KR20170092109A - 고속 열차 통신을 위한 네트워크에서 핸드오버 영역 생성 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
고속 열차 통신을 위한 네트워크에서 사용자 단말과 선로를 따라 배치되어 있는 복수의 RU(radio unit) 사이에서 통신을 수행하는 이동체 내부의 단말장치(terminal equipment, TE)는 인접한 두 RU 사이의 총 영역을 타겟 RU의 링크 품질과 서빙 RU의 링크 품질을 토대로 통신 영역과 핸드오버 영역으로 나누고, 상기 타겟 RU의 링크 품질이 상기 서빙 RU의 링크 품질보다 우수한 상태의 지속 시간을 토대로 상기 핸드오버 영역 내 측정 영역인지 확인한 후, 상기 측정 영역에서 서빙 RU와 타겟 RU의 링크 품질을 포함한 측정 보고를 생성하며, 상기 측정 영역 이후에 상기 서빙 RU의 링크 품질의 복구 여부를 토대로 상기 핸드오버 영역 내 토킹 영역인지 확인한 후, 상기 토킹 영역에서 상기 측정 보고를 상기 서빙 RU로 전송한다.
Description
본 발명은 고속 열차 통신을 위한 네트워크에서 핸드오버 영역 생성 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 단방향 안테나를 사용하는 네트워크에서 빔 포밍을 이용한 핸드오버 영역 생성 방법 및 장치에 관한 것이다.
단방향 안테나를 사용하는 고속 열차(High-Speed Train, HST) 통신을 위한 단방향 HST 네트워크는 선로를 따라 설치된 원격 무선 헤드(remote radio head, RRH)와 같은 무선 유닛(radio unit, RU)을 통해서 디지털 유닛(digital unit)과 통신한다. 이러한 단방향 HST 네트워크는 무 지향성 네트워크에 비해 다음과 같은 장점을 가진다. 단방향 HST 네트워크는 빔이 선로 방향을 정확하게 가리키며, 동일한 주파수 대역을 사용하는 다른 시스템에 간섭을 줄일 수 있고, 전력 제한으로 보다 넓은 커버리지를 허용하며, 밀리미터파(mmWave) 대역과 같은 비인가 주파수 대역을 자유롭게 사용하여 훨씬 높은 시스템 처리량을 지원할 수 있다.
그러나 단방향 HST 네트워크에서는 핸드오버 문제가 해결되어야 한다. 단방향 HST 네트워크 구조에서는 핸드오버가 수행될 때 무선 링크 장애(radio link failure, RLF)가 발생한다. 단방향 HST 네트워크에서는 사용자 단말이 강한 수신 전력을 갖는 소스 셀로부터 약한 수신 전력을 갖는 타겟 셀로 핸드오버하려고 시도하기 때문에, 사용자 단말은 타겟 셀을 소스 셀에 보고 할 수 없거나 핸드오버 명령을 수신하지 못할 수 있다. 따라서 이 문제를 해결하기 위해 측정 보고 및 핸드오버 명령을 처리할 수 있도록 설계된 핸드오버 영역이 설계되었다. 그러나 핸드오버 영역에서 잠재적 핑퐁 문제를 고려해야 하며, 커버리지를 중첩함으로써 의도적으로 생성된 핸드오버 영역은 전체 커버리지를 감소시키고 전체 사이트 번호 등을 증가시킬 수 있는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하려는 과제는 단방향 안테나를 사용하는 고속 열차 통신을 위한 네트워크에서 핸드오버 영역을 유연하게 설계할 수 있는 핸드오버 영역 생성 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시 예에 따르면, 고속 열차 통신을 위한 네트워크에서 사용자 단말과 선로를 따라 배치되어 있는 복수의 RU(radio unit) 사이에서 통신을 수행하는 교통수단 내부의 단말장치(terminal equipment, TE)가 핸드오버 영역을 생성하는 방법이 제공된다. 핸드오버 영역 생성 방법은 인접한 두 RU 사이의 총 영역을 타겟 RU의 링크 품질과 서빙 RU의 링크 품질을 토대로 통신 영역과 핸드오버 영역으로 나누는 단계, 상기 타겟 RU의 링크 품질이 상기 서빙 RU의 링크 품질보다 우수한 상태의 지속 시간을 토대로 상기 핸드오버 영역 내 측정 영역인지 확인하는 단계, 상기 측정 영역에서 상기 서빙 RU와 상기 타겟 RU의 링크 품질을 포함한 측정 보고를 생성하는 단계, 상기 측정 영역 이후에 상기 서빙 RU의 링크 품질의 복구 여부를 토대로 상기 핸드오버 영역 내 토킹 영역인지 확인하는 단계, 그리고 상기 토킹 영역에서 상기 측정 보고를 상기 서빙 RU로 전송하는 단계를 포함한다.
상기 나누는 단계는 상기 서빙 RU의 링크 품질의 변동이 나타나는 구간을 상기 핸드오버 영역으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 측정 영역인지 확인하는 단계는 상기 지속 시간이 설정된 TTT(TimeToTrigger) 값 이상이 되면, 상기 측정 영역인 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 토킹 영역인지 확인하는 단계는 상기 서빙 RU의 링크 품질이 상기 타겟 RU의 링크 품질보다 양호해지면, 상기 토킹 영역인 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 토킹 영역에서 상기 서빙 RU로부터 핸드오버를 트리거링하기 위한 확인 정보를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 RU 및 상기 TE는 각각 지향성 빔을 형성할 수 있다.
