KR20160019053A - 기지국의 송수신 방법, 단말간 직접 통신 방법 및 이를 지원하는 장치 - Google Patents

기지국의 송수신 방법, 단말간 직접 통신 방법 및 이를 지원하는 장치 Download PDF

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KR20160019053A
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central control
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이경석
윤미영
박애순
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한국전자통신연구원
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Abstract

D2D(Device to Device) 통신 환경에서 기지국의 송수신 방법이 제공된다. 상기 기지국은, 하향링크 신호의 송신 전력 세기를 시간에 따라 가변적으로 설정한다. 그리고 상기 기지국은, 상기 하향링크 신호를 상기 설정된 송신 전력 세기로 방송한다.

Description

기지국의 송수신 방법, 단말간 직접 통신 방법 및 이를 지원하는 장치{TRANSMITTING AND RECEIVING METHOD OF BASE STATION, AND METHOD AND APPARATUS FOR DEVICE-TO-DEVICE COMMUNICATION}
본 발명은 기지국이 신호를 송수신하는 방법, 그리고 단말간 직접 통신인 D2D(Device to Device) 통신 방법 및 이를 지원하는 장치에 관한 것이다.
기지국 기반으로 이동 통신망이 구축된 LTE(Long Term Evolution) 시스템에서 서로 인접한 단말간에 직접 통신 무선 경로가 설정되고 단말들이 무선 자원을 분산 방식으로 관리하여 통신하려는 연구가 진행되고 있다.
단말간 직접 통신(direct communication)은, 단말이 무선으로 데이터를 송신하고 다른 단말이 해당 데이터를 직접 수신함으로써, 기지국의 경유 없이 단말 간에 통신이 이루어지는 통신 방법이다. 단말간 직접 통신은 D2D(Device to Device) 통신을 포함한다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해 단말간 직접 통신을 D2D 통신이라 한다.
D2D 통신은 무선 자원을 사용하여 이루어진다. 이동 통신은 기지국 기반으로 시스템을 구축한다. 기지국을 통해 구축된 셀의 통신 반경 내(in-coverage)에 위치한 단말은, 기지국의 제어를 받으며 D2D 통신을 수행할 수 있다. 또한, D2D 통신은 단말 간에 직접 이루어지므로, 셀 반경 밖(out-of-coverage)에 위치하여 기지국의 제어를 받지 않는 단말도 D2D 통신이 가능하다. 또한, 셀 반경 내의 단말과 셀 반경 밖의 단말도 서로 D2D 통신할 수 있다.
한편, D2D 통신에 참여하는 단말들은 서로 시간 동기(synchronization) 및 주파수 동기가 유지되어야 하며, 이를 위한 동기 설정 및 유지 절차가 필요하다.
기지국의 제어를 받는 이동 통신은 기지국과 단말 사이에 이루어진다.
단말이 셀 반경 내에 있는 경우에 이동통신 기지국의 제어를 받아 D2D 통신을 수행하고, 단말이 셀 경계나 셀 경계 밖에 위치하는 경우에 분산 제어(distributed management) 방식으로 D2D 통신을 수행한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 단말과 단말 사이의 D2D 통신을 위해서는 새로운 제어 구조 및 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 단말이 셀 경계에 위치하거나 셀 경계 밖에 위치한 경우에 D2D 통신을 수행하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 셀 경계에 위치한 단말이 기지국에 의해 사용되는 무선 자원에 간섭을 발생시키지 않도록 하는 제어 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 단말들이 직접적으로 통신하는 D2D(Device to Device) 통신 환경에서 기지국의 송수신 방법이 제공된다. 상기 기지국의 송수신 방법은, 하향링크 신호의 송신 전력 세기를 시간에 따라 가변적으로 설정하는 단계; 및 상기 하향링크 신호를 상기 설정된 송신 전력 세기로 방송하는 단계를 포함한다.
상기 가변적으로 설정하는 단계는, 상기 하향링크 신호의 송신 전력 세기를 소정의 주기를 가지는 제1 시점에 제1 값으로 설정하는 단계; 및 상기 하향링크 신호의 송신 전력 세기를 상기 제1 시점 보다 긴 주기를 가지는 제2 시점에 상기 제1 값 보다 큰 제2 값으로 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 하향링크 신호를 방송하는 단계는, 상기 제1 시점에 상기 하향링크 신호를 방송하는 단계; 및 상기 제2 시점에 상기 하향링크 신호를 방송하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제2 시점에 하향링크 신호를 방송하는 단계는, 상기 기지국을 나타내는 식별자를 상기 하향링크 신호에 포함시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 하향링크 신호는 동기 정보, 시스템 정보, 및 제어 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 기지국의 송수신 방법은, 제1 단말이 상기 D2D 통신을 위한 동기와 자원을 관리하는 중앙 제어 장치로써 동작하는 제2 단말의 정보를 수신한 경우에, 커넥티드(connected) 상태 및 아이들(idle) 상태 중 커넥티드 상태로 변환할 것을 상기 제1 단말에게 지시하는 단계; 및 커넥티드 상태로 변환된 상기 제1 단말로부터 상기 제2 단말의 정보를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 단말의 정보는 상기 제2 단말의 동기 시각 정보, 상기 제2 단말의 단말 식별자, 및 상기 제2 단말에 연결된 단말의 개수를 포함할 수 있다.
상기 기지국의 송수신 방법은, 상기 D2D 통신을 위한 동기와 자원을 관리하는 중앙 제어 장치로써 동작하는 제1 단말이 상기 기지국의 셀 내에 위치하는 경우에, 상기 제1 단말에 의해 전송되는 동기 신호의 송신 전력 세기와 송신 주기를 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1 단말이 다른 단말과 직접적으로 통신하는 D2D (Device to Device) 통신 방법이 제공된다. 상기 D2D 통신 방법은, 상기 D2D 통신을 위한 동기 및 자원을 관리하는 중앙 제어 장치로써 동작하는 경우에, 제1 동기 신호를 방송하는 단계; 기지국으로부터 하향링크 신호를 수신한 경우에, 상기 하향링크 신호가 송신되는 주기를 판단하는 단계; 및 상기 하향링크 신호의 송신 주기에 기초해, 상기 제1 동기 신호의 방송을 조절하는 단계를 포함한다.
상기 제1 동기 신호의 방송을 조절하는 단계는, 상기 하향링크 신호의 송신 주기가 기준 주기 보다 긴 경우에, 상기 기지국의 셀 경계에 위치하는 것으로 판단하는 단계; 및 상기 기지국의 셀 경계에 위치하는 경우에, 상기 제1 동기 신호의 방송을 중단하거나 상기 제1 동기 신호의 송신 전력 세기를 줄이는 단계를 포함할 수 있다.
상기 하향링크 신호는 상기 기지국에 의해 방송되는 제2 동기 신호를 포함할 수 있다.
상기 제1 동기 신호의 방송을 조절하는 단계는, 상기 하향링크 신호의 송신 주기가 기준 주기 보다 긴 경우에, 상기 제2 동기 신호에 기초해 상기 제1 동기 신호의 방송을 위한 동기 시각을 변경하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 동기 신호를 방송하는 단계는, 시간에 따라, 상기 제1 동기 신호의 송신 전력 세기를 높이고 상기 제1 동기 신호의 송신 주기를 짧게 하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 D2D 통신 방법은, 상기 제1 단말에 인접한 셀 또는 중앙 제어 장치로부터 제3 동기 신호를 수신하는 경우에, 상기 제1 동기 신호의 송신 전력 세기를 낮추거나 상기 제3 동기 신호에 기초해 상기 제1 동기 신호의 동기 시각을 변경하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 동기 신호의 동기 시각을 변경하는 단계는, 상기 제3 동기 신호의 수신 세기를 판단하는 단계; 및 상기 제3 동기 신호의 수신 세기가 기준값 보다 큰 경우에, 상기 제3 동기 신호에 기초해 상기 제1 동기 신호의 동기 시각을 변경하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 기지국의 제1 셀 내에 위치하는 제2 단말로부터, 상기 제1 셀의 동기 시각과 상기 제1 단말의 동기 시각 간의 차이 정보를 포함하는 제어 정보를 수신하는 단계; 및 상기 D2D 통신 방법은, 상기 제어 정보에 기초해, 상기 제1 동기 신호의 방송을 중단하거나 상기 제1 동기 신호의 송신 전력 세기를 낮추거나 상기 제1 동기 신호의 동기 시각을 변경하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 D2D 통신 방법은, 상기 제1 동기 신호의 동기 시각을 변경한 경우에, 동기 시각 변경 정보를 포함하는 제1 동기 채널을 방송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 동기 채널은, 상기 제1 동기 채널에 대응하는 상기 제1 동기 신호의 정보; 상기 D2D 통신을 위한 자원 정보; 및 상기 제1 동기 신호를 사용하는 단말의 개수 정보를 포함할 수 있다.
