KR20170050360A - 무선 액세스 네트워크에서의 대규모 연결성 제공 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선 액세스 네트워크에 있어서, 서비스 품질, 동시접속 단말 수, 간섭 등 단말 접속 환경에 따라서 주파수 대역을 적응적으로 할당함으로써 한정된 주파수 자원을 기반으로 Massive IoT 서비스를 지원할 수 있도록 하는 무선 액세스 네트워크에서의 대규모 연결성 제공 방법에 관한 것으로서, 무선 액세스 네트워크에 접속할 단말에 대한 접속 환경 정보를 확인하고, 상기 접속 환경 정보에 따라서, 상기 단말에 할당할 무선 자원의 주파수 대역폭 및 주파수 대역의 위치 중 하나 이상을 결정하도록 구현된다.

Description

무선 액세스 네트워크에서의 대규모 연결성 제공 방법{Method for providing massive connectivity in Radio Access Network}

본 발명은 이동통신시스템에서 단말과 접속하여 데이터를 송수신하는 무선 액세스 네트워크(Radio Access Network)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 무선 액세스 네트워크에 있어서, 서비스 품질, 동시접속 단말 수, 간섭 등 단말 접속 환경에 따라서 주파수 대역을 적응적으로 할당함으로써 한정된 주파수 자원을 기반으로 Massive IoT 서비스를 지원할 수 있도록 하는 무선 액세스 네트워크에서의 대규모 연결성 제공 방법에 관한 것이다.

최근 다양한 스마트 미디어기기의 증가와 더불어 모바일 접속을 요구하는 사물인터넷 기기 및 웨어러블 디바이스 등 다양한 종류의 단말들이 출시되고, 그에 따라서 멀티미디어 및 소셜 네트워크 서비스 등에 대한 수요가 폭발적으로 증가하면서, 모바일 트래픽량이 폭증하고 있다. 아울러, 사물인터넷(IoT: Internet of Things)에 대한 관심이 높아지면서, 모바일 디바이스뿐만 아니라 사물 인터넷 기기의 숫자도 계속적으로 증가하고 있으며, 그에 따라 모바일 트래픽 양은 더욱 더 증가할 것으로 예상된다.

이와 같은 데이터 트래픽의 폭증은 초고속·대용량·고품질 미디어에 대한 새로운 수요 니즈를 발생시키면서 5G 이동통신 네트워크 기술의 필요성을 낳았다.

5G 이동통신 기술은, 트래픽 증가, 디바이스 수 증가, 클라우드 컴퓨팅 의존성 증가, 다양한 모바일 융합 서비스 등장과 같은 모바일 서비스에서 기대되는 주요 메가트랜드를 고려하여 설계되는 것으로서, 최근 이러한 사항들을 고려하여 5G 이동통신 시스템을 위한 기본 성능 지표들이 다양하게 제안되고 있다.

대표적으로, ITU-R(International Telecommunication Union - Radiocommunication Sector) WP(Working Party) 5D에서는 5G 이동통신 시스템을 위한 8개의 핵심 성능지표 후보를 도출하여 제안하였다.

도 1은 ITU-R에서 제안한 핵심 성능 지표를 나타낸 것으로서, 8개의 핵심 성능지표는, 체감 전송률(user Experienced Data Rate), 최대 전송률(Peak Data Rate), 이동 속도(Mobility), 전송 지연(Latency), 연결기기 밀도(Connection Density), 에너지 효율(Energy Efficiency), 주파수 효율(Sepctrum Efficiency), 면적당 용량(Area Traffic Capacity)이다.

이중 연결기기 밀도를 살펴보면, 4G 이동통신시스템(IMT-Advanced)에서는 10⁵[per ㎢] 인데 반해, 5G 이동통신시스템(IMT-2020)에서는 10⁶[per ㎢] 로서, 단위면적당 연결되는 기기 수가 급격히 증가되었음을 알 수 있다.

한편, 사물 인터넷은 각종 사물에 센서와 통신 기능을 내장하여 인터넷에 연결하는 기술을 의미한다. 여기서 사물이란 가전제품, 모바일 장비, 웨어러블 컴퓨터 등 다양한 임베디드 시스템이 된다.

이러한 사물 인터넷 서비스는, 차량, 센서, 생산/가공/유통 공정의 시설물, 빌딩 시설물 등 다양한 기기를 인터넷에 연결하고, 이렇게 인터넷에 연결된 사물 인터넷 기기로부터 다양한 정보들을 수집하여 분석하여 이루어지는 것으로서, 단위 면적당 동시 접속되는 기기의 수를 나타내는 동시 연결 밀도가 중요한 성능 지표가 된다.

그리고, 사물 인터넷 서비스를 제공하기 위해, 수백 kHz의 좁은 대역폭을 사용하여 정보를 송수신함으로써 massive IoT 서비스에서 요구되는 넓은 커버리지와 높은 동시 연결 밀도를 제공할 수 있는 협대역(Narrowband)기반 통신 시스템이 적용되고 있다.

그런데, 기존의 협대역기반 통신 시스템은, 매우 좁은 대역을 사용하는 ultra-narrowband (UNB) 기술, 의사잡음코드를 사용하여 다수 단말의 접속을 제공하는 random phase multiple access (RPMA) 기술, 혼잡한 기지국이 혼잡정보를 브로드캐스트하여 단말들로부터 접근을 제한하는 load balancing notification 기술 등을 통하여 커버리지 또는 단말 연결 수를 증가시키고 있으나, ITU-R에서 제안한 IMT-2020이 요구하는 최대 연결 밀도를 달성하기에는 어렵다.

따라서, 한정된 주파수 자원 내에서 IMT-2020의 요구되는 최대 연결 밀도 10⁶/km²를 만족시키기 위해서, IoT 단말들을 위한 적응적인 협대역 기반 주파수 사용과 관리 기술이 필요하다.

본 발명은 이동통신시스템에서 단말과 접속하여 데이터를 송수신하는 무선 액세스 네트워크에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 무선 액세스 네트워크에 있어서, 서비스 품질, 동시접속 단말 수, 간섭 등 단말 접속 환경에 따라서 주파수 대역을 적응적으로 할당함으로써 한정된 주파수 자원을 기반으로 Massive IoT 서비스를 지원할 수 있도록 하는 무선 액세스 네트워크에서의 대규모 연결성 제공 방법에 관한 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명은 무선 액세스 네트워크에 접속할 단말에 대한 접속 환경 정보를 확인하는 단계; 및 상기 접속 환경 정보에 따라서, 상기 단말에 할당할 무선 자원의 주파수 대역폭 및 주파수 대역의 위치 중 하나 이상을 결정하는 단계를 포함하는 무선 액세스 네트워크에서의 대규모 연결성 제공 방법을 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 접속 환경 정보는 상기 단말에서 요구되는 서비스 품질 관련 정보(QoS), 셀간 또는 셀내 간섭 정보를 포함하고, 상기 서비스 품질 관련 정보는, 동시접속 단말 수, 상기 단말에 제공될 접속 서비스 종류 중 하나를 포함한다.

그리고, 본 발명에 따른 방법은, 이동통신서비스를 위해 이용되는 인밴드(In-Band), 인접 채널 간 간섭 방지를 위해 상기 인밴드의 사이드에 설정된 가드밴드(Guide-Band), 가드상기 이동통신서비스에서 이용되고 있지 않는 기 설정된 스탠드얼론(Stand-alone) 대역 중 어느 하나를 선택하여 상기 할당할 무선 자원을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

더하여, 본 발명에 따른 방법은, 상기 결정된 무선 자원에 따라서, 상기 무선 액세스 네트워크의 다중 접속 방식을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 다중 접속 방식을 결정하는 단계는, 인밴드가 선택된 경우, 상향 링크에 대해서 SC-FDMA 방식을 선택하고, 하향 링크에 대해서는 OFDMA 방식을 선택하며, 가드밴드 또는 스탠드얼론 대역이 선택된 경우, 상향 링크에 대해서 GMSK를 적용한 FDMA 방식을 선택하고, 하향 링크에 대해서 OFDMA 방식을 선택할 수 있다.

한편, 상기 결정하는 단계는, 상기 접속 환경 정보 중 동시 접속 단말 수에 반비례하여 주파수 대역폭을 결정하거나, 상기 접속 환경 정보 중 접속 서비스 종류에 따라서 주파수 대역폭을 결정하거나, 상기 간섭 정보에 따라서 상기 주파수 대역의 위치를 결정할 수 있다.

그리고, 상기 무선 액세스 네트워크는, 상향 링크(Up Link)에 대해서 GMSK이 적용된 FMDA 방식 또는 SC-FDMA을 적용하고, 하향 링크(Down Link)에 대해서 OFDMA 방식 또는 협대역 부반송파 기반 OFDMA 방식을 적용하여 무선 자원을 분배한다.

상술한 바에 따르면, 본 발명은 단말과의 무선 접속을 수행하는 무선 액세스 네트워크에 있어서, 상기 단말에서 요구되는 서비스 품질 관련 정보(QoS), 상기 단말과 관련된 셀간 또는 셀내 간섭 정보 등을 포함하는 상기 단말의 접속 환경 정보를 확인하고, 이를 기반으로 상기 단말에 할당되는 무선 자원의 주파수 대역폭 및 주파수 대역의 위치를 결정함으로써, 광대역 이동통신 서비스를 제공하는 무선 액세스 네트워크에서 사물 인터넷 기기에 대한 무선 연결을 지원할 수 있다.

더하여, 본 발명은, 이동통신서비스를 위해 할당된 인밴드(In-Band), 인접 채널 간 간섭 방지를 위해 상기 인밴드의 사이드에 설정된 가드밴드(Guide-Band), 상기 인밴드 및 가드밴드를 제외한 다른 대역 등을 고려하여, 단말에 할당된 무선 자원이 분배될 위치를 결정하고, 동시 접속 단말 수에 따라서 주파수 대역폭을 조정함으로써, 대규모의 사물 인터넷 기기에 대한 동시 접속을 가능하게 한다.

또한, 본 발명은 간섭 정보에 따라서 주파수 대역의 위치를 결정함으로써, 대규모 사물 인터넷 기기의 동시 접속 시, 더 나은 통신 품질을 제공할 수 있다.

도 1은 ITU-R에서 제안된 5G 이동통신을 위한 핵심 성능 지표를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명이 적용되는 이동통신시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 액세스 네트워크에서의 대규모 연결성 제공 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 이동통신시스템의 주파수 자원을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 무선 액세스 네트워크에서의 대규모 연결성 제공 방법에 따라서 할당된 무선 자원의 다양한 실시 예를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 액세스 네트워크에서의 대규모 연결성 제공 방법을 나타낸 순서도이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일한 도면 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위한 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하기 위해 사용하는 것으로, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 뿐, 상기 구성요소들을 한정하기 위해 사용되지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.

더하여, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급할 경우, 이는 논리적 또는 물리적으로 연결되거나, 접속될 수 있음을 의미한다. 다시 말해, 구성요소가 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속되어 있을 수 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있으며, 간접적으로 연결되거나 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 기술되는 "포함 한다" 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.

본 발명은 이동통신시스템의 무선 액세스 네트워크에 있어서, IoT 기기 들에 대한 대규모 연결성을 제공하기 위한 것이다. 여기서, 본 발명이 적용되는 무선 액세스 네트워크는 다양한 구조로 이루어질 수 있으나, 이하의 실시 예에서는, 기지국 기능을 무선 신호 처리부(RU: Radio Unit)와 데이터 처리부(DU: Digital Unit)으로 분리하고, 분리된 RU는 셀 사이트내에 설치하되, DU들은 원격지에 집중화시킨 C-RAN(Centralized/Cloud RAD)을 참조하여 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명이 적용되는 무선 액세스 네트워크의 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참조하면, 무선 액세스 네트워크는, RU(100)와, DU 클라우드(200)와, 프론트홀(Fronthaul) 망(300)로 구성된다.

상기 RU(100)은 셀 사이트 내에 각각 설치되어 상기 셀 사이트 내에 위치한 이동통신단말(20)과의 무선 통신을 수행하는 장치로서, 기본적으로 상기 이동통신단말(20)과의 무선 신호 송수신 및 송수신되는 무선 신호의 필터링, 증폭, 아날로그/디지털 변환, 디지털/아날로그 변환 등의 RF 신호 처리 기능을 수행한다. 이렇게 셀 사이트 내에 설치된 다수의 RU(100)는 프론트홀 망(300)을 통해서 원격지에 위치한 DU 클라우드(200)로 연결되어, 상기 RF 신호 처리되는 디지털 신호를 상기 프론트홀 망(300)을 통해서 DU 클라우드(200)와 교환한다.

상기 DU 클라우드(200)는 복수의 DU가 집중화된 장치로서, 프론트홀 망(300)을 통해 다수의 RU(100)와 연결되고, 백홀망(400)을 통해서 이동통신시스템의 코어망(500)에 연결되어, 상기 RU(100)에 접속된 이동통신단말(20)과 상기 코어망(500) 간의 데이터 트래픽을 기 정의된 통신 프로토콜(예를 들어, L1/L2/L3)에 따라서 처리하게 된다. 여기서, 상기 코어망(500)은 이동통신시스템에서의 시그널링 제어, 데이터 트래픽 라우팅을 수행하기 위한 구성으로서, 예를 들어, LTE에 정의된 EPC(Evolved Packet Core)가 될 수 있다.

상기 프론트홀 망(300)은, 다수의 RU(100)와 DU 클라우드(200) 간에 데이터를 전달하기 위한 전송 네트워크로서, 광섬유 혹은 마이크로웨이브를 기반으로 스타, 트리, 체인, 링 등 다양한 구조로 구축될 수 있으며, 통신 인터페이스로서 CPRI(Common Public Radio Interface), OBSAI(Open Baseband Remote Radiohead Interface) 등이 이용되고 있다. 여기서, DU 클라우드(200)와 프론트홀 망(300) 사이의 연결은, 집중화 방식 혹은 분배 방식으로 이루어질 수 있다. 상기 프론트홀 망(300)은, RU(100)에 의해 이동통신단말 간에 송수신 되어야 할 사용자 데이터뿐만 아니라, 전송 제어 및 관리를 위한 데이터, 동기정보 등을 전송한다.

이러한 클라우드 무선 액세스 네트워크는, RU(100)와 DU 클라우드(200)의 연동을 통해서, 기존의 기지국 장치(예를 들어, eNB)에서 수행되던 기지국 기능을 수행하게 된다. 구체적으로, 각 RU(100)를 통해서 해당 셀 사이트에 위치한 다수의 단말(20)이 접속을 요청하면, 상기 단말(20)에 무선 자원을 할당하고, 할당된 무선 자원을 통해서 단말(20)과 데이터를 교환한다.

여기서, 단말(20)은, 이동통신시스템을 통해서 음성/영상 통화, 데이터 통신을 수행하는 이동통신단말뿐만 아니라 IoT 서비스를 위한 사물 인터넷 기기를 포함한다.

이러한 단말(20)에 대한 무선 자원 할당은 상기 L1/L2/L3 기능을 처리하는 DU 클라우드(200)를 통해서 이루어질 수 있다.

상술한 구조의 무선 액세스 네트워크에서는, 다수의 단말과 접속하기 위하여, OFDMA(Orthogonal frequency-division multiple Access), 협대역 부반송 기반의 OFDMA, GMSK(Gaussian low-pass-filtered Minimum Shift Keying)가 적용된 FDMA(Frequency division multiple access), SC-FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access) 등과 같은 다중 접속 기술을 적용할 수 있다.

참고로, 상기 OFDMA는 고속전송률을 갖는 데이터를 저속의 전송률을 갖는 다수의 데이터 열로 나누어 이를 부반송파(Sub-carrier)를 통해 동시에 전송하는 방식이다. 기존의 OFDMA 방식을 적용한 이동통신시스템에서는, 부반송파 간격(subcarrier spacing)을 15kHz로 하여, 200kHz의 대역 내에서 12개의 부반송파 채널을 생성하고, 상기 12개의 부반송파 채널을 통해 동시 전송을 수행한다.

협대역 부반송파 기반의 OFDMA 방식은, 부반송파 간격을 2.5kHz로 한 것으로서, 이를 통해 200kHz의 대역내에서 72 개의 부반송파 채널을 생성하는 것이다. 이러한 협대역 부반송 기반의 OFDMA 방식에서, 각 부반송파 채널을 IoT 서비스용 단말에 각각 할당함으로써, 더 많은 수의 단말 동시 접속을 가능하게 할 수 있다.

GMSK기반의 FDMA 방식에서, GMSK는 MSK 피변조파 스펙트럼의 메인 로브(Main Lobe)를 협대역화하기 위해서 이진 데이터를 가우스형 LPF를 통해 대역폭을 제한한 후, FM 변조하는 방식으로서, 이러한 GMSK 변조 방식과 주파수 분할 다중화 방식을 함께 적용함으로써, 예를 들어, 200kHz 대역을 최소 5kHz 대역폭으로 나누어 최대 36개의 채널을 생성하여, 생성된 채널들을 통해 동시 전송할 수 있다.

SC-FDMA 방식은 전체 대역을 하나의 반송파(single-carrier)를 통해서 전송하되, 시간을 나누어 전송하는 방식으로서, 전류소모 및 커버리지 확장효과가 있는 방식이다.

본 발명에 있어서, 이러한 다중 접속 방식을 통해 다수의 협대역 채널을 생성하고, 이렇게 생성된 채널을 다수의 IoT 서비스용 단말에 각각 할당함으로써, 대규모 사물 인터넷 기기들의 동시 접속을 지원한다.

이하, 무선 액세스 네트워크를 기반으로 이루어지는 본 발명에 따른 대규모 연결성 제공 방법을 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 무선 액세스 네트워크에서의 대규모 연결성 제공 방법의 기본 과정을 나타낸 순서도이다.

도 3을 참조하면, 이동통신시스템을 통해서 통신을 수행하고자 하는 단말(20), 구체적으로, 통화/데이터 통신 등을 수행하는 이동통신단말 또는 사물 인터넷 기기는, 무선 액세스 네트워크로 접속을 요청할 수 있다(S100). 상기 단말(20)이 RU(100)로부터 송출되는 파일롯 신호를 수신하여, 자신이 위치한 셀 사이트의 RU(100)를 인지하고, 상기 인지한 RU(100)에 접속 요청을 접속함에 의해 이루어질 수 있다. 이때, 상기 RU(100)는 상기 단말(20)의 접속 요청을 DU 클라우드(200)로 전달하여, DU 클라우드(200)에서 상기 접속 요청을 처리하게 된다.

이와 같이, 단말(20)의 접속 요청을 확인한 무선 액세스 네트워크는, 무선 자원을 할당하기에 앞서, 상기 단말(20)에 대한 접속 환경 정보를 확인한다(S120). 상기 접속 환경 정보는, 상기 단말(20)의 무선 통신 성능과 관련된 정보로서, 상기 단말(20)에서 요구되는 서비스 품질과 관련된 정보, 간섭 정보를 포함한다. 상기 서비스 품질과 관련된 정보는, 셀내 동시접속 단말 수, 상기 단말(20)에서 요청하는 접속 서비스의 종류 중 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 접속 서비스의 종류는, 예를 들어, 통상의 이동통신서비스와, IoT 서비스를 포함할 수 있다. 더불어, 무선 통신에서 나타나는 간섭은, 대역제한에 의한 펄스 퍼짐으로 이웃 펄스에 간섭을 일으키는 시간 간섭(ISI, Inter Symbol Interference)과, 주파수 채널 간에 간섭을 일으키는 주파수 간섭(ICI, Inter Channel/Carrier Interference)로 구분될 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 접속 환경 정보에 포함된 간섭 정보는, ICI로서, 이는 인접한 서로 다른 지역에서 발생한 동일 주파수 채널 간의 간섭(CCI, Co-Cannel Interference)과, 동일 지역에서 발생되는 인접한 주파수 채널 간의 간섭(ACI, Adjacent Channel Interference)를 포함한다.

이어서, 상기 무선 액세스 네트워크는 확인된 접속 환경 정보를 기반으로, 상기 단말(20)에 대해 무선 자원을 할당하게 되는데, 구체적으로, 상기 접속 환경 정보를 기반으로 주파수 대역폭 및 상기 대역폭을 갖는 주파수 대역의 위치를 할당한다(S130).

여기서, 상기 주파수 대역의 위치는 시간 및/또는 주파수 공간 내에서의 위치를 포함할 수 있다.

도 4는 무선 액세스 네트워크에서 기존 이동통신단말에 할당되는 주파수 채널을 모식화하여 나타낸 것으로서, 여기서, 인밴드(In-band)는 기존 이동통신단말의 통화 및 데이터 통신 등의 이동통신서비스를 위해 이동통신단말에 할당되어, 신호 전송을 위해 이용되는 채널을 나타내는 것으로서, LTE 방식의 경우 예를 들어, 최대 20MHz의 대역폭을 가질 수 있다. 가드밴드는, 채널간 간섭을 막기 위해 상기 인밴드의 양 사이드에 완충구간으로 배치되는 보호 구간으로서, 예를 들어, 양 사이드에 각각 10 kHz 대역이 설정될 수 이다.

이러한 이동통신시스템의 무선 액세스 네트워크를 통해서 협대역 기반으로 이루어지는 대규모의 IoT 서비스를 지원하고자 할 때, 상기 인밴드를 복수의 협대역으로 나누어 각 단말(20)에 할당하거나 (이를 In-band operation이라 한다), 이동통신서비스에서 이용되지 않는 가드밴드에 할당하거나(Guard-band operation이라 한다), 상기 인밴드 및 가드밴드 이외, 즉, 이동통신서비스에서 사용하지 않는 별도의 주파수 대역(이하, Stand-alone 대역이라 함)을 설정하여 할당할 수 있다 (Stand-alone operation이라 한다). 여기서, 스탠드얼론 대역으로, GSM 대역이 재사용될 수 있다.

따라서, 본 발명에 있어서, 상기 S130 단계는 접속 환경 정보에 따라서, In-band operation, Guard-band operation, Stand-alone operation 중 하나를 선택하여 주파수 대역의 위치를 결정할 수 있다.

이어서, 본 발명에 따른 무선 액세스 네트워크에서의 대규모 연결성 제공 방법은, 상기 접속 환경 정보를 기반으로, 상기 단말(20)에 할당되는 채널의 주파수 대역폭을 선택할 수 있다. 특히, 접속 환경 정보 중 셀 내 동시접속 단말 수 및 접속 서비스 종류에 따라서 채널의 주파수 대역폭을 선택한다.

예를 들어, 접속 서비스 종류가 광대역 이동통신 서비스인지 IoT 서비스 인지에 따라서 주파수 대역폭을 달리할 수 있는데, 광대역 이동통신 서비스를 제공하여야 하는 경우, 주파수 대역폭을 넓게 하고(예를 들어, 수MHz~수십MHz), 반대로 IoT 서비스인 경우에는 상대적으로 주파수 대역폭을 좁게 설정할 수 있다(예를 들어, 수백 kHz 이하).

또한, 접속 환경 정보 중, 셀 내 동시접속 단말 수에 반비례하여 주파수 대역폭을 선택할 수 있다. 즉, 동시 접속 단말 수가 많을 수록, 더 많은 단말을 연결할 수 있도록 채널의 주파수 대역폭을 좁게 설정한다.

더하여, 상기 셀 내 동시접속 단말 수 및 접속 서비스 종류를 함께 고려하여 채널의 주파수 대역폭을 설정할 수 도 있다.

도 5는 본 발명에 따라서, 접속 환경 정보에 따라서 주파수 대역폭을 할당한 실시 예를 나타낸 것으로서, 광대역 이동통신 서비스에서 정의되는 20MHz 대역폭의 인밴드 내에 IoT 서비스를 제공하는 단말(20)을 위한 채널의 주파수 대역폭을 할당한 경우를 가정하여 예시한 것으로서, (a)는 동시 접속 단말 수가 상대적으로 낮은 경우의 주파수 대역폭 할당을 나타내며, (b)는 동시 접속 단말 수가 상대적으로 높은 경우의 주파수 대역폭 할당을 나타낸다.

즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 동시 접속 단말 수가 더 높은 경우, 주파수 대역폭을 더 좁게 할당함으로써, 한정된 주파수 자원 내에서 더 많은 단말이 동시접속할 수 있도록 하고, 요구되는 동시 접속 단말 수를 지원할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 상기 S130 단계에서, 접속 환경 정보에 따라서 주파수 대역의 위치를 결정할 수 있다. 상기 주파수 대역의 위치는 주파수 공간, 또는 시간 공간 또는 주파수-시간 공간 상의 위치가 될 수 있다. 이때, 주파수 대역의 위치를 결정하기 위하여, 접속 환경 정보 중 간섭 정보(ICI)를 이용할 수 있다.

예를 들어, 도 6을 참조하여, 인접한 두 기지국 1,2이 존재하고, 기지국 1,2에서 동일 주파수 채널 간 간섭이 발생할 수 있다. 이 경우, 본 발명은 기지국 1에서 자신의 셀 사이트내의 단말에 할당되는 주파수 대역의 위치와 기지국 2에서 자신의 셀 사이트내 단말에 할당되는 주파수 대역의 위치가 서로 최대한 멀리 떨어지도록 설정할 수 있다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 기지국 1에서 사용 가능한 주파수 범위 중, 가장 높은 주파수 대역을 할당할 때, 기지국 2에서는 사용 가능한 주파수 범위 중, 가장 낮은 주파수 대역을 할당한다. 이때, 기지국 1,2에서 할당되는 주파수 대역의 대역폭은 앞서 설명한 바와 같이, 접속 환경 정보에 따라 결정된다. 이를 통해서, 본 발명은 셀 간 혹은 셀 내에서의 간섭에 의한 영향을 최소화하도록 무선 자원을 할당할 수 있다.

그리고, 무선 액세스 네트워크에서 SC-FDMA를 사용하는 경우, single carrier property 유지를 위해 심볼 연속 할당이 필요하다.

본 발명에서 SC-FDMA 방식이 적용되고, in-band operation으로 동작시, 인밴드 부반송파의 경우 에지 밴드부터 동시 접속 단말에 순차적으로 할당할 필요가 있다. 또한, in-band operation으로 동작시 간섭 레벨에 따라서 리소스 블록 당 할당 채널 수를 적응적으로 조정할 수 있다.

도 2는 상술한 본 발명에 따른 무선 액세스 네트워크에서의 대규모 연결성 제공 방법을 좀더 구체화하여 나타낸 것으로서, 이를 참조하면, 앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 무선 액세스 네트워크에 있어서, 단말(20)로부터 접속 요청이 발생하여(S210), 상기 단말(20)에 대한 접속 환경 정보를 확인(S220)한 후에, 상기 무선 액세스 네트워크는 확인된 접속 환경 정보를 기반으로, 주파수 대역폭 및 상기 대역폭을 갖는 주파수 대역의 위치를 할당하기에 앞서, 먼저, 단말(20)에 할당할 무선 자원을 결정할 수 있다(S230).

구체적으로, 무선 액세스 네트워크는 상기 접속 환경 정보 중, 접속 서비스 종류를 확인하여, 단말(20)이 협대역 서비스가 제공되는 IoT 서비스 용인 경우, 기존의 이동통신서비스를 위해 이용되는 인밴드(In-Band), 인접 채널 간 간섭 방지를 위해 상기 인밴드의 사이드에 설정된 가드밴드(Guide-Band), 상기 이동통신서비스에서 이용되고 있지 않은 기 설정된 스탠드얼론(Stand-alone) 대역 중 어느 하나를 선택하여 상기 할당할 무선 자원으로 결정한다.

이때, 인밴드, 가드밴드, 스탠드 얼론 대역 간의 선택은 상기 접속 환경 정보 중 간섭 정보를 기준으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 간섭 영향이 작은 경우, 상기 가드밴드를 선택하고, 간섭 영향이 큰 경우, 인밴드 혹은 스탠드 얼론 대역을 선택할 수 있다.

이어서, 상기 무선 액세스 네트워크는, 상기 결정된 무선 자원에 따라서, 상기 무선 액세스 네트워크에 적용할 다중 접속 방식을 결정한다(S240). 여기서, 다중 접속 방식은 무선 자원의 특성에 따라서 적합한 다중 접속 방식이 선택될 수 있다.

구체적으로, 인밴드가 선택된 경우, 상향 링크에 대해서 SC-FDMA 방식을 선택하고, 하향 링크에 대해서는 OFDMA 방식을 선택하며, 가드밴드 또는 스탠드얼론 대역이 선택된 경우, 상향 링크에 대해서 GMSK를 적용한 FDMA 방식을 선택하고, 하향 링크에 대해서 OFDMA 방식을 선택할 수 있다.

상술한 바와 같이, 무선 자원 및 다중 접속 방식이 선택된 후, 상기 무선 액세스 네트워크는 상기 선택된 무선 자원 및 다중 접속 방식에 기반하여, 상기 접속 환경 정보에 따른 상기 주파수 대역폭 및 주파수 대역의 위치를 결정하게 된다(S250). 상기 S250 단계에서 주파수 대역폭 및 주파수 대역의 위치는 앞서 도 3의 S130 단계에서 설명한 바와 같이 이루어질 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 무선 액세스 네트워크에서의 대규모 연결성 제공 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 판독 가능한 소프트웨어 형태로 구현되어 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에 기록될 수 있다. 여기서, 기록매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 기록매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 예컨대 기록매체는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(Magnetic Media), CD-ROM(Compact Disk Read Only Memory), DVD(Digital Video Disk)와 같은 광 기록 매체(Optical Media), 플롭티컬 디스크(Floptical Disk)와 같은 자기-광 매체(Magneto-Optical Media), 및 롬(ROM), 램(RAM, Random Access Memory), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 포함한다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다. 이러한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

구체적으로, 본 발명에 따른 무선 액세스 네트워크에서의 대규모 연결성 제공 방법은 도 2와 같은 C-RAN 구조에 있어서, DU 클라우드(200)를 통해서 실행될 수 있다. 이때, 상기 DU 클라우드(200)는 GPP(General Purpose Platform) 기반과 non-GPP 기반으로 구성될 수 있는데, GPP 기반은 범용 플랫폼(예를 들어, 인텔 x86 서버)을 기반으로 전력 소모 감소, 캐싱 기술을 통한 룩업 테이블 방식으로 무선 알고리즘을 처리할 수 있고, 멀티 코어 지원을 통해 DU cloud의 처리 능력을 대폭 향상 시킬 수 있다. GPP 기반의 경우, 하나의 DU는 스탠드얼론 서버 또는 하나 이상의 CPU 프로세싱 보드가 될 수 있다. non-GPP 방식으로는 특정 하드웨어와 소프트웨어 사용으로 운용되며, DSP, SoCs, FPGA그리고 ASIC을 사용하여 구성된다.

즉, 본 발명에 따른 무선 액세스 네트워크에서의 대규모 연결성 제공 방법은 컴퓨터 프로그램으로 구현되어, 상기 DU 클라우드(200)내 메모리 등과 같은 기록매체에 저장된 후, 상기 DU 클라우드(200)에 구비된 프로세서를 통해 로딩되어 실행될 수 있다.

이때, 본 발명에 따른 방법을 실행하기 위한 프로그램 명령을 처리하는 ㅍ있프로세서는, 싱글 쓰레드(Single-threaded) 프로세서일 수 있으며, 멀티 쓰레드(Multithreaded) 프로세서일 수 있다.

한편, 본 명세서와 도면에서는 예시적인 장치 구성을 기술하고 있지만, 본 명세서에서 설명하는 기능적인 동작과 주제의 구현물들은 다른 유형의 디지털 전자 회로로 구현되거나, 본 명세서에서 개시하는 구조 및 그 구조적인 등가물들을 포함하는 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어 혹은 하드웨어로 구현되거나, 이들 중 하나 이상의 결합으로 구현 가능하다. 본 명세서에서 설명하는 주제의 구현물들은 하나 이상의 컴퓨터 프로그램 제품, 다시 말해 본 발명에 따른 장치의 동작을 제어하기 위하여 혹은 이것에 의한 실행을 위하여 유형의 프로그램 저장매체 상에 인코딩된 컴퓨터 프로그램 명령에 관한 하나 이상의 모듈로서 구현될 수 있다. 컴퓨터로 판독 가능한 매체는 기계로 판독 가능한 저장 장치, 기계로 판독 가능한 저장 기판, 메모리 장치, 기계로 판독 가능한 전파형 신호에 영향을 미치는 물질의 조성물 혹은 이들 중 하나 이상의 조합일 수 있다.

또한, 본 명세서는 다수의 특정한 구현물의 세부사항들을 포함하지만, 이들은 어떠한 발명이나 청구 가능한 것의 범위에 대해서도 제한적인 것으로서 이해되어서는 안되며, 오히려 특정한 발명의 특정한 실시형태에 특유할 수 있는 특징들에 대한 설명으로서 이해되어야 한다. 개별적인 실시형태의 문맥에서 본 명세서에 기술된 특정한 특징들은 단일 실시형태에서 조합하여 구현될 수도 있다. 반대로, 단일 실시형태의 문맥에서 기술한 다양한 특징들 역시 개별적으로 혹은 어떠한 적절한 하위 조합으로도 복수의 실시형태에서 구현 가능하다. 나아가, 특징들이 특정한 조합으로 동작하고 초기에 그와 같이 청구된 바와 같이 묘사될 수 있지만, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징들은 일부 경우에 그 조합으로부터 배제될 수 있으며, 그 청구된 조합은 하위 조합이나 하위 조합의 변형물로 변경될 수 있다.

마찬가지로, 특정한 순서로 도면에서 동작들을 묘사하고 있지만, 이는 바람직한 결과를 얻기 위하여 도시된 그 특정한 순서나 순차적인 순서대로 그러한 동작들을 수행하여야 한다거나 모든 도시된 동작들이 수행되어야 하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 특정한 경우, 멀티태스킹과 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다. 또한, 상술한 실시형태의 다양한 시스템 컴포넌트의 분리는 그러한 분리를 모든 실시형태에서 요구하는 것으로 이해되어서는 안되며, 설명한 프로그램 컴포넌트와 시스템들은 일반적으로 단일의 소프트웨어 제품으로 함께 통합되거나 다중 소프트웨어 제품에 패키징될 수 있다는 점을 이해하여야 한다.

본 명세서에서 설명한 주제의 특정한 실시형태를 설명하였다. 기타의 실시형태들은 이하의 청구항의 범위 내에 속한다. 예컨대, 청구항에서 인용된 동작들은 상이한 순서로 수행되면서도 여전히 바람직한 결과를 성취할 수 있다. 일 예로서, 첨부도면에 도시한 프로세스는 바람직한 결과를 얻기 위하여 반드시 그 특정한 도시된 순서나 순차적인 순서를 요구하지 않는다. 특정한 구현예에서, 멀티태스킹과 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다.

본 기술한 설명은 본 발명의 최상의 모드를 제시하고 있으며, 본 발명을 설명하기 위하여, 그리고 당업자가 본 발명을 제작 및 이용할 수 있도록 하기 위한 예를 제공하고 있다. 이렇게 작성된 명세서는 그 제시된 구체적인 용어에 본 발명을 제한하는 것이 아니다. 따라서, 상술한 예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하였지만, 당업자라면 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서도 본 예들에 대한 개조, 변경 및 변형을 가할 수 있다.

따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위에 의해 정하여져야 한다.

본 발명은 이동통신시스템의 무선 액세스 네트워크에 관련된 것으로서, 단말과의 무선 접속을 수행하는 무선 액세스 네트워크에 있어서, 상기 단말에서 요구되는 서비스 품질 관련 정보(QoS), 상기 단말과 관련된 셀간 또는 셀내 간섭 정보 등을 포함하는 상기 단말의 접속 환경 정보를 확인하고, 이를 기반으로 상기 단말에 할당되는 무선 자원의 주파수 대역폭 및 주파수 대역의 위치를 결정함으로써, 광대역 이동통신 서비스를 제공하는 무선 액세스 네트워크에서 사물 인터넷 기기에 대한 무선 연결을 지원할 수 있다.

더하여, 본 발명은, 이동통신서비스를 위해 할당된 인밴드(In-Band), 인접 채널 간 간섭 방지를 위해 상기 인밴드의 사이드에 설정된 가드밴드(Guide-Band), 상기 인밴드 및 가드밴드를 제외한 다른 대역 등을 고려하여, 단말에 할당된 무선 자원이 분배될 위치를 결정하고, 동시 접속 단말 수에 따라서 주파수 대역폭을 조정함으로써, 대규모의 사물 인터넷 기기에 대한 동시 접속을 가능하게 한다.

또한, 본 발명은 간섭 정보에 따라서 주파수 대역의 위치를 결정함으로써, 대규모 사물 인터넷 기기의 동시 접속 시, 더 나은 통신 품질을 제공할 수 있다.

100: RU(Radio Unit)
200: DU(Digital Unit) 클라우드
300: 프론트홀(Fronthaul) 망
400: 백홀(Backhaul) 망
500: 코어망

Claims (10)

1. 무선 액세스 네트워크에 접속할 단말에 대한 접속 환경 정보를 확인하는 단계;
   상기 접속 환경 정보에 따라서, 상기 단말에 할당할 무선 자원의 주파수 대역폭 및 주파수 대역의 위치 중 하나 이상을 결정하는 단계를 포함하는 무선 액세스 네트워크에서의 대규모 연결성 제공 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 접속 환경 정보는
   상기 단말에서 요구되는 서비스 품질 관련 정보(QoS), 셀간 또는 셀내 간섭 정보를 포함하고, 상기 서비스 품질 관련 정보는, 동시접속 단말 수, 상기 단말에 제공될 접속 서비스 종류 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 액세스 네트워크에서의 대규모 연결성 제공 방법.
3. 제1항에 있어서,
   이동통신서비스를 위해 이용되는 인밴드(In-Band), 인접 채널 간 간섭 방지를 위해 상기 인밴드의 사이드에 설정된 가드밴드(Guide-Band), 가드상기 이동통신서비스에서 이용되고 있지 않는 기 설정된 스탠드얼론(Stand-alone) 대역 중 어느 하나를 선택하여 상기 할당할 무선 자원을 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 액세스 네트워크에서의 대규모 연결성 제공 방법.
4. 제2항에 있어서, 상기 결정하는 단계는
   상기 접속 환경 정보 중 동시 접속 단말 수에 반비례하여 주파수 대역폭을 결정하는 것을 특징으로 하는 무선 액세스 네트워크에서의 대규모 연결성 제공 방법.
5. 제2항에 있어서, 상기 결정하는 단계는
   상기 접속 환경 정보 중 접속 서비스 종류에 따라서 주파수 대역폭을 결정하는 것을 특징으로 하는 무선 액세스 네트워크에서의 대규모 연결성 제공 방법.
6. 제2항에 있어서, 상기 결정하는 단계는
   상기 간섭 정보에 따라서 상기 주파수 대역의 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 무선 액세스 네트워크에서의 대규모 연결성 제공 방법.
7. 제1항에 있어서,
   상기 무선 액세스 네트워크는
   상향 링크(Up Link)에 대해서 GMSK이 적용된 FMDA 방식 또는 SC-FDMA을 적용하고, 하향 링크(Down Link)에 대해서 OFDMA 방식 또는 협대역 부반송파 기반 OFDMA 방식을 적용하여 무선 자원을 분배하는 것을 특징으로 하는 무선 액세스 네트워크에서의 대규모 연결성 제공 방법.
8. 제3항에 있어서,
   상기 결정된 무선 자원에 따라서, 상기 무선 액세스 네트워크의 다중 접속 방식을 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 액세스 네트워크에서의 대규모 연결성 제공 방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 다중 접속 방식을 결정하는 단계는,
   인밴드가 선택된 경우, 상향 링크에 대해서 SC-FDMA 방식을 선택하고, 하향 링크에 대해서는 OFDMA 방식을 선택하며,
   가드밴드 또는 스탠드얼론 대역이 선택된 경우, 상향 링크에 대해서 GMSK를 적용한 FDMA 방식을 선택하고, 하향 링크에 대해서 OFDMA 방식을 선택하는 것을 특징으로 하는 무선 액세스 네트워크에서의 대규모 연결성 제공 방법.
10. 제7항에 있어서, 상기 결정하는 단계는
    SC-FDMA 방식이 적용되는 경우, 상기 간섭 정보에 따라서 리소스 블록 당 할당 채널 수를 조정하는 것을 특징으로 하는 무선 액세스 네트워크에서의 대규모 연결성 제공 방법.

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