지만, 핸드오버시 지연이 기존 매크로 셀(MC)을 통한 경로에서의 지연과 일치하지 않는다는 또다른 문제가 있다. 이에 대해 도 5 내지 도 8을 통해 설명한다.

도 5는 무선 통신 시스템에서 핸드오버시 발생하는 멀티미디어 패킷의 지연으로 인한 패킷 중복 및 사라짐 문제를 도시하고 있다.

도시되어 있는 것처럼, N-2-D 핸드오버, 즉, 정상 경로(N)에서 지연 경로(D)로 핸드오버가 발생하게되면, 무선 통신 기기(100)의 패킷 관점에서 패킷 6가 중복 전송되는 문제가 발생하며, 이를 디코딩한 응용에서의 실시간 데이터 관점으로 볼 때, 패킷 6에 대응되는 멀티미디어 신호의 반복(repetition)이 발생한다.

현명한 기지국(200, 210)이라면 패킷 6이 중복되지 않도록 할 수 있으나, 이 경우 패킷 7의 단말 도착 시간은 단축될 수 없으므로, 즉, D1만큼의 지연은 극복될 수 없으므로, 이에 대해 거슬리지 않는 노이즈나 묵음 처리로 대기하는 정도의 구현은 가능하지만, 이는 상당한 왜곡을 초래한다.

또한, D-2-N 핸드오버, 즉, 지연 경로(D)에서 정상 경로(N)로 핸드오버되는 경우는, 반대로 패킷이 사라지는(missing) 문제가 발생한다. 즉, 패킷 9를 수신 후 핸드오버하면 정상 경로(N)에서패킷 10은 이미 과거가 되고, 패킷 11부터 수신하는 타이밍이 되기 때문에, 패킷 10에 대응되는 멀티미디어 신호가 사라져버린다.

도 6은 무선 통신 시스템에서 핸드오버시 발생하는 멀티미디어 패킷의 지연으로 인한 시간 왜곡 문제를 도시하고 있다.

도 5의 문제에 의해, 도 6에 예시한 것과 같이, T0 만큼의 음성 입력에 대해 N-2-D 핸드오버의 경우는 반복(repetition) 구간을 포함하여 T1 길이로 재생시간이 늘어난 효과가 발생하며, D-2-N 핸드오버의 경우는 패킷 사라짐(missing) 구간을 가지게 되어 T2 만큼으로 재생시간이 줄어든 효과가 발생한다. 두 경우 모두 컨텐츠의 불연속점이 발생하는 등 매우 큰 품질 저하 문제를 가질 수 있다.

이와 같은 불연속은 동영상, 사운드(음성, 오디오), 게임등의 멀티미디어 컨텐츠들의 품질에 영향을 미칠 수 있는데, 특히 사운드 컨텐츠에서의 불연속은 불쾌한 클릭 노이즈(click noise)를 발생시킬 수 있어서 QoS/ QoE를 매우 저하시키는 요인이 된다.

도 7 및 도 8을 통해 본 발명의 일실시예에 따른 무선 통신 시스템이 이를 해결하는 방법을 설명한다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 핸드오버시 발생하는 멀티미디어 패킷의 지연으로 인한 시간 왜곡 문제를 해결하는 예를 도시하고 있다.

도 7에서 해결해야 하는 문제 상황은 N-2-D 핸드오버가 발생한 경우 단말에서 재생되는 컨텐츠의 시간이 늘어난 경우이다. 즉, 도 6에 나타난 것과 같이 원래는 T0 만큼의 재생 길이를 가지고 있는 컨텐츠가 반복(repetition) 구간을 포함하게 되어 T1으로 늘어난 상황이다.

이러한 문제를 해결하기 위해 본 발명의 일실시예는 도 7에 예시한 것과 같이 재생 시간 조정(PTS: Presentation Time Shift)으로 완화함으로써 재생 컨텐츠의 품질을 향상시킬 수 있다.

PTS는 전송하고자 하는 데이터가 실시간적 전송의 성격을 띄는 오디오 비디오 등의 멀티미디어 컨텐츠인 경우, 해당 멀티미디어 컨텐츠의 감성 품질 즉, 오디오인 경우 음색, 음높이 등, 비디오인 경우 프레임 간격의 등속성 등을 변화시키지 않으면서 해당 멀티미디어 컨텐츠의 재생시간 (Presentation Time)을 다르게 하는 기술을 일반적으로 지칭한다.

PTS에는 오디오 신호인 경우, 입력 오디오 신호의 주파수 특성 (음색, 음높이 등)을 최대한 보존하면서 재생 시간을 가변시키는 기술인 TSM(Time Scale Modification) 기술을 사용할 수 있다. TSM은 재생 시간을 줄이는 TSC(Time Scale Compression), 재생 시간을 늘리는 TSE(Time Scale Expansion)을 포함할 수 있다.

또한 TSM은 예를 들어 PSOLA(Pitch Synchronous Overlap and Add) 등의 알고리즘을 이용할 수 있으나, 여기에 한정되는 것은 아니다.

PTS, TSM, PSOLA 등은 공지의 기술이므로 자세한 내용은 생략한다.

좀더 구체적으로 세번째 도면이 보여주고 있는 바와 같이, 본 발명에서는 핸드오버가 결정된 시점부터 재생 시간 확장을 수행하기 시작하여, 지연 경로(D)의 재생 시간과 일치하는 시점(도시된 예에서는 패킷 7이 도착하여 재생되는 시점)까지의 구간 동안 이행(transition)을 수행한다. 이때, PTS가 수행되는 구간의 시작점은 핸드오버가 결정된 시점이다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따르면 현재 기지국(200)은 핸드오버되는 대상 기지국(210)의 지연값, 즉, D1을 부가정보로써 보내줄 수 있다. 단말은 D1을 참조하여 TSM 인자를 조절할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 핸드오버시 발생하는 멀티미디어 패킷의 지연으로 인한 시간 왜곡 문제를 해결하는 또다른 예를 도시하고 있다.

도 8은 D-2-N 핸드오버 경우에서의 본 발명에서 제안하는 방법에 따른 매끄러운 핸드오버의 예를 나타낸다.

멀티미디어 스트림에 대해 단말에 수신된 시점에 즉시 재생하는 종래 기술인 경우, 첫번째 도면에서 예시한 것과 같이 패킷 10의 사라짐(missing)을 그대로 둔 채 건너뜀(jump)하는 방법으로 구현되며, 이때, 불연속점에 따른 왜곡이 발생한다.

두번째 도면의 예는 핸드오버 과정에서 패킷 10을 건너뜀 없이 단말에 전송해주고, 단말에서는 이를 원래의 지연된 재생 시간에 맞추어 재생하는 방법이다. 이렇게 되면, 핸드오버 과정에서 불연속점이 발생하지는 않지만, 정상적인 시간(TN) 영역으로 들어온 이후에도 계속해서 지연된 시간(TD)으로 재생하는 문제가 있다. 이와 같은 지연은 실시간 컨텐츠에 대한 QoS/QoE 관점에서 중요한 요인으로 작용하므로 이는 바람직하지 않다. 예를 들어 지연 경로(D)에서 10초간 머물다 정상적인 구간으로 넘어가 1시간을 사용한 경우는 정상적인 지연이 가능함에도 불구하고 대부분의 재생 구간을 지연된 채 사용한 셈이 된다.

세번째 도면은 본발명에서 제안하는 방법으로, PTS를 수행하여 정상적인 재생 시간으로 맞추는 과정이 존재한다. 도 7과 마찬가지로 D-2-N 핸드오버가 발생하는 것을 인식한 시점에 PTS를 수행하기 시작하여, 이행 구간을 지나면 정상적인 타이밍으로 합쳐지도록 구현된다.

이상, 도 7 및 도 8을 통해 본 발명의 일실시예에 따른 무선 통신 시스템이 재생 시간 조정으로 핸드오버시 발생하는 지연으로 인한 멀티미디어 패킷의 중복 및 사라짐 문제를 해결하는 방법을 설명하였다.

본발명의 일실시예에 따른 무선 통신 기기(100)의 통신 모듈(100)과 멀티미디어 서비스를 담당하는 멀티미디어 모듈(200)을 상호 연동하여, 핸드오버 시 핸드오버하는 목적 망(210)의 지연 정보 파라미터(예: D1)를 멀티미디어 모듈(200)에 전달함으로써, 멀티미디어 모듈(200)이 재생 시간을 조정(PTS)할 수 있도록 하여, 무선 통신 시스템(10)의 멀티미디어 서비스 품질을 향상시킬 수 있다.

PTS가 수행되는 구간의 시작점은 핸드오버가 결정된 시점 또는 그 이후부터인 것이 바람직하며, 또한, 송신자(S)와 대상 기지국(210)간의 백홀 지연의 차 또는 대상 기지국(210)의 백홀 지연을 고려하여 PTS 구간을 설정하는 것이 바람직하다.

즉, 본발명의 일실시예에 따른 무선 통신 시스템(10)은 TSM 등을 이용한 PTS로 완화시킴으로써 핸드오버시 발생하는 지연으로 인한 멀티미디어 패킷의 중복 및 사라짐 문제를 해결한다. 무선 통신 단말(100)은 핸드오버가 결정된 시점부터 시간 조정을 수행하기 시작하여, 지연 경로(D)의 재생 시간과 일치하는 시점까지의 구간 동안 이행을 수행한다. 즉, PTS가 수행되는 구간의 시작점은 핸드오버가 결정된 시점이다.

이때, 현재 기지국(200)은 핸드오버 되는 대상 기지국(210)의 지연값, 즉, D1을 부가정보로 보내줄 수 있다. 단말은 D1을 참조하여 TSM 인자(TSM factor)를 조절할 수 있다.

이는 기존의 통신 시스템의 하드웨어적인 변경없이, 단말(100)에서의 통신 모듈(100)과 멀티미디어 모듈(200) 사이의 소프트웨어적인 연동만으로 구현될 수 있다. 지연에 민감한 라이브 컨텐츠의 데이터 비율이 더 큰 점을 고려하면, 스몰 셀(SC)로의 오프로딩 시나리오의 실현을 위해 매우 중요한 해결책이 될 것으로 기대된다.

이하 도 9 내지 도 12를 통해 무선 통신 단말(100)이 현재 기지국(200)으로부터 핸드오버 대상 기지국(210)의 지연 정보를 제공받는 예를 설명한다. 설명의 편의를 위해 대상 기지국이 소형 기지국(210)인 경우를 예로 들어 기술한다.

도 9는 기지국이 자신에 대한 정보를 제공하는 예를 도시하고 있다.

도면에서 좌측의 매크로 기지국(200)과 우측의 소형 기지국(210)은 모두 자신에 대한 정보를 브로드캐스트한다. 도면에 도시되어 있는 예에서 매크로 기지국(200)은 공개 접속 모드(open access mode)로 동작하는 일반 셀(normal cell)이고, 소형 기지국(210)은 등록된 무선 통신 기기(100)에만 서비스를 제공하는 CSG(Closed Subscriber Group) 셀이다. 소형 기지국(210)이 공개 접속을 허용하는 경우에는 소형 기지국(210)도 일반 셀이 된다.

기지국(200, 210) 자신에 의해 브로드캐스트되는 셀 정보는 도시되어 있는 바와 같이 CSG 표지(CSG indicator) 및 CSG ID(CSG identity)를 포함한다. 일반 셀(200)의 경우에는 CSG 표지는 거짓(FALSE)로 설정되어 있고, CSG ID는 비어있다(즉, 방송하지 않는다). 반대로 CSG 셀(210)의 경우에는 CSG 표지는 참(TRUE)로 설정되어 있고, CSG ID에는 유효 데이터가 존재한다.

각 기지국(200, 210)에 접근하여 브로드캐스트 신호를 수신한 무선 통신 기기(100)는 CSG 표지를 보고 자신이 접근한 기지국이 일반 셀(200)인지 CSG 셀(210)인지 알 수 있으며, CSG ID를 보고 자신이 등록되어 있는 CSG 셀(210)인지 여부 및 일반 셀(200)인지 여부를 동시에 알 수 있다.

또한 무선 통신 시스템(10)의 코어 네트워크(CN)도 각 셀이 방송하는 CSG 표지 및 CSG ID를 보고 백본 핸드오버 지연을 파악할 수 있다. 예를 들어, 무선 통신 시스템(10)은 네트워크 상태 확인(예: ping)을 통해 백본 핸드오버 지연을 미리 산출할 수 있다.

따라서 각 기지국(200, 210)이 자신의 정보를 방송할 때 백홀 지연 시간 정보도 함께 송신할 수 있으며, 무선 통신 기기(100)는 수신한 지연 정보를 참조하여 여러 후보 기지국들 중에서 핸드오버할 대상 기지국(210)을 선택할 수 있다.

이때 무선 통신 기기(100)는 해당 CSG 셀에 대한 정보를 캐시하여, 다음에 해당 셀에 접근하였을 때는 백홀 지연 시간 정보 수신이나 지연 정보에 기초한 대상 셀 선택 과정 없이 해당 CSG 셀로 자동 핸드오버할 수 있다.

도 10은 현재 기지국이 대상 기지국에 대한 정보를 제공하는 예를 도시하고 있다.

무선 통신 기기(100)가 핸드오버 대상 기지국(210)의 정보를 수신하는 측정(measurement) 과정은 현재 기지국(200)의 제어 하에 이루어진다. 무선 통신 기기(100)가 CSG 셀(210) 근처에 진입했음을 현재 기지국(200)에 알리면, 현재 기지국(200)이 해당 기지국(210)의 백홀 지연 시간 정보를 무선 통신 기기(100)에 전송할 수 있다.

도 11 및 도 12는 무선 통신 단말이 현재 기지국으로부터 대상 기지국에 대한 정보를 제공받는 방법의 흐름을 도시하고 있다.

도 11은 도 10에서 설명한 바와 같이, 무선 통신 기기(100)가 후보 대상 기지국(210)에 접근하였을 때 현재 기지국(200)으로부터 백홀 지연 시간 정보를 제공받고, 어느 대상 기지국(210)으로 핸드오버할 것인지 결정을 내리기까지의 단계를 도시하고 있다.

단계 S1100 내지 S1500은 무선 통신 기기(100)가 이동함에 따라 후보 대상 기지국(210)에 근접하면, 이를 신호의 품질 등의 정보와 함께 현재 기지국(200)에 보고한다.

다음, 무선 통신 기기(100)는 후보 대상 기지국(210)으로부터 CGS ID 및 백홀 지연 시간 정보 등 도 9에서 설명한 정보들을 제공받고(S1600), 현재 기지국(200)에 제공받은 정보들을 보고한다(S1700).

상기 과정에서 무선 통신 기기(100)와 현재 기지국(200)은 상호 통신을 통해 후보들 중 어느 대상 기지국(210)으로 핸드오버할 것인지 결정한다. 예를 들어, 무선 통신 기기(100)가 백홀 지연 시간 정보 등을 고려하여 어느 대상 기지국(210)으로 핸드오버할 것인지를 결정하여 현재 기지국(200)에 보고할 수 있다. 또는 무선 통신 기기(100)가 후보 대상 기지국(210)들에 대한 정보를 모두 보고하면 현재 기지국(200)이 대상 기지국(210)을 결정해줄 수 있다.

다음, 현재 기지국(200)은 대상 기지국(210)으로 핸드오버 요청 메시지를 전송한다. 이때 대상 기지국(210)이 소형 기지국(210)이므로 도 4에서 설명한 바와 같은 코어 네트워크(CN)의 각 구성 요소들을 거쳐 전달된다.

다음, 대상 기지국(210)은 무선 통신 기기(100)로 핸드오버 명령을 전송한다.

도 12는 도 11과 같으나, 현재 기지국(200) 역시 소형 기지국(210)인 경우를 도시하고 있다.

단계 S1000은 도 11에서 설명한 바와 같은 백홀 지연 시간 정보를 제공받고 핸드오버를 결정하는 과정이며, 단계 S2000는 핸드오버를 수행하는 과정이다. 도시되어 있는 바와 같이, 기본적으로 도 11에서 설명한 경우와 같으므로 설명을 생략한다.

이상, 도 4 내지 도 8을 통해 멀티미디어 패킷 전송 및 재생 중의 매끄러운 핸드오버를 위한 재생 시간 조정에 대해 설명하였고, 이를 위해 필요한 지연 정보 파악에 대해 도 9 내지 도 12를 통해 설명하였다. 이제 이를 활용한 핸드오버시 멀티미디어 데이터 재생 방법을 도 13 및 도 14를 통해 설명한다.

도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 통신 시스템의 핸드오버시 멀티미디어 데이터 재생 방법의 흐름을 도시하고 있다.

대상 기지국(210)으로 핸드오버시 발생할 예상 지연(백본 핸드오버 지연)을 파악한다(S100). 이는 도 9 내지 도 12를 통해 설명하였다.

핸드오버시 예상 지연에 기초하여 재생 시간을 조정한다(S200). 이는 도 4 내지 도 8을 통해 설명하였다.

도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 통신 시스템의 핸드오버시 예상 지연 시간을 파악하는 단계의 흐름을 도시하고 있다.

먼저, 코어 네트워크(CN)가 백본 예상 지연을 산출한다(S110). 이는 전술한 바와 같이 ping 신호 등을 사용하여 사전에 파악할 수 있다. 따라서 각 기지국(200, 210)은 자신의 백본 예상 지연 정보를 가지고 있을 수 있다.

무선 통신 기기(100)가 이동에 따라 핸드오버 후보 기지국(210)을 검출한다(S120).

예상 지연을 포함한 후보 기지국 정보를 수신한다(S130). 후보 기지국(210)은 전술한 바와 같이 자신의 셀 ID, CSG 표지 등과 함께 자신의 백본 예상 지연 정보를 함께 브로드캐스트한다.

현재 기지국과의 통신에 의해 핸드오버 대상 기지국을 선택한다(S140). 이때 전술한 바와 같이 후보 기지국(210)의 지연 정보가 참조될 수 있다.

대상 기지국으로 핸드오버한다(S150). 이때 상기 S200 단계가 함께 수행된다. 즉, 무선 통신 기기(100)의 멀티미디어 모듈(120)은 지연 정보를 참조하여 TSM 인자를 조정하며, 핸드오버가 결정된 시점부터 재생 시간 조정을 수행하기 시작하여, 지연 경로(D)의 재생 시간과 일치하는 시점까지의 구간 동안 이행(transition)을 수행한다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10: 무선 통신 시스템
100: 무선 통신 기기
110: 통신 모듈
120: 멀티미디어 모듈
200: 기지국
210: 소형 기지국
300: MME
400: SGW
500: HeNB GW
RAN: 무선 액세스 네트워크
CN: 코어 네트워크

Claims (12)

1. 무선 통신 기기에 있어서,
   무선 통신 시스템의 기지국으로부터 멀티미디어 데이터를 수신하는 통신 모듈; 및
   상기 수신한 멀티미디어 데이터를 재생하는 멀티미디어 모듈을 포함하되,
   상기 통신 모듈은
   핸드오버 대상 기지국의 백홀 지연 시간을 수신하고 현재 기지국으로부터 상기 핸드오버 대상 기지국으로의 핸드오버를 수행하며,
   상기 멀티미디어 모듈은
   상기 통신 모듈이 상기 핸드오버를 수행할 때, 상기 백홀 지연 시간에 기초하여 상기 멀티미디어 데이터의 재생 시간을 조정하며,
   상기 백홀 지연 시간은 상기 무선 통신 시스템에 의해 기산출된 것인 무선 통신 기기.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 핸드오버 대상 기지국은 상기 현재 기지국이 매크로 기지국인 경우에는 스몰 셀 기지국이고, 상기 현재 기지국이 스몰 셀 기지국인 경우에는 매크로 기지국인 무선 통신 기기.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 통신 모듈은
   상기 백홀 지연 시간에 기초하여 어느 기지국으로 핸드오버할 것인지 결정하는 무선 통신 기기.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 통신 모듈은
   상기 현재 기지국으로부터 상기 백홀 지연 시간에 기초하여 결정된 상기 핸드오버 대상 기지국 정보를 수신하는 무선 통신 기기.
5. 무선 통신 기기에 무선 통신 서비스를 제공하는 무선 통신 시스템에 있어서,
   상기 무선 통신 기기로 멀티미디어 데이터 및 자신의 백홀 지연 시간을 전송하는 기지국; 및
   상기 기지국의 상기 백홀 지연 시간을 산출하는 코어 네트워크;를 포함하되,
   상기 백홀 지연 시간은 상기 무선 통신 기기가 상기 기지국으로 핸드오버할 때 멀티미디어 데이터 재생 시간을 조정하는 데 사용되는 무선 통신 시스템.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 핸드오버 대상 기지국은 상기 현재 기지국이 매크로 기지국인 경우에는 스몰 셀 기지국이고, 상기 현재 기지국이 스몰 셀 기지국인 경우에는 매크로 기지국인 무선 통신 시스템.
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 무선 통신 기기로부터
   상기 백홀 지연 시간에 기초하여 어느 기지국으로 핸드오버할 것인지에 대한 정보를 수신하는 무선 통신 시스템.
8. 제 5 항에 있어서,
   상기 기지국은
   상기 백홀 지연 시간에 기초하여 상기 무선 통신 기기를 어느 기지국으로 핸드오버시킬 것인지 결정하는 무선 통신 시스템.
9. 무선 통신 기기의 핸드오버 방법에 있어서,
   현재 기지국으로부터 멀티미디어 데이터를 수신하여 재생하는 단계;
   핸드오버 대상 기지국의 백홀 지연 시간을 수신하는 단계;
   상기 현재 기지국으로부터 상기 핸드오버 대상 기지국으로의 핸드오버를 수행하는 단계; 및
   상기 핸드오버 단계와 동시에 상기 수신한 백홀 지연 시간에 기초하여 상기 멀티미디어 데이터의 재생 시간을 조정하는 단계;를 포함하되,
   상기 백홀 지연 시간은 상기 무선 통신 기기에게 무선 통신 서비스를 제공하는 무선 통신 시스템에 의해 기산출되는 핸드오버 방법.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 백홀 지연 시간에 기초하여 어느 기지국으로 핸드오버할 것인지 결정하는 단계;를 더 포함하는 핸드오버 방법.
11. 무선 통신 시스템의 핸드오버 방법에 있어서,
    상기 무선 통신 시스템이 기지국의 백홀 지연 시간을 산출하는 단계;
    상기 기지국이 무선 통신 기기에게 상기 백홀 지연 시간을 전송하는 단계; 및
    상기 백홀 지연 시간에 기초하여 어느 기지국으로 핸드오버할 것인지 결정하는 단계;를 포함하는 핸드오버 방법.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 백홀 지연 시간은 상기 무선 통신 기기가 상기 기지국으로 핸드오버할 때 멀티미디어 데이터 재생 시간을 조정하는 데 사용되는 핸드오버 방법.

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