상기 제1 동기 신호를 방송하는 단계는, 상기 중앙 제어 장치로써 동작할 수 있는 지를 확인하기 위한 요청 메시지를, 상기 기지국으로부터 수신하는 단계; 상기 제1 단말의 이동성 정보, 신호 세기 정보, 전원 상태 정보, 및 위치 정보 중 적어도 하나를 포함하는 응답 메시지를, 상기 기지국으로 전송하는 단계; 및 상기 기지국으로부터 지시 메시지를 수신한 경우에, 상기 중앙 제어 장치로써 동작하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 D2D 통신 방법은, 상기 제1 단말이 상기 기지국의 셀 경계에 위치하는 경우에, 셀 접속을 위한 신호 세기 기준값을 제1 값으로 설정하는 단계; 및 상기 제1 단말이 상기 기지국의 셀 내에 위치하는 경우에, 상기 신호 세기 기준값을 상기 제1 값 보다 큰 제2 값으로 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 제1 단말이 다른 단말과 직접적으로 통신하는 D2D (Device to Device) 통신 방법이 제공된다. 상기 D2D 통신 방법은, 상기 D2D 통신을 위한 동기 및 자원을 관리하며 기지국과 구별되는 제1 중앙 제어 장치로부터, 제1 동기 신호와 제1 동기 채널을 수신하는 단계; 상기 제1 동기 신호로부터 상기 D2D 통신을 위한 동기를 획득하고, 상기 제1 동기 채널로부터 상기 D2D 통신을 위한 자원을 획득하는 단계; 및 상기 D2D 통신을 위한 자원을 이용해, 동기 획득 정보를 상기 제1 중앙 제어 장치로 전송하는 단계를 포함한다.
상기 동기 획득 정보를 전송하는 단계는, 상기 제1 단말이 접속한 중앙 제어 장치의 개수를 포함하는 상기 동기 획득 정보를, 물리 채널, MAC(Medium Access Control) 메시지, 및 RRC(Radio Resource Control) 메시지 중 하나를 통해 상기 제1 중앙 제어 장치로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 D2D 통신 방법은, 상기 제1 단말이 상기 기지국의 셀 내에 위치하는 경우에, 상기 제1 중앙 제어 장치의 동기 시각 정보, 상기 제1 중앙 제어 장치의 신호 세기 정보, 및 상기 제1 중앙 제어 장치에 연결된 단말의 개수 정보를 상기 기지국에게 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 기지국이 신호의 송신 전력 세기를 가변적으로 설정하여 신호를 방송함으로써, 중앙 제어 장치는 자신과 기지국 간의 거리를 정밀하게 예측할 수 있고, 기지국과의 거리에 따라 자신의 신호 방송을 조절할 수 있다. 이를 통해, 이동 통신 시스템에 대한 간섭이 발생하지 않으면서 D2D 통신이 지원될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 단말이 기지국 또는 중앙 제어 장치와 동기를 맞추어 D2D 통신을 수행할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면, D2D 통신에 참여하는 단말들이 시간 및 주파수 동기를 설정할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 단말이 이동 통신 기지국의 제어를 받는 구조에서 D2D 통신을 수행할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 단말이 셀 경계에 위치하거나 셀 경계 밖에 위치한 경우에 중앙 제어 장치를 통해 D2D 통신을 수행할 수 있다.
도 1은 D2D 통신의 기본적인 통신 환경을 나타내는 도면이다.
도 2는 기지국 통신 반경 내에 위치한 단말이 중앙 제어 장치와 동기를 맞추어 D2D 통신을 수행하는 환경을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른, 기지국의 신호 송신 방법 및 중앙 제어 장치의 신호 송신 방법을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른, 중앙 제어 장치의 신호 송신 방법을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른, 기지국의 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른, 단말의 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른, 컴퓨터 시스템을 나타내는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 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 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, 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, 단말, 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 고신뢰성 중계기(high reliability relay station, HR-RS), 소형 기지국, 매크로 기지국, 개인셀 기지국, 이동셀 기지국 등을 지칭할 수도 있고, BS, ABS, HR-BS, 노드B, eNodeB, AP, RAS, BTS, MMR-BS, RS, HR-RS, 소형 기지국, 매크로 기지국, 개인셀 기지국, 이동셀 기지국 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
1. 무선 자원 구조
이동통신 시스템에서 단말은 기지국을 통해 구축된 셀 반경 내에서 기지국의 제어에 따라 무선 자원을 사용하여 통신한다.
D2D 통신은, 단말의 복잡도를 줄이기 위해 이동 통신에서 사용되는 주파수 대역 중에서 상향 링크 대역의 주파수를 사용한다. 구체적으로, 단말은 상향 링크(uplink)를 통해 D2D 통신을 위한 신호 또는 채널을 송신하고, 다른 단말은 이를 수신한다.
상향 링크 대역의 자원은 셀룰러 통신(예, 기지국과 단말 간의 통신)을 위한 자원과 D2D 통신을 위한 자원(이하 'D2D 통신 자원')으로 구분될 수 있다. 구체적으로, D2D 통신 자원은 다시 기지국 제어 자원과 비제어 자원으로 구분될 수 있다. 기지국 제어 자원은 기지국이 셀 내에 위치한 단말에게 할당하는 자원을 의미한다. 기지국 비제어 자원은 단말이나 중앙 제어 장치가 기지국의 직접적인 제어 없이 사용하는 자원을 의미한다. 기지국은 무선 자원의 위치 및 범위 정보를 일정한 값으로 지정하여 셀 제어 채널을 통해 표시할 수 있다. D2D 통신을 위한 송신 단말은 기지국 비제어 자원의 위치 정보를 획득한 후 분산 방식으로 자원을 선택하고, 선택한 자원을 사용하여 D2D 통신의 데이터(이하 'D2D 데이터')를 송신한다. D2D 통신을 위한 수신 단말은 기지국 비제어 자원을 주기적으로 수신하고, D2D 데이터가 복조되면 복조된 데이터를 상위 계층으로 전달한다. 복수의 단말이 동일한 자원을 선택하여 데이터를 송신하면, 충돌로 인해 D2D 통신의 성능이 저하될 수 있다.
한편, 기지국은 단말의 동기를 유지하기 위해 필요한 동기 신호 송신 영역을 할당할 수 있다. 구체적으로, 기지국은 상향링크 대역의 일부 자원을 동기 신호용으로 사용할 수 있다.
한편, 기지국은 주로 기지국 제어 자원을 관리 및 송수신하지만, 기지국 비제어 자원도 긴 주기로 관리 및 송수신할 수 있다.
도 1은 D2D 통신의 기본적인 통신 환경을 나타내는 도면이다.
기지국(100a)의 셀(C1a) 반경 내에 위치한 단말(200a~200c)은 기지국(100a)의 제어에 따라 D2D 통신을 수행한다. 또한, 단말(200c)은 이웃하는 기지국(100b)의 셀(C1b) 반경 내에 위치한 단말(200d)과도 시간 오프셋이 관리되는 상태에서는 D2D 통신을 수행할 수 있다. 즉, 단말(200c)은 자신의 D2D 통신 반경(C2a) 내에 위치한 단말(200a, 200b, 200d)과 D2D 통신을 수행할 수 있다.
한편, 단말(200a~200i)은 중앙 제어 장치의 기능을 보유하고 있는 경우에는 중앙 제어 장치로써 동작할 수 있다. 여기서, 중앙 제어 장치의 기능은, D2D 통신을 위한 자원을 관리하고 할당하는 기능과, D2D 통신을 위한 동기를 관리하는 기능을 포함한다. 도 1에서는 설명의 편의를 위해서, 단말(200i)이 중앙 제어 장치로써 동작하는 경우를 예시하였다. 기지국(100a, 100b)의 셀(C1a, C1b) 반경 밖에 위치한 단말(200f~200h)은 중앙 제어 장치(200i)의 제어에 따라 D2D 통신을 수행할 수 있다. 중앙 제어 장치(200i)는 D2D 통신 반경(C2b)을 가질 수 있다.
2. 분산 제어 방법
단말이 D2D 통신에 참여하기 위해서는 일정 수준의 시간 동기(time synchronization)를 유지하여야 한다. 이는, 서로 통신하는 단말간에 무선 자원의 시간적인 위치가 동일하여야 데이터 송수신이 가능하기 때문이다.
셀 반경 내에 위치한 단말은 기지국에 의해 하향링크를 통해 방송되는 동기 신호를 사용하거나, 데이터 채널과 함께 송신되는 제어 신호를 사용함으로써, 기지국의 하향 링크 동기를 획득하고 유지한다.