상기 복수의 RU 및 상기 TE는 각각 적어도 하나의 지향성 안테나를 포함하고, 상기 측정 영역과 상기 토킹 영역의 크기는 상기 지향성 안테나의 안테나 방사 패턴의 조절에 따라 변경될 수 있다.
상기 복수의 RU 및 상기 TE는 각각 적어도 하나의 지향성 안테나를 포함하고, 상기 측정 영역과 상기 토킹 영역의 크기는 상기 서빙 RU와 상기 TE간 안테나 높이 차이의 조절에 따라 변경될 수 있다.
본 발명의 다른 한 실시 예에 따르면, 고속 열차 통신을 위한 네트워크에서 사용자 단말과 선로를 따라 배치되어 있는 복수의 RU(radio unit) 사이에서 통신을 수행하는 교통수단 내부의 단말장치(terminal equipment, TE)의 핸드오버 영역 생성 장치가 제공된다. 핸드오버 영역 생성 장치는 송수신기, 그리고 프로세서를 포함한다. 상기 송수신기는 상기 복수의 RU와 무선 신호를 송수신한다. 그리고 상기 프로세서는 인접한 두 RU 사이의 총 영역을 통신 영역과 핸드오버 영역으로 나누고, 타겟 RU의 링크 품질이 서빙 RU의 링크 품질보다 우수한 상태의 지속 시간을 토대로 상기 핸드오버 영역 내 측정 영역인지 확인하고, 상기 측정 영역 이후에 상기 서빙 RU의 링크 품질의 복구 여부를 토대로 상기 핸드오버 영역 내 토킹 영역인지 확인한 후, 상기 토킹 영역에서 상기 서빙 RU와 상기 타겟 RU의 링크 품질을 포함한 측정 보고를 상기 송수신기를 통해 상기 서빙 RU로 전송한다.
상기 프로세서는 상기 지속 시간이 설정된 TTT(TimeToTrigger) 값 이상이 되면 상기 측정 영역인 것으로 판단하고, 상기 서빙 RU의 링크 품질이 상기 타겟 RU의 링크 품질보다 양호해지면 상기 토킹 영역인 것으로 판단할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 측정 영역에서 상기 서빙 RU와 타겟 RU의 링크 품질을 포함한 측정 보고를 생성할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 토킹 영역에서 상기 서빙 RU로부터 핸드오버를 트리거링하기 위한 확인 정보를 상기 송수신기를 통해 수신할 수 있다.
상기 송수신기는 적어도 하나의 지향성 안테나를 포함할 수 있다.
상기 측정 영역과 상기 토킹 영역의 크기는 상기 지향성 안테나의 안테나 방사 패턴의 조절에 따라 변경될 수 있다.
상기 측정 영역과 상기 토킹 영역의 크기는 상기 서빙 RU와 상기 TE간 안테나 높이 차이의 조절에 따라 변경될 수 있다.
상기 프로세서는 상기 서빙 RU의 링크 품질의 변동이 나타나는 구간을 상기 핸드오버 영역으로 판단할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 핸드오버 영역의 정의는 단방향 HST 통신 네트워크에서 성공적인 핸드오버를 가능하게 하며, 핸드오버 영역 생성 방법은 LTE 시스템에서의 핸드오버와 같은 모든 핸드오버 절차에 호환 가능하다.
또한 추가적인 하드웨어 비용 또는 새로운 네트워크 배치 구조를 통해 핸드오버 영역을 의도적으로 생성하는 대신에 안테나 방사 패턴 및 안테나 높이 조절을 이용하여 핸드오버 영역을 생성함으로써, 네트워크 배치에 따른 하드웨어 비용을 줄일 수 있으며, 핸드오버 영역을 유연하게 변경할 수 있으므로, 의도적으로 생성되는 핸드오버 영역의 문제점을 해소할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 단방향 HST 네트워크의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3은 각각 위치에 따른 헤드 안테나와 꼬리 안테나의 링크 품질 성능을 나타낸 도면이다.
도 4는 시뮬레이션을 위해 사용된 지향성 패치 어레이 안테나의 안테나 방사 패턴을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 1과 동일한 네트워크 배치를 사용하는 지하철 터널 환경에서의 광선 추적 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 6 내지 도 8은 각각 RU의 안테나 높이에 따른 헤드 안테나의 링크 품질을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 핸드오버 영역 생성 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 TE의 핸드오버 영역 생성 장치를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 기지국의 핸드오버 영역 생성 장치를 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3은 각각 위치에 따른 헤드 안테나와 꼬리 안테나의 링크 품질 성능을 나타낸 도면이다.
도 4는 시뮬레이션을 위해 사용된 지향성 패치 어레이 안테나의 안테나 방사 패턴을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 1과 동일한 네트워크 배치를 사용하는 지하철 터널 환경에서의 광선 추적 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 6 내지 도 8은 각각 RU의 안테나 높이에 따른 헤드 안테나의 링크 품질을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 핸드오버 영역 생성 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 TE의 핸드오버 영역 생성 장치를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 기지국의 핸드오버 영역 생성 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.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 고속 열차(High-Speed Train, HST) 통신을 위한 네트워크에서 핸드오버 영역 생성 방법 및 장치에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 단방향 HST 네트워크의 구조(deployment)를 나타낸 도면이다.
