KR20160012952A

KR20160012952A - 가시선 기반 셀 선택 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20160012952A
Application number: KR1020150104642A
Authority: KR
Inventors: 노고산; 박윤옥; 박형숙; 방영조; 전영일
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2014-07-23
Filing date: 2015-07-23
Publication date: 2016-02-03

Abstract

단말은 셀 탐색을 수행하고, 탐색된 셀의 기지국이 보낸 신호를 이용하여 상기 탐색된 셀의 가시선 비율(LOS-to-NLOS Ratio, LNR)을 측정하며, 상기 탐색된 셀의 LNR을 이용하여 하나의 셀을 선택한 후, 선택된 셀의 기지국과 연결을 설정한다.

Description

가시선 기반 셀 선택 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR SELECTING CELL BASED ON LINE-OF-SIGHT}

본 발명은 가시선 기반 셀 선택 방법 및 장치 에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 셀룰러 통신 시스템에서 가시선의 존재 유무를 기반으로 하는 셀 선택 기술에 관한 것이다.

셀룰러 통신 시스템에서 단말의 셀 선택 문제는 통신 품질 향상 및 이동성 지원을 위한 필수적인 요소이다. 셀룰러 통신 시스템은 일정한 통신 반경을 가지는 셀들로 구성되어 있으며 셀 중앙의 기지국으로부터 멀어지거나 장애물에 의해 음영지역이 발생하는 경우 신호가 약해져서 통신이 불가능하게 된다. 그러므로 단말 관점에서는 여러 개의 셀 중 자신의 통신에 유리한 셀을 골라 접속하는 셀 선택이 중요하다.

셀 선택은 단말의 전원을 켜고 최초 동작하는 단계에 어떤 셀에 접속할 것인지 판단할 때 필요하며, 단말의 이동으로 인해 발생하는 핸드오버 시에 어떤 셀로 옮겨갈지 판단할 때 사용된다.

셀 선택과 관련한 기존 기술에서는 신호 세기와 관련된 정보를 이용한다. 단말은 서로 다른 각 셀로부터 수신되는 파일럿 신호 등을 분석하여 서비스 품질(Quality-of-Service, QoS)을 예측한다. 이때 사용 가능한 QoS로는 신호 세기(signal strength), 반송파 대 간섭비(Carrier-to-Interference Ratio, CIR) 등이 있다. 이를 통해 추정된 QoS 값을 최대화하는 셀을 선택하게 된다.

종래 기술인 QoS 기반 셀 선택 기법은 저주파 대역에서의 채널 특성에 부합하는 특징이 있으며, 고주파 밀리미터파 대역 채널 특성은 반영하지 못하는 문제가 있다.

밀리미터파 대역은 가시선(Line-of-Sight, LOS) 직진 특성이 강하므로 종래기술과는 다른 셀 선택 방식이 요구 된다. 밀리미터파의 직진 특성은 신호의 비가시선(Non-LOS) 성분이 가시선 성분에 비하여 20dB 이하로 매우 약하게 도달한다. 또한, 밀리미터파의 직진 특성은 가시선 방향으로 빔형성(beamforming)을 해 줌으로써 전송 효율을 높일 수 있다. 그러므로 셀 선택을 할 때 단말과 기지국의 가시선이 존재하도록 제어해 줌으로써 데이터 용량 증대, 오류 성능 향상, 에너지 효율 증가 측면에서 이득을 볼 수 있다.

따라서, 직진성이 강한 밀리미터파의 특성을 이용하여 가시선의 존재 유무를 기준으로 셀 선택을 할 수 있는 방법이 필요하다.

본 발명이 해결하려는 과제는 직진성이 강한 밀리미터파의 특성을 이용하여 가시선의 존재 유무를 기준으로 셀 선택을 수행할 수 있는 가시선 기반 셀 선택 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 한 실시 예에 따르면, 단말이 가시선 기반으로 셀을 선택하는 방법이 제공된다. 가시선 기반 셀 선택 방법은 셀 탐색을 수행하는 단계, 탐색된 셀의 기지국이 보낸 신호를 이용하여 상기 탐색된 셀의 가시선 비율(LOS-to-NLOS Ratio, LNR)을 측정하는 단계, 상기 탐색된 셀의 LNR을 이용하여 하나의 셀을 선택하는 단계, 그리고 선택된 셀의 기지국과 연결을 설정하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시 예에 의하면, 고주파 대역인 밀리미터파 통신 환경에서 생기는 장애물에 의한 비가시선에 의한 통신 성능 열화를 줄일 수 있으며 가시선 확보로 인해 오류 성능 향상, 전송 효율 향상, 에너지 효율 향상 등을 기대할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 셀 선택 기법은 기존의 셀 선택 기법에서 셀 선택 기준만 변경하면 되므로 현재 통신 시스템에 즉시 적용이 가능하다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템을 개략적으로 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 LNR 추정을 위한 임펄스 응답의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 LNR 추정을 위한 주파수 응답의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 한 실시 예에 따른 단말의 셀 선택 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 단말의 셀 선택 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 단말의 셀 선택 장치를 나타낸 도면이다.