D2D 통신을 위해서, 상향링크 대역을 통해 송신되는 동기 신호를 사용하는 시간 동기 절차가 사용될 수 있다. 특히, 셀 경계나 셀 반경 밖에 위치한 단말은 추가적인 동기 절차를 필요로 한다. 상향링크 시간 동기를 위한 신호는 일반 단말에 의해 방송되거나 D2D 통신 동기를 관리하는 중앙 제어 장치에 의해 방송될 수 있다. 여기서, 중앙 제어 장치는 상술한 바와 같이 동기를 관리하는 장치로써, 동기 신호 또는 D2D 통신에 필요한 제어 정보 및 제어 신호를 송신한다. 단말은 중앙 제어 장치의 기능을 수행할 수 있으며(예, Sync Tx UE, 또는 Sync Ref UE), 이를 위해서는 D2D 통신을 제어하는 기능을 탑재하여야 한다. 즉, 단말은 주변 조건에 따라 동기 신호를 송신할 수 있으며, 이 경우에 단말이 중앙 제어 장치의 기능을 수행한다. 이하에서는 설명의 편의를 위해, 동기 신호를 방송하는 단말을 중앙 제어 장치라 한다. 물론, 중앙 제어 장치는 단말이 아닌 다른 장치(단말과 구별되는 장치)일 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 단말의 동작 절차는 다음과 같다.
단말은 기지국에 의해 주기적으로 방송되는 하향링크 동기 신호를 수신한다. 단말이 하향링크 동기 신호를 획득하면, 기지국 동기 및 시스템 정보를 획득하기 위한 절차를 수행하고, 셀 반경 내에서의 동작 절차를 수행한다.
단말은 주변의 중앙 제어 장치에 의해 방송되는 동기 신호를 수신하기 위해 상향링크 물리 채널을 탐색한다. 구체적으로, 단말은 이전에 사용함으로써 설정된 주파수를 먼저 탐색하고, 우선순위가 표시된 순서에 따라 다른 주파수를 탐색할 수 있다. 동기 신호의 시간 위치에 대해서, 단말은 기지국의 하향링크 동기 시각을 먼저 탐색하고 다음에 주변의 시각을 탐색함으로써, 탐색 시간을 줄인다.
단말은 다른 단말에 의해 방송되는 상향링크 동기 신호를 탐색한다. 단말은 상향링크 동기 신호를 수신하지 못한 경우에, 상향링크 동기 신호를 직접 송신함으로써, 중앙 제어 장치의 기능을 수행할 수 있다.
상향링크 동기 신호를 방송하는 중앙 제어 장치는 다른 중앙 제어 장치에 의해 방송되는 상향링크 물리 채널을 주기적으로 계속 탐색하고, 상향링크 동기 신호를 획득한 경우에, 중앙 제어 장치로써 동작하는 것을 중단할 수 있다. 구체적으로, 중앙 제어 장치로써 동작하는 단말들 중 우선 순위가 높은 단말이 상향링크 동기 신호 송신을 유지한다. 중앙 제어 장치 동작을 중단한 단말은 동기 신호 또는 채널 송신의 중단 정보를 동기 채널에 표시(포함)할 수 있다.
한편, 단말의 동기를 위해 사용되는 물리 채널은 동기 신호와 동기 채널로 나뉠 수 있다.
동기 신호는 물리적으로는 단말의 동기 획득에 필요한 정보를 포함한다. 중앙 제어 장치는 다른 중앙 제어 장치의 송신과 구별하기 위해, 주파수 분할(FDM: Frequency Division Multiplexing) 또는 코드 분할(CDM: Code Division Multiplexing) 방식을 이용해 동기 신호를 방송할 수 있다. 동기 신호의 시간 자원 위치는 고정되어 있으며, 상향링크 대역에서 일정한 주기로 할당된다. 구체적으로, 주변에 위치한 복수의 중앙 제어 장치가 동기 신호를 송신할 때 간섭이 발생하므로, 중앙 제어 장치는 주파수 자원 또는 시간 자원 위치를 다르게 하여 동기 신호를 송신하거나, 구별되는 정보(예, LTE 동기 신호의 스크램블링, 또는 셀 식별자 사용)를 포함시켜 방송할 수 있다. 동기 신호는 단말이 동기를 획득하기 위한 일부 정보만을 포함하므로, 그 이외의 추가 정보는 동기 채널을 통해 방송된다.
동기 채널은 아래 표 1과 같은 정보를 포함한다. 결국, 동기 채널은 시스템 정보 채널의 기능을 가진다. 한편, 표 1의 정보 중 일부는 단말이 빠르게 획득할 수 있도록 하기 위해서, 동기 신호에 포함될 수도 있다.
정보 비고
동기 채널 표시 정보 - 동기 채널임을 나타내는(표시하는) 정보
- 다른 단말이 구별할 수 있도록, 동기 채널 표시 정보를 포함하는 동기 채널이 방송될 수 있음
시간 정보 SFN(System Frame Number) 정보와 같은 시각 정보
동기 신호 정보 동기 채널과 매핑되는 동기 신호에 대한 정보
스탠드 얼론(standalone) 정보 - 기지국의 동기 없이 방송되는 동기 채널임을 나타내는 정보
- 예, GPS 등을 이용하여 동기 획득
중계 정보 - 기지국의 동기에 기초해 방송되는 동기 채널임을 나타내는 정보
- 기지국의 동기에 기초해 방송되는 동기 채널인 경우에, 상향 링크 동기 또는 하향 링크 동기임을 나타내는 타입 정보
- 주변 중앙 제어 장치의 동기를 중계하여 방송하는 장치인 경우에는 다르게 표시
정확도 - 동기 신호의 정확도
- 예, 오차 범위, 또는 기지국의 동기가 중계되는 경우에 홉 카운트
물리 셀 ID 기준 값으로 사용되는 기지국의 셀 식별자
중앙 제어 장치 ID 동기 신호를 방송하는 장치의 식별자
이동성 정보 중앙 제어 장치가 이동하는 장치임을 나타내는 정보 또는 중앙 제어 장치의 이동 속도(예, 고속, 저속, 고정)
시간 변경 정보 - 장치가 송신하고 있는 동기 신호의 기준 동기 시각에 대한 변경 정보
- 자신의 동기 시각과 변경 동기 시각 간의 오프셋(offset), 시간 변경이 적용되는 시각(시간 변경을 실행할 시각)
위치 정보 중앙 제어 장치의 위치 정보
신호 세기 정보 중앙 제어 장치의 신호 세기
단말 연결 정보 - 중앙 제어 장치의 동기 신호를 사용하는 셀(또는, 단말, 다른 중앙 제어 장치)이 있음을 나타내는 정보
- 예, 중앙 제어 장치의 동기 신호를 사용하는 단말의 개수
종료 정보 - 중앙 제어 장치의 동작 종료를 나타내는 정보
- 동기 신호의 중단 정보, 중단 시각 정보(예, 5초 후 종료)
한편, 동기 채널은 추가적으로, LTE 기지국에 의해 방송되는 셀의 시스템 정보를 포함할 수 있다. 이 경우에, D2D 통신에 필요한 통신 파라미터가 동기 채널을 통해 방송될 수 있다. 중앙 제어 장치의 동기를 사용하는 단말은 동기 채널에 포함된 통신 파라미터를 사용하여 D2D 통신을 수행한다. 여기서, 동기 채널에 포함되는 통신 파라미터는, D2D 통신에 사용되는 채널 정보(예, 시간/주파수 자원 정보, 크기, 주기, 송신 전력 등), 그리고 D2D 통신 채널의 가용량 정보를 포함한다.
한편, 중앙 제어 장치는, 동기 채널을 주기적으로 송신하며, 타 채널과의 충돌을 피하기 위해, 동기 채널의 위치를 주기적으로 변경할 수 있다. 구체적으로, 중앙 제어 장치는 동기 채널의 송신 위치를 시간적(예, TDM: Time Division Multiplexing)으로 변경함으로써, 동일한 위치에서 동기 채널을 송신하는 중앙 제어 장치로 하여금 충돌을 회피할 수 있도록 한다.
중앙 제어 장치는 동기 채널을 송신하는 경우에, 자신이 송신하지 않는 동기 채널 방송 영역을 일정한 주기로 수신하여, 다른 중앙 제어 장치가 동기 채널을 송신하는 지를 확인한다. 중앙 제어 장치가 다른 중앙 제어 장치에 의해 동기 채널이 송신됨을 확인한 경우에, 동기 신호의 충돌을 회피하기 위하여, 동기 신호 및 동기 채널의 송신을 중단하거나, 다른 중앙 제어 장치의 송신 중단을 요청할 수 있다.