도 1을 참고하면, 단방향 HST 네트워크에서, 사용자 단말은 교통수단 예를 들면, 열차 내부의 단말장치(terminal equipment, TE)에 Wi-Fi 등과 같은 무선 신호를 사용하여 연결되고, TE는 무선 유닛(radio unit, RU)(110, 120, 130)을 통해서 디지털 유닛(digital unit)과 통신한다. 기지국은 RU(110, 120, 130)와 디지털 유닛을 포함할 수 있다.
RU(110, 120, 130)는 광케이블을 통해 디지털 유닛과 연결될 수 있다. 디지털 유닛은 게이트웨이를 통해서 인터넷 망과 연결된다.
각 RU(110, 120, 130)는 고유의 셀 영역을 가지며, 셀 영역내의 TE와 통신 링크를 형성한다. 그런데 밀리미터파 통신의 특성상 자유공간 손실이 심하고, 회절이나 투과에 의한 손실이 크기 때문에 거의 가시선(Line of sight) 환경의 통신에 주로 이용된다. 이 경우 커버리지를 확보하기 위해서 빔포밍을 하거나 안테나 이득을 높인 고 지향성 안테나를 사용한다.
RU(110, 120, 130)는 철도를 따라서 설치되며, 각각 2개의 지향성 안테나를 포함할 수 있다. 각 RU(110, 120, 130)의 2개의 지향성 안테나는 서로 반대 방향을 향하도록 설치되어 있다.
열차가 왼쪽에서 오른쪽으로 이동한다고 가정한다. 지향성 빔은 지향성 안테나 또는 안테나 어레이 중 하나에 의해 생성될 수 있다. 지향성 빔은 RU(110, 120, 130)와 TE 모두에 의해 사용된다.
도 1에 도시한 바와 같이, 열차 내부에 설치된 TE에 2개의 지향성 안테나(210, 220)가 설치되어 있다고 가정하면, 지향성 안테나(210, 220)는 각각 지향성 빔을 형성할 수 있다. 이때 열차의 앞쪽에 위치한 지향성 안테나(210)를 헤드 안테나(210)라 칭하고, 열차의 뒤쪽에 위치한 지향성 안테나(220)를 꼬리 안테나(220)라 한다. 헤드 안테나(210)는 지향성 빔을 통해 전방의 RU(110)와 순방향링크를 형성하고, 꼬리 안테나(220)는 지향성 빔을 통해 후방의 RU(120)와 역방향링크를 형성한다. 헤드 안테나(210)와 꼬리 안테나(220)는 서로 다른 링크를 통해 전방의 RU(110)와 후방의 RU(120)와 동시에 통신한다.
이와 같이, 지향성 빔을 사용하는 목적은 크로스링크(cross-link) 간섭, 즉 순방향링크로부터 꼬리 안테나(220)로의 간섭 및 역방향링크로부터 헤드 안테나(210)로의 간섭을 회피하기 위한 것이다.
이러한 단방향 HST 네트워크에서는 열차가 RU(110)를 통과할 때 즉, RU(110)의 위치가 셀 커버리지 경계로 간주될 때 핸드오버가 발생한다. 예를 들어, 열차의 헤드 안테나(210)가 RU(110)를 지나가면 순방향링크는 열차의 이동 방향을 따라 RU(110) 다음에 설치된 RU(130)로 핸드오버하고, 꼬리 안테나(220)가 RU(110)를 지나갈 때, 역방향링크는 RU(110)로 핸드오버 한다.
도 2 및 도 3은 각각 위치에 따른 헤드 안테나와 꼬리 안테나의 링크 품질 성능을 나타낸 도면이다. 도 4는 시뮬레이션을 위해 사용된 지향성 패치 어레이 안테나의 안테나 방사 패턴을 나타낸 도면이다.
헤드 안테나와 꼬리 안테나의 링크 품질 성능의 시뮬레이션을 위해, TE와 RU는 동일한 안테나 방사 패턴을 갖는 안테나를 사용하며, 시스템 파라미터는 표 1과 같다.
도 1에 도시한 바와 같이, RU(110, 120, 130)가 각각 -1000m, 0m 및 1000m의 위치에 있고, 열차가 도 1에 도시된 위치에서 우측으로 움직일 때 헤드 안테나(210)와 꼬리 안테나(220) 모두에 대한 핸드오버는 0m의 위치를 중심으로 수행된다. 도 2를 참고하면, 헤드 안테나(210)의 링크품질 특성이 위치에 따라 다른 것을 알 수 있다. 여기서, 링크 품질은 (안테나 이득-경로 손실)로 정의된다. 안테나 이득은 송신기의 안테나 이득과 수신기의 안테나 이득을 포함할 수 있다. ITU-R에 의해 정의된 자유공간에서의 경로손실 모델은 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
여기서, f는 주파수(GHz)이고, d는 송신기와 수신기 사이의 거리(km)이다.