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

명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

명세서 전체에서, 단말(terminal)은 이동 단말(mobile terminal, MT), 이동국(mobile station, MS), 진보된 이동국(advanced mobile station, AMS), 고신뢰성 이동국(high reliability mobile station, HR-MS), 가입자국(subscriber station, SS), 휴대 가입자국(portable subscriber station, PSS), 접근 단말(access terminal, AT), 사용자 장비(user equipment, UE) 등을 지칭할 수도 있고, MT, MS, AMS, HR-MS, SS, PSS, AT, UE 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.

또한, 기지국(base station, BS)은 진보된 기지국(advanced base station, ABS), 고신뢰성 기지국(high reliability base station, HR-BS), 노드B(node B), 고도화 노드B(evolved node B, eNodeB), 접근점(access point, AP), 무선 접근국(radio access station, RAS), 송수신 기지국(base transceiver station, BTS), MMR(mobile multihop relay)-BS, 기지국 역할을 수행하는 중계기(relay station, RS), 기지국 역할을 수행하는 중계 노드(relay node, RN), 기지국 역할을 수행하는 진보된 중계기(advanced relay station, ARS), 기지국 역할을 수행하는 고신뢰성 중계기(high reliability relay station, HR-RS), 소형 기지국[펨토 기지국(femoto BS), 홈 노드B(home node B, HNB), 홈 eNodeB(HeNB), 피코 기지국(pico BS), 메트로 기지국(metro BS), 마이크로 기지국(micro BS) 등] 등을 지칭할 수도 있고, ABS, 노드B, eNodeB, AP, RAS, BTS, MMR-BS, RS, RN, ARS, HR-RS, 소형 기지국 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.

이제 본 발명의 실시 예에 따른 가시선 기반 셀 선택 방법 및 장치에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템을 개략적으로 설명하는 도면이다.

도 1을 참고하면, 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템은 복수의 기지국(110, 120, 130, 140, 150)을 포함한다.

기지국(110, 120, 130, 140, 150)은 각각의 통신 영역에 해당하는 셀에 대해 통신 서비스를 제공한다. 셀에는 매크로 셀(macro cell)이나 마이크로 셀(micro cell), 피코 셀(pico cell), 펨토셀(femto cell) 등의 소형 셀(small cell)이 있을 수 있으며, 기지국(110, 120, 130, 140, 150)은 매크로 셀이나 소형 셀을 관리하는 기지국일 수도 있고, 소형 셀들의 조합인 이종 셀을 관리하는 기지국일 수도 있다.

단말(200)은 하나의 기지국에 접속하여 통신할 수 있다. 단말(200)은 전원을 켜고 최초 동작 시 또는 이동으로 인해 발생하는 핸드오버 시에 단말(200)에 인접한 복수의 셀 중에서 하나의 셀을 선택하며, 선택한 셀의 기지국에 접속하여 통신을 수행한다.

단말(200)과 기지국(110, 120, 130, 140, 150)은 무선 링크로 연결되어 있을 수 있다. 무선 링크에는 신호 전송을 방해하는 장애물 없이 완전히 가시선 성분만 존재하는 가시선 링크, 완전히 비가시선 성분만 존재하는 비가시선 링크, 그리고 가시선 성분과 비가시선 성분이 섞여 있는 준가시선 링크가 있다. 예를 들어, 단말(200)과 기지국(140, 150) 사이의 무선 링크는 비가시선 링크일 수 있고, 단말(200)과 기지국(110, 120, 130) 사이의 무선 링크는 가시선 링크일 수 있다.

단말(200)은 단말(200)에 인접한 각 셀의 LNR(LOS-to-NLOS Ratio)을 측정하고, 각 셀의 LNR을 이용하여 셀 선택을 수행한다. LNR은 가시선 성분의 크기가 비가시선 성분에 비해 얼마나 큰 지 나타내는 가시선 비율을 의미한다.