한편, 중앙 제어 장치는, 기지국에 의해 방송되는 시스템 정보와 유사한 제어 정보를 동기 채널을 통해 방송할 수 있다. 구체적으로, 중앙 제어 장치는 동기 채널의 정보를 데이터 채널과 동일한 절차 및 채널 구조를 사용하여 전송할 수 있다.
3. 가변 셀 구조의 필요성
도 2는 기지국의 통신 반경 내에 위치한 단말이 중앙 제어 장치와 동기를 맞추어 D2D 통신을 수행하는 환경을 나타내는 도면이다. 도 2에서는 설명의 편의를 위해, 단말(200m, 200n, 200q)이 중앙 제어 장치로써 동작하는 경우를 예시하였고, 이 경우에, 단말(200m, 200n, 200q) 각각은 D2D 통신 반경(C2c, C2d, C2e)을 가진다. 또한, 도 2에서는 설명의 편의를 위해, 단말(200j~200m)은 기지국(100c)의 셀(C1c) 내에 위치하고, 단말(200n, 200o)은 셀(C1c) 경계에 위치하고, 단말(200p~200r)은 셀(C1c) 반경 밖에 위치하는 경우를 예시하였다.
기지국(100c)의 셀(C1c) 반경 내에 위치한 중앙 제어 장치(200m)는, 기지국(100c)의 동기를 획득할 수 있다. 중앙 제어 장치(200m)가 기지국(100c)의 동기에 맞추어 동기 신호 및 관련 채널을 송신하는 경우에, 기지국(100c)의 셀(C1c)에 의해 송수신되는 채널에 간섭을 미치지 않는다. 하지만, 중앙 제어 장치(200m)가 기지국(100c)의 동기를 획득하지 않은 상태에서 자신의 동기 신호를 방송하면, 기지국 셀(C1c)의 무선 자원과 충돌이 발생하고, 이는 간섭으로 작용된다.
한편, 기지국(100c)의 셀(C1c) 반경 밖에 위치한 중앙 제어 장치(200q)는, 기지국 셀(C1c)의 동기를 획득할 수 없기 때문에, 임의의 시각을 지정하여 동기 신호를 방송하고 관련 채널을 송신한다. 이 경우에, 중앙 제어 장치(200q)는 기지국(100c)과의 동기를 유지하지 않기 때문에, 만약 중앙 제어 장치(200q)가 기지국 셀(C1c) 경계에 접근하면, 기지국(100c)의 상향링크와 충돌이 발생하고 결국 간섭이 발생된다.
또한, 기지국(100c) 및 중앙 제어 장치는 기지국 셀(C1c) 경계에 위치한 중앙 제어 장치(200o)에 의해 발생되는 간섭을 측정하기 어렵기 때문에, 이를 해결하기 위한 방법(송신 전력 세기가 변하는 가변 셀 구조)이 필요하다.
4. 기지국의 동작 방법
기지국 셀의 동기를 획득하지 않은 셀 반경 밖의 중앙 제어 장치로 하여금 기지국에 대한 간섭을 일으키지 않도록 하는, 기지국 제어 방법을 설명한다.
기지국은 하향링크를 사용하여 하향링크 신호를 주기적으로 방송한다. 구체적으로, 기지국은 동기 신호(예, PSS(Primary Synchronization Signal), SSS (Secondary Synchronization Signal)) 또는 시스템 정보 채널(System Information Channel) 등을 주기적으로 방송한다. 기지국은 이동 통신 기지국 네트워크의 운용을 주관하는 상위 시스템(예, 사업자 운용(Operations And Management) 시스템)에 의해 설정된 일정한 기준값에 따라 신호의 세기를 지정하여, 동기 신호 또는 시스템 정보 채널을 방송할 수 있다.
기지국은 주기적으로 방송하는 하향링크 신호의 송신 전력 세기를 시간에 따라 가변적으로 설정할 수 있다. 구체적으로, 기지국은 동기 신호, 시스템 정보 채널, 또는 제어 채널 등과 같은 하향링크 신호를 방송할 때, 송신 전력의 세기를 기준값보다 높은 값으로 설정하여 주기적으로 송신하고, 나머지 시간에는 송신 전력의 세기를 기준값으로 설정하여 송신할 수 있다. 이를 통해, 셀 경계에 위치한 중앙 제어 장치는 기지국 셀의 존재 유무, 또는 기지국 셀의 동기 관련 정보를 획득할 수 있다. 기지국이 방송하는 하향링크 신호의 송신 전력 세기를 시간에 따라 가변적으로 설정하는 방법은 도 3에 예시되어 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른, 기지국의 신호 송신 방법을 나타내는 도면이다. 도 3에서는 설명의 편의를 위해, 기지국이 동기 신호의 송신 전력 세기를 조절하는 경우를 예시하였다.
예를 들어, 도 3에 예시된 바와 같이, 기지국은 동기 신호의 송신 전력 세기를 기준값(PW1a) 보다 높은 값(PW1b)으로 설정한 후 40 ms 주기(예, T1a, T1b)로 동기 신호를 방송할 수 있고, 그 나머지 시간에는 동기 신호의 송신 전력 세기를 기준값(TW1a)으로 설정한 후 10 ms 주기(예, T2a, T2b, T2c)로 동기 신호를 방송할 수 있다.
또는, 기지국은 송신 전력 세기를 여러 단계(예, 2단계, 또는 3단계 등)로 지정할 수 있다. 예를 들어, 기지국은 기준값(PW1a)의 송신 전력 세기로 동기 신호를 제1 주기로 방송하고, 값(PW1b)의 송신 전력 세기로 동기 신호를 제1 주기 보다 긴 제2 주기로 방송하고, 값(PW1b) 보다 큰 값의 송신 전력 세기로 동기 신호를 제2 주기 보다 긴 제3 주기로 방송할 수 있다. 송신 전력 세기의 단계가 다양할수록, 단말 또는 중앙 제어 장치에 의해 측정되는 기지국 식별의 정밀도는 높아질 수 있다. 예를 들어, 기지국이 하향링크 신호의 송신 전력 세기를 3단계로 조절하는 경우를 가정한다. 중앙 제어 장치가 제3 주기로 방송되는 기지국 신호만을 수신한 경우에, 자신이 기지국 셀의 경계에 위치한다고 판단한다. 중앙 제어 장치가 제2 주기로 방송되는 기지국 신호와 제3 주기로 방송되는 기지국 신호를 수신한 경우에, 기지국 셀의 경계 보다 기지국에 더 가까운 위치에 자신이 있다고 판단한다. 중앙 제어 장치가 제1 주기로 방송되는 기지국 신호, 제2 주기로 방송되는 기지국 신호, 그리고 제3 주기로 방송되는 기지국 신호를 수신한 경우에, 기지국에 더 가까운 위치에 자신이 있다고 판단한다.
또는, 기지국은 기준값(PW1a) 보다 높은 송신 전력 세기로 방송되는 하향링크 신호에 별도의 식별자(예, 기지국 식별자, 셀 식별자 등)를 포함시킬 수 있다. 하향링크 신호에 포함된 식별자를 통해, 단말 또는 중앙 제어 장치는 하향링크 신호를 방송하는 기지국을 더욱 쉽게 인식할 수 있다.
또는, 상술한 기능을 제공하기 위해, 기지국은 기존의 하향링크 신호와 구별되는 새로운 제어 채널을 구성할 수 있다. 구체적으로 기지국은 새로운 제어 채널을 송신하는 경우에, 상술한 바와 같이, 새로운 제어 채널의 송신 전력 세기를 시간에 따라 가변적으로 설정할 수 있다. 새로운 제어 채널은 별도의 채널 식별자 또는 동기에 필요한 신호(예, PSS)를 포함할 수 있으며, 중앙 제어 장치는 상기 신호를 수신하고 기존의 동기 신호를 수신하지 못하면 자신이 셀 경계에 위치하고 있음을 인식할 수 있다. 기지국은 많은 단말로 하여금 새로운 제어 채널을 수신할 수 있도록 하기 위하여, 새로운 제어 채널에 대해 스크램블링을 하지 않거나 작게 할 수 있다.
한편, 중앙 제어 장치는 기지국의 존재 유무를 확인하기 위해 또는 기지국의 동기를 획득하기 위해, 기지국의 하향링크 신호(예, 동기 신호, 또는 새로운 제어 채널 등)를 계속 탐색한다. 중앙 제어 장치는 기지국의 하향링크 신호(예, 동기 신호, 또는 새로운 제어 채널 등)를 수신하면, 수신된 신호를 이용해 기지국 셀의 존재 유무를 확인하거나 기지국의 하향링크 동기 시각을 획득한다. 기지국이 기존의 동기 신호를 사용하여 가변적인 신호 세기로 방송하는 경우에, 중앙 제어 장치는 기지국의 동기 신호를 수신하면 해당 신호가 간섭 방지를 위한 신호인지 여부를 확인하여야 한다. 이를 위해, 중앙 제어 장치는 수신된 신호(예, 동기 신호, 또는 새로운 제어 채널 등)가 일반적인 주기(예, 10 ms)보다 긴 주기(예, 40ms)로 수신되는 경우에, 자신이 기지국 셀의 경계에 위치한다고 판단하고, 현재 자신의 위치는 단말의 상향링크 신호가 기지국에 전달되기 어려운 위치라는 것을 인식한다. 수신 신호의 주기가 일반적인 주기인지 긴 주기인지를 판단하기 위한 근거(예, 일반적인 주기 값, 긴 주기 값 등)는 단말의 이동통신 운용 정보에 설정(pre-configure)하여 저장될 수 있다. 중앙 제어 장치의 역할을 담당하는 단말은 자신이 기지국 셀의 경계에 위치하고 있음을 판단한 경우에, 간섭 방지를 위해, 기지국에 접속을 시도하지 않고, 일반적인 주기의 동기 신호를 획득할 때까지 대기할 수 있다. 한편, 기지국이 송신 전력 세기를 더 많은 단계(예, 3단계 등)로 설정하여 전송하는 구조에서는, 상술한 바와 같이, 중앙 제어 장치는 자신과 기지국 간의 거리를 더욱 정밀하게 예측할 수 있다.
한편, 중앙 제어 장치는 자신이 기지국 셀의 경계에 위치하지만 기지국으로부터 일반적인 주기의 동기 신호를 수신할 수 있는 경우에, 기지국 동기에 맞춰 신호 및 채널을 송신함으로써, 기지국 셀의 상향링크에 간섭을 미치지 않으면서 동작할 수 있다.
그러나, 중앙 제어 장치는 상술한 기지국의 하향링크 신호(예, 동기 신호, 또는 새로운 제어 채널 등)를 수신한 경우에, 자신의 동기 신호 방송을 중단하거나, 자신의 동기 신호의 송신 전력 세기를 낮춤으로써, 기지국 셀에 대한 간섭을 줄일 수 있다.
한편, 이동셀(moving cell)은 이동통신 기지국의 셀과 동일한 역할을 수행한다. 이동셀을 가지는 이동셀 노드(장치)는 이동성을 가지고, 또한 무선 백홀을 사용함으로써 이동셀의 위치를 용이하게 지정할 수 있다. 이동셀은 주변 기지국 셀 또는 주변 이동셀과의 동작을 위해, 주변 기지국 셀 또는 주변 이동셀에 의해 방송되는 신호를 수신하는 기능을 가진다. 이동셀 노드는 상술한 중앙 제어 장치의 절차를 동일하게 사용하여 기지국을 탐색하고, 기지국의 동기 신호를 획득하면 기지국과 동기를 맞추는 동작을 수행한다. 이동셀 노드는 본 명세서에서 기술되는 중앙 제어 장치의 동작과 동일/유사한 동작을 수행할 수 있다.
5. 중앙 제어 장치의 동작 방법
기지국 동기를 획득하지 못 한 기지국 셀 반경 밖의 중앙 제어 장치로 하여금 기지국 셀에 대한 간섭을 일으키지 않도록 하는, 중앙 제어 장치의 제어 방법을 설명한다.
중앙 제어 장치는 상향링크 신호(예, 동기 신호)를 방송할 때 상향링크 신호(예, 동기 신호)의 송신 전력 세기를 가변적으로 설정한다. 구체적으로, 중앙 제어 장치는 상향링크 신호(예, 동기 신호)의 송신 전력 세기를 낮은 값부터 시작하여, 시간에 따라 상향링크 신호(예, 동기 신호)의 송신 전력 세기를 높인다. 즉, 중앙 제어 장치는 상향링크 신호(예, 동기 신호)의 방송을 시작할 때에는 상향링크 신호의 송신 전력 세기를 낮은 값으로 설정한다. 중앙 제어 장치는 주변의 송신 신호 또는 제어 메시지를 수신하지 않으면, 상향링크 신호의 송신 전력 세기를 기 설정된 값까지 시간에 따라 계속 증가시킬 수 있다. 이를 통해, 중앙 제어 장치는 이웃 셀이나 중앙 제어 장치에게 간섭을 미치지 않도록 상향링크 신호를 방송한다. 또한, 중앙 제어 장치는 상향링크 신호(예, 동기 신호)의 방송을 시작할 때에, 상향링크 신호의 송신 주기를 긴 주기로 설정할 수 있고, 시간에 따라 상향링크 신호의 송신 주기를 짧게 조절할 수 있다.
중앙 제어 장치는 기지국에 접속하였을 때, 이러한 신호 세기(예, 송신 전력 세기의 낮은 값, 가변 크기, 최대 송신 전력 세기, 송신 주기 등)를 기지국의 제어 메시지를 통해 설정받을 수 있다.
중앙 제어 장치는 동기 신호를 방송할 때, 주변 셀 또는 주변 중앙 제어 장치의 동기 신호를 계속 탐색한다. 중앙 제어 장치는 동기 신호를 송신하는 상태에서 주변의 셀 신호(예, 동기 신호), 주변의 단말 신호, 또는 주변의 중앙 제어 장치 신호(예, 동기 신호)를 수신하면, 동기 신호의 송신 전력 세기를 유지하거나 낮춤으로써, 간섭을 회피한다. 또는, 중앙 제어 장치는 주변 동기 신호를 수신하고 수신된 동기 신호로부터 동기를 획득하면, 자신의 동기를 수신된 동기 신호에 맞출 수 있고, 이 때 자신의 신호 송신을 그대로 유지하거나, 동기 신호의 송신 전력 세기를 더 높게 설정할 수도 있다. 중앙 제어 장치는 자신의 동기를 수신된 동기 신호에 맞춰 변경한 경우에, 동기 채널 정보를 변경하여 주변 단말에게 알려 줄 수 있다. 또는, 중앙 제어 장치는 주변 동기 신호를 수신한 경우에, 동기 신호의 방송을 중단할 수도 있다.
한편, 중앙 제어 장치가 신호(예, 동기 신호)를 방송하는 경우에, '4. 기지국의 동작 방법'에서 상술한 기지국의 신호 송신 방법을 모두 사용할 수 있다. 이 경우에, 중앙 제어 장치는 다른 중앙 제어 장치의 존재 유무 또는 근접 상태를 측정할 수 있으며 자신의 송신 전력 세기를 제어함으로써, 서로 간의 간섭을 줄일 수 있다. 중앙 제어 장치가 방송하는 신호의 송신 전력 세기를 시간에 따라 가변적으로 설정하는 방법은 도 4에 예시되어 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른, 중앙 제어 장치의 신호 송신 방법을 나타내는 도면이다. 도 4에서는 설명의 편의를 위해, 중앙 제어 장치가 동기 신호의 송신 전력 세기를 조절하는 경우를 예시하였다.
예를 들어, 도 4에 예시된 바와 같이, 중앙 제어 장치는 동기 신호의 송신 전력 세기를 기준값(PW2a) 보다 높은 값(PW2c)으로 설정한 후 긴 주기(예, T3a, T3b)로 동기 신호를 방송할 수 있고, 그 나머지 시간에는 동기 신호의 송신 전력 세기를 기준값(TW2a)으로 설정한 후 짧은 주기(예, T4a, T4b, T4c)로 동기 신호를 방송할 수 있다. 중앙 제어 장치가 주변의 셀 신호(예, 동기 신호), 주변의 단말 신호, 또는 주변의 중앙 제어 장치 신호(예, 동기 신호)를 시점(T5a)에 수신한 경우에, 동기 신호의 송신 전력 세기를 값(PW2c)에서 값(PW2b)으로 낮추어 동기 신호를 송신할 수 있다.
한편, 기지국 또는 이동셀도 중앙 제어 장치와 같이, 동기 신호 또는 시스템 정보 채널 등을 송신하는 경우에, 동기 신호 또는 시스템 정보 채널의 송신 전력 세기를 가변적으로 설정할 수 있다.
6. 주변 단말의 동작 방법
기지국 동기를 획득하지 못 한 셀 반경 밖의 중앙 제어 장치로 하여금 기지국 셀에 대한 간섭을 일으키지 않도록 지원하는, 주변 단말의 동작 방법을 설명한다. 여기서, 주변 단말은 기지국과 셀 반경 밖의 중앙 제어 장치 사이에 위치하여 두 장치의 신호를 수신할 수 있는 단말을 의미한다. '6. 주변 단말의 동작 방법'은 중앙 제어 장치가 기지국 경계에 위치하여 기지국과 접속할 수 없는 상태인 경우에 적용되는 동작 방법이다.
주변 단말은 기지국의 하향링크 동기 신호를 계속 수신하여, 기지국 동기를 획득하거나 기지국에 접속을 시도하는 절차를 수행한다. 또한, 주변 단말은 주변의 상향링크 동기 신호를 계속 수신하여, 중앙 제어 장치와의 동기 설정 동작을 수행한다.
셀 반경 내에 위치한 단말은 기지국의 동기를 획득하여 동작한다. 셀 반경 내에 위치한 단말이 주변 중앙 제어 장치의 동기 신호를 수신한 경우에, 수신된 동기 신호 또는 이와 관련된 제어 채널을 송신하는 중앙 제어 장치의 정보를 획득한다. 중앙 제어 장치의 정보를 획득한 단말은 중앙 제어 장치로 하여금 동기 기준 시각을 변경하도록 하기 위하여, 제어 정보를 중앙 제어 장치로 송신할 수 있다. 즉, 단말이 중앙 제어 장치의 시간 동기가 기지국의 동기 신호로부터 일정 범위를 벗어났다고 판단한 경우에, 중앙 제어 장치의 동기 시각을 변경하도록 하기 위해, 제어 정보를 중앙 제어 장치로 송신할 수 있다. 여기서, 제어 정보는 셀 식별 정보, 시각 정보, 또는 SFN 등을 포함할 수 있다. 구체적으로 제어 정보에 포함되는 시각 정보는 기지국의 동기 시각과 중앙 제어 장치의 동기 시각 간의 차이(offset)를 나타내며, 이를 수신한 중앙 제어 장치는 해당 시간 만큼 동기 시각을 변경한다. 또한 제어 정보는, 기지국의 시스템 정보 중 일부를 포함(중계)할 수 있다. 단말은 제어 정보를 일정한 주기로 1회 또는 반복 송신하며, 제어 정보의 송신을 줄이기 위해 임의의 횟수만 송신한 후 이전에 단말이 송신한 적이 있는 중앙 제어 장치에게는 재송신하지 않을 수 있다.
제어 정보의 전송을 위해, 단말은 임의접속 채널을 사용하거나 제어 정보를 포함하는 D2D 통신을 위한 새로운 물리 채널을 사용할 수 있으며, 임의접속 채널 또는 D2D 통신을 위한 새로운 물리 채널을 송신한 이후에는 데이터 채널을 통해 제어 정보를 전달할 수 있다.
한편, 단말로부터 제어 정보를 수신한 중앙 제어 장치는 동기 신호 또는 관련 채널의 송신을 중단하거나 그 송신 전력 세기를 낮출 수 있다. 또는, 중앙 제어 장치는 자신의 동기 시각을 셀의 동기 시각으로 변경할 수 있다. 중앙 제어 장치가 동기 시각을 변경하는 경우에, 중앙 제어 장치의 동기 채널을 사용하는 단말들의 통신 유지를 위해서, 동기 시각 변경 정보를 송신할 수 있다. 구체적으로, 중앙 제어 장치는 동기 채널에 동기 시각 변경 정보를 포함시켜 방송하거나, 별도의 제어 채널에 동기 시각 변경 정보를 포함시켜 방송할 수 있다.
한편, 셀 반경 내에 위치한 단말은 주변 중앙 제어 장치의 동기 신호를 식별하면, 기지국으로 주변 중앙 제어 장치의 정보를 기지국으로 보고할 수 있다. 구체적으로, 단말은 중앙 제어 장치의 동기 시각, 식별 정보(단말 식별 정보), 신호 세기, 중계 정보, 또는 중앙 제어 장치에 연결된 단말 개수 등을 기지국으로 보고할 수 있고, 기지국은 보고 받은 정보를 사용하여 중앙 제어 장치의 동기 시각, 신호 세기 등을 변경할 수 있다.
한편, 기지국은 아이들(idle) 상태의 단말이 중앙 제어 장치의 정보를 보고할 수 있도록 하기 위해, 커넥티드(connected) 상태로 천이할 것을 단말에게 지시할 수 있다. 또는, 아이들 상태의 단말이 기지국의 지시 없이 직접 커넥티드 상태로 천이할 수도 있다. 또는, 단말이 많은 환경에서 시그널링을 줄이기 위해, 커넥티드 상태의 단말만이 중앙 제어 장치의 정보를 기지국에게 보고할 수도 있으며, 기지국도 커넥티드 상태의 단말에게만 측정 또는 보고를 지시할 수도 있다.
한편, 이동셀은 '6. 주변 단말의 동작 방법'에서 상술한 기지국 또는 중앙 제어 장치의 기능 및 동작을 수행할 수 있다.
7. 중앙 제어 장치의 동기를 획득한 단말의 동작 방법
중앙 제어 장치는 동기 신호를 계속 송신하므로, 전력 소모가 발생하는 문제와 주변에 간섭이 발생하는 문제가 있을 수 있다. 이를 해결하기 위해, 중앙 제어 장치는 동기 신호의 방송이 불필요할 때에는 동기 신호 송신을 중단하며, 이와 같은 동작을 지원하기 위해, 주변 단말 정보를 사용한다. 이를 위해, 중앙 제어 장치의 동기 신호를 수신하여 그 동기를 획득한 단말은 중앙 제어 장치와 통신할 수 있다. 주변 단말이 중앙 제어 장치의 동기 신호를 수신하면, 중앙 제어 장치에게 자신의 상태를 나타내는 신호를 송신할 수 있다. 구체적으로, 단말은 자신이 중앙 제어 장치의 동기 신호를 사용하고 있음을 중앙 제어 장치에게 알려주고, 중앙 제어 장치는 자신의 동기를 사용하는 단말이 존재하면 동작을 계속하고, 존재하지 않는 경우에는 동기 신호 방송을 중단하거나 신호의 세기를 줄인다.
중앙 제어 장치는 자신에게 연결된 단말의 개수 또는 식별 정보를 동기 채널에 포함시켜 동기 채널을 방송할 수 있다. 또한, 중앙 제어 장치는 동기 신호를 계속 송신하는 상태에서 주변의 송신 신호 또는 제어 메시지를 수신하지 않으면, 동기 신호 또는 채널의 송신 전력 세기를 기 설정된 값까지 계속 증가하며 동기 신호 또는 채널을 송신할 수 있다. 이 경우에, 중앙 제어 장치의 통신 반경이 증가하여 단말들의 동기 정보 제공이 확장된다.
한편, 단말이 중앙 제어 장치에게 자신의 동기 획득 정보를 알려주기 위해, 상향링크 무선 자원을 사용하며, 임의 접속 채널을 사용하는 절차와 유사한 방법을 사용할 수 있다. 구체적으로, 단말은 중앙 제어 장치의 동기를 획득하면, 중앙 제어 장치가 동기 채널을 통해 표시한 무선 자원 영역을 이용해, 물리 채널 또는 상위 계층(예, MAC(Medium Access Control), RRC(Radio Resource Control)) 메시지를 송신한다. 여기서 단말에 의해 송신되는 동기 획득 정보는, 단말의 기지국 접속 여부, 단말이 접속한 기지국 정보, 단말이 접속한 중앙 제어 장치 유무, 또는 단말이 접속한 중앙 제어 장치의 개수 등을 포함할 수 있다.
중앙 제어 장치는 단말로부터 수신된 동기 획득 정보를 통해, 자신의 동기 신호를 사용하는 단말의 유무 또는 개수, 자신의 동기 신호를 사용하는 단말과의 거리, 또는 하나의 동기만을 획득한 단말의 개수 또는 정보 등을 예측할 수 있다.
8. 기지국과 중앙 제어 장치 간의 시그널링
중앙 제어 장치가 기지국의 셀 반경 내에 위치하여 기지국과 통신이 가능한 경우에, 기지국은 중앙 제어 장치의 동기 신호의 송신 세기 또는 송신 주기를 설정할 수 있다. 여기서, 기지국은 이동셀을 가지는 이동셀 노드(장치)를 포함한다.
기지국은 중앙 제어 장치의 필요성을 판단한다. 기지국은 중앙 제어 장치가 필요한 경우에, 주변 단말에게 중앙 제어 장치로써 동작하여 동기 신호를 방송할 것을 지시할 수 있다.
구체적으로, 기지국은 자신에게 접속한 제1 단말이 셀 경계에 위치하거나 셀 반경을 벗어나는 경우에, 제2 단말에게 중앙 제어 장치로써 동작할 것을 지시할 수 있다. 예를 들어, 기지국은 셀 경계에서 이동하는 제1 단말의 신호가 나빠지고 있음을 인식한 경우에, 제2 단말에게 중앙 제어 장치로써 동기 신호를 방송할 것을 지시할 수 있다. 또한, 기지국은 주변에 이웃 셀이 구축되어 있지 않은 경우에, 주변 단말에게 중앙 제어 장치로써 동작할 것을 지시할 수 있다. 예를 들어, 기지국 구축 구조에 따라 셀이 배치되지 않은 영역에 단말이 위치한 경우에, 기지국은 주변 단말에게 중앙 제어 장치로써 동기 신호를 방송할 것을 지시할 수 있다. 또한, 단말이 중앙 제어 장치의 필요성을 기지국에게 요청한 경우에, 기지국은 주변 단말에게 중앙 제어 장치로써 동작할 것을 지시할 수 있다. 예를 들어, 단말이 기지국에게 동기 신호가 필요함을 요청한 경우에, 기지국은 주변 단말에게 중앙 제어 장치로써 동기 신호를 방송할 것을 지시할 수 있다.
한편, 단말의 중앙 제어 장치 동작을 지시하기 위한 메시지 송수신이 필요한데, 그 절차는 다음과 같다. 구체적으로, 기지국은 주변 단말에게 중앙 제어 장치로써 동작할 수 있는 지에 대한 확인을 요청한다. 예를 들어, 기지국은 페이징 채널, 방송 채널 또는 데이터 채널을 통해 확인 요청 메시지를 송신할 수 있다. 확인 요청 메시지를 수신한 단말은 중앙 제어 장치로써 동작할 수 있는 지를 응답한다. 예를 들어, 단말은 자신의 이동성, 신호 세기, 전원 상태, 및 위치 정보 등을 응답 메시지에 포함시키고(표시하고), 응답 메시지를 기지국에게 전송할 수 있다. 조건이 부족한 단말은 응답하지 않는다. 응답 메시지를 수신한 기지국은 중앙 제어 장치로써 동작할 것을 응답 메시지를 송신한 단말에게 지시한다. 예를 들어, 기지국은 조건을 확인하고, 응답 메시지를 송신한 단말 중 적어도 하나를 선택하여 지시 메시지로 송신할 수 있다. 지시 메시지를 수신한 단말은 중앙 제어 장치의 기능을 수행한다. 단말은 지시 메시지에 대한 응답 메시지를 기지국에게 송신할 수 있다.
9. 셀 간 문제: 중앙 제어 장치가 복수의 셀에 접근하는 경우
중앙 제어 장치가 셀 경계로 이동하는 경우에, 복수의 셀 경계에 위치할 수 있으며, 중앙 제어 장치가 이미 하나의 셀에 동기를 맞추었다면, 나머지 다른 셀에 간섭을 발생시킬 수 있다.
하나의 셀에 동기를 맞춘 중앙 제어 장치가 다른 셀의 동기 신호를 수신하면, 다른 셀의 동기 신호의 세기를 판단한다. 중앙 제어 장치는 다른 셀의 동기 신호의 수신 세기가 기 설정된 기준값 이상인 경우에, 자신의 동기 시각을 다른 셀의 동기 시각으로 변경한다. 그리고 동기 시각을 변경한 중앙 제어 장치는 동기 채널의 정보를 변경하여 송신함으로써, 자신의 동기를 사용하는 단말이 정보를 변경하도록 한다.
한편, 복수의 기지국 셀의 동기 신호를 수신한 중앙 제어 장치는 간섭을 줄이기 위해, 자신의 동기 신호 방송을 중단하거나 신호의 송신 전력 세기를 낮출 수 있다. 이 경우에, 중앙 제어 장치는 자신의 동기 신호를 사용하는 단말의 상태를 검토한 후, 검토 결과에 따라 방송 중단 또는 송신 전력 세기 낮춤을 결정할 수 있다. 구체적으로, 중앙 제어 장치는 자신의 동기 신호를 사용하는 단말의 개수 또는 자신의 동기 신호만을 획득한 단말의 개수 정보 등에 기초해, 방송 중단 또는 송신 전력 세기 낮춤을 결정할 수 있다.
10. 단말의 셀 접속 기준값 운용: 보수적 연결 관리
단말은 측정한 셀의 신호 세기와 단말의 접속 상태에 따라, 접속 동작을 다르게 수행한다. 구체적으로, 단말이 셀 반경 밖에 위치하다가 셀 경계로 이동한 경우에, 셀 접속을 위한 신호 세기 기준값(이하 '셀 접속 기준값')을 낮게 설정한 후, 측정 기지국 또는 측정 셀에 접속하는 절차를 수행할 수 있다. 셀 접속 기준값이 낮은 값으로 설정됨으로써, 단말이 셀에 접속하는 것이 보다 쉽게 발생할 수 있다.
또한, 하나의 셀에 접속 중인 단말(셀 반경 내에 위치하는 단말)은 셀 접속 기준값을 높게 설정할 수 있다. 셀 접속 기준값이 높게 설정됨으로써, 단말이 접속 셀을 변경하는 것이 보다 어렵게(천천히) 발생할 수 있다.
이를 위해, 단말 또는 중앙 제어 장치는 셀 접속 기준값을 복수개 사용할 수 있다. 구체적으로, 단말 또는 중앙 제어 장치는 기지국에 접속하였을 때, 상위 계층으로부터 복수의 셀 접속 기준값을 수신할 수 있다. 본 명세서에서, 접속 상태는 단말의 커넥티드 상태와 단말의 아이들 상태를 포함하며, 또한, 아이들 상태의 단말이 하나의 기지국 신호를 수신하여 동기를 획득한 상태도 포함한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른, 기지국(100)의 구성을 나타내는 도면이다.
기지국(100)은 프로세서(110), 메모리(120), 및 RF(Radio Frequency) 변환기(130)을 포함한다.
프로세서(110)는 본 명세서에서 설명한, 기지국과 관련된 기능, 절차 및 방법들을 구현하도록 구성될 수 있다.
메모리(120)는 프로세서(110)와 연결되고, 프로세서(110)의 동작과 관련된 다양한 정보를 저장한다.
RF 변환기(130)는 프로세서(110)와 연결되고, 무선 신호를 송신 또는 수신한다. 그리고 기지국(100)은 단일 안테나 또는 다중 안테나를 가질 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른, 단말(200)의 구성을 나타내는 도면이다.
단말(200)은 프로세서(210), 메모리(220), 및 RF 변환기(230)을 포함한다.
프로세서(210)는 본 명세서에서 설명한, 단말과 관련된 기능, 절차 및 방법들을 구현하도록 구성될 수 있다. 또는, 프로세서(210)는 본 명세서에서 설명한, 중앙 제어 장치와 관련된 기능, 절차 및 방법들을 구현하도록 구성될 수 있다.
메모리(220)는 프로세서(210)와 연결되고, 프로세서(210)의 동작과 관련된 다양한 정보를 저장한다.
RF 변환기(230)는 프로세서(210)와 연결되고, 무선 신호를 송신 또는 수신한다. 그리고 단말(200)은 단일 안테나 또는 다중 안테나를 가질 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 D2D 통신은 면허대역(licensed band)을 사용할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예는 컴퓨터 시스템(예, 컴퓨터 판독가능 매체 등) 내에서 구현될 수 있다. 도 7에 예시된 바와 같이, 컴퓨터 시스템(300)은 적어도 하나의 프로세서(310), 메모리(320), 및 스토리지(330)를 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨터 시스템(300)은 통신 인터페이스(340)를 더 포함할 수 있다. 통신 인터페이스(340)는 네트워크(400)와 연결되는 네트워크 인터페이스(341)를 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨터 시스템(300)은 사용자 입력 디바이스(350) 및 사용자 출력 디바이스(360)를 더 포함할 수 있다. 각 구성(310~360)은 버스(370)를 통해 통신할 수 있다.
프로세서(310)는 메모리(320) 또는 스토리지(330)에 저장된 프로세싱 인스트럭션들을 실행하는 CPU(Central Processing Unit) 또는 반도체 디바이스일 수 있다. 메모리(320)와 스토리지(330)는 다양한 형태의 휘발성 또는 비휘발성 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(320)는 ROM(Read-Only Memory)(321)와 RAM(Random Access Memory)(322)를 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예는 컴퓨터 구현 방법(computer implemented method) 또는 컴퓨터 실행가능 인스트럭션들이 저장된 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체(a non-transitory computer readable medium with computer executable instructions stored thereon)로써 구현될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 컴퓨터 실행가능 인스트럭션들이 프로세서(310)에 의해 실행되는 경우에, 컴퓨터 실행가능 인스트럭션들은 본 발명의 적어도 하나의 양상(at least one aspect of the invention)에 따른 방법을 수행할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (20)

  1. 단말들이 직접적으로 통신하는 D2D(Device to Device) 통신 환경에서 기지국의 송수신 방법으로서,
    하향링크 신호의 송신 전력 세기를 시간에 따라 가변적으로 설정하는 단계; 및
    상기 하향링크 신호를 상기 설정된 송신 전력 세기로 방송하는 단계
    를 포함하는 기지국의 송수신 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가변적으로 설정하는 단계는,
    상기 하향링크 신호의 송신 전력 세기를 소정의 주기를 가지는 제1 시점에 제1 값으로 설정하는 단계; 및
    상기 하향링크 신호의 송신 전력 세기를 상기 제1 시점 보다 긴 주기를 가지는 제2 시점에 상기 제1 값 보다 큰 제2 값으로 설정하는 단계를 포함하고,
    상기 하향링크 신호를 방송하는 단계는,
    상기 제1 시점에 상기 하향링크 신호를 방송하는 단계; 및
    상기 제2 시점에 상기 하향링크 신호를 방송하는 단계를 포함하는
    기지국의 송수신 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 시점에 하향링크 신호를 방송하는 단계는,
    상기 기지국을 나타내는 식별자를 상기 하향링크 신호에 포함시키는 단계를 포함하는
    기지국의 송수신 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 하향링크 신호는 동기 정보, 시스템 정보, 및 제어 정보 중 적어도 하나를 포함하는
    기지국의 송수신 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    제1 단말이 상기 D2D 통신을 위한 동기와 자원을 관리하는 중앙 제어 장치로써 동작하는 제2 단말의 정보를 수신한 경우에, 커넥티드(connected) 상태 및 아이들(idle) 상태 중 커넥티드 상태로 변환할 것을 상기 제1 단말에게 지시하는 단계; 및
    커넥티드 상태로 변환된 상기 제1 단말로부터 상기 제2 단말의 정보를 수신하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제2 단말의 정보는 상기 제2 단말의 동기 시각 정보, 상기 제2 단말의 단말 식별자, 및 상기 제2 단말에 연결된 단말의 개수를 포함하는
    기지국의 송수신 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 D2D 통신을 위한 동기와 자원을 관리하는 중앙 제어 장치로써 동작하는 제1 단말이 상기 기지국의 셀 내에 위치하는 경우에, 상기 제1 단말에 의해 전송되는 동기 신호의 송신 전력 세기와 송신 주기를 설정하는 단계
    를 더 포함하는 기지국의 송수신 방법.
  7. 제1 단말이 다른 단말과 직접적으로 통신하는 D2D (Device to Device) 통신 방법으로서,
    상기 D2D 통신을 위한 동기 및 자원을 관리하는 중앙 제어 장치로써 동작하는 경우에, 제1 동기 신호를 방송하는 단계;
    기지국으로부터 하향링크 신호를 수신한 경우에, 상기 하향링크 신호가 송신되는 주기를 판단하는 단계; 및
    상기 하향링크 신호의 송신 주기에 기초해, 상기 제1 동기 신호의 방송을 조절하는 단계
    를 포함하는 D2D 통신 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 동기 신호의 방송을 조절하는 단계는,
    상기 하향링크 신호의 송신 주기가 기준 주기 보다 긴 경우에, 상기 기지국의 셀 경계에 위치하는 것으로 판단하는 단계; 및
    상기 기지국의 셀 경계에 위치하는 경우에, 상기 제1 동기 신호의 방송을 중단하거나 상기 제1 동기 신호의 송신 전력 세기를 줄이는 단계를 포함하는
    D2D 통신 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 하향링크 신호는 상기 기지국에 의해 방송되는 제2 동기 신호를 포함하고,
    상기 제1 동기 신호의 방송을 조절하는 단계는,
    상기 하향링크 신호의 송신 주기가 기준 주기 보다 긴 경우에, 상기 제2 동기 신호에 기초해 상기 제1 동기 신호의 방송을 위한 동기 시각을 변경하는 단계를 포함하는
    D2D 통신 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제1 동기 신호를 방송하는 단계는,
    시간에 따라, 상기 제1 동기 신호의 송신 전력 세기를 높이고 상기 제1 동기 신호의 송신 주기를 짧게 하는 단계를 포함하는
    D2D 통신 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 제1 단말에 인접한 셀 또는 중앙 제어 장치로부터 제3 동기 신호를 수신하는 경우에, 상기 제1 동기 신호의 송신 전력 세기를 낮추거나 상기 제3 동기 신호에 기초해 상기 제1 동기 신호의 동기 시각을 변경하는 단계
    를 더 포함하는 D2D 통신 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 동기 신호의 동기 시각을 변경하는 단계는,
    상기 제3 동기 신호의 수신 세기를 판단하는 단계; 및
    상기 제3 동기 신호의 수신 세기가 기준값 보다 큰 경우에, 상기 제3 동기 신호에 기초해 상기 제1 동기 신호의 동기 시각을 변경하는 단계를 포함하는
    D2D 통신 방법.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 기지국의 제1 셀 내에 위치하는 제2 단말로부터, 상기 제1 셀의 동기 시각과 상기 제1 단말의 동기 시각 간의 차이 정보를 포함하는 제어 정보를 수신하는 단계; 및
    상기 제어 정보에 기초해, 상기 제1 동기 신호의 방송을 중단하거나 상기 제1 동기 신호의 송신 전력 세기를 낮추거나 상기 제1 동기 신호의 동기 시각을 변경하는 단계
    를 더 포함하는 D2D 통신 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 동기 신호의 동기 시각을 변경한 경우에, 동기 시각 변경 정보를 포함하는 제1 동기 채널을 방송하는 단계
    를 더 포함하는 D2D 통신 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 동기 채널은,
    상기 제1 동기 채널에 대응하는 상기 제1 동기 신호의 정보;
    상기 D2D 통신을 위한 자원 정보; 및
    상기 제1 동기 신호를 사용하는 단말의 개수 정보를 포함하는
    D2D 통신 방법.
  16. 제7항에 있어서,
    상기 제1 동기 신호를 방송하는 단계는,
    상기 중앙 제어 장치로써 동작할 수 있는 지를 확인하기 위한 요청 메시지를, 상기 기지국으로부터 수신하는 단계;
    상기 제1 단말의 이동성 정보, 신호 세기 정보, 전원 상태 정보, 및 위치 정보 중 적어도 하나를 포함하는 응답 메시지를, 상기 기지국으로 전송하는 단계; 및
    상기 기지국으로부터 지시 메시지를 수신한 경우에, 상기 중앙 제어 장치로써 동작하는 단계를 포함하는
    D2D 통신 방법.
  17. 제7항에 있어서,
    상기 제1 단말이 상기 기지국의 셀 경계에 위치하는 경우에, 셀 접속을 위한 신호 세기 기준값을 제1 값으로 설정하는 단계; 및
    상기 제1 단말이 상기 기지국의 셀 내에 위치하는 경우에, 상기 신호 세기 기준값을 상기 제1 값 보다 큰 제2 값으로 설정하는 단계
    를 더 포함하는 D2D 통신 방법.
  18. 제1 단말이 다른 단말과 직접적으로 통신하는 D2D (Device to Device) 통신 방법으로서,
    상기 D2D 통신을 위한 동기 및 자원을 관리하며 기지국과 구별되는 제1 중앙 제어 장치로부터, 제1 동기 신호와 제1 동기 채널을 수신하는 단계;
    상기 제1 동기 신호로부터 상기 D2D 통신을 위한 동기를 획득하고, 상기 제1 동기 채널로부터 상기 D2D 통신을 위한 자원을 획득하는 단계; 및
    상기 D2D 통신을 위한 자원을 이용해, 동기 획득 정보를 상기 제1 중앙 제어 장치로 전송하는 단계
    를 포함하는 D2D 통신 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 동기 획득 정보를 전송하는 단계는,
    상기 제1 단말이 접속한 중앙 제어 장치의 개수를 포함하는 상기 동기 획득 정보를, 물리 채널, MAC(Medium Access Control) 메시지, 및 RRC(Radio Resource Control) 메시지 중 하나를 통해 상기 제1 중앙 제어 장치로 전송하는 단계를 포함하는
    D2D 통신 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 제1 단말이 상기 기지국의 셀 내에 위치하는 경우에, 상기 제1 중앙 제어 장치의 동기 시각 정보, 상기 제1 중앙 제어 장치의 신호 세기 정보, 및 상기 제1 중앙 제어 장치에 연결된 단말의 개수 정보를 상기 기지국에게 전송하는 단계
    를 더 포함하는 D2D 통신 방법.
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