[-1000m, -100m] 구간에서 링크 품질은 원활하게 향상되고, RU(110)의 안테나와 헤드 안테나(210) 모두 빔의 주로브(main lobes)는 서로 마주 보게 되고, RU(110)의 안테나와 헤드 안테나(210)로부터의 안테나 이득은 비교적 크다. [-100m, 0m] 구간 동안 무선 링크는 주로브에서 다른 사이드로브로 전환되기 때문에 링크 품질이 급격히 변동하기 시작한다. 서로 다른 로브의 안테나 이득의 급격한 변화는 링크 품질의 급격한 변동을 초래한다.
또한 링크 품질은 안테나 이득뿐만 아니라 경로손실도 포함하기 때문에 [-100m, 0m] 구간에서 링크 품질 성능은 먼저 저하를 경험한 후 성능 저하 이전의 수준으로 다시 증가하게 된다.
또한 도 3에 도시한 바와 같이, 꼬리 안테나(220)의 링크 품질 성능은 네트워크 배치로 인해 헤드 안테나(210)의 링크 품질 성능과 중심 대칭적으로 나타나며, 헤드 안테나(210)의 링크 품질과 유사하다. 즉, [0m, 100m] 구간에서 꼬리 안테나(220)의 링크 품질이 급격히 변동하기 시작한다.
도 2 및 도 3을 토대로 보면, 인접한 두 RU(110, 120) 사이의 총 영역(total area)은 통신 영역(communication zone)과 핸드오버 영역(handover zone)의 2개의 영역으로 나누어질 수 있다. 또한 핸드오버 영역은 측정 영역과 토킹 영역의 2개의 서브 영역을 포함한다. 이와 같이 정의된 영역은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 헤드 안테나(210)와 테일 안테나(220)별로 나타날 수 있다.
통신 영역은 링크 품질의 변동이 상대적으로 작고 RU로부터 어느 정도 떨어져 있는 구간으로 정의되며, 통신 영역에서 순방향링크 및 역방향링크는 그대로 유지될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 [-1000m, -100m] 구간과 도 3의 [-900m, 0m] 구간이 통신 영역이 될 수 있다.
핸드오버 영역은 링크 품질의 변동이 크고 핸드오버 준비가 이 영역에서 수행되어야 하는 RU 주변의 지속 구간으로 정의된다. 예를 들어, 도 2의 [-100m, 0m] 구간이 헤드 안테나(210)에 대한 핸드오버 영역이 될 수 있고, 도 3의 [0m, 100m] 구간이 꼬리 안테나(220)에 대한 핸드오버 영역이 될 수 있다. 또한 열차가 RU(110)의 위치를 지나가고 우측으로 움직이면서 RU(120)의 위치에 가까워지면, 헤드 안테나(210)와 꼬리 안테나(220) 모두에 대한 핸드오버는 1000m의 위치를 중심으로 수행된다. 이때, 헤드 안테나(210)와 꼬리 안테나(220)의 링크 품질을 토대로, 도 2의 [900m, 1000m] 구간이 헤드 안테나(210)에 대한 핸드오버 영역이 되고, 도시하지는 않았지만, [1000m, 1100m] 구간이 꼬리 안테나(220)에 대한 핸드오버 영역이 된다.
핸드오버 영역 내 측정 영역은 타겟 RU(핸드오버 시도된 이득)의 링크 품질이 서빙 RU(원하는 이득)의 링크 품질보다 우수한 핸드오버 영역의 제1 부분으로 정의된다. 측정 영역에서 TE는 서빙 RU와 타겟 RU의 링크 품질을 측정 및 비교하고 측정 영역이 핸드오버 준비를 위한 영역임을 확인한다.
핸드오버 영역 내 토킹 영역은 서빙 RU의 링크 품질이 타겟 RU의 링크 품질보다 양호한 핸드오버 영역의 제2 부분으로 정의된다. 토킹 영역에서, TE는 서빙 RU와 타겟 RU의 링크 품질을 포함한 측정 보고를 서빙 RU로 전송하고, 서빙 RU로부터 핸드오버를 트리거링하기 위한 확인 정보를 수신한다. 확인 정보는 예를 들면, 서빙 RU로부터 전송되는 핸드오버 명령 메시지일 수 있다.
하드 핸드오버 준비의 경우, TE와 서빙 RU 사이에 3단계가 필요하다. 첫 번째 단계에서, TE는 서빙 RU와 타겟 RU의 링크 품질을 측정하고 비교한다. 두 번째 단계에서, 타겟 RU의 링크 품질이 서빙 RU의 링크 품질보다 우수한 경우에만 TE는 측정 보고를 서빙 RU로 전송한다. 그리고 세 번째 단계에서, TE는 서빙 RU로부터 핸드오버 명령을 수신한다.
본 발명의 실시 예에 따른 핸드오버 영역 내 정의된 측정 영역은 서빙 RU보다 타겟 RU의 링크 품질이 좋기 때문에 핸드오버 준비의 첫 번째 단계를 목표로 한다. 또한 이러한 상태는 TE가 정상적인 고속 페이딩으로부터 측정 영역을 구별할 수 있게 하는 충분히 긴 시간 동안 유지될 수 있다. 핸드오버 영역 내 정의된 토킹 영역은 서빙 RU의 링크 품질이 복구되고 서빙 RU의 링크 품질이 타겟 RU보다 양호하기 때문에 핸드오버 준비의 두 번째 및 세 번째 단계를 목표로 한다. 이 경우, 서빙 RU의 링크 품질이 양호한 상태이기 때문에 TE와 서빙 RU가 핸드오버를 트리거하기 위한 정보를 교환하는 것이 가능할 수 있으며, 핸드오버 실패를 줄일 수 있다.
