KR20170084625A - 핸드오버 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

기지국에 의해 송신되는 밀리미터파 주파수 대역의 복수의 빔 중 제1 빔에 접속 중인 단말이 핸드오버하는 방법이 제공된다. 상기 단말은, 상기 제1 빔의 빔 레벨과 상기 복수의 빔 중 핸드오버 후보 빔인 제2 빔의 빔 레벨을 비교한다. 상기 단말은, 상기 비교 결과에 따라, 핸드오버 오프셋을 결정하는 단계; 상기 제2 빔의 신호 세기가 상기 핸드오버 오프셋이 적용된 핸드오버 트리거링 조건을 만족하는 지를 판단한다. 그리고 상기 단말은, 상기 제2 빔의 신호 세기가 상기 핸드오버 트리거링 조건을 만족하는 경우에, 상기 제2 빔에 대한 측정 보고를 상기 기지국에 전송한다.

Description

핸드오버 방법 및 장치{HANDOVER METHOD AND APPARATUS}

본 발명은 핸드오버 방법 및 장치에 관한 것이다.

2007년을 기점으로 모바일 기기의 인터넷 접속 횟수가 PC의 인터넷 접속 횟수를 능가하였다. 현재 전체 인터넷 접속 횟수의 대부분이 모바일 기기에서 발생함은, 인터넷 접속 트렌드가 PC에서 모바일 기기로 변화한 것을 나타낸다. 유무선 통신 서비스 사업자들은 추후 태블릿, M2M (Machine to Machine) 등의 무선기기들의 활용도가 높아지고 특히 스마트폰의 트래픽 발생량은 꾸준히 증가할 것으로, 예측하고 있다. 또한, 기존에 많은 비중을 차지했던 음성통신 트래픽 발생량의 비중은 극히 줄어들고 상대적으로 데이터 트래픽 발생량의 비중이 늘어나는 양상을 보이고 있다. 특히 UHD(Ultra High Definition) 급 화질이 지원 가능한 단말이 보급되는 시점에 비디오 트래픽 발생량이 폭증할 것으로 예상된다.

현재 서비스중인 4G 이동 통신 시스템(예, WiMAX, LTE)은 6GHz 이하의 주파수 대역을 사용하여 최대 1Gbps 전송용량을 확보하고 있는데, 트래픽 폭증에 대비하여 고집적 MIMO(Multiple-Input Multiple-Output), 캐리어 집성(CA: Carrier Aggregation), 협력 다중점 통신(CoMP: Coordination Multi-Point transmission), 릴레이 등의 무선 통신 기술을 도입하고 있다. 이외에도 트래픽이 밀집하여 발생하는 지역에 다수의 마이크로(Micro), 피코(Pico), 또는 펨토(Femto) 셀을 중첩 설치하여 트래픽을 분산 수용하는 방안이 채택되고 있다. 하지만, 매해 2배 가량의 트래픽 증가량을 보이고 있는 추세로 보아, 현재 통신 시스템 구조의 단순한 확장만으로는 미래에 예상되는 트래픽 발생량을 수용하기 불가능할 것으로 보인다.

따라서 5G 통신 시스템에서는 현재 대비 1000배 이상의 용량 증대, 통신 시스템의 설치-운용비용 절감, 셀 경계 지역에서의 쓰루풋(throughput) 향상 등을 요구 사항으로 정의하고 있다. 그리고 상기 요구 사항들을 만족시킬 수 있는 새로운 기술의 제안이 요구되고 있다.

5G 이동 통신 시스템의 일환으로, 밀리미터파 주파수 대역을 사용하는 이동 통신 시스템(이하 '밀리미터파 통신 시스템')이 제안되었다. 밀리미터파 통신 시스템은, 기존의 이동 통신 시스템에서 사용 중이던 주파수 대역에 비해 더 높은 주파수를 사용한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 밀리미터파 통신 시스템에서 통신 성능을 향상시키는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예에 따르면, 기지국에 의해 송신되는 밀리미터파 주파수 대역의 복수의 빔 중 제1 빔에 접속 중인 단말이 핸드오버하는 방법이 제공된다. 상기 핸드오버 방법은, 상기 제1 빔의 빔 레벨과 상기 복수의 빔 중 핸드오버 후보 빔인 제2 빔의 빔 레벨을 비교하는 단계; 상기 비교 결과에 따라, 핸드오버 오프셋을 결정하는 단계; 상기 제2 빔의 신호 세기가 상기 핸드오버 오프셋이 적용된 핸드오버 트리거링 조건을 만족하는 지를 판단하는 단계; 및 상기 제2 빔의 신호 세기가 상기 핸드오버 트리거링 조건을 만족하는 경우에, 상기 제2 빔에 대한 측정 보고를 상기 기지국에 전송하는 단계를 포함한다.

상기 제1 빔의 빔 레벨은, 상기 기지국의 안테나 어레이에 포함된 복수의 안테나 소자(antenna elements) 중 상기 제1 빔을 형성하는 제1 안테나 소자가 배치된 행(row)에 대응할 수 있다.

상기 제1 빔의 빔 레벨은, 상기 기지국의 안테나 어레이에 포함된 복수의 안테나 소자(antenna elements) 중 상기 제1 빔을 형성하는 제1 안테나 소자에 적용된 하-지향(down-tilt) 각도에 대응할 수 있다.

상기 제1 빔의 빔 레벨은, 상기 제1 빔의 빔 커버리지에 대응할 수 있다.

상기 제1 빔의 빔 레벨은, 상기 제1 안테나 소자가 배치된 행이 상기 안테나 어레이의 복수의 행 중 아래에 있을수록 낮은 값을 가질 수 있다.

상기 핸드오버 오프셋을 결정하는 단계는, 상기 제2 빔의 빔 레벨이 상기 제1 빔의 빔 레벨 보다 큰 경우에, 상기 핸드오버 오프셋의 값을 제1 값으로 결정하는 단계; 및 상기 제2 빔의 빔 레벨이 상기 제1 빔의 빔 레벨 보다 작은 경우에, 상기 핸드오버 오프셋의 값을 상기 제1 값 보다 작은 제2 값으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 핸드오버 오프셋을 결정하는 단계는, 상기 제2 빔의 빔 레벨과 상기 제1 빔의 빔 레벨이 동일한 경우에, 상기 핸드오버 오프셋의 값을 상기 제1 값과 상기 제2 값 사이의 제3 값으로 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 단말이 제공된다. 상기 단말은, 밀리미터파 주파수 대역의 복수의 빔 중 접속 빔의 빔 레벨과 상기 접속 빔에 인접한 이웃 빔의 빔 레벨을 비교하는 비교부; 상기 비교부의 비교 결과에 따라, 핸드오버 트리거링 조건에 적용될 핸드오버 오프셋을 결정하는 결정부; 상기 이웃 빔의 신호 세기가 상기 핸드오버 트리거링 조건을 만족하는 지를 판단하는 판단부; 및 상기 판단부의 판단 결과에 따라, 상기 이웃 빔에 대한 측정 보고를 기지국에 전송하는 보고부를 포함한다.

상기 접속 빔의 빔 레벨은, 상기 기지국의 안테나 어레이에 포함된 복수의 안테나 소자(antenna elements) 중 상기 접속 빔을 형성하는 제1 안테나 소자가 배치된 행(row)에 대응하거나, 상기 제1 안테나 소자에 적용된 하-지향(down-tilt) 각도에 대응하거나, 상기 접속 빔의 빔 커버리지에 대응할 수 있다.

상기 접속 빔의 빔 레벨은, 상기 제1 안테나 소자가 배치된 행이 상기 안테나 어레이의 복수의 행 중 아래에 있을수록 낮은 값을 가지거나, 상기 제1 안테나 소자에 적용된 하-지향 각도가 클수록 낮은 값을 가지거나, 상기 접속 빔의 빔 커버리지가 작을수록 낮은 값을 가질 수 있다.

상기 결정부는, 상기 이웃 빔의 빔 레벨이 상기 접속 빔의 빔 레벨 보다 큰 경우에, 상기 핸드오버 오프셋의 값을 제1 값으로 결정할 수 있고, 상기 이웃 빔의 빔 레벨이 상기 접속 빔의 빔 레벨 보다 작은 경우에, 상기 핸드오버 오프셋의 값을 상기 제1 값 보다 작은 제2 값으로 결정할 수 있다.

상기 결정부는, 상기 이웃 빔의 빔 레벨과 상기 접속 빔의 빔 레벨이 동일한 경우에, 상기 핸드오버 오프셋의 값을 상기 제1 값과 상기 제2 값 사이의 제3 값으로 결정할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 기지국의 안테나 어레이에 의해 형성되는 밀리미터파 주파수 대역의 복수의 빔 중에서 제1 빔에 접속 중인 단말이 핸드오버하는 방법이 제공된다. 상기 핸드오버 방법은, 상기 복수의 빔 중 상기 제1 빔에 이웃하며 핸드오버 후보 빔인 제2 빔의 RSRP(Reference Signal Received Power)를 측정하는 단계; 상기 제1 빔의 빔 커버리지의 크기에 대응하는 제1 빔 레벨을 판단하고, 상기 제2 빔의 빔 커버리지의 크기에 대응하는 제2 빔 레벨을 판단하는 단계; 상기 제1 빔 레벨과 상기 제2 빔 레벨을 비교하여, 핸드오버 트리거링 조건에 적용될 핸드오버 오프셋을 결정하는 단계; 및 상기 제2 빔의 RSRP가 상기 핸드오버 트리거링 조건을 만족하는 경우에, 상기 제2 빔에 대한 측정을 상기 기지국에게 보고하는 단계를 포함한다.

상기 안테나 어레이는 제1 행(row)에 배치되며 제1 하-지향 각도가 적용된 제1 안테나 소자와, 제2 행에 배치되며 상기 제1 하-지향 각도 보다 큰 제2 하-지향 각도가 적용된 제2 안테나 소자를 포함할 수 있다.

상기 제2 안테나 소자에 의해 형성되는 빔은 제1 영역을 커버할 수 있고, 상기 제1 안테나 소자에 의해 형성되는 빔은 상기 기지국과의 거리가 상기 제1 영역 보다 먼 제2 영역을 커버할 수 있다.

상기 핸드오버 오프셋을 결정하는 단계는, 상기 제2 빔 레벨이 상기 제1 빔 레벨 보다 큰 경우에, 상기 핸드오버 오프셋의 값을 제1 값으로 결정하는 단계; 및 상기 제2 빔 레벨이 상기 제1 빔 레벨 보다 작은 경우에, 상기 핸드오버 오프셋의 값을 상기 제1 값 보다 작은 제2 값으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 핸드오버 오프셋을 결정하는 단계는, 상기 제2 빔 레벨과 상기 제1 빔 레벨이 동일한 경우에, 상기 핸드오버 오프셋의 값을 상기 제1 값과 상기 제2 값 사이의 제3 값으로 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

밀리미터파 통신 시스템에서 기지국은 다수의 빔을 생성한다. 이때, 기지국에 의한 빔 커버리지 영역들은 기지국에 가까이 위치한 빔 커버리지 영역과 먼 쪽에 위치한 빔 커버리지 영역으로 나뉘는데, 가까운 위치의 빔 커버리지 영역에 비해 먼 위치의 빔 커버리지 영역이 훨씬 넓게 생성된다. 따라서 단말이 균일하게 분포된 상황에서 기지국에서 먼 위치의 빔에 다수의 단말이 접속하고, 기지국에 가까운 위치의 빔에는 상대적으로 적은 수의 단말이 접속하게 됨으로 인해, 단말 간 서비스 품질의 불균형과 비효율적인 주파수 자원 사용이 유발될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 기지국에서 먼 위치의 빔 커버리지 영역에 집중되어 있던 단말 접속을 상대적으로 자원 사용률이 낮은 빔 커버리지 영역(기지국에 가까운 위치의 빔 커버리지 영역)으로 이전시키는 경향성을 부여함으로써, 각 단말의 서비스 품질 향상과 빔 간 주파수 자원 사용률 편차를 줄일 수 있다. 또한 이를 통해, 효율적으로 주파수를 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 기존의 빔 구조를 유지한 상태에서 안테나의 하-지향(down-tilt) 각도 조절 대신에 빔 레벨을 기반으로 핸드오버 오프셋을 가변적으로 적용함으로써, 빔 커버리지를 조절할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 기지국 입장에서는 빔 별 무선 자원 활용도 편차를 줄일 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 단말이 현재 접속 빔 보다 무선 자원 측면에서 여유 있는 빔으로 접속 이전(핸드오버)하는 경향성을 띄도록 함으로써, 사용자 체감 통신 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 단말의 접속을 관리함으로써, 밀리미터파 주파수 대역을 이용하는 이동 통신 시스템에서 빔 간 커버리지 차이에 의한 접속 단말 수의 편차를 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른, 밀리미터파 주파수 대역을 이용하는 기지국의 안테나 어레이를 나타내는 도면이다.
도 2는 밀리미터파 주파수 대역을 이용하는 기지국을 나타내는 도면이다.
도 3은 밀리미터파 주파수 대역을 이용하는 기지국의 커버리지를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3의 커버리지 상에서 일정 간격으로 분포되어 있는 단말을 형상화한 도면이다.
도 5는 기지국의 각 빔에 접속한 단말의 분포 상황과 무선 자원 할당 현황을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 핸드오버 과정을 나타내는 순서도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 단말의 구성을 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 등을 지칭할 수도 있고, BS, ABS, HR-BS, 노드B, eNodeB, AP, RAS, BTS, MMR-BS, RS, HR-RS, 소형 기지국, 매크로 기지국 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.

한편, 본 명세서에서, 'A 또는 B'는, 'A', 'B', 또는 'A와 B 모두'를 포함할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른, 밀리미터파 주파수 대역을 이용하는 기지국의 안테나 어레이(ATA1)를 나타내는 도면이다. 구체적으로, 도 1은 밀리미터파 통신 시스템의 기지국에 포함되는 안테나 어레이(ATA1)를 예시한다.

밀리미터파 주파수 대역에서 높은 경로 손실로 인하여 셀 커버리지가 좁아지는 한계점을 극복하기 위하여, 밀리미터파 통신 시스템의 기지국은 빔 폭이 좁은 많은 안테나를 사용하도록 구성된다.

밀리미터파 통신 시스템의 기지국은 복수의 안테나 어레이(또는 안테나 패치 어레이)를 포함한다. 도 1에서는 설명의 편의를 위해, 복수의 안테나 어레이 중 하나인 안테나 어레이(ATA1)를 예시하였다. 안테나 어레이(ATA1)는 복수의 안테나 소자(element)(ATE)를 포함한다. 도 1에서는 설명의 편의를 위해, 안테나 어레이(ATA1)가 3개의 행(row)에 배치된 16개의 안테나 소자(ATE)를 포함하는 경우를 예시하였다.

각 안테나 소자(ATE)는 개별적 빔을 형성한다. 여기서 빔은 밀리미터파 주파수 대역의 빔이다. 안테나 어레이(ATA1)에서 동일한 가로 행에 존재하는 안테나 소자들(ATE)은 동일한 하-지향(down-tilt) 각도로 조정되어 있다. 기지국은 안테나 소자(ATE)의 하-지향 각도에 따라서 빔의 빔레벨을 설정할 수 있다. 구체적으로, 가장 아래 행(1번째 행)에 배치된 4개의 안테나 소자들(ATE)은 가장 큰 각도(제1 각도)로 하-지향되어, 기지국에 근접한 제1 영역을 향하는 빔을 형성할 수 있다. 1번째 행에 배치된 4개의 안테나 소자들(ATE) 각각에 의해 형성되는 빔은 1의 빔레벨(BL1)을 가진다. 가장 상위 행(3번째 행)에 배치된 6개의 안테나 소자들(ATE)은 가장 작은 각도(제2 각도)로 하-지향되어, 기지국에서 먼 제2 영역을 향하는 빔을 형성할 수 있다. 3번째 행에 배치된 6개의 안테나 소자들(ATE) 각각에 의해 형성되는 빔은 3의 빔레벨(BL3)을 가진다. 1번째 행과 3번째 행 사이의 행(2번째 행)에 배치된 6개의 안테나 소자들(ATE)은 제1 각도와 제2 각도 사이의 제3 각도로 하-지향되어, 제1 영역과 제2 영역 사이의 제3 영역을 향하는 빔을 형성할 수 있다. 2번째 행에 배치된 6개의 안테나 소자들(ATE) 각각에 의해 형성되는 빔은 2의 빔레벨(BL2)을 가진다.

한편, 안테나 어레이(ATA1)가 4개 이상의 행으로 구성되는 경우에, 기지국은 4개 이상의 행 중 가장 상위 행에 대응하는 빔에 가장 높은 값의 빔레벨을 할당하고, 가장 하위 행에 대응하는 빔에 가장 낮은 값의 빔레벨을 할당하고, 가장 상위 행과 가장 하위 행 사이의 나머지 행에 대응하는 빔에 가장 높은 값과 가장 낮은 값 사이의 값을 가지는 빔레벨을 순차적으로 할당할 수 있다.

한편, 기지국은 안테나 소자(ATE)에 의해 형성되는 빔을 식별하기 위한 빔식별자(ID: Identifier)에 따라서 빔의 빔레벨을 설정할 수도 있다. 예를 들어, 낮은 빔ID(예, 1~12)를 가지는 빔이 기지국에서 가까운 영역을 지향하고, 높은 빔ID(예, 31~48)를 가지는 빔이 기지국에서 먼 영역을 지향하는 경우에, 기지국은 낮은 빔ID를 가지는 빔에 낮은 빔레벨을 할당하고, 높은 빔ID를 가지는 빔에 높은 빔레벨을 할당할 수 있다.

도 2는 밀리미터파 주파수 대역을 이용하는 기지국(100)을 나타내는 도면이다.

안테나 어레이(ATA1)가 120도를 커버하는 경우에, 기지국(100)은 3개의 안테나 어레이(ATA1, ATA2, ATA3)를 포함할 수 있다. 다만 이는 예시일 뿐이며, 각 안테나 어레이의 커버 각도와 기지국(100)을 구성하는 안테나 어레이의 개수는 가변적일 수 있다.

기지국(100)은 지상에서 일정 높이 떨어진 곳에 설치된다. 각 안테나 소자(ATE)로부터 나오는 빔은 빔레벨(BL1~BL3)에 따라 일정 각도로 하-지향되어 지상으로 방사된다. 그리고 해당 시스템에서 사용되는 모든 주파수 대역폭은, 각 안테나 소자(ATE)로부터 방사되는 빔 마다 재사용된다. 즉, 각 안테나 소자(ATE)로부터 방사되는 각 빔은 동일한 시스템 주파수 대역폭을 재사용한다.

한편, 밀리미터파 통신 시스템의 기지국(100) 구성 방식에서는 빔레벨(BL1~BL3)에 따라 빔 커버리지의 차이가 클 수 있다. 이는, 단말이 균일한 밀도로 지상에 분포되어 있다고 가정할 때, 하위 레벨(예, BL1)의 빔에 비해 상위 레벨(예, BL3)의 빔에 확연히 많은 수의 단말이 접속하게 되고, 단말 당 자원 할당량에서도 차이가 나게 됨을 의미한다. 따라서 기지국(100) 입장에서는 빔 별 무선자원 활용도(radio resource utility)의 편차가 커지게 되고, 단말의 위치에 따라 단말 수신 서비스 품질 편차가 커지게 된다.

빔이 커버하는 빔 커버리지는, 기본적으로 안테나 소자(ATE)의 하-지향 각도가 조절됨으로써 변화될 수 있다. 그러나 기지국(100)에 설치된 안테나 높이가 낮은 경우(예, 20m)에, 아주 미세한 각도 조절이 필요하고, 특히 빔레벨 별 안테나 하-지향 각도의 편차가 크지 않으면 거의 동일한 안테나 패턴이 겹쳐지게 된다. 즉, 빔 커버리지 조절에 한계가 있다. 기지국(100)에 설치된 안테나 높이가 높은 경우(예, 100m 이상)에, 안테나 하-지향 각도에 따른 빔 커버리지의 구분이 뚜렷해지고, 빔 커버리지의 넓이가 적절히 조절될 수 있지만, 이와 같은 높은 높이의 기지국을 원하는 위치마다 설치하는 것은 현실적으로 어렵다.

도 3은 밀리미터파 주파수 대역을 이용하는 기지국(100)의 커버리지를 나타내는 도면이다. 구체적으로 도 3은 밀리미터파 통신 시스템에서 기지국(100)의 커버리지를 예시한다.

각 기지국(100)을 구성하는 안테나 어레이의 개수는 상술한 바와 같이 가변적일 수 있다. 구체적으로, N개(예, 3개)의 안테나 어레이(ATA1~ATA3)를 포함하는 기지국(100)은 360도를 커버하고, N개의 안테나 어레이(ATA1~ATA3) 각각의 안테나 소자(ATE)는 빔레벨에 따라 각각 다른 하-지향 각도를 이룬다. 따라서, 가장 큰 하-지향 각도(예, 제1 각도)를 이루는 안테나 소자(ATE)(빔레벨(BL1)에 대응)는 기지국(100)에서 가장 가까운 영역(예, 제1 영역)인 빔레벨(BL1)의 빔 커버리지 영역을 지향한다. 빔레벨(BL3)에 대응하는 안테나 소자(ATE)는 빔 레벨(BL3)의 빔 커버리지 영역(예, 제2 영역)을 지향하고, 빔레벨(BL2)에 대응하는 안테나 소자(ATE)는 빔 레벨(BL2)의 빔 커버리지 영역(예, 제3 영역)을 지향한다.

도 4는 도 3의 커버리지 상에서 일정 간격으로 분포되어 있는 단말을 형상화한 도면이다. 구체적으로, 도 4에서는 3개의 빔레벨(BL1, BL2, BL3)에 대응하는 3개의 빔 커버리지 영역(CV1, CV2, CV3)을 예시하였다.

도 4와 같이 단말이 일정한 간격으로 균일하게 분포(uniformly distributed)되어 있는 경우를 가정하면, 하위 빔 레벨의 빔 커버리지 영역(예, 빔레벨(BL1)의 빔 커버리지 영역(CV1))에 접속하는 단말의 수에 비해, 상위 빔 레벨의 빔 커버리지 영역(예, 빔레벨(BL3)의 빔 커버리지 영역(CV3))에 접속하는 단말의 수가 더 많다.

한편, 각 빔은 동일한 시스템 주파수 대역폭을 재사용하기 때문에, 상위 레벨의 빔에 접속해 있는 단말일수록, 더 적은 양의 무선 자원을 할당 받는다.

도 5는 기지국(100)의 각 빔에 접속한 단말(200a~200f)의 분포 상황과 단말(200a~200f)의 무선 자원 할당 현황을 나타내는 도면이다. 도 5에서는 기지국(100)이 하나의 섹터에 2개의 빔(BL1, BL2)을 송신하는 경우를 예시하였는데, 여기서 빔(BM1, BM2)은 도 1 내지 도 4에서 설명한 빔레벨(BL1~BL3)과는 무관하다.

빔(BM1)에 비해 빔(BM2)에 더 많은 단말(200a~200d)이 접속해 있으므로, 빔(BM2)에서 단말 당 할당되는 무선자원의 양은 빔(BM1)에서 단말 당 할당되는 무선자원의 양에 비해 상대적으로 적다. 예를 들어, 빔(BM2)에서 4개의 단말(200a~200d) 각각에 시간-주파수 자원(R1a~ R1d) 각각이 할당되고, 빔(BM1)에서 2개의 단말(200e, 200f) 각각에 시간-주파수 자원(R2a, R2b) 각각이 할당된다.

이러한 상황에서, 빔(BM1)에 접속 중이던 단말(200e)이 화살표(AR1) 방향으로 이동하는 경우에, 수신 신호 세기가 감소하여, 단말(200e)은 빔(BM2)로 핸드오버할 수 있다. 이 경우에, 단말(200e)은 새로운 빔(BM2)으로부터의 신호를 선택함으로써, SINR(Signal to Interference & Noise Ratio) 증가로 인해 높은 MCS(Modulation & Coding Scheme)를 사용할 수 있다. 하지만, 접속 단말 수가 많던 빔(BM2)에서는 접속 단말 수가 적던 빔(BM1)에 비해, 단말(200e)은 절대적으로 적은 양의 무선자원을 할당 받는다. 이로 인해, 단말(200e)은 높은 SINR로 인한 이득보다 무선자원 할당량 감소로 인한 더 큰 손실을 가질 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 핸드오버 과정을 나타내는 순서도이다.

단말은 기지국(100)에 의해 형성된 다수의 빔 중에서 현재 접속 중인 접속 빔(또는 서빙 빔)에 인접한 이웃 빔에 대한 측정을 수행한다(S10). 구체적으로, 단말은 핸드오버 타겟 후보군에 속한 이웃 빔에 대한 측정을 수행한다.

단말은 접속 빔과 이웃 빔 간의 빔레벨을 비교한다(S11).

단말은 S11 과정의 비교 결과에 따라 핸드오버 오프셋을 가변적으로 설정한다(S12a~S12c). 구체적으로, 이웃 빔의 빔레벨(N_BL)이 접속 빔의 빔레벨(S_BL)보다 낮은(작은) 경우에, 단말은 작은 핸드오버 오프셋을 사용한다(S12a). 예를 들어, 이웃 빔의 빔레벨(N_BL)이 BL1이고 접속 빔의 빔레벨(S_BL)이 BL2인 경우에, 단말은 핸드오버 오프셋의 값을 작은 값(OFFSET1)으로 설정할 수 있다. 이웃 빔의 빔레벨(N_BL)이 접속 빔의 빔레벨(S_BL)보다 높은(큰) 경우에, 단말은 큰 핸드오버 오프셋을 사용한다(S12c). 예를 들어, 이웃 빔의 빔레벨(N_BL)이 BL3이고 접속 빔의 빔레벨(S_BL)이 BL2인 경우에, 단말은 핸드오버 오프셋의 값을 큰 값(OFFSET2)으로 설정할 수 있다. 이웃 빔의 빔레벨(N_BL)과 접속 빔의 빔레벨(S_BL)이 동일한 경우에, 단말은 보통(normal)의 핸드오버 오프셋을 사용한다(S12b). 예를 들어, 이웃 빔의 빔레벨(N_BL)이 BL2이고 접속 빔의 빔레벨(S_BL)이 BL2인 경우에, 단말은 핸드오버 오프셋의 값을 중간 값(OFFSET3, 단, OFFSET1 < OFFSET3 < OFFSET2)으로 설정할 수 있다.

단말은 S12a~S12c 과정에서 결정된 핸드오버 오프셋을 핸드오버 트리거(triggering) 조건에 적용하고, 이웃 빔의 신호 세기가 핸드오버 트리거링 조건을 만족하는지를 판단한다(S13). 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(Long Term Evolution)는 동일한 무선 접속 시스템(Intra-RAT(Radio Access Technology))간에 사용되는 핸드오버 트리거링 조건을 A1~A6으로 세분화하여 정의하고, 3G 망 등의 기존 이동통신 시스템과 같이 상이한 무선 접속 시스템(Inter-RAT) 간에 사용되는 핸드오버 트리거링 조건을 B1~B3으로 세분화하여 정의하고 있다. 도 6에서는 설명의 편의를 위해, 핸드오버 트리거링 조건이 A3 이벤트 트리거링 조건인 경우를 가정하여 설명한다. A3 이벤트 트리거링 조건은 A3 이벤트 시작 조건(entering)과 A3 이벤트 종료 조건(leaving)을 포함하는데, A3 이벤트 시작 조건은 아래의 수학식 1로 정의되고, A3 이벤트 종료 조건은 아래의 수학식 2로 정의된다.

수학식 1, 2에서 N_RSRP는 단말이 이웃 빔으로부터 수신하는 RSRP(Reference Signal Received Power)를 나타내고, S_RSRP는 단말이 접속 빔으로부터 수신하는 RSRP을 나타낸다. 그리고 A3_offset은 A3 이벤트를 위한 핸드오버 오프셋을 나타내는 파라미터이고 Hysteresis는 A3 이벤트 트리거링 조건을 결정하는 파라미터로써, 그 용도는 기존과 동일하다. 여기서 A3_offset은 S12a~S12c 과정에서 결정된 값을 가진다.

이웃 빔의 N_RSRP가 A3 이벤트 트리거링 조건(A3 이벤트 시작 조건)을 만족하는 경우에, 단말은 기지국(100)으로 이웃 빔에 대한 측정 보고(Measurement Report)를 송신한다(S14). 만약, 이웃 빔의 N_RSRP가 A3 이벤트 트리거링 조건(A3 이벤트 시작 조건)을 만족하지 않는 경우에, 단말은 일정 주기 이후에 다시 S10 과정을 수행한다.

단말은 접속 빔의 스케줄링 정책에 따라 접속 빔에 접속 중인 타 단말들과 주파수 자원을 나눠 할당 받는다. 단말은 이웃 빔에 대한 측정(measurement)을 수행하고, 이웃 빔의 RSRP가 일정 문턱값(예, A3 이벤트 트리거링 조건)을 넘어서면 핸드오버 절차를 수행한다. 기본적으로 핸드오버는 수신 신호의 열화로 인해 현재 접속 셀이 충분한 이동통신서비스를 제공하지 못할 때, 단말의 접속을 이웃 셀로 넘겨주는 절차이다. 그러나 단말이 기존 빔(또는 셀)으로부터 수신하는 신호세기가 일정 수치로 낮아졌지만 충분히 많은 자원을 할당 받음으로 인해 원활한 통신서비스를 제공받고 있는 상황에서도, 단지 이웃 빔의 RSRP가 일정 문턱값을 초과했다는 이유만으로 핸드오버를 수행하는 것은 비효율적이다. 만약 핸드오버된 이웃 빔에 다수의 단말이 접속해 있다면, 단말이 핸드오버된 빔으로부터 할당 받을 수 있는 무선자원은 기존의 접속 빔에 비해 매우 적을 수 있다. 이러한 경우에, 단말의 쓰루풋 손실이 수신신호세기 증가로 인해 얻을 수 있는 이득보다 더 커질 수 있다. 이와 같은 상황을 방지하기 위하여, 단말은 도 6에서 설명한, 가변적 핸드오버 오프셋 적용 방법을 수행할 수 있다. 도 6에 예시된 방법은 접속 단말의 수가 많은 빔에 접속 중인 단말로 하여금 가능하면 접속 단말의 수가 적은 빔으로 이전 접속하도록 한다. 이를 통해, 빔 간 균형적인 단말 접속과 빔 간 균형적인 무선 자원 사용이 가능해지고, 결국 사용자에게 제공되는 통신 성능은 향상될 수 있다. 구체적으로, 도 6에 예시된 방법은 핸드오버 타겟 후보군에 속한 이웃 빔의 빔레벨에 따라 가변적으로 핸드오버 오프셋을 적용한다. 이는, 빔의 빔레벨이 높을 수록 해당 빔의 빔 커버리지가 넓어져 해당 빔에 접속하는 단말의 수가 증가하는 경향성을 이용한 것이다.

구체적으로, 이웃 빔의 빔레벨이 단말이 현재 접속 중인 접속 빔의 빔레벨 보다 낮은 경우에, 단말은 작은 핸드오버 오프셋(예, small A3_offset)을 핸드오버 트리거링 조건에 적용한다. 낮은 레벨의 이웃 빔은 접속 빔에 비해서 접속 단말의 수가 적을 확률이 높으므로, 단말이 해당 빔으로 핸드오버할 경우에 현재보다 상대적으로 더 많은 양의 무선 자원을 할당 받을 개연성이 크다. 이를 통해, 단말의 체감 성능과 기지국 수율이 향상될 수 있다. 따라서, 핸드오버 타겟 후보군에 속한 이웃 빔의 빔레벨이 현재 접속 중인 접속 빔의 빔레벨 보다 낮은 경우에, 보다 쉽게 핸드오버가 발생할 수 있도록 하기 위해, 단말은 작은 핸드오버 오프셋을 핸드오버 트리거링 조건에 적용한다.

이웃 빔의 빔레벨이 단말이 현재 접속 중인 접속 빔의 빔레벨 보다 높은 경우에, 단말은 큰 핸드오버 오프셋(예, large A3_offset)을 핸드오버 트리거링 조건에 적용한다. 높은 레벨의 이웃 빔은 접속 빔에 비해서 접속 단말의 수가 많을 확률이 높으므로, 단말이 해당 빔으로 핸드오버할 경우에, 현재보다 상대적으로 더 적은 양의 무선 자원을 할당 받을 개연성이 크다. 단말이 해당 이웃 빔으로 핸드오버함으로 인해 SINR이 증가하여 높은 MCS를 사용할 수 있다 하더라도, 단말이 할당 받는 무선 자원량이 감소함으로 인해 성능과 수율은 기존에 비해 오히려 감소할 수 있다. 따라서, 핸드오버 타겟 후보군에 속한 이웃 빔의 빔레벨이 접속 빔의 빔레벨 보다 높은 경우에, 성능이 감소하는 상황의 발생을 줄일 수 있도록 하기 위해, 단말은 큰 핸드오버 오프셋을 핸드오버 트리거링 조건에 적용한다.

이웃 빔의 빔레벨이 단말이 현재 접속 중인 접속 빔의 빔레벨과 동일한 경우에, 단말은 보통 핸드오버 오프셋(예, normal A3_offset)을 핸드오버 트리거링 조건에 적용한다. 한편, 작은 핸드오버 오프셋(예, small A3_offset), 큰 핸드오버 오프셋(예, large A3_offset), 및 보통 핸드오버 오프셋(예, normal A3_offset)의 값은 통신 환경에 따라 변경될 수도 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 단말(200)의 구성을 나타내는 도면이다.

단말(200)은 비교부(210), 결정부(220), 판단부(230), 보고부(240), 프로세서(250), 메모리(260), RF(Radio Frequency) 변환기(270), 및 측정부(280)를 포함한다. 단말(200)은 도 6에 예시된 가변적 핸드오버 오프셋 적용 방법을 수행한다.

측정부(280)는 이웃 빔에 대한 측정을 수행한다. 여기서 이웃 빔은 핸드오버 타겟 후보군에 속한 빔이다. 구체적으로, 측정부(280)는 도 6에서 설명한 이웃 빔 측정와 관련된 절차, 기능, 및 방법들을 수행할 수 있다.

비교부(210)는 밀리미터파 주파수 대역의 복수의 빔 중 현재 단말(200)이 접속 중인 접속 빔의 빔레벨과 접속 빔에 인접한 이웃 빔의 빔레벨을 비교한다. 빔의 빔레벨은 기지국(100)의 안테나 어레이(예, ATA1)에 포함된 복수의 안테나 소자 중 해당 빔을 형성하는 안테나 소자(ATE)가 배치된 행에 대응할 수 있다. 이 경우에, 빔의 빔레벨은, 해당 빔을 형성하는 안테나 소자(ATE)가 배치된 행이 안테나 어레이(예, ATA1)의 복수의 행 중 아래에 있을수록 낮은 값을 가질 수 있다. 또는 빔의 빔레벨은, 해당 빔을 형성하는 안테나 소자(ATE)에 적용된 하-지향 각도에 대응할 수 있다. 이 경우에, 빔의 빔레벨은, 해당 빔을 형성하는 안테나 소자(ATE)에 적용된 하-지향 각도가 클수록 낮은 값을 가질 수 있다. 또는, 빔의 빔레벨은 해당 빔의 빔 커버리지에 대응할 수 있다. 이 경우에, 빔의 빔레벨은 해당 빔의 빔 커버리지가 작을수록 낮은 값을 가질 수 있다. 한편, 비교부(210)는 도 6에서 설명한 빔레벨 비교와 관련된 절차, 기능, 및 방법들을 수행할 수 있다.

결정부(220)는 비교부(210)의 비교 결과에 따라, 핸드오버 트리거링 조건에 적용될 핸드오버 오프셋을 결정한다. 구체적으로, 결정부(220)는 이웃 빔의 빔레벨이 접속 빔의 빔레벨 보다 큰 경우에, 핸드오버 오프셋의 값을 큰 값(예, OFFSET2)으로 결정할 수 있다. 결정부(220)는, 이웃 빔의 빔레벨이 접속 빔의 빔레벨 보다 작은 경우에, 핸드오버 오프셋의 값을 작은 값(예, OFFSET1)으로 결정할 수 있다. 결정부(220)는, 이웃 빔의 빔레벨과 접속 빔의 빔레벨이 동일한 경우에, 핸드오버 오프셋의 값을 보통 값(예, OFFSET3)으로 결정할 수 있다. 한편, 결정부(220)는 도 6에서 설명한 핸드오버 오프셋 결정과 관련된 절차, 기능, 및 방법들을 수행할 수 있다.

판단부(230)는 이웃 빔의 신호 세기(예, RSRP)가 핸드오버 트리거링 조건을 만족하는 지를 판단한다. 구체적으로, 판단부(230)는 도 6에서 설명한 핸드오버 트리거링 조건 판단과 관련된 절차, 기능, 및 방법들을 수행할 수 있다.

보고부(240)는 판단부(230)의 판단 결과에 따라, 이웃 빔에 대한 측정 보고를 기지국에 전송한다. 구체적으로, 보고부(240)는 도 6에서 설명한 측정 보고와 관련된 절차, 기능, 및 방법들을 수행할 수 있다.

프로세서(250)는, 도 6에서 설명한 절차, 기능 및 방법들을 구현하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 프로세서(250)는, 단말(200)의 각 구성(210~240, 260~280)을 제어하며, 각 구성(210~240, 260~280) 간의 데이터 흐름을 관리할 수 있다.

메모리(260)는 프로세서(260)와 연결되고, 프로세서(260)의 동작과 관련된 다양한 정보를 저장한다.

RF 변환기(270)는 프로세서(250)와 연결되고, 무선 신호를 송신 또는 수신한다. 보고부(240)는 RF 변환기(270)를 통해 측정 보고를 기지국에 전송할 수 있다. 단말(200)은 단일 안테나 또는 다중 안테나를 가질 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 (16)

1. 기지국에 의해 송신되는 밀리미터파 주파수 대역의 복수의 빔 중 제1 빔에 접속 중인 단말이 핸드오버하는 방법으로서,
   상기 제1 빔의 빔 레벨과 상기 복수의 빔 중 핸드오버 후보 빔인 제2 빔의 빔 레벨을 비교하는 단계;
   상기 비교 결과에 따라, 핸드오버 오프셋을 결정하는 단계;
   상기 제2 빔의 신호 세기가 상기 핸드오버 오프셋이 적용된 핸드오버 트리거링 조건을 만족하는 지를 판단하는 단계; 및
   상기 제2 빔의 신호 세기가 상기 핸드오버 트리거링 조건을 만족하는 경우에, 상기 제2 빔에 대한 측정 보고를 상기 기지국에 전송하는 단계
   를 포함하는 핸드오버 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 빔의 빔 레벨은,
   상기 기지국의 안테나 어레이에 포함된 복수의 안테나 소자(antenna elements) 중 상기 제1 빔을 형성하는 제1 안테나 소자가 배치된 행(row)에 대응하는
   핸드오버 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 빔의 빔 레벨은,
   상기 기지국의 안테나 어레이에 포함된 복수의 안테나 소자(antenna elements) 중 상기 제1 빔을 형성하는 제1 안테나 소자에 적용된 하-지향(down-tilt) 각도에 대응하는
   핸드오버 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1 빔의 빔 레벨은,
   상기 제1 빔의 빔 커버리지에 대응하는
   핸드오버 방법.
5. 제2항에 있어서,
   상기 제1 빔의 빔 레벨은,
   상기 제1 안테나 소자가 배치된 행이 상기 안테나 어레이의 복수의 행 중 아래에 있을수록 낮은 값을 가지는
   핸드오버 방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 핸드오버 오프셋을 결정하는 단계는,
   상기 제2 빔의 빔 레벨이 상기 제1 빔의 빔 레벨 보다 큰 경우에, 상기 핸드오버 오프셋의 값을 제1 값으로 결정하는 단계; 및
   상기 제2 빔의 빔 레벨이 상기 제1 빔의 빔 레벨 보다 작은 경우에, 상기 핸드오버 오프셋의 값을 상기 제1 값 보다 작은 제2 값으로 결정하는 단계를 포함하는
   핸드오버 방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 핸드오버 오프셋을 결정하는 단계는,
   상기 제2 빔의 빔 레벨과 상기 제1 빔의 빔 레벨이 동일한 경우에, 상기 핸드오버 오프셋의 값을 상기 제1 값과 상기 제2 값 사이의 제3 값으로 결정하는 단계를 더 포함하는
   핸드오버 방법.
8. 밀리미터파 주파수 대역의 복수의 빔 중 접속 빔의 빔 레벨과 상기 접속 빔에 인접한 이웃 빔의 빔 레벨을 비교하는 비교부;
   상기 비교부의 비교 결과에 따라, 핸드오버 트리거링 조건에 적용될 핸드오버 오프셋을 결정하는 결정부;
   상기 이웃 빔의 신호 세기가 상기 핸드오버 트리거링 조건을 만족하는 지를 판단하는 판단부; 및
   상기 판단부의 판단 결과에 따라, 상기 이웃 빔에 대한 측정 보고를 기지국에 전송하는 보고부
   를 포함하는 단말.
9. 제8항에 있어서,
   상기 접속 빔의 빔 레벨은,
   상기 기지국의 안테나 어레이에 포함된 복수의 안테나 소자(antenna elements) 중 상기 접속 빔을 형성하는 제1 안테나 소자가 배치된 행(row)에 대응하거나, 상기 제1 안테나 소자에 적용된 하-지향(down-tilt) 각도에 대응하거나, 상기 접속 빔의 빔 커버리지에 대응하는
   단말.
10. 제9항에 있어서,
    상기 접속 빔의 빔 레벨은,
    상기 제1 안테나 소자가 배치된 행이 상기 안테나 어레이의 복수의 행 중 아래에 있을수록 낮은 값을 가지거나, 상기 제1 안테나 소자에 적용된 하-지향 각도가 클수록 낮은 값을 가지거나, 상기 접속 빔의 빔 커버리지가 작을수록 낮은 값을 가지는
    단말.
11. 제8항에 있어서,
    상기 결정부는,
    상기 이웃 빔의 빔 레벨이 상기 접속 빔의 빔 레벨 보다 큰 경우에, 상기 핸드오버 오프셋의 값을 제1 값으로 결정하고,
    상기 이웃 빔의 빔 레벨이 상기 접속 빔의 빔 레벨 보다 작은 경우에, 상기 핸드오버 오프셋의 값을 상기 제1 값 보다 작은 제2 값으로 결정하는
    단말.
12. 제11항에 있어서,
    상기 결정부는,
    상기 이웃 빔의 빔 레벨과 상기 접속 빔의 빔 레벨이 동일한 경우에, 상기 핸드오버 오프셋의 값을 상기 제1 값과 상기 제2 값 사이의 제3 값으로 결정하는
    단말.
13. 기지국의 안테나 어레이에 의해 형성되는 밀리미터파 주파수 대역의 복수의 빔 중에서 제1 빔에 접속 중인 단말이 핸드오버하는 방법으로서,
    상기 복수의 빔 중 상기 제1 빔에 이웃하며 핸드오버 후보 빔인 제2 빔의 RSRP(Reference Signal Received Power)를 측정하는 단계;
    상기 제1 빔의 빔 커버리지의 크기에 대응하는 제1 빔 레벨을 판단하고, 상기 제2 빔의 빔 커버리지의 크기에 대응하는 제2 빔 레벨을 판단하는 단계;
    상기 제1 빔 레벨과 상기 제2 빔 레벨을 비교하여, 핸드오버 트리거링 조건에 적용될 핸드오버 오프셋을 결정하는 단계; 및
    상기 제2 빔의 RSRP가 상기 핸드오버 트리거링 조건을 만족하는 경우에, 상기 제2 빔에 대한 측정을 상기 기지국에게 보고하는 단계
    를 포함하는 핸드오버 방법.
14. 제13항에 있어서,
    상기 안테나 어레이는 제1 행(row)에 배치되며 제1 하-지향 각도가 적용된 제1 안테나 소자와, 제2 행에 배치되며 상기 제1 하-지향 각도 보다 큰 제2 하-지향 각도가 적용된 제2 안테나 소자를 포함하고,
    상기 제2 안테나 소자에 의해 형성되는 빔은 제1 영역을 커버하고,
    상기 제1 안테나 소자에 의해 형성되는 빔은 상기 기지국과의 거리가 상기 제1 영역 보다 먼 제2 영역을 커버하는
    핸드오버 방법.
15. 제14항에 있어서,
    상기 핸드오버 오프셋을 결정하는 단계는,
    상기 제2 빔 레벨이 상기 제1 빔 레벨 보다 큰 경우에, 상기 핸드오버 오프셋의 값을 제1 값으로 결정하는 단계; 및
    상기 제2 빔 레벨이 상기 제1 빔 레벨 보다 작은 경우에, 상기 핸드오버 오프셋의 값을 상기 제1 값 보다 작은 제2 값으로 결정하는 단계를 포함하는
    핸드오버 방법.
16. 제15항에 있어서,
    상기 핸드오버 오프셋을 결정하는 단계는,
    상기 제2 빔 레벨과 상기 제1 빔 레벨이 동일한 경우에, 상기 핸드오버 오프셋의 값을 상기 제1 값과 상기 제2 값 사이의 제3 값으로 결정하는 단계를 더 포함하는
    핸드오버 방법.

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