단말(200)은 단말(200)에 인접한 각 셀의 기지국(110, 120, 130, 140, 150)으로부터 전송되는 파일럿 신호, 기준 신호 및 동기 신호 등을 이용하여 LNR을 추정할 수 있다. 단말(200)은 단말(200)에 인접한 각 셀의 기지국(110, 120, 130, 140, 150)으로부터 전송되는 파일럿 신호, 기준 신호 및 동기 신호 등의 신호들 중 하나 또는 둘 이상의 신호를 이용하여 기지국(110, 120, 130, 140, 150)으로부터 단말(200) 사이의 채널에 대하여 시간 영역에서 임펄스 응답(impulse response) 또는 주파수 영역에서 주파수 응답(frequency response)을 측정하고, 측정된 임펄스 응답이나 주파수 응답을 이용하여 LNR을 추정할 수 있다.

단말(200)은 지형 정보 또는 기타 광학 및 레이더 장비 등을 이용한 가시선 검출 기법을 이용하여 LNR을 추정할 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 LNR 추정을 위한 임펄스 응답의 일 예를 나타낸 도면이다.

단말(200)은 시간 영역에서 임펄스 응답을 이용하여 LNR을 추정할 수 있다. 이때 신호의 가시선 성분은 시간 영역에서 지연이 거의 없이 수신되는 반면 비가시선 성분은 지연을 가지고 수신되는 성질을 이용한다.

임펄스 응답에서 지연이 가장 적은 가시선 성분의 수신 전력 값과 지연이 있는 비가시선 성분의 수신 전력 값의 합의 비율을 DIPR(Direct-to-Indirect Power Ratio)로 정의한다. 단말(200)은 DIPR을 LNR의 대체 값으로 사용한다. 기지국 k에 대한 DIPR은 수학식 1과 같이 계산될 수 있다.

여기서, C_k는 시간 n에서의 임펄스 응답을 의미하며, 도 2와 같이 나타날 수 있다.

DIPR 값이 클수록 직접 경로를 거친 가시선 성분에 비해 다중 경로를 거쳐 들어온 비가시선 성분의 전력 값이 작다는 것을 의미하므로, DIPR 값이 클수록 LNR 값이 크다고 할 수 있다. 그러므로 단말(200)은 셀 선택 시 수학식 2와 같이 DIPR 값이 가장 큰 셀(k^*)을 선택한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 LNR 추정을 위한 주파수 응답의 일 예를 나타낸 도면이다.

단말(200)은 주파수 영역에서 주파수 응답을 이용하여 LNR을 추정할 수 있다. 이를 위해, 단말(200)은 단말(200)에 인접한 각 셀의 기지국(110, 120, 130, 140, 150)으로부터 수신되는 주파수 응답을 측정한다.

단말(200)은 시간 영역에서의 임펄스 응답을 푸리에 변환(Fourier Transform)하여 주파수 응답을 얻을 수도 있다.

채널의 주파수 응답의 특성을 분석해 보면, 다중 경로에 의한 비가시선 성분이 많을수록 주파수 선택도(frequency selectivity)가 증가하는 반면, 비가시선 성분이 줄어들고 가시선 성분이 많을수록 주파수 선택도가 낮아진다. 기지국 k에 대한 주파수 선택도는 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.

여기서, FS_k는 기지국 k에 대한 주파수 선택도이고, C_k(m)은 기지국 k에 대한 주파수 성분 m의 주파수 응답을 나타내며,

는 주파수 응답의 평균값을 나타낸다. 그러므로, 개별 주파수 성분이 평균값에서 멀어질수록 주파수 선택도가 커지게 된다. 주파수 응답은 도 3과 같이 나타날 수 있다.

도 3과 같은 주파수 응답을 분석하면, 다중 경로에 의한 비가시선 성분이 증가할수록 주파수 선택도가 증가하여 주파수 응답이 울퉁불퉁해지고, 반대로 비가시선 성분이 감소할수록 주파수 선택도가 감소하여 주파수 응답이 평평해진다. 따라서, 주파수 선택도가 가장 작을수록 LNR 값이 크다고 할 수 있다. 그러므로, 단말(200)은 셀 선택 시 수학식 4와 같이 주파수 선택도가 가장 작은 셀(k^*)을 선택한다.

도 4는 본 발명의 한 실시 예에 따른 단말의 셀 선택 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 4를 참고하면, 단말(200)은 전원이 켜지면 셀 탐색을 수행한다(S410). 이때 단말(200)은 이웃에 위치한 셀의 기지국들을 파악한다.

단말(200)은 탐색된 모든 셀의 기지국이 보낸 신호를 통해 탐색된 모든 셀의 LNR을 측정한다(S420). 앞에서 설명한 바와 같이 단말(200)은 시간 영역에서 DIPR을 측정하거나 주파수 영역에서 주파수 선택도를 측정함으로써, LNR을 측정할 수 있다.

단말(200)은 탐색된 모든 셀의 LNR 값 중에서 가장 큰 LNR 값의 셀을 선택한다(S430). 이때 단말(200)은 DIPR이 가장 큰 셀을 선택하거나 주파수 선택도가 가장 작은 셀을 선택할 수 있다.

단말(200)은 선택된 셀의 기지국과 연결 설정 후 통신을 시작한다(S440).

단말(200)이 이동하거나 채널 환경이 변경되는 경우 LNR을 측정하는 단계로 돌아가서 셀 선택 과정을 수행한다.

도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 단말의 셀 선택 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 5를 참고하면, 단말(200)은 전원이 켜지면 셀 탐색을 수행한다(S510).

단말(200)은 탐색된 모든 셀의 기지국이 보낸 신호를 통해 탐색된 모든 셀의 LNR을 측정한다(S520). 또한 단말(200)은 탐색된 모든 셀의 기지국이 보낸 신호의 서비스 품질(Quality-of-Service, QoS)을 측정한다(S530). QoS로는 신호 세기나 반송파 대 간섭비 등이 사용될 수 있다.

단말(200)은 탐색된 모든 셀의 LNR 값들 중에서 임계값 이상이 되는 셀들을 추출한다(S540). 단말(200)은 DIPR이 설정된 임계값 이상이 되거나 주파수 선택도가 설정된 임계값 이하가 되는 셀들을 추출할 수 있다.

이후, 단말(200)은 LNR 값이 임계값 이상이 되는 셀들 중에서 QoS가 가장 좋은 셀을 선택한다(S540).

단말(200)은 LNR 값이 임계값 이상이 되는 셀들 중에서 수신 신호가 가장 세거나 반송파 대 간섭비가 가장 큰 셀을 선택할 수 있다.

한편, QoS 측정은 단계(S530)에서와 같이 탐색된 모든 셀에 대해서 측정될 수도 있지만, 단계(S540) 이후에 LNR 값이 임계값 이상이 되는 셀들에 대해서만 측정될 수도 있다.

이와 같이 함으로써 단말(200)은 가시선이 확보되며 QoS도 좋은 셀을 선택할 수 있게 된다.

이후, 단말(200)은 선택된 셀의 기지국과 연결 후 통신을 시작한다(S550).

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 단말의 셀 선택 장치를 나타낸 도면이다.

도 6을 참고하면, 셀 선택 장치(600)는 프로세서(610), 송수신기(620) 및 메모리(630)를 포함한다. 셀 선택 장치(600)는 단말(200)에 구현될 수 있다.

프로세서(610)는 셀 탐색을 수행하고, 탐색된 모든 셀의 기지국이 보낸 신호를 통해 탐색한 모든 셀의 LNR을 측정한다. 프로세서(610)는 도 4에서 설명한 바와 같이 탐색된 모든 셀의 LNR 값 중에서 가장 큰 LNR 값의 셀을 선택할 수도 있고, 도 5에서 설명한 바와 같이 탐색된 모든 셀의 LNR 값 중에서 임계값 이상이 되는 셀들을 추출하고, LNR 값이 임계값 이상이 되는 셀들 중에서 QoS가 가장 좋은 셀을 선택할 수 있다. 프로세서(610)는 선택된 셀과 연결 절차를 수행한다.

송수신기(620)는 하나 또는 여러 기지국과 신호 및 데이터를 송수신한다.

메모리(630)는 프로세서(610)에서 수행하기 위한 명령어(instructions)을 저장하고 있거나 저장 장치(도시하지 않음)로부터 명령어를 로드하여 일시 저장하며, 프로세서(610)는 메모리(630)에 저장되어 있거나 로드된 명령어를 실행할 수 있다.

프로세서(610)와 메모리(630)는 버스(도시하지 않음)를 통해 서로 연결되어 있으며, 버스에는 입출력 인터페이스(도시하지 않음)도 연결되어 있을 수 있다. 이때 입출력 인터페이스에 송수신기(620)가 연결되며, 입력 장치, 디스플레이, 스피커, 저장 장치 등의 주변 장치가 연결되어 있을 수 있다.

본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

Claims

단말이 가시선 기반으로 셀을 선택하는 방법으로서,
셀 탐색을 수행하는 단계,
탐색된 셀의 기지국이 보낸 신호를 이용하여 상기 탐색된 셀의 가시선 비율(LOS-to-NLOS Ratio, LNR)을 측정하는 단계,
상기 탐색된 셀의 LNR을 이용하여 하나의 셀을 선택하는 단계, 그리고
선택된 셀의 기지국과 연결을 설정하는 단계
를 포함하는 가시선 기반 셀 선택 방법.