한편, TE는 핸드오버 절차를 성공적으로 트리거하기 위해 핸드오버 영역을 정확하게 찾는 것이 필요하다.
실제 환경에서 타겟 RU의 링크 품질이 서빙 RU의 링크 품질이 우수한 상황은 채널의 빠른 페이딩으로 인해 측정 영역에서뿐만 아니라 통신 영역에서도 발생할 수 있다. 이 경우, TE는 핸드오버 절차를 성공적으로 트리거하고 핑퐁 문제를 피하기 위해 어느 구간이 측정 영역인지 정확하게 식별할 필요가 있다.
도 5는 도 1과 동일한 네트워크 배치를 사용하는 지하철 터널 환경에서의 광선 추적 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 5에 도시한 바와 같이, "Direc.-Direc."의 곡선에서 터널 환경의 빠른 페이딩으로 인한 링크 품질의 깊은 페이딩은 핸드오버 영역뿐만 아니라 통신 영역에서도 관찰될 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 이벤트 A3의 TTT(TimeToTrigger) 파라미터가 LTE에 의해 정의되어 있다. 즉, TTT 파라미터는 이벤트 A3에 대한 트리거 조건 판단 시 일정 시간 지속해서 조건을 유지했을 때 트리거되도록 하는 타이머이다. 타겟 RU의 링크 품질이 서빙 RU의 링크 품질보다 우수한 상태의 지속 시간이 TTT 값보다 길면, TE는 측정 보고를 서빙 RU로 전송한다. 본 발명의 실시 예에서 최적의 TTT 값은 TE가 측정 영역으로부터의 빠른 페이딩 지속 구간을 구별하기 위해 필요하다. 이때 최적의 TTT 값을 사용하려면 측정 영역의 지속 구간을 제어할 수 있어야 한다. 또는 다양한 시나리오에 대한 TTT의 값은 동적으로 변경될 수 있다. 측정 영역과 다른, 빠른 페이딩 지속 구간을 TE에 의해 구별 가능하게 하기 위해, 측정 영역의 길이는 최적의 TTT 값을 설정하기에 충분해야 한다.
시간 영역에서 측정 영역의 크기를 제어하는 방법에는 두 가지가 있다. 첫 째, 안테나 방사 패턴을 조정하는 방법이다. 측정 영역과 토킹 영역을 포함한 핸드오버 영역이 RU의 빔과 TE의 빔간 주로브의 불일치로 인해 생성되기 때문에 안테나 방사 패턴을 조정하면, 측정 영역과 토킹 영역의 길이를 제어할 수 있다. 이때 RU의 안테나 방사 패턴, 또는 TE의 안테나 방사 패턴이 조정되거나 RU와 TE의 안테나 방사 패턴이 모두 조정될 수 있다. 또한 아날로그 빔포밍(지향성 안테나 설계)과 디지털 빔포밍 모두 안테나 방사 패턴을 조정하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 빔포밍 벡터들의 코드북은 실제 구현을 위해 디지털 안테나 방사 패턴을 조정하는데 사용될 수 있다. 디지털 빔포밍의 경우, 안테나 방사 패턴은 통신 중에 동적으로 변경될 수 있다. 두 번째, RU와 TE 사이의 안테나 높이 차이를 조정하는 방법이다. RU의 안테나 높이를 조정함으로써, RU와 TE 사이의 안테나 높이 차이가 조정될 수 있다.
도 6 내지 도 8은 각각 RU의 안테나 높이에 따른 헤드 안테나의 링크 품질을 나타낸 도면이다. 도 6 내지 도 8은 표 1의 시스템 파라미터를 적용하고, RU의 안테나 높이를 각각 6.5m, 10m 및 20m로 설정하여 측정된 결과를 도시하였다.
도 6 내지 도 8에 도시한 바와 같이, RU의 안테나의 높이에 따라 헤드 안테나(210)의 링크 품질이 변동되는 구간이 달라지는 것을 알 수 있다. 즉, RU의 안테나와 TE의 안테나 사이의 안테나 높이 차이를 조정하면, 측정 영역과 토킹 영역의 크기를 제어할 수 있다. 이 방법은 RU의 안테나 높이의 선택이 모든 종류의 통신 네트워크 배치에 필요하기 때문에 실제 구현에 추가적인 부담을 초래하지 않는다.
본 발명의 실시 예에 따른 핸드오버 영역은 단방향 HST 네트워크를 토대로 설명하였으므로, 핸드오버 영역은 HST를 위한 통신에서 다양한 시나리오에 사용될 수 있다. 열차의 속도는 시간에 따라 다르며 다른 열차는 서로 다른 이동성을 가질 수 있다. 따라서 TTT의 값은 모든 가능성을 고려하여 설계될 수 있다. 또한 시간에 따라 변하는 이동성을 제외하고, 상이한 지상 환경은 상이한 채널 특성을 초래할 수 있다. 이 경우 TTT의 값의 최적화가 잘 수행되어야 한다. 이때 앞에서 설명한 것처럼 TTT의 값이 동적으로 변경될 수 있다. 이때 TTT의 값의 다양한 옵션을 포함하는 코드북을 설계하고, 코드북이 사용될 수 있다. 다양한 TTT의 값은 TE의 측정 보고를 기반으로 여러 시나리오에 사용될 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 핸드오버 영역 생성 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 9를 참고하면, TE는 서빙 RU의 링크 품질을 토대로 인접한 두 RU 사이의 총 영역을 통신 영역과 핸드오버 영역으로 분할한다(S910). TE는 핸드오버 영역에서 핸드오버 준비 동작을 수행한다.
TE는 타겟 RU의 링크 품질이 서빙 RU의 링크 품질보다 우수한 상태의 지속 시간을 확인한다(S920).
TE는 타겟 RU의 링크 품질이 서빙 RU의 링크 품질보다 우수한 상태의 지속 시간이 TTT 값 이상이 되면(S930), 현재 위치한 구간이 핸드오버 영역의 측정 영역인 것으로 판단하고(S940), 서빙 RU와 타겟 RU의 링크 품질을 포함한 측정 보고를 생성한다(S950).
TE는 측정 영역 이후에 서빙 RU의 링크 품질이 타겟 RU의 링크 품질보다 양호한 상태로 복구되면(S960), 현재 위치한 구간이 토킹 영역인 것으로 판단하고(S970), 측정 보고를 서빙 RU로 전송한다(S980).
TE는 토킹 영역에서 서빙 RU로부터 핸드오버를 트리거링하기 위한 확인 정보를 수신한다(S990).
이와 같이, 서빙 RU의 링크 품질이 타겟 RU의 링크 품질보다 양호한 상태에서 측정 보고를 서빙 RU로 전송하고, 서빙 RU로부터 핸드오버를 트리거링하기 위한 확인 정보를 수신할 수 있으므로, 핸드오버 실패 확률을 줄일 수 있게 된다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 TE의 핸드오버 영역 생성 장치를 나타낸 도면이다.
도 10을 참고하면, TE의 핸드오버 영역 생성 장치(1000)는 프로세서(1010), 송수신기(1020) 및 메모리(1030)를 포함한다.
프로세서(1010)는 도 1 내지 도 8을 토대로 설명한 바와 같이 타겟 RU의 링크 품질이 서빙 RU의 링크 품질을 토대로 핸드오버 영역을 생성하고, 핸드오버 영역에서 핸드오버 준비 동작을 수행한다. 특히, 프로세서(1010)는 타겟 RU의 링크 품질이 서빙 RU의 링크 품질보다 우수한 핸드오버 영역의 측정 영역에서는 서빙 RU와 타겟 RU의 링크 품질을 측정 및 비교하고, 타겟 RU의 링크 품질이 서빙 RU의 링크 품질보다 우수한 상태의 지속 시간이 설정된 TTT의 값 이상이 되면, 서빙 RU와 타겟 RU의 링크 품질을 포함한 측정 보고를 생성한다. 프로세서(1010)는 측정 영역 이후에 서빙 RU의 링크 품질이 타겟 RU의 링크 품질보다 양호한 토킹 영역이 되면, 측정 보고를 송수신기(1020)를 통해 서빙 RU로 전송하고 서빙 RU로부터 송수신기(1020)를 통해 핸드오버를 트리거링하기 위한 확인 정보를 수신한다. 또한 프로세서(1010)는 디지털 빔포밍을 수행하는 경우, 지향성 안테나의 안테나 방사 패턴을 동적으로 조정하여 핸드오버 영역을 제어할 수 있다. 프로세서(1010)는 고속 이동체의 이동 속도를 토대로 핸드오버 영역의 제어를 결정할 수 있다. 프로세서(1110)는 고속 이동체의 이동 속도를 토대로 핸드오버 영역의 제어를 결정할 수 있다. 예를 들면, 프로세서(1110)는 고속 이동체의 이동 속도가 설정된 임계 속도 이하이면, 핸드오버 영역의 크기가 작아지도록 제어하고, 고속 이동체의 이동 속도가 설정된 임계 속도보다 크면, 핸드오버 영역의 크기가 커지도록 제어할 수 있다. 또한 프로세서(1110)는 고속 이동체의 이동 속도가 높아질수록 핸드오버 영역의 크기가 커지도록 제어할 수 있다. 이러한 프로세서(1010)는 중앙 처리 장치(central processing unit, CPU), 그래픽 처리 장치(graphics processing unit, GPU), 또는 본 발명의 실시 예들에 따른 방법이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다.
송수신기(1020)는 적어도 하나의 지향성 안테나를 포함할 수 있다. 송수신기(1020)는 프로세서(1010)와 연결되어 RU와 무선신호를 송신 및 수신한다.
메모리(1030)는 프로세서(1010)에서 수행하기 위한 명령어(instructions)를 저장하고 있거나 저장 장치(도시하지 않음)로부터 명령어를 로드하여 일시 저장하며, 프로세서(1010)는 메모리(1030)에 저장되어 있거나 로드된 명령어를 실행한다.
프로세서(1010)와 메모리(1030)는 버스(도시하지 않음)를 통해 서로 연결되어 있으며, 버스에는 입출력 인터페이스(도시하지 않음)도 연결되어 있을 수 있다. 이때 입출력 인터페이스에 송수신기(1020)가 연결되며, 입력 장치, 디스플레이, 스피커, 저장 장치 등의 주변 장치가 연결되어 있을 수 있다.
한편, 핸드오버 영역의 제어는 RU 측에 의해 수행될 수도 있고, TE와 RU 양측에 의해 수행될 수도 있다. 그리고 아날로그 안테나 방사 패턴과 RU의 안테나 높이는 RU가 설치되지 전에 결정될 수 있다.
도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 기지국의 핸드오버 영역 생성 장치를 나타낸 도면이다.
도 11을 참고하면, RU의 핸드오버 영역 생성 장치(1100)는 프로세서(1110), 송수신기(1120) 및 메모리(1130)를 포함한다.
프로세서(1110)는 디지털 빔포밍을 수행하는 경우, 지향성 안테나의 안테나 방사 패턴을 동적으로 조정하여 핸드오버 영역을 제어할 수 있다. 프로세서(1110)는 고속 이동체의 이동 속도를 토대로 핸드오버 영역의 제어를 결정할 수 있다. 예를 들면, 프로세서(1110)는 고속 이동체의 이동 속도가 설정된 임계 속도 이하이면, 핸드오버 영역의 크기가 작아지도록 제어하고, 고속 이동체의 이동 속도가 설정된 임계 속도보다 크면, 핸드오버 영역의 크기가 커지도록 제어할 수 있다. 또한 프로세서(1110)는 고속 이동체의 이동 속도가 높아질수록 핸드오버 영역의 크기가 커지도록 제어할 수 있다. 앞에서 언급한 바와 같이, 핸드오버 영역의 크기는 지향성 안테나의 안테나 방사 패턴에 의해 제어될 수 있다. 이때 안테나 방사 패턴의 조정은 RU에서 수행될 수 있고, 핸드오버 영역의 크기 결정은 DU에서 수행될 수 있으며, 이 경우, RU와 DU 각각에 해당 기능을 구현하는 프로세서가 존재할 수 있다. 프로세서(1110)는 CPU, GPU, 또는 본 발명의 실시 예들에 따른 방법이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다.
송수신기(1120)는 적어도 하나의 지향성 안테나를 포함할 수 있다. 송수신기(1120)는 프로세서(1110)와 연결되어 TE와 무선신호를 송신 및 수신한다.
메모리(1130)는 프로세서(1110)에서 수행하기 위한 명령어를 저장하고 있거나 저장 장치(도시하지 않음)로부터 명령어를 로드하여 일시 저장하며, 프로세서(1110)는 메모리(1130)에 저장되어 있거나 로드된 명령어를 실행한다.
프로세서(1110)와 메모리(1130)는 버스(도시하지 않음)를 통해 서로 연결되어 있으며, 버스에는 입출력 인터페이스(도시하지 않음)도 연결되어 있을 수 있다. 이때 입출력 인터페이스에 송수신기(1120)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 (20)
- 고속 열차 통신을 위한 네트워크에서 사용자 단말과 선로를 따라 배치되어 있는 복수의 RU(radio unit) 사이에서 통신을 수행하는 이동체 내부의 단말장치(terminal equipment, TE)가 핸드오버 영역을 생성하는 방법으로서,
인접한 두 RU 사이의 총 영역을 타겟 RU의 링크 품질과 서빙 RU의 링크 품질을 토대로 통신 영역과 핸드오버 영역으로 나누는 단계,
상기 타겟 RU의 링크 품질이 상기 서빙 RU의 링크 품질보다 우수한 상태의 지속 시간을 토대로 상기 핸드오버 영역 내 측정 영역인지 확인하는 단계,
상기 측정 영역에서 상기 서빙 RU와 상기 타겟 RU의 링크 품질을 포함한 측정 보고를 생성하는 단계,
상기 측정 영역 이후에 상기 서빙 RU의 링크 품질의 복구 여부를 토대로 상기 핸드오버 영역 내 토킹 영역인지 확인하는 단계, 그리고
상기 토킹 영역에서 상기 측정 보고를 상기 서빙 RU로 전송하는 단계
를 포함하는 핸드오버 영역 생성 방법. - 제1항에서,
상기 나누는 단계는 상기 서빙 RU의 링크 품질의 변동이 나타나는 구간을 상기 핸드오버 영역으로 판단하는 단계를 포함하는 핸드오버 영역 생성 방법. - 제1항에서,
상기 측정 영역인지 확인하는 단계는 상기 지속 시간이 설정된 TTT(TimeToTrigger) 값 이상이 되면, 상기 측정 영역인 것으로 판단하는 단계를 포함하는 핸드오버 영역 생성 방법. - 제1항에서,
상기 토킹 영역인지 확인하는 단계는 상기 서빙 RU의 링크 품질이 상기 타겟 RU의 링크 품질보다 양호해지면, 상기 토킹 영역인 것으로 판단하는 단계를 포함하는 핸드오버 영역 생성 방법. - 제1항에서,
상기 토킹 영역에서 상기 서빙 RU로부터 핸드오버를 트리거링하기 위한 확인 정보를 수신하는 단계를 더 포함하는 핸드오버 영역 생성 방법. - 제1항에서,
상기 복수의 RU 및 상기 TE는 각각 지향성 빔을 형성하는 핸드오버 영역 생성 방법. - 제1항에서,
상기 이동체의 이동 속도에 따라 상기 측정 영역의 크기 및 상기 토킹 영역의 크기를 제어하는 단계
를 더 포함하는 핸드오버 영역 생성 방법. - 제7항에서,
상기 제어하는 단계는 상기 이동체의 이동 속도에 비례하여 상기 측정 영역의 크기 및 상기 토킹 영역의 크기를 증가시키는 단계를 포함하는 핸드오버 영역 생성 방법. - 제7항에서,
상기 TE는 적어도 하나의 지향성 안테나를 포함하고,
상기 측정 영역과 상기 토킹 영역의 크기는 상기 지향성 안테나의 안테나 방사 패턴의 조절에 따라 변경되는 핸드오버 영역 생성 방법. - 제7항에서,
상기 복수의 RU 및 상기 TE는 각각 적어도 하나의 지향성 안테나를 포함하고,
상기 측정 영역과 상기 토킹 영역의 크기는 상기 서빙 RU와 상기 TE간 안테나 높이 차이의 조절에 따라 변경되는 핸드오버 영역 생성 방법. - 고속 열차 통신을 위한 네트워크에서 사용자 단말과 선로를 따라 배치되어 있는 복수의 RU(radio unit) 사이에서 통신을 수행하는 이동체 내부의 단말장치(terminal equipment, TE)의 핸드오버 영역 생성 장치로서,
상기 복수의 RU와 무선 신호를 송수신하는 송수신기, 그리고
인접한 두 RU 사이의 총 영역을 통신 영역과 핸드오버 영역으로 나누고, 타겟 RU의 링크 품질이 서빙 RU의 링크 품질보다 우수한 상태의 지속 시간을 토대로 상기 핸드오버 영역 내 측정 영역인지 확인하고, 상기 측정 영역 이후에 상기 서빙 RU의 링크 품질의 복구 여부를 토대로 상기 핸드오버 영역 내 토킹 영역인지 확인한 후, 상기 토킹 영역에서 상기 서빙 RU와 상기 타겟 RU의 링크 품질을 포함한 측정 보고를 상기 송수신기를 통해 상기 서빙 RU로 전송하는 프로세서
를 포함하는 핸드오버 영역 생성 장치. - 제11항에서,
상기 프로세서는 상기 지속 시간이 설정된 TTT(TimeToTrigger) 값 이상이 되면 상기 측정 영역인 것으로 판단하고, 상기 서빙 RU의 링크 품질이 상기 타겟 RU의 링크 품질보다 양호해지면 상기 토킹 영역인 것으로 판단하는 핸드오버 영역 생성 장치. - 제12항에서,
상기 프로세서는 상기 측정 영역에서 상기 서빙 RU와 타겟 RU의 링크 품질을 포함한 측정 보고를 생성하는 핸드오버 영역 생성 장치. - 제12항에서,
상기 프로세서는 상기 토킹 영역에서 상기 서빙 RU로부터 핸드오버를 트리거링하기 위한 확인 정보를 상기 송수신기를 통해 수신하는 핸드오버 영역 생성 장치. - 제11항에서,
상기 프로세서는 상기 이동체의 이동 속도에 따라 상기 측정 영역의 크기 및 상기 토킹 영역의 크기를 제어하는 핸드오버 영역 생성 장치. - 제15항에서,
상기 송수신기는 적어도 하나의 지향성 안테나를 포함하며,
상기 프로세서는 상기 지향성 안테나의 안테나 방사 패턴을 조절하여 상기 측정 영역과 상기 토킹 영역의 크기를 제어하는 핸드오버 영역 생성 장치.
- 고속 열차 통신을 위한 네트워크에서 경로를 따라 배치되어 있는 복수의 RU(radio unit)를 포함하는 기지국에서의 핸드오버 영역 생성 장치로서,
상기 경로를 따라 이동하는 이동체의 이동 속도를 획득하고, 상기 이동체의 이동 속도에 따라 상기 이동체 내부의 단말장치가 핸드오버를 준비하고 핸드오버를 실행하는 핸드오버 영역의 크기를 제어하는 프로세서, 그리고
상기 프로세서와 연결되며, 상기 이동체 내부의 단말장치와 상기 복수의 RU를 통해 통신하는 송수신기
를 포함하는 핸드오버 영역 생성 장치. - 제17항에서,
상기 프로세서는 상기 이동체의 이동 속도에 비례하여 상기 핸드오버 영역의 크기를 증가시키는 핸드오버 영역 생성 장치. - 제17항에서,
상기 복수의 RU는 각각 적어도 하나의 지향성 안테나를 포함하고,
상기 프로세서는 상기 지향성 안테나의 안테나 방사 패턴을 조절하여 상기 핸드오버 영역의 크기를 제어하는 핸드오버 영역 생성 장치. - 제17항에서, 상기 복수의 RU 및 상기 단말장치는 각각 적어도 하나의 지향성 안테나를 포함하고,
상기 복수의 RU 중 상기 단말장치가 연결된 서빙 RU와 상기 단말장치간 안테나 높이 차이에 따라 상기 핸드오버 영역의 크기가 제어되는 핸드오버 영역 생성 장치.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant |