KR20180014941A - 차세대 이동통신 시스템에서 네트워크 소모 전력을 효과적으로 절감시키는 방법 및 장치 - Google Patents

차세대 이동통신 시스템에서 네트워크 소모 전력을 효과적으로 절감시키는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 개시는 4G 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 5G 통신 시스템을 IoT 기술과 융합하는 통신 기법 및 그 시스템에 관한 것이다. 본 개시는 5G 통신 기술 및 IoT 관련 기술을 기반으로 지능형 서비스 (예를 들어, 스마트 홈, 스마트 빌딩, 스마트 시티, 스마트 카 혹은 커넥티드 카, 헬스 케어, 디지털 교육, 소매업, 보안 및 안전 관련 서비스 등)에 적용될 수 있다. 본 발명은 차세대 이동통신 시스템에서, 기지국의 조건에 따라 네트워크 소모전력을 효과적으로 줄일 수 있는 단말 및 기지국 간의 동작 방법 및 장치를 개시한다.

Description

차세대 이동통신 시스템에서 네트워크 소모 전력을 효과적으로 절감시키는 방법 및 장치{THE METHOD OF SAVING NETWORK POWER IN MOBILE COMMUNICATION SYSTEMS}
본 발명은 차세대 이동통신 시스템에서, 기지국의 조건에 따라 네트워크 소모전력을 효과적으로 줄일 수 있는 단말 및 기지국 간의 동작 방법 및 장치에 관한 것이다.
4G 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템은 4G 네트워크 이후 (Beyond 4G Network) 통신 시스템 또는 LTE 시스템 이후 (Post LTE) 이후의 시스템이라 불리어지고 있다. 높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파(mmWave) 대역 (예를 들어, 60기가(60GHz) 대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서의 전파의 경로손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO), 전차원 다중입출력(Full Dimensional MIMO: FD-MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beam-forming), 및 대규모 안테나 (large scale antenna) 기술들이 논의되고 있다. 또한 시스템의 네트워크 개선을 위해, 5G 통신 시스템에서는 진화된 소형 셀, 개선된 소형 셀 (advanced small cell), 클라우드 무선 액세스 네트워크 (cloud radio access network: cloud RAN), 초고밀도 네트워크 (ultra-dense network), 기기 간 통신 (Device to Device communication: D2D), 무선 백홀 (wireless backhaul), 이동 네트워크 (moving network), 협력 통신 (cooperative communication), CoMP (Coordinated Multi-Points), 및 수신 간섭제거 (interference cancellation) 등의 기술 개발이 이루어지고 있다. 이 밖에도, 5G 시스템에서는 진보된 코딩 변조(Advanced Coding Modulation: ACM) 방식인 FQAM (Hybrid FSK and QAM Modulation) 및 SWSC (Sliding Window Superposition Coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC(Filter Bank Multi Carrier), NOMA(non orthogonal multiple access), 및SCMA(sparse code multiple access) 등이 개발되고 있다.
한편, 인터넷은 인간이 정보를 생성하고 소비하는 인간 중심의 연결 망에서, 사물 등 분산된 구성 요소들 간에 정보를 주고 받아 처리하는 IoT(Internet of Things, 사물인터넷) 망으로 진화하고 있다. 클라우드 서버 등과의 연결을 통한 빅데이터(Big data) 처리 기술 등이 IoT 기술에 결합된 IoE (Internet of Everything) 기술도 대두되고 있다. IoT를 구현하기 위해서, 센싱 기술, 유무선 통신 및 네트워크 인프라, 서비스 인터페이스 기술, 및 보안 기술과 같은 기술 요소 들이 요구되어, 최근에는 사물간의 연결을 위한 센서 네트워크(sensor network), 사물 통신(Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication)등의 기술이 연구되고 있다. IoT 환경에서는 연결된 사물들에서 생성된 데이터를 수집, 분석하여 인간의 삶에 새로운 가치를 창출하는 지능형 IT(Internet Technology) 서비스가 제공될 수 있다. IoT는 기존의 IT(information technology)기술과 다양한 산업 간의 융합 및 복합을 통하여 스마트홈, 스마트 빌딩, 스마트 시티, 스마트 카 혹은 커넥티드 카, 스마트 그리드, 헬스 케어, 스마트 가전, 첨단의료서비스 등의 분야에 응용될 수 있다.
이에, 5G 통신 시스템을 IoT 망에 적용하기 위한 다양한 시도들이 이루어지고 있다. 예를 들어, 센서 네트워크(sensor network), 사물 통신(Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication)등의 기술이 5G 통신 기술이 빔 포밍, MIMO, 및 어레이 안테나 등의 기법에 의해 구현되고 있는 것이다. 앞서 설명한 빅데이터 처리 기술로써 클라우드 무선 액세스 네트워크(cloud RAN)가 적용되는 것도 5G 기술과 IoT 기술 융합의 일 예라고 할 수 있을 것이다.
한편, 기존 LTE 시스템에서, 각 서브 프레임이 CRS(Common Reference Signal), 페이징 혹은 일반 데이터를 전송하는데 이용된다. 이 때, 셀 내 서브(serve)하는 단말이 존재하지 않는 경우에도, 기지국은 CRS 등과 같은 정보를 항상 전송하기 때문에 네트워크 측면에서 소모전력을 절감시킬 수 없었다.
본 발명의 목적은 차세대 이동통신 시스템에서, 기지국이 특정 조건을 만족하는 것에 따라 페이징, CRS 등의 전송을 제한함으로써 네트워크 소모 전력을 절감시키는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 차세대 이동통신 시스템에서, 시스템과의 불필요한 시그널링 교환을 줄이기 위하여, 특정 서비스에 대해 차세대 이동통신 시스템 이외의 시스템으로 fallback하는 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 Light connection을 지원하는 네트워크에서 연결 해제된 일반 단말 혹은 확장된 커버리지 모드로 동작하는 단말의 특성에 따라 단말 중심으로 페이징 영역을 설정하고 갱신하는 방법 및 장치를 제공함으로써, 시그널링 오버헤드를 줄이는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 이동통신 시스템에서 높은 데이터 전송률로 전달되는 데이터의 복호화에 필요한 복잡도를 줄이기 위해, 모든 데이터에 대해 암호화를 수행하지 않고 선택적으로 데이터 패킷을 암호화 하는 절차를 정의하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 무선통신 시스템에서, 한 단말이 이종 기지국과 동시에 연결되어 서비스 되는 경우, 각 기지국으로부터의 제어 신호를 송수신하고, 단말이 어떠한 기지국으로 제어 신호를 송수신하는 지에 대한 방법에 대해 정의하는 것이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 무선 통신 시스템에서 제어 신호 처리 방법에 있어서, 기지국으로부터 전송되는 제1 제어 신호를 수신하는 단계; 상기 수신된 제1 제어 신호를 처리하는 단계; 및 상기 처리에 기반하여 생성된 제2 제어 신호를 상기 기지국으로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기지국이 특정 조건을 만족하는 것에 따라 네트워크 비활성 시간 구간과 네트워크 활성 시간 구간으로 나눈 뒤 상기 네트워크 비활성 시간 구간 동안 시스템 정보, 페이징, CRS의 전송을 제한함으로써, 네트워크 소모 전력을 효과적으로 절감시킬 수 있다.
또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 특정 서비스에 대하여 서비스 받는 이동통신 시스템을 경우에 따라 결정함으로써, 단말은 불필요하게 이동통신 시스템 기지국에 연결하는 과정을 생략하여 시그널링 오버헤드를 줄일 수 있다.
또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 Light connection을 지원하는 네트워크에서 연결 해제된 일반 단말 혹은 확장된 커버리지 모드로 동작하는 단말(NB-IoT UE 혹은 BL(Bandwidth reduced Low complexity) UE 혹은 UE in CE(Coverage enhancement) 혹은 eMTC UE를 지칭함)이 이동할 때 이동성을 보고할 페이징 영역을 단말 중심의 페이징 영역으로 설정함으로써, 시그날링 오버헤드를 줄일 수 있다.
또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 선택적 암호화를 이동통신 시스템에 적용하게 됨으로써, 높은 데이터 전송률로 전송되는 데이터 패킷을 복호화하는데 드는 연산속도가 줄어들어 시스템의 부담을 줄여줄 뿐만 아니라, 모든 데이터를 암호화하는 방법과 비교해서 비슷한 수준의 보안등급을 유지할 수 있다.
또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 단말과 기지국은 이종 기지국과 동시에 연결되어 서비스 되는 경우에도 제어 메시지를 효과적으로 전달할 수 있다.
도 1a은 차세대 이동통신 시스템의 구조를 도시하는 도면이다.
도 1b는 기존 LTE 시스템에서의 자원 사용률 및 본 발명에서의 자원 사용률을 설명하기 위한 도면이다.
도 1c는 본 발명에서 대기 모드 단말의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 1d는 본 발명에서 연결 모드 단말의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 1e는 본 발명에서 네트워크 활성 시간을 도출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1f는 본 발명에서 네트워크 (비)활성 시간을 도출하는 첫번째 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1g는 본 발명에서 네트워크 (비)활성 시간을 도출하는 두번째 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1h은 본 발명을 적용한 단말의 내부 구조를 도시하는 블록도이다.
도 1i는 본 발명에 따른 기지국의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2a은 기존 LTE 시스템의 구조를 도시하는 도면이다.
도 2b는 기존 LTE 시스템에서의 CS fallback 동작 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2c는 본 발명에서 서비스에 따라 fallback을 수행하는 시나리오를 설명하기 위한 도면이다.
도 2d는 본 발명에서 서비스에 따라 fallback을 수행하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2e는 본 발명에서 MO 서비스에 따라 fallback을 수행하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2f는 본 발명에서 MT 서비스에 따라 fallback을 수행하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2g는 본 발명에서 MO 서비스에 따라 fallback을 수행하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2h는 본 발명에서 MT 서비스에 따라 fallback을 수행하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2i은 본 발명을 적용한 단말의 내부 구조를 도시하는 블록도이다.
도 2j는 본 발명에 따른 기지국의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3a은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템의 망 구조의 예를 도시한 도면이다.
도 3b는 본 발명이 적용되는 상기 LTE 시스템에서 무선 프로토콜 구조를 나타낸 도면이다.
도 3c는 light connection 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 3d는 본 발명에서 단말과 기지국이 light connection 절차를 통해 UE 컨텍스트와 S1 베어러를 재사용하는 절차를 수행하기 위한 단말, 고정 기지국(anchor eNB), 새로운 기지국(New eNB), MME의 전체적인 흐름을 나타낸 도면이다.
도 3e는 본 발명의 한 실시 예로서 light connection을 지원하는 네트워크에서 페이징 영역을 설정하는 페이징 영역 설정 방법1을 나타낸 도면이다.
도 3f는 도 3e에서 설명한 본 발명의 페이징 영역 설정 방법1을 적용했을 때 단말이 새로운 기지국으로 페이징 영역을 갱신하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 3g는 도 3e에서 설명한 본 발명의 페이징 영역 설정 방법1을 적용했을 때 단말이 원래 고정 기지국으로 페이징 영역을 갱신하는 방법을 나타낸 도면이다
도 3h는 도 3e에서 설명한 본 발명의 페이징 영역 설정 방법1을 적용했을 때 단말의 동작을 나타낸 도면이다.
도 3i는 본 발명의 한 실시 예로서 light connection을 지원하는 네트워크에서 페이징 영역을 설정하는 페이징 영역 설정 방법2를 나타낸 도면이다.
도 3j는 본 발명의 한 실시 예로서 light connection을 지원하는 네트워크에서 페이징 영역을 설정하는 페이징 영역 설정 방법3을 나타낸 도면이다.
도 3k는 도 3j에서 설명한 본 발명의 페이징 영역 설정 방법3을 적용했을 때 단말이 새로운 기지국으로 페이징 영역을 갱신하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 3l는 도 3j에서 설명한 본 발명의 페이징 영역 설정 방법3을 적용했을 때 단말이 원래 고정 기지국으로 페이징 영역을 갱신하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 3m는 도 3j에서 설명한 본 발명의 페이징 영역 설정 방법 3을 적용했을 때 단말의 동작을 나타낸 도면이다.
도 3n는 본 발명의 실시 예에 따른 단말의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3o는 본 발명의 실시 예에 따른 기지국, MME 및 S-GW의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 4a는 본 발명이 적용되는 LTE 시스템의 구조를 도시하는 도면이다.
도 4b는 본 발명이 적용되는 LTE 시스템의 무선 프로토콜 구조를 나타낸 도면이다.
도 4c는 LTE 시스템에서 단말에서 기지국으로의 데이터 전송 과정을 도시한 도면이다.
도 4d는 LTE 시스템의 AS security에서의 암호화 과정에 대해 도시한 도면이다.
도 4e는 본 발명에서 제안하는 선택적 암호화 동작을 도시한 도면이다.
도 4f는 본 발명에서 제안하는 선택적 암호화(selective ciphering) 제 1동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4g는 본 발명에서 제안하는 선택적 암호화(selective ciphering) 제 2동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4h는 본 발명의 실시 예에 따른 단말의 동작을 도시한 도면이다.
도 4i는 본 발명의 실시 예에 따른 단말의 블록 구성을 나타낸 도면이다.
도 4j는 본 발명의 실시 예에 따른 기지국의 블록 구성을 나타낸 도면이다.
도 5a은 본 발명의 설명을 위해 참고로 하는 LTE 시스템의 구조를 도시하는 도면이다.
도 5b는 본 발명의 설명을 위해 참고로 하는 LTE 시스템의 무선 프로토콜 구조를 나타낸 도면이다.
도 5c는 본 발명이 적용되는 단말과 이종 기지국 간의 연결 구조를 도식화한 도면이다.
도 5d는 본 발명에서 제안하는 시그널링 메시지 전송방법을 사용할 때의 시그널링 베어러들을 설정하는 메시지 흐름 도면이다.
도 5e는 본 발명을 적용한 경우 단말의 동작 순서 예시 도면이다.
도 5f는 본 발명을 적용한 경우 LTE 기지국 (MeNB)의 동작 순서 예시 도면이다.
도 5g는 본 발명을 적용한 경우 NR 기지국 (SeNB)의 동작 순서 예시 도면이다.
도 5h는 본 발명의 실시 예에 따른 단말의 블록 구성 예시 도면이다.
도 5i는 본 발명의 실시 예에 따른 LTE 기지국 (MeNB)의 블록 구성 예시 도면이다.
도 5j는 본 발명의 실시 예에 따른 5G 기지국 (SeNB)의 블록 구성 예시 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세히 설명한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
<제1실시예>
도 1a는 차세대 이동통신 시스템의 구조를 도시하는 도면이다.
도 1a를 참조하면, 도시한 바와 같이 차세대 이동통신 시스템의 무선 액세스 네트워크는 차세대 기지국(New Radio Node B, 이하NR NB)(1a-10)과 NR CN(1a-05, New Radio Core Network)로 구성된다. 사용자 단말(New Radio User Equipment, 이하 NR UE 또는 단말)(1a-15)은 NR NB(1a-10) 및 NR CN(1a-05)를 통해 외부 네트워크에 접속한다.
도 1a에서 NR NB(1a-10)는 기존 LTE 시스템의 eNB(Evolved Node B)에 대응된다. NR NB는 NR UE(1a-15)와 무선 채널로 연결되며 기존 노드 B보다 더 월등한 서비스를 제공해줄 수 있다. 차세대 이동통신 시스템에서는 모든 사용자 트래픽이 공용 채널(shared channel)을 통해 서비스 되므로, UE들의 버퍼 상태, 가용 전송 전력 상태, 채널 상태 등의 상태 정보를 취합해서 스케줄링을 하는 장치가 필요하며, 이를 NR NB(1a-10)가 담당한다. 하나의 NR NB는 통상 다수의 셀들을 제어한다. 기존 LTE 대비 초고속 데이터 전송을 구현하기 위해서 기존 최대 대역폭 이상을 가질 수 있고, 직교 주파수 분할 다중 방식(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 OFDM이라 한다)을 무선 접속 기술로 하여 추가적으로 빔포밍 기술이 접목될 수 있다. 또한 단말의 채널 상태에 맞춰 변조 방식(modulation scheme)과 채널 코딩률(channel coding rate)을 결정하는 적응 변조 코딩(Adaptive Modulation & Coding, 이하 AMC라 한다) 방식을 적용한다. NR CN(1a-05)는 이동성 지원, 베어러 설정, QoS 설정 등의 기능을 수행한다. NR CN는 단말에 대한 이동성 관리 기능은 물론 각종 제어 기능을 담당하는 장치로 다수의 기지국 들과 연결된다. 또한 차세대 이동통신 시스템은 기존 LTE 시스템과도 연동될 수 있으며, NR CN이 MME(1a-25)와 네트워크 인터페이스를 통해 연결된다. MME는 기존 기지국인 eNB(1a-30)과 연결된다.
도 1b는 기존 LTE 시스템에서의 자원 사용률 및 본 발명에서의 자원 사용률을 설명하기 위한 도면이다. 도 1b (a)는 기존 LTE에서 무선 자원을 사용하는 한 예를 보이고 있다. 각 서브프레임(1b-05, 1b-10, 1b-15, 1b-20)은 CRS(Common Reference Signal), 페이징, 일반 데이터를 전송하는데 이용된다. 셀 내 서브(serve)하는 단말이 존재하지 않아, 페이징 혹은 일반 데이터가 없는 경우에도, 기지국은 적어도 단말이 셀의 신호 품질 지표인 RSRP 혹은 RSRQ을 도출하는데 사용되는 CRS을 전송해야 한다. 따라서 기지국 측면에서 셀 내 단말 존재 여부와는 상관없이 항상 무언가를 전송하고 있어야 하며, 절전할 수 있는 여지가 없게 된다. 본 발명에서는 네트워크 측면에서의 절전 기술을 제안한다. 본 발명에서는 도 1b (b)에서와 같이 기지국이 특정 조건이 만족되는 경우, 페이징, CRS를 전송되지 않는 네트워크 비활성 시간 구간(1b-30)과 일반 동작이 수행되는 네트워크 활성 시간 구간(1b-25)으로 나누어지는 것을 특징으로 한다. 상기 특정 조건이란 하기 조건들 중 하나로 정의된다.
셀 내 부하가 일정 값 이하일 때, 예를 들어, camped on된 예상 단말의 수가 특정값 이하일 때 혹은 셀 내 연결 모드인 단말의 수가 특정값 이하일 때
셀 내 서비스해야 할 단말의 수가 현저히 적은 시간대, 예를 들어, 새벽 시간 대
해당 기지국이 MTC (Machine Type Communication) 등 저성능 요구 단말을 서비스하도록 특화되어 있을 때
본 발명에서는 상기 비활성 시간 구간을 NW Inactive Time Window (1b-30)라고 칭한다. 상기 시간 구간 동안, 기지국은 시스템 정보, 페이징, CRS을 전송하지 않는 것을 특징으로 한다. 또한, 예외적인 경우를 제외하고, PDCCH도 전송하지 않는다. 반면, 일반 동작을 수행하는 활성 시간 구간을 NW Active Time Window (1b-25)라고 칭하다. 상기 NW Active Time Window (혹은 NW Inactive Time Window)는 설정된 주기마다 반복되며, 일정 시간 동안 유지된다. 상기 윈도우의 주기와 길이는 네트워크가 설정하여, 시스템 정보 혹은 dedicated signalling을 이용하여, 셀 내 단말들에게 전달된다. 상기 윈도우는 셀 내 모든 단말들에게 공통으로 적용되며, 그 단위는 서브프레임 혹은 프레임이다. 상기 윈도우는 일정 주기를 가지되, 특정 패턴을 가지고 생성될 수도 있다. 이 경우, 상기 패턴 정보가 시스템 정보를 통해 셀 내 단말들에게 전달된다. 대기 모드에 있는 단말의 페이징이 전달되는 프레임과 서브프레임, 즉 PF(paging frame)/PO(paging occasion)을 도출하는 수식은 상기 윈도우의 영향을 받지 않으며, 대신 상기 NW Inactive Time Window 내에 속하는 프레임과 서브프레임에서의 페이징 전송은 생략될 것이다. 이러한 마스킹(masking) 기법은 PF, PO의 도출 수식을 윈도우와 분리시킴으로써 간략화시킬 수 있는 장점이 있다. 연결 모드에 있는 단말 역시, NW Inactive Time Window 내에 있는 DRX 동작에서의 onDuration 시간 구간 동안 PDCCH을 모니터링하는 것을 생락한다. 특정 예외적인 경우를 제외하고, 기지국은 NW Inactive Time Window 동안 아무것도 전송하지 않기 때문에, 이 시간 구간 동안, 소모 전력을 절약할 수 있다.
본 발명에서는 대기 모드 단말과 연결 모드 단말이 상기 NW Inactive Time Window 내의 서브프레임들에서 수행하는 동작을 제안한다.
도 1c는 본 발명에서 대기 모드 단말의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
1c-05 단계에서 단말은 기지국으로부터 NW Active Time Window에 대한 설정 정보를 제공받는다. NW Active Time Window 대신 NW Inactive Time Window에 대한 설정 정보를 제공받을 수도 있다. 상기 두 윈도우는 서로 배타적인 시간 영역을 지시하므로, 하나의 윈도우에 대한 설정 정보를 제공받으면, 다른 윈도우도 지시된다. 상기 설정 정보는 대기 모드에 있는 단말이 수신할 수 있도록, 브로드캐스트되는 시스템 정보를 이용하여 제공된다. 1c-10 단계에서 상기 단말은 수신한 설정 정보를 적용한다. 1c-15 단계에서 상기 단말은 현재 서브프레임이 NW Inactive Time Window 내에 속하는지 여부를 판단한다. 속하지 않는다면, 1c-25 단계에서 통상적인 대기 모드 동작을 수행한다. 속한다면, 1c-20 단계에서 하기 지시된 동작을 수행한다.
상기 서브프레임에서 PSS/SSS/MIB/SIB의 수신을 중지한다. 기지국은 상기 NW Inactive Time Window 내에서 PSS/SSS/MIB/SIB을 전송하지 않을 것이다. 그러나, ETWS/CMAS 등 긴급 재난 정보 전송 시에는 상기 윈도우 내에서도 전송될 수 있다. 만약 단말이 NW Active Time Window 동안, 상기 ETWS/CMAS을 지시하는 페이징을 수신한다면, 즉시 ETWS/CMAS 알람 정보를 수신 시작하며, 상기 정보 수신이 완료될 때까지 상기 수신 동작은 NW Inactive Time Window에서도 지속한다.
상기 서브프레임에서 서빙 셀의 PDCCH 모니터링을 수행하지 않는다. 특정 예외를 제외하고, 기지국은 상기 NW Inactive Time Window 내에서 PDCCH을 전송하지 않을 것이다. 따라서, 단말은 페이징 수신을 위한 P-RNTI을 확인하지 않을 것이다.
상기 서브프레임에서 서빙 셀의 CRS 측정을 중지한다.
상기 서브프레임에서 intra-frequency 측정은 단말 구현에 따라 상이하다.
단말은 절전을 위해, 서빙 셀의 신호 품질이 특정 임계값, 즉 SIntraSearch을 초과하는 경우에는 intra-frequency 측정을 수행하지 않는다. 그러나, 상기 NW Inactive Time Window 내에서는 서빙 셀이 CRS을 전송하지 않기 때문에, 상기 단말이 서빙 셀의 신호 품질을 판단할 수 없다. 따라서, 이 경우, 단말 동작을 정의할 필요가 있다. 하기 옵션들을 고려할 수 있다.
옵션 1: 상기 서브프레임에서 항상 intra-frequency 측정을 수행하지 않는다.
옵션 2: 상기 서브프레임에서 intra-frequency 측정을 수행한다.
옵션 3: 상기 서브프레임에서 특정 조건을 만족하는 경우에만 intra-frequency 측정 수행한다. 상기 조건이란,
NW Inactive Time Window 이전의 NW Active Time Window 내의 특정 서브프레임 혹은 서브프레임 그룹에서 측정된 서빙 셀의 신호 품질이 상기 SIntraSearch 값을 초과하지 못하는 경우
단말이 이동속도가 특정값 이상일 때
상기 서브프레임에서 inter-frequency/inter-RAT 측정은 단말 구현에 따라 상이하다.
단말은 절전을 위해, 서빙 셀의 신호 품질 (즉 RSRP 혹은 RSPQ)이 특정 임계값, 즉 SnonIntraSearch을 초과하는 경우에는 inter-frequency/inter-RAT 측정을 수행하지 않는다. 그러나, 상기 NW Inactive Time Window 내에서는 서빙 셀이 CRS을 전송하지 않기 때문에, 상기 단말이 서빙 셀의 신호 품질을 판단할 수 없다. 따라서, 이 경우, 단말 동작을 정의할 필요가 있다. 하기 옵션들을 고려할 수 있다.
옵션 1: 상기 서브프레임에서 항상 inter-frequency/inter-RAT 측정을 수행하지 않는다.
옵션 2: 상기 서브프레임에서 inter-frequency/inter-RAT 측정을 수행한다.
옵션 3: 상기 서브프레임에서 특정 조건을 만족하는 경우에만 inter-frequency/inter-RAT 측정 수행한다. 상기 조건이란,
NW Inactive Time Window 이전의 NW Active Time Window 내의 특정 서브프레임 혹은 서브프레임 그룹에서 측정된 서빙 셀의 신호 품질이 상기 SnonIntraSearch 값을 초과하지 못하는 경우
단말이 이동속도가 특정값 이상일 때
셀 재선택은 단말 구현에 따라 상이하다. 상기 서브프레임에서 intra-frequency/inter-frequency 측정을 수행한다면, 현재 camp on한 주파수보다 더 높은 우선 순위를 가진 주파수의 신호 품질이 특정 임계값보다 높다면, 셀 재선택을 수행한다. 이는 더 높은 순위를 가진 주파수로의 셀 재선택에서는 현재 서빙 셀의 신호 품질을 고려하지 않기 때문에 가능하다. 그러나, 동일한 혹은 더 낮은 우선 순위를 가진 주파수는 현재 서빙 셀의 신호 품질도 고려되므로, 상기 서브프레임에서는 셀 재선택을 결정할 수 없다.
상기 서브프레임에서 MBMS 수신을 중지한다.
상기 서브프레임에서 Logged MDT 동작을 중지한다. 관련 타이머는 제외.
상기 서브프레임에서 AS 설정 정보를 삭제하지 않고 유지한다.
상기 서브프레임에서 하기 AS 타이머들의 구동을 지속하며, 만료되었을 때의 단말 동작은 단말 구현에 따른다.
ACB related: T303, T305, T306
RRC Connection Reject: T302 (waitTime)
Cell reselection: T320 (priority timer), T325 (de-prioritization timer)
MDT related: T330 (logging duration), 48-hour timer after T330 expiry
도 1d는 본 발명에서 연결 모드 단말의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
1d-05 단계에서 단말은 기지국으로부터 NW Active Time Window에 대한 설정 정보를 제공받는다. NW Active Time Window 대신 NW Inactive Time Window에 대한 설정 정보를 제공받을 수도 있다. 상기 두 윈도우는 서로 배타적인 시간 영역을 지시하므로, 하나의 윈도우에 대한 설정 정보를 제공받으면, 다른 윈도우도 지시된다. 상기 설정 정보는 연결 모드에 있는 단말이 수신할 수 있도록, 브로드캐스트되는 시스템 정보 혹은 dedicated signalling를 이용하여 제공된다. 1d-10 단계에서 상기 단말은 수신한 설정 정보를 적용한다. 1d-15 단계에서 상기 단말은 현재 서브프레임이 NW Inactive Time Window 내에 속하는지 여부를 판단한다. 속하지 않는다면, 1d-25 단계에서 통상적인 연결 모드 동작을 수행한다. 속한다면, 1d-20 단계에서 하기 지시된 동작을 수행한다.
상기 서브프레임에서 PSS/SSS/MIB/SIB의 수신을 중지한다. 기지국은 상기 NW Inactive Time Window 내에서 PSS/SSS/MIB/SIB을 전송하지 않을 것이다. 그러나, ETWS/CMAS 등 긴급 재난 정보 전송 시에는 상기 윈도우 내에서도 전송될 수 있다. 만약 단말이 NW Active Time Window 동안, 상기 ETWS/CMAS을 지시하는 페이징을 수신한다면, 즉시 ETWS/CMAS 알람 정보를 수신 시작하며, 상기 정보 수신이 완료될 때까지 상기 수신 동작은 NW Inactive Time Window에서도 지속한다.
상기 서브프레임에서 서빙 셀의 PDCCH 모니터링을 수행하지 않는다. 특정 예외를 제외하고, 기지국은 상기 NW Inactive Time Window 내에서 PDCCH을 전송하지 않을 것이다. 따라서, 단말은 페이징 수신을 위한 P-RNTI 혹은 C-RNTI을 확인하지 않을 것이다.
상기 서브프레임에서 서빙 셀의 CRS 측정을 중지한다.
상기 서브프레임에서 intra-frequency 측정은 단말 구현에 따라 상이하다.
하기 옵션들을 고려할 수 있다.
옵션 1: 상기 서브프레임에서 항상 intra-frequency 측정을 수행하지 않는다.
옵션 2: 상기 서브프레임에서 intra-frequency 측정을 수행한다.
옵션 3: 상기 서브프레임에서 특정 조건을 만족하는 경우에만 intra-frequency 측정 수행한다. 상기 조건이란,
NW Inactive Time Window 이전의 NW Active Time Window 내의 특정 서브프레임 혹은 서브프레임 그룹에서 측정된 서빙 셀의 신호 품질이 특정 측정 보고 이벤트의 임계값에 근접하거나 측정 보고 이벤트를 만족시키는 경우. 상기 측정 보고 이벤트는 Event A1, A2, A3, A4, A5, A6 중 적어도 하나와 대응될 수 있다.
단말이 이동속도가 특정값 이상일 때
상기 서브프레임에서 inter-frequency/inter-RAT 측정은 단말 구현에 따라 상이하다.
하기 옵션들을 고려할 수 있다.
옵션 1: 상기 서브프레임에서 항상 inter-frequency/inter-RAT 측정을 수행하지 않는다.
옵션 2: 상기 서브프레임에서 inter-frequency/inter-RAT 측정을 수행한다.
옵션 3: 상기 서브프레임에서 특정 조건을 만족하는 경우에만 inter-frequency/inter-RAT 측정 수행한다. 상기 조건이란,
NW Inactive Time Window 이전의 NW Active Time Window 내의 특정 서브프레임 혹은 서브프레임 그룹에서 측정된 서빙 셀의 신호 품질이 특정 측정 보고 이벤트의 임계값에 근접하거나 측정 보고 이벤트를 만족시키는 경우. 상기 측정 보고 이벤트는 Event A1, A2, A3, A4, A5, A6, B1, B2, C1, C2 중 적어도 하나와 대응될 수 있다.
단말이 이동속도가 특정값 이상일 때
Measurement gap이 설정된 경우. 상기 gap과 NW Inactive Time Window가 겹치면, 윈도우와 상관없이 inter-frequency/inter-RAT 측정을 수행한다.
상기 서브프레임에서 radio link monitoring (RLM)을 수행하지 않는다. 서빙 셀은 CRS을 전송하지 않기 때문에, RLM을 여전히 수행한다면, 잘못된 결정을 내리게 된다. 좀 더 단말 동작을 상세히 설명하면, NW Inactive Time Window 동안 PHY은 out-of-sync 판단을 내리지 않거나, PHY로부터 제공되는 out-of-sync 지시자를 상위 계층은 무시할 수 있다.
상기 서브프레임에서 MBMS 수신을 중지한다.
NW Active Time Window 내의 PDCCH에서 DL assignment 혹은 UL grant을 수신하면, 단말은 drx-InactivityTimer 타이머, HARQ RTT 타이머, drx-RetransmissionTimer 타이머를 수행한다. 이 때, drx-InactivityTimer타이머와 drx-RetransmissionTimer 타이머가 동작할 때, 상기 단말은 PDCCH 모니터링을 수행해야 한다. 이 때, 상기 타이머의 구동 시간이 NW Inactive Time Window와 겹칠 수 있다. 상기 겹치는 시간 구간 동안, 상기 단말은 PDCCH 모니터링을 수행한다. 또한 PDCCH가 상기 단말의 C-RNTI을 포함하고 있다면, NW Inactive Time Window와 상관없이 PDSCH을 통해, 상기 C-RNTI가 스케줄링하는 데이터를 수신한다. 상기 단말이 PDCCH을 모니터링하는 동안, 셀 측정 동작을 수행할 수 있으며, 기지국은 CRS을 전송할 수 있다.
DRX 동작에서 onDuration 시간 구간이 NW Inactive Time Window와 겹치면, PDCCH 모니터링을 수행하지 않는다.
Scheduling Request(SR)가 PUCCH을 통해 전송되었거나 대기 (pending)하고 있는 경우, NW Inactive Time Window와 상관없이 PDCCH 모니터링을 수행한다. 기지국은 스케줄링 지연 시간을 줄이기 위해 NW Inactive Time Window 내에서 UL grant을 제공할 수도 있다. PDCCH가 상기 단말의 C-RNTI을 포함하고 있다면, NW Inactive Time Window와 상관없이 PDSCH을 통해, 상기 C-RNTI가 스케줄링하는 데이터를 수신한다. SR prohibit timer는 NW Inactive Time Window 동안 suspend될 수도 있다.
본 발명에서는 하향링크에서의 inactive time에 초점을 두고 있다. 반면, 상향링크에서도 inactive time을 설정할 수도 있다. 상향링크에도 inactive time window을 설정한다면, 이는 하향링크와는 별도로 설정될 것이다. 상기 상향링크에서의 inactive time window 내에서 단말은 CSI 및 SRS 전송을 중지한다. 트리거된 HARQ feedback이 있다면, inactive time window 동안엔 suspend된다. 트리거된 SR 혹은 random access가 있다면, suspend된다.
도 1e는 본 발명에서 네트워크 활성 시간을 도출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
만약 차세대 이동통신 시스템에서도 매우 긴 주기를 가진 eDRX (Extended Discontinuous Reception) 가 적용된다면, NW Inactive Time Window와 결합되어, 단말이 페이징을 전혀 수신할 수 없는 경우가 발생할 수 있다. eDRX는 매우 긴 주기 (1e-10)마다 Paging Time Window (PTW, 1e-05)가 도래하며, 상기 윈도우 내에서 복수 번의 페이징 (1e-15)을 수신하는 것을 특징으로 한다. 만약, 상기 PTW가 NW Inactive Time Window (1e-20)와 매번 겹친다면, 단말은 전혀 페이징을 수신할 수 없게 된다. 본 발명에서는 이를 해결하기 위해, NW Active Time Window의 주기를 PTW의 길이보다 짧게 설정하는 것을 특징으로 한다. 셀 내에는 복수 개의 단말들이 존재하므로, eDRX을 설정한 단말들 중, 가장 짧은 eDRX 주기를 가진 단말을 기준으로 결정한다. 따라서, PTW 안에 적어도 NW Active Time Window의 일부 (1e-30)가 겹치게 되어, 단말은 페이징을 수신할 수 있게 된다. 또 다른 방법은 eDRX을 설정한 모든 단말에 대해, 페이징 수신이 가능하도록 NW Active Time Window의 주기와 길이를 설정하는 것이다. 이를 위해서는 eDRX에 대한 설정 정보가 필요하다. 따라서, 본 발명에서는 NW Active Time Window (혹은 NW Inactive Time Window)의 설정 정보를 eDRX의 설정 정보를 고려하여 eDRX의 PTW와 상기 윈도우의 일부가 항상 겹칠 수 있도록 결정하는 것을 특징으로 한다.
도 1f는 본 발명에서 네트워크 (비)활성 시간을 도출하는 첫번째 방법을 설명하기 위한 도면이다.
기지국 (1f-10)은 네트워크의 절전을 위해, NW Active Time Window (혹은 NW Inactive Time Window)을 설정하는 것을 결정한다 (1f-20). 기지국은 NR CN (1f-15)에게 NW power saving request 메시지를 전송한다 (1f-25). 상기 메시지는 기지국이 NW Active Time Window를 설정함을 지시함과 동시에, 상기 윈도우 값을 요청하는데 이용한다. NR CN 은 단말에게 적용된 PTW 길이 값을 알고 있기 때문에, 상기 NR CN은 eDRX 설정 값을 고려하여, 적절한 NW Active Time Window의 주기와 길이 값을 결정한다 (1f-30). NR CN은 상기 도출한 윈도우의 설정 정보를 기지국에게 전달한다 (1f-35). 상기 기지국은 시스템 정보 혹은 dedicated signalling을 이용하여, 단말 (1f-05)에게 상기 NW Active Time Window의 설정 정보를 제공한다 (1f-40).
도 1g는 본 발명에서 네트워크 (비)활성 시간을 도출하는 두번째 방법을 설명하기 위한 도면이다.
기지국(1g-10)은 네트워크의 절전을 위해, NW Active Time Window(혹은 NW Inactive Time Window)을 설정하는 것을 결정한다(1g-20). 기지국은 NR CN (1g-15)에게 eDRX config request 메시지를 전송한다 (1g-25). 상기 메시지는 기지국이 NW Active Time Window를 설정함을 지시함과 동시에, 셀 내 단말의 eDRX 설정 정보를 요청하는데 이용한다. 좀 더 상세하게는 셀 내 단말에게 적용 중인 가장 짧은 PTW 길이가 될 수 있다. NR CN 은 단말에게 적용된 eDRX 설정 값을 알고 있기 때문에, 상기 NR CN은 이를 기지국에게 제공하며 (1g-30), 상기 기지국은 적절한 NW Active Time Window의 주기와 길이 값을 결정한다 (1g-35). NR CN은 상기 도출한 윈도우의 설정 정보를 기지국에게 전달한다 (1g-40). 상기 기지국은 시스템 정보 혹은 dedicated signalling을 이용하여, 단말 (1g-05)에게 상기 NW Active Time Window의 설정 정보를 제공한다(1f-40).
도 1h에 단말의 구조를 도시하였다.
상기 도면을 참고하면, 상기 단말은 RF(Radio Frequency)처리부(1h-10), 기저대역(baseband)처리부(1h-20), 저장부(1h-30), 제어부(1h-40)를 포함한다.
상기 RF처리부(1h-10)는 신호의 대역 변환, 증폭 등 무선 채널을 통해 신호를 송수신하기 위한 기능을 수행한다. 즉, 상기 RF처리부(1h-10)는 상기 기저대역처리부(1h-20)로부터 제공되는 기저대역 신호를 RF 대역 신호로 상향 변환한 후 안테나를 통해 송신하고, 상기 안테나를 통해 수신되는 RF 대역 신호를 기저대역 신호로 하향 변환한다. 예를 들어, 상기 RF처리부(1h-10)는 송신 필터, 수신 필터, 증폭기, 믹서(mixer), 오실레이터(oscillator), DAC(digital to analog convertor), ADC(analog to digital convertor) 등을 포함할 수 있다. 상기 도면에서, 하나의 안테나만이 도시되었으나, 상기 단말은 다수의 안테나들을 구비할 수 있다. 또한, 상기 RF처리부(1h-10)는 다수의 RF 체인들을 포함할 수 있다. 나아가, 상기 RF처리부(1h-10)는 빔포밍(beamforming)을 수행할 수 있다. 상기 빔포밍을 위해, 상기 RF처리부(1h-10)는 다수의 안테나들 또는 안테나 요소(element)들을 통해 송수신되는 신호들 각각의 위상 및 크기를 조절할 수 있다. 또한 상기 RF 처리부는 MIMO를 수행할 수 있으며, MIMO 동작 수행 시 여러 개의 레이어를 수신할 수 있다.
상기 기저대역처리부(1h-20)은 시스템의 물리 계층 규격에 따라 기저대역 신호 및 비트열 간 변환 기능을 수행한다. 예를 들어, 데이터 송신 시, 상기 기저대역처리부(1h-20)은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성한다. 또한, 데이터 수신 시, 상기 기저대역처리부(1h-20)은 상기 RF처리부(1h-10)로부터 제공되는 기저대역 신호를 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다. 예를 들어, OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 방식에 따르는 경우, 데이터 송신 시, 상기 기저대역처리부(1h-20)는 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성하고, 상기 복소 심벌들을 부반송파들에 매핑한 후, IFFT(inverse fast Fourier transform) 연산 및 CP(cyclic prefix) 삽입을 통해 OFDM 심벌들을 구성한다. 또한, 데이터 수신 시, 상기 기저대역처리부(1h-20)은 상기 RF처리부(1h-10)로부터 제공되는 기저대역 신호를 OFDM 심벌 단위로 분할하고, FFT(fast Fourier transform) 연산을 통해 부반송파들에 매핑된 신호들을 복원한 후, 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다.
상기 기저대역처리부(1h-20) 및 상기 RF처리부(1h-10)는 상술한 바와 같이 신호를 송신 및 수신한다. 이에 따라, 상기 기저대역처리부(1h-20) 및 상기 RF처리부(1h-10)는 송신부, 수신부, 송수신부 또는 통신부로 지칭될 수 있다. 나아가, 상기 기저대역처리부(1h-20) 및 상기 RF처리부(1h-10) 중 적어도 하나는 서로 다른 다수의 무선 접속 기술들을 지원하기 위해 다수의 통신 모듈들을 포함할 수 있다. 또한, 상기 기저대역처리부(1h-20) 및 상기 RF처리부(1h-10) 중 적어도 하나는 서로 다른 주파수 대역의 신호들을 처리하기 위해 서로 다른 통신 모듈들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 서로 다른 무선 접속 기술들은 무선 랜(예: IEEE 802.11), 셀룰러 망(예: LTE) 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 서로 다른 주파수 대역들은 극고단파(SHF:super high frequency)(예: 2.5GHz, 5Ghz) 대역, mm파(millimeter wave)(예: 60GHz) 대역을 포함할 수 있다.
상기 저장부(1h-30)는 상기 단말의 동작을 위한 기본 프로그램, 응용 프로그램, 설정 정보 등의 데이터를 저장한다. 특히, 상기 저장부(1h-30)는 제2무선 접속 기술을 이용하여 무선 통신을 수행하는 제2접속 노드에 관련된 정보를 저장할 수 있다. 그리고, 상기 저장부(1h-30)는 상기 제어부(1h-40)의 요청에 따라 저장된 데이터를 제공한다.
상기 제어부(1h-40)는 상기 단말의 전반적인 동작들을 제어한다. 예를 들어, 상기 제어부(1h-40)는 상기 기저대역처리부(1h-20) 및 상기 RF처리부(1i-10)을 통해 신호를 송수신한다. 또한, 상기 제어부(1h-40)는 상기 저장부(1h-40)에 데이터를 기록하고, 읽는다. 이를 위해, 상기 제어부(1h-40)는 적어도 하나의 프로세서(processor)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어부(1h-40)는 통신을 위한 제어를 수행하는 CP(communication processor) 및 응용 프로그램 등 상위 계층을 제어하는 AP(application processor)를 포함할 수 있다.
도 1i는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 주기지국의 블록 구성을 도시한다.
상기 도면에 도시된 바와 같이, 상기 기지국은 RF처리부(1i-10), 기저대역처리부(1i-20), 백홀통신부(1i-30), 저장부(1i-40), 제어부(1i-50)를 포함하여 구성된다.
상기 RF처리부(1i-10)는 신호의 대역 변환, 증폭 등 무선 채널을 통해 신호를 송수신하기 위한 기능을 수행한다. 즉, 상기 RF처리부(1i-10)는 상기 기저대역처리부(1i-20)로부터 제공되는 기저대역 신호를 RF 대역 신호로 상향 변환한 후 안테나를 통해 송신하고, 상기 안테나를 통해 수신되는 RF 대역 신호를 기저대역 신호로 하향 변환한다. 예를 들어, 상기 RF처리부(1i-10)는 송신 필터, 수신 필터, 증폭기, 믹서, 오실레이터, DAC, ADC 등을 포함할 수 있다. 상기 도면에서, 하나의 안테나만이 도시되었으나, 상기 제1접속 노드는 다수의 안테나들을 구비할 수 있다. 또한, 상기 RF처리부(1i-10)는 다수의 RF 체인들을 포함할 수 있다. 나아가, 상기 RF처리부(1i-10)는 빔포밍을 수행할 수 있다. 상기 빔포밍을 위해, 상기 RF처리부(1i-10)는 다수의 안테나들 또는 안테나 요소들을 통해 송수신되는 신호들 각각의 위상 및 크기를 조절할 수 있다. 상기 RF 처리부는 하나 이상의 레이어를 전송함으로써 하향 MIMO 동작을 수행할 수 있다.
상기 기저대역처리부(1i-20)는 제1무선 접속 기술의 물리 계층 규격에 따라 기저대역 신호 및 비트열 간 변환 기능을 수행한다. 예를 들어, 데이터 송신 시, 상기 기저대역처리부(1i-20)은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성한다. 또한, 데이터 수신 시, 상기 기저대역처리부(1i-20)은 상기 RF처리부(1i-10)로부터 제공되는 기저대역 신호를 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다. 예를 들어, OFDM 방식에 따르는 경우, 데이터 송신 시, 상기 기저대역처리부(1i-20)은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성하고, 상기 복소 심벌들을 부반송파들에 매핑한 후, IFFT 연산 및 CP 삽입을 통해 OFDM 심벌들을 구성한다. 또한, 데이터 수신 시, 상기 기저대역처리부(1i-20)은 상기 RF처리부(1i-10)로부터 제공되는 기저대역 신호를 OFDM 심벌 단위로 분할하고, FFT 연산을 통해 부반송파들에 매핑된 신호들을 복원한 후, 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다. 상기 기저대역처리부(1i-20) 및 상기 RF처리부(1i-10)는 상술한 바와 같이 신호를 송신 및 수신한다. 이에 따라, 상기 기저대역처리부(1i-20) 및 상기 RF처리부(1i-10)는 송신부, 수신부, 송수신부, 통신부 또는 무선 통신부로 지칭될 수 있다.
상기 백홀통신부(1i-30)는 네트워크 내 다른 노드들과 통신을 수행하기 위한 인터페이스를 제공한다. 즉, 상기 백홀통신부(1i-30)는 상기 주기지국에서 다른 노드, 예를 들어, 보조기지국, 코어망 등으로 송신되는 비트열을 물리적 신호로 변환하고, 상기 다른 노드로부터 수신되는 물리적 신호를 비트열로 변환한다.
상기 저장부(1i-40)는 상기 주기지국의 동작을 위한 기본 프로그램, 응용 프로그램, 설정 정보 등의 데이터를 저장한다. 특히, 상기 저장부(1i-40)는 접속된 단말에 할당된 베어러에 대한 정보, 접속된 단말로부터 보고된 측정 결과 등을 저장할 수 있다. 또한, 상기 저장부(1i-40)는 단말에게 다중 연결을 제공하거나, 중단할지 여부의 판단 기준이 되는 정보를 저장할 수 있다. 그리고, 상기 저장부(1i-40)는 상기 제어부(1i-50)의 요청에 따라 저장된 데이터를 제공한다.
상기 제어부(1i-50)는 상기 주기지국의 전반적인 동작들을 제어한다. 예를 들어, 상기 제어부(1i-50)는 상기 기저대역처리부(1i-20) 및 상기 RF처리부(1i-10)을 통해 또는 상기 백홀통신부(1i-30)을 통해 신호를 송수신한다. 또한, 상기 제어부(1i-50)는 상기 저장부(1i-40)에 데이터를 기록하고, 읽는다. 이를 위해, 상기 제어부(1i-50)는 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다.
<제2실시예>
도 2a는 기존 LTE 시스템의 구조를 도시하는 도면이다.
도 2a를 참조하면, 도시한 바와 같이 LTE 시스템의 무선 액세스 네트워크는 차세대 기지국(Evolved Node B, 이하 ENB, Node B 또는 기지국)(2a-05, 2a-10, 2a-15, 2a-20)과 MME(2a-25, Mobility Management Entity) 및 S-GW(2a-30, Serving-Gateway)로 구성된다. 사용자 단말(User Equipment, 이하 UE 또는 단말)(2a-35)은 ENB(2a-05 ~ 2a-20) 및 S-GW(2a-30)를 통해 외부 네트워크에 접속한다.
도 2a에서 ENB(2a-05 ~ 2a-20)는 UMTS 시스템의 기존 노드 B에 대응된다. ENB는 UE(2a-35)와 무선 채널로 연결되며 기존 노드 B보다 복잡한 역할을 수행한다. LTE 시스템에서는 인터넷 프로토콜을 통한 VoIP(Voice over IP)와 같은 실시간 서비스를 비롯한 모든 사용자 트래픽이 공용 채널(shared channel)을 통해 서비스 되므로, UE들의 버퍼 상태, 가용 전송 전력 상태, 채널 상태 등의 상태 정보를 취합해서 스케줄링을 하는 장치가 필요하며, 이를 ENB(2a-05 ~ 2a-20)가 담당한다. 하나의 ENB는 통상 다수의 셀들을 제어한다. 예컨대, 100 Mbps의 전송 속도를 구현하기 위해서 LTE 시스템은 예컨대, 20 MHz 대역폭에서 직교 주파수 분할 다중 방식(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 OFDM이라 한다)을 무선 접속 기술로 사용한다. 또한 단말의 채널 상태에 맞춰 변조 방식(modulation scheme)과 채널 코딩률(channel coding rate)을 결정하는 적응 변조 코딩(Adaptive Modulation & Coding, 이하 AMC라 한다) 방식을 적용한다. S-GW(2a-30)는 데이터 베어러를 제공하는 장치이며, MME(2a-25)의 제어에 따라서 데이터 베어러를 생성하거나 제거한다. MME는 단말에 대한 이동성 관리 기능은 물론 각종 제어 기능을 담당하는 장치로 다수의 기지국 들과 연결된다.
도 2b는 기존 LTE 시스템에서의 CS fallback 동작 과정을 설명하기 위한 도면이다.
기존 LTE 시스템에서 CS fallback은 CS 서비스를 LTE 이외의 다른 RAT (Radio Access Technology)으로 전환하여 서비스하는 기능을 일컫는다. 대표적인 CS 서비스는 circuit-switched 기반의 음성 서비스이다. CS fallback은 단말 혹은 네트워크 모두 트리거할 수 있다. MME는 CS fallback이 필요한 페이징을 기지국 (2b-10)에 전달한다 (2b-15). MT (Mobile Terminating) 콜의 경우, 즉 단말 (2b-05)로 페이징이 전달되는 경우에는 페이징 메시지에 CS fallback 수행을 지시하도록 지시한다. 페이징 메시지의 cn-Domain IE을 ‘CS’로 설정한다 (2b-20). 반면, MO(Mobile Originating) 콜의 경우, 즉 단말이 연결을 요청하는 경우 (2b-25)에는 CS fallback을 위한 MO 콜임을 네트워크에 지시한다. 이를 위해, RRC Connection Establishment 과정에서 MME에게 Extended Service Request 메시지를 전송한다(2b-30). 상기 NAS 메시지에는 CS fallback을 위해 필요한 단말 정보를 포함하고 있다. 상기 메시지는 CS fallback을 통해, 상기 단말을 서브(serve)할 RAT으로 전달된다. CS fallback은 두 가지 방법을 통해 수행된다. 첫 번째 방법은 inter-RAT handover를 통해, 다른 RAT으로 이동하는 것이고(2b-35), 두 번째 방법은 LTE에서 연결 종료 후, 다른 RAT으로 connection establishment을 수행하는 것이다(2b-40). 전자의 경우엔, 기지국은 단말에게 MobilityFromEUTRACommand 메시지를 전송함으로써 트리거되며, 후자의 경우엔, 연결을 시도해야 하는 RAT 정보를 포함한 RRC Connection Release 메시지를 단말에게 전송함으로써 트리거된다. 상기 release 메시지에는 다른 RAT의 주파수 정보(redirectedCarrierInfo), 셀 아이디 (cellInfoList)정보가 포함된다. 상기 단말은 LTE로부터 연결 종료 후, 상기 정보가 지시하는 RAT으로 connection establishment을 시도한다(2b-45).
도 2c는 본 발명에서 서비스에 따라 fallback을 수행하는 시나리오를 설명하기 위한 도면이다.
차세대 이동통신 시스템은 NR NB(2c-20)와 NR CN(2c-10)로 구성된다. NR NB는 기존 LTE 시스템의 eNB (Evolved Node B)에 대응된다. NR NB는 NR UE(2c-30)와 무선 채널로 연결되며 기존 노드 B보다 더 월등한 서비스를 제공해줄 수 있다. 차세대 이동통신 시스템에서는 모든 사용자 트래픽이 공용 채널(shared channel)을 통해 서비스 되므로, UE들의 버퍼 상태, 가용 전송 전력 상태, 채널 상태 등의 상태 정보를 취합해서 스케줄링을 하는 장치가 필요하며, 이를 NR NB(2c-20)가 담당한다. 하나의 NR NB는 통상 다수의 셀들을 제어한다. 기존 LTE 대비 초고속 데이터 전송을 구현하기 위해서 기존 최대 대역폭 이상을 가질 수 있고, 직교 주파수 분할 다중 방식(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 OFDM이라 한다)을 무선 접속 기술로 하여 추가적으로 빔포밍 기술이 접목될 수 있다. 또한 단말의 채널 상태에 맞춰 변조 방식(modulation scheme)과 채널 코딩률(channel coding rate)을 결정하는 적응 변조 코딩(Adaptive Modulation & Coding, 이하 AMC라 한다) 방식을 적용한다. NR CN(2c-05)는 이동성 지원, 베어러 설정, QoS 설정 등의 기능을 수행한다. NR CN는 단말에 대한 이동성 관리 기능은 물론 각종 제어 기능을 담당하는 장치로 다수의 기지국 들과 연결된다. 또한 차세대 이동통신 시스템은 기존 LTE 시스템과도 연동될 수 있으며, NR CN이 MME(2c-15)와 네트워크 인터페이스를 통해 연결된다. MME는 기존 기지국인 eNB(2c-25)과 연결된다.
차세대 이동통신 시스템의 초기 배치 단계에서는 복잡도를 줄이기 위해, 특정 서비스의 지원을 배제할 수 있고, 전국망보다는 데이터 트래픽이 집중되는 일부 핫스팟(hotspot)에 집중적으로 설치될 것으로 예상된다. 예를 들어, PS 음성 서비스인 IMS 콜을 지원하기 위해서는 IMS 서버(2c-05)와의 연동이 필수적이다. 그러나, 초기 배치 때에는 이러한 외부 서버와의 연동에 제한이 있을 수 있으며, 이와 관련된 서비스를 지원하지 못하게 된다. 또한 특정 서비스의 경우, inter-RAT 핸드오버로 인해 interrupt 시간에 민감할 수 있으며, 이런 종류의 서비스에 대해서는 차세대 이동통신망에서 서비스를 진행하다, inter-RAT 핸드오버를 통해 LTE로 전환하는 것보단, 전국망은 LTE 망에 처음부터 연결하여 서비스하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 단말이 NR NB로 특정 서비스(예, IMS 콜)를 위해, 연결을 요청하면(2c-35), NR NB는 LTE로 fallback을 지시한다(2c-40). 상기 단말은 상기 지시에 따라 LTE로 연결을 요청한다(2c-45). 상기 LTE 이외, GSM, 1xRTT 등 다른 시스템도 고려될 수 있다.
본 발명에서는 특정 서비스에 대해, 차세대 이동통신 시스템 외 시스템으로 fallback하는 것을 특징으로 한다.
도 2d는 본 발명에서 서비스에 따라 fallback을 수행하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
차세대 이동통신 시스템에서 fallback을 수행하는 과정은 MT, MO 로 구분될 수 있다. MT의 경우, NR CN(2d-20)은 특정 서비스에 대해, 다른 RAT에서 서비스 받는 것이 더 적절한지를 결정한다(2d-25). NR CN은 기지국(NR NB, 2d-15)에 fallback이 필요한 페이징을 전달한다(2d-30). 상기 기지국은 단말에게 fallback을 지시한 페이징을 전송한다(2d-35). 단말 내 entity은 역할에 따라 AS(Access Stratum, 2d-10)와 NAS(Non Access Stratum, 2d-05)로 구분된다. AS은 엑세스와 관련된 기능을 수행하며, NAS는 그 외 기능을 수행한다. 상기 페이징을 수신한 AS는 이를 NAS로 전달한다(2d-40). 상기 NAS는 상기 지시된 fallback 동작을 수행할 것이다.
MO의 경우, AS는 기지국으로부터 fallback barring 설정 정보를 제공받는다(2d-45). 상기 barring 설정 정보는 통상 시스템 정보를 이용하여 제공되며, 망혼잡 상황이 발생하였을 때, 엑세스를 제한하여, 혼잡 상황을 완화하는 목적으로 사용된다. 상기 barring 설정 정보를 이용하여, 단말은 자신이 엑세스를 수행할 수 있는지 여부를 판단할 수 있다. 통상, 확률적인 절차를 통해, 엑세스 여부가 결정된다. 상기 fallback barring 설정 정보는 fallback 서비스를 위한 것으로 서비스 별로 제공될 수 있다. Fallback의 경우, 다른 RAT에서 서비스를 제공할 것이므로, 일반 서비스와 구별하여 barring 설정 정보를 제공될 수도 있다. NAS는 특정 서비스에 대해, 다른 RAT에서 서비스 받는 것이 더 적절한지를 결정한다(2d-50). 상기 NAS는 AS에 fallback이 필요한 서비스에 대한 service request을 전달한다(2d-55). 상기 AS는 관련 서비스에 대응하는 fallback barring 설정 정보를 이용하여, 엑세스를 할 수 있는지 여부를 판단한다(2d-60). 만약 상기 관련 서비스에 대응하는 fallback barring 설정 정보가 제공되지 않는다면, 일반 barring 설정 정보를 적용하여, 엑세스를 할 수 있는지 여부를 판단한다. 엑세스가 허용된다면, RRC Connection Establishment 과정을 통해, NR CN으로 Extended Service Request 메시지를 전달한다(2d-65).
CS fallback은 두 가지 방법을 통해 수행된다. 첫 번째 방법은 inter-RAT handover을 통해, 다른 RAT으로 이동하는 것이고(2d-70), 두 번째 방법은 LTE에서 연결 종료 후, 다른 RAT으로 connection establishment을 수행하는 것이다(2d-75). 전자의 경우엔, 기지국은 단말에게 MobilityFromEUTRACommand 메시지를 전송함으로써 트리거되며, 후자의 경우엔, 연결을 시도해야 하는 RAT 정보를 포함한 RRC Connection Release 메시지를 단말에게 전송함으로써 트리거된다. 상기 release 메시지에는 다른 RAT의 주파수 정보(redirectedCarrierInfo), 셀 아이디(cellInfoList)정보가 포함된다.
상기와 같은 방법은 단말이 우선 차세대 이동통신 시스템에 엑세스한 이 후, 다른 RAT으로 이동하는 단계로 진행된다. 차세대 이동통신 시스템에서 서비스를 받지 않을 것임에도 단말은 해당 시스템에 엑세스하기 위해, 많은 시그널링을 상기 시스템과 주고받아야 한다. 따라서, 본 발명에서는 이러한 시그널링 오버헤드를 줄이기 위해, MO와 MT 서비스에 대해, 각각 대안을 제안한다.
도 2e는 본 발명에서 MO 서비스에 따라 fallback을 수행하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에서는 UE NAS가 서비스(혹은 어플리케이션)의 종류와 이에 대응되는 barring 설정 정보에 따라 차세대 이동통신 시스템에 엑세스를 할지 혹은 다른 RAT에 엑세스를 시도할지를 결정하는 것을 특징으로 한다. 기지국은 특정 서비스에 대해, fallback이 되기를 희망한다면, 상기 특정 서비스에 대한 barring 설정 정보 혹은 fallback 전용 barring 설정 정보에서 100% 엑세스 금지 혹은 높은 확률로 엑세스 금지되도록 설정한다. 또 다른 방법으로는 특정 서비스에 대해 fallback 수행을 지시하는 새로운 지시자를 포함시킬 수 있다. 상기 지시자는 비트맵 형태를 가지며, 각 비트는 하나의 barring category 혹은 특정 서비스와 대응된다. 특정 서비스(혹은 어플리케이션)는 하나의 category을 부여 받는다. 상기 서비스-category간 맵핑 정보는 NAS 혹은 어플리케이션 레벨에서 단말에게 미리 전달된다.
기지국(2e-15)은 단말에게 서비스 별 barring 설정 정보를 제공한다(2e-25). Fallback 서비스에 대해 별도의 barring 설정 정보를 제공할 수도 있다. 본 발명에서는 두 가지 방법을 제안한다. 첫 번째 방법 (Alternative 1)은 상기 기지국으로부터 제공받은 barring 설정 정보를 NAS에 제공하는 것이다. NAS(2e-05)는 특정 서비스가 트리거될 때(2e-35), 상기 서비스에 대응하는 barring 설정 정보를 이용하여, 차세대 이동통신 시스템으로 엑세스가 가능한지 여부를 판단한다. 엑세스가 허용되지 않거나, 그 엑세스 성공 확률이 높지 않다면, 다른 RAT으로 fallback하는 것을 결정한다(2e-40). NAS는 AS(2e-10)에게 RAT 변경을 요청한다(2e-45). 두 번째 방법 (Alternative 2)은 AS에서 barring 설정 정보를 이용하여, 차세대 이동통신 시스템으로 엑세스가 가능한지 여부를 판단하며(2e-60), 엑세스가 허용되지 않거나, 그 엑세스 성공 확률이 높지 않다면, 이를 NAS에 전달한다(2e-65). NAS는 다른 RAT으로 fallback하는 것을 결정하고(2e-70), AS에 다른 RAT으로 변경하는 것을 요청한다(2e-75). NAS는 특정 서비스(혹은 어플리케이션)에 의해 트리거된(2e-50) service request(2e-55)을 AS에 전달할 때, 관련 어플리케이션에 대응하는 category 정보를 포함시킨다. 기존의 모든 서비스 혹은 어플리케이션은 적어도 하나의 category 값을 부여 받는다. 상기 단말 AS는 상기 barring 설정 정보와 상기 category 값을 이용하여, 엑세스 승인 여부를 판단한다. 엑세스가 실패할 경우, 구체적인 실패 원인을 포함하여 NAS에 보고한다. 상기 실패 원인이란, 관련 서비스에 대해, 100% 확률로 barring되고 있는지 여부 등이 될 것이다. 이는 NAS가 RAT 변경이 필요한지 여부를 결정하는데 이용될 것이다.
다른 RAT으로 fallback하는 것이 결정되면, AS는 엑세스를 할 새로운 suitable LTE 셀을 찾는다(2e-80). 상기 suitable 셀을 찾으면, 이를 NAS에 알리고, 엑세스를 할 준비가 되었음을 알린다(2e-83). NAS는 상기 관심 서비스에 대해 service request을 AS에 전달하고(2e-85), AS는 RRC Connection Establishment을 수행한다. 동시에, NAS ATTACH 과정도 수행한다(2e-90). Connection establishment가 완료되면, 단말은 기지국과 필요한 데이터 송수신을 수행한다(2e-95). 필요한 데이터 송수신이 완료하면, RRC Connection Release을 통해, 연결을 종료한다(2e-97). 필요 시, 단말은 다시 차세대 이동통신 시스템에 camp on 할 수도 있다(2e-99).
상기 과정을 통해, 단말은 서비스에 따라, 차세대 이동통신 시스템 기지국에 연결하는 과정 없이 다른 RAT에서 원하는 서비스를 제공받을 수 있다.
도 2f는 본 발명에서 MT 서비스에 따라 fallback을 수행하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 MT 서비스에 대해, fallback이 필요한 경우 페이징 메시지에 fallback에 필요한 설정 정보를 포함시키고, 차세대 이동통신 시스템에 연결하는 과정 없이 바로, fallbacked RAT에 직접 엑세스를 시도하는 것을 특징으로 한다.
NR CN(2f-20)은 특정 서비스에 대해, 다른 RAT에서 서비스 받는 것이 더 적절한지를 결정한다(2f-25). NR CN은 기지국 (NR NB, 2f-15)에 fallback이 필요한 페이징을 전달한다(2f-30). 상기 기지국은 단말에게 fallback을 지시한 페이징을 전송한다(2f-35). 상기 페이징 메시지에는 fallback을 지시하는 것 외에, fallback에 필요한 설정 정보가 포함되는 것을 특징으로 한다. 상기 fallback에 필요한 설정 정보는 하기 나열된 것 중 적어도 하나를 포함한다.
fallback이 트리거되어 이동해야 되는 RAT의 종류, 즉 LTE, UMTS, GSM 혹은 1xRTT
상기 RAT의 하향링크 혹은 상향링크의 서빙 주파수
상기 RAT의 주파수 대역폭
상기 RAT의 셀 아이디(PCI 혹은 CGI). PCI는 일정 서비스 영역 구역별로 재사용되는 셀 아이디이다. CGI는 적어도 하나의 사업자 내에서는 유일한 (unique) 셀 아이디이다. 통상 CGI의 길이가 PCI의 그것보다 길다.
상기 RAT에 연결 시 필요한 시스템 정보, 즉, fallbacked RAT에서의 송신 전력, fallbacked RAT에서의 랜덤 엑세스 설정 정보, 1xRTT의 경우, GPS 시간
상기 페이징을 수신한 AS(2f-10)는 이를 NAS(2f-05)로 전달한다(2f-40). 상기 NAS는 상기 지시된 fallback 동작을 수행할 것이다. AS는 상기 fallback을 위해 지시된 RAT(2f-45)으로 셀 선택 동작을 수행한다(2f-60). 셀 선택이 완료되면, AS는 이를 NAS에 알린다(2f-63). 상기 NAS는 RRC Connection Establishment 과정을 수행하며, MME에게 Service Request 메시지를 전송한다(2f-65). 상기 단말은 상기 지시된 RAT으로 성공적으로 연결되지 못할 수도 있다. 최종적으로 fallback failure로 결정되면, 단말은 상기 NR NB로 페이징 응답 메시지를 전송한다. 상기 메시지에는 fallback failure로 인해, NR 네트워크로 페이징 응답 메시지를 전송한다는 것을 지시한다. NR CN은 MME(2f-50)에게 fallback될 단말이 있음을 알린다(2f-55). 이 때, NR CN은 LTE에서 상기 서비스를 적절하게 제공해주기 위해 필요한 정보를 MME에게 함께 전달한다. 상기 MME는 특정 타이머를 동작시킨다(2f-70). 상기 타이머가 만료되어도 상기 지시된 단말이 service request을 보내오지 않는다면, 관련된 설정 정보를 삭제하고, fallback failure 처리한다. 또한, 상기 MME가 상기 fallback failure을 NR CN에게 보고한다.
도 2g는 본 발명에서 MO 서비스에 따라 fallback을 수행하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
2g-05 단계에서 단말은 기지국으로부터 barring 설정 정보 및 특정 서비스에 대해 fallback을 지시하는 설정 정보를 수신한다. 2g-10 단계에서 MO 서비스를 트리거한다. 2g-15 단계에서 단말은 상기 barring 설정 정보 및 특정 서비스에 대해 fallback을 지시하는 설정 정보를 토대로, 상기 트리거된 MO 서비스가 기지국에 엑세스할 수 있는 여부 혹은 fallback이 필요한지 여부를 판단한다. 2g-20 단계에서 엑세스가 불가능하거나 fallback이 필요하다고 판단되면, 다른 RAT을 선택하는 과정을 트리거한다. 2g-25단계에서 상기 서비스를 제공받기 위해, 새로 찾은 RAT으로 엑세스를 시도한다.
도 2h는 본 발명에서 MT 서비스에 따라 fallback을 수행하는 과정을 설명하기 위한 흐름도
2h-05 단계에서 단말은 기지국으로부터 페이징 메시지를 수신한다. 2h-10 단계에서 상기 페이징 메시지에 fallback 설정 정보가 포함되어 있는지 여부를 판단한다. 2h-15 단계에서 포함되어 있다면, 상기 제공된 fallback 설정 정보가 지시하는 RAT으로 fallback을 수행한다. 만약 fallback이 실패하면, NR NB로 페이징 응답 메시지를 전송한다. 상기 응답 메시지에는 fallback이 실패했음을 지시할 수 있다. 2h-20 단계에서 상기 서비스를 제공받기 위해, 새로 찾은 RAT으로 엑세스를 시도한다.
도 2i에 단말의 구조를 도시하였다.
상기 도면을 참고하면, 상기 단말은 RF(Radio Frequency) 처리부(2i-10), 기저대역(baseband)처리부(2i-20), 저장부(2i-30), 제어부(2i-40)를 포함한다.
상기 RF처리부(2i-10)는 신호의 대역 변환, 증폭 등 무선 채널을 통해 신호를 송수신하기 위한 기능을 수행한다. 즉, 상기 RF처리부(2i-10)는 상기 기저대역처리부(2i-20)로부터 제공되는 기저대역 신호를 RF 대역 신호로 상향 변환한 후 안테나를 통해 송신하고, 상기 안테나를 통해 수신되는 RF 대역 신호를 기저대역 신호로 하향 변환한다. 예를 들어, 상기 RF처리부(2i-10)는 송신 필터, 수신 필터, 증폭기, 믹서(mixer), 오실레이터(oscillator), DAC(digital to analog convertor), ADC(analog to digital convertor) 등을 포함할 수 있다. 상기 도면에서, 하나의 안테나만이 도시되었으나, 상기 단말은 다수의 안테나들을 구비할 수 있다. 또한, 상기 RF처리부(2i-10)는 다수의 RF 체인들을 포함할 수 있다. 나아가, 상기 RF처리부(2i-10)는 빔포밍(beamforming)을 수행할 수 있다. 상기 빔포밍을 위해, 상기 RF처리부(2i-10)는 다수의 안테나들 또는 안테나 요소(element)들을 통해 송수신되는 신호들 각각의 위상 및 크기를 조절할 수 있다. 또한 상기 RF 처리부는 MIMO를 수행할 수 있으며, MIMO 동작 수행 시 여러 개의 레이어를 수신할 수 있다.
상기 기저대역처리부(2i-20)은 시스템의 물리 계층 규격에 따라 기저대역 신호 및 비트열 간 변환 기능을 수행한다. 예를 들어, 데이터 송신 시, 상기 기저대역처리부(2i-20)은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성한다. 또한, 데이터 수신 시, 상기 기저대역처리부(2i-20)은 상기 RF처리부(2i-10)로부터 제공되는 기저대역 신호를 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다. 예를 들어, OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 방식에 따르는 경우, 데이터 송신 시, 상기 기저대역처리부(2i-20)는 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성하고, 상기 복소 심벌들을 부반송파들에 매핑한 후, IFFT(inverse fast Fourier transform) 연산 및 CP(cyclic prefix) 삽입을 통해 OFDM 심벌들을 구성한다. 또한, 데이터 수신 시, 상기 기저대역처리부(2i-20)은 상기 RF처리부(2i-10)로부터 제공되는 기저대역 신호를 OFDM 심벌 단위로 분할하고, FFT(fast Fourier transform) 연산을 통해 부반송파들에 매핑된 신호들을 복원한 후, 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다.
상기 기저대역처리부(2i-20) 및 상기 RF처리부(2i-10)는 상술한 바와 같이 신호를 송신 및 수신한다. 이에 따라, 상기 기저대역처리부(2i-20) 및 상기 RF처리부(2i-10)는 송신부, 수신부, 송수신부 또는 통신부로 지칭될 수 있다. 나아가, 상기 기저대역처리부(2i-20) 및 상기 RF처리부(2i-10) 중 적어도 하나는 서로 다른 다수의 무선 접속 기술들을 지원하기 위해 다수의 통신 모듈들을 포함할 수 있다. 또한, 상기 기저대역처리부(2i-20) 및 상기 RF처리부(2i-10) 중 적어도 하나는 서로 다른 주파수 대역의 신호들을 처리하기 위해 서로 다른 통신 모듈들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 서로 다른 무선 접속 기술들은 무선 랜(예: IEEE 802.11), 셀룰러 망(예: LTE) 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 서로 다른 주파수 대역들은 극고단파(SHF:super high frequency)(예: 2.5GHz, 5Ghz) 대역, mm파(millimeter wave)(예: 60GHz) 대역을 포함할 수 있다.
상기 저장부(2i-30)는 상기 단말의 동작을 위한 기본 프로그램, 응용 프로그램, 설정 정보 등의 데이터를 저장한다. 특히, 상기 저장부(2i-30)는 제2무선 접속 기술을 이용하여 무선 통신을 수행하는 제2접속 노드에 관련된 정보를 저장할 수 있다. 그리고, 상기 저장부(2i-30)는 상기 제어부(2i-40)의 요청에 따라 저장된 데이터를 제공한다.
상기 제어부(2i-40)는 상기 단말의 전반적인 동작들을 제어한다. 예를 들어, 상기 제어부(2i-40)는 상기 기저대역처리부(2i-20) 및 상기 RF처리부(2i-10)을 통해 신호를 송수신한다. 또한, 상기 제어부(2i-40)는 상기 저장부(2i-40)에 데이터를 기록하고, 읽는다. 이를 위해, 상기 제어부(2i-40)는 적어도 하나의 프로세서(processor)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어부(2i-40)는 통신을 위한 제어를 수행하는 CP(communication processor) 및 응용 프로그램 등 상위 계층을 제어하는 AP(application processor)를 포함할 수 있다.
도 2j는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 주기지국의 블록 구성을 도시한다.
상기 도면에 도시된 바와 같이, 상기 기지국은 RF처리부(2j-10), 기저대역처리부(2j-20), 백홀통신부(2j-30), 저장부(2j-40), 제어부(2j-50)를 포함하여 구성된다.
상기 RF처리부(2j-10)는 신호의 대역 변환, 증폭 등 무선 채널을 통해 신호를 송수신하기 위한 기능을 수행한다. 즉, 상기 RF처리부(2j-10)는 상기 기저대역처리부(2j-20)로부터 제공되는 기저대역 신호를 RF 대역 신호로 상향변환한 후 안테나를 통해 송신하고, 상기 안테나를 통해 수신되는 RF 대역 신호를 기저대역 신호로 하향변환한다. 예를 들어, 상기 RF처리부(2j-10)는 송신 필터, 수신 필터, 증폭기, 믹서, 오실레이터, DAC, ADC 등을 포함할 수 있다. 상기 도면에서, 하나의 안테나만이 도시되었으나, 상기 제1접속 노드는 다수의 안테나들을 구비할 수 있다. 또한, 상기 RF처리부(2j-10)는 다수의 RF 체인들을 포함할 수 있다. 나아가, 상기 RF처리부(2j-10)는 빔포밍을 수행할 수 있다. 상기 빔포밍을 위해, 상기 RF처리부(2j-10)는 다수의 안테나들 또는 안테나 요소들을 통해 송수신되는 신호들 각각의 위상 및 크기를 조절할 수 있다. 상기 RF 처리부는 하나 이상의 레이어를 전송함으로써 하향 MIMO 동작을 수행할 수 있다.
상기 기저대역처리부(2j-20)는 제1무선 접속 기술의 물리 계층 규격에 따라 기저대역 신호 및 비트열 간 변환 기능을 수행한다. 예를 들어, 데이터 송신 시, 상기 기저대역처리부(2j-20)은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성한다. 또한, 데이터 수신 시, 상기 기저대역처리부(2j-20)은 상기 RF처리부(2j-10)로부터 제공되는 기저대역 신호를 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다. 예를 들어, OFDM 방식에 따르는 경우, 데이터 송신 시, 상기 기저대역처리부(2j-20)은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성하고, 상기 복소 심벌들을 부반송파들에 매핑한 후, IFFT 연산 및 CP 삽입을 통해 OFDM 심벌들을 구성한다. 또한, 데이터 수신 시, 상기 기저대역처리부(2j-20)은 상기 RF처리부(2j-10)로부터 제공되는 기저대역 신호를 OFDM 심벌 단위로 분할하고, FFT 연산을 통해 부반송파들에 매핑된 신호들을 복원한 후, 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다. 상기 기저대역처리부(2j-20) 및 상기 RF처리부(2j-10)는 상술한 바와 같이 신호를 송신 및 수신한다. 이에 따라, 상기 기저대역처리부(2j-20) 및 상기 RF처리부(2j-10)는 송신부, 수신부, 송수신부, 통신부 또는 무선 통신부로 지칭될 수 있다.
상기 백홀통신부(2j-30)는 네트워크 내 다른 노드들과 통신을 수행하기 위한 인터페이스를 제공한다. 즉, 상기 백홀통신부(2j-30)는 상기 주기지국에서 다른 노드, 예를 들어, 보조기지국, 코어망 등으로 송신되는 비트열을 물리적 신호로 변환하고, 상기 다른 노드로부터 수신되는 물리적 신호를 비트열로 변환한다.
상기 저장부(2j-40)는 상기 주기지국의 동작을 위한 기본 프로그램, 응용 프로그램, 설정 정보 등의 데이터를 저장한다. 특히, 상기 저장부(2j-40)는 접속된 단말에 할당된 베어러에 대한 정보, 접속된 단말로부터 보고된 측정 결과 등을 저장할 수 있다. 또한, 상기 저장부(2j-40)는 단말에게 다중 연결을 제공하거나, 중단할지 여부의 판단 기준이 되는 정보를 저장할 수 있다. 그리고, 상기 저장부(2j-40)는 상기 제어부(2j-50)의 요청에 따라 저장된 데이터를 제공한다.
상기 제어부(2j-50)는 상기 주기지국의 전반적인 동작들을 제어한다. 예를 들어, 상기 제어부(2j-50)는 상기 기저대역처리부(2j-20) 및 상기 RF처리부(2j-10)을 통해 또는 상기 백홀통신부(2j-30)을 통해 신호를 송수신한다. 또한, 상기 제어부(2j-50)는 상기 저장부(2j-40)에 데이터를 기록하고, 읽는다. 이를 위해, 상기 제어부(2j-50)는 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다.
<제3실시예>
이하 설명에서 사용되는 접속 노드(node)를 식별하기 위한 용어, 망 객체(network entity)들을 지칭하는 용어, 메시지들을 지칭하는 용어, 망 객체들 간 인터페이스를 지칭하는 용어, 다양한 식별 정보들을 지칭하는 용어 등은 설명의 편의를 위해 예시된 것이다. 따라서, 본 발명이 후술되는 용어들에 한정되는 것은 아니며, 동등한 기술적 의미를 가지는 대상을 지칭하는 다른 용어가 사용될 수 있다.
이하 설명의 편의를 위하여, 본 발명은 3GPP LTE(3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution) 규격에서 정의하고 있는 용어 및 명칭들을 사용한다. 하지만, 본 발명이 상기 용어 및 명칭들에 의해 한정되는 것은 아니며, 다른 규격에 따르는 시스템에도 동일하게 적용될 수 있다.
도 3a는 본 발명이 적용되는 LTE 시스템의 구조를 도시하는 도면이다.
상기 도 3a를 참고하면, 상기 무선 통신 시스템은 여러 개의 기지국들(3a-05, 3a-10. 3a-15, 3a-20)과 MME(Mobility Management Entity, 3a-25) 및 S-GW(Serving-Gateway, 3a-30)로 구성된다. 사용자 단말(User Equipment, 이하 UE 또는 단말, 3a-35)은 기지국(3a-05, 3a-10, 3a-15, 3a-20) 및 S-GW(3a-30)을 통해 외부 네트워크에 접속한다.
상기 기지국들(3a-05, 3a-10, 3a-15, 3a-20)은 셀룰러 망의 접속 노드로서 망에 접속하는 단말들에게 무선 접속을 제공한다. 즉, 상기 기지국들(3a-05, 3a-10, 3a-15, 3a-20)은 사용자들의 트래픽을 서비스하기 위해 단말들의 버퍼 상태, 가용 전송 전력 상태, 채널 상태 등의 상태 정보를 취합해서 스케쥴링을 하여 상기 단말들과 코어 망(CN, Core network)간에 연결을 지원한다. 상기 MME(3a-25)는 단말에 대한 이동성 관리 기능은 물론 각종 제어 기능을 담당하는 장치로 다수의 기지국들과 연결되며, S-GW(3a-30)는 데이터 베어러를 제공하는 장치이다. 또한, 상기 MME(3a-25) 및 S-GW(3a-30)는 망에 접속하는 단말에 대한 인증(authentication), 베어러(bearer) 관리 등을 더 수행할 수 있으며 상기 기지국들(3a-05, 3a-10, 3a-15, 3a-20)로부터 도착한 패킷 또는 상기 기지국들(3a-05, 3a-10, 3a-15, 3a-20)로 전달할 패킷을 처리한다.
도 3b는 본 발명이 적용되는 상기 LTE 시스템에서 무선 프로토콜 구조를 나타낸 도면이다.
도 3b를 참조하면, LTE 시스템의 무선 프로토콜은 단말과 ENB에서 각각 PDCP(Packet Data Convergence Protocol, 3b-05, 3b-30), RLC(Radio Link Control, 3b-10, 3b-35), MAC (Medium Access Control, 3b-15, 3b-30)으로 이루어진다. PDCP(Packet Data Convergence Protocol, 3b-05, 3b-40)는 IP 헤더 압축/복원 등의 동작을 담당하고, 무선 링크 제어(Radio Link Control, 이하 RLC라고 한다, 3b-10, 3b-35)는 PDCP PDU(Packet Data Unit)를 적절한 크기로 재구성한다. MAC(3b-15, 3b-30)은 한 단말에 구성된 여러 RLC 계층 장치들과 연결되며, RLC PDU들을 MAC PDU에 다중화하고 MAC PDU로부터 RLC PDU들을 역다중화하는 동작을 수행한다. 물리 계층(3b-20, 3b-25)은 상위 계층 데이터를 채널 코딩 및 변조하고, OFDM 심벌로 만들어서 무선 채널로 전송하거나, 무선 채널을 통해 수신한 OFDM 심벌을 복조하고 채널 디코딩해서 상위 계층으로 전달하는 동작을 한다. 또한 물리 계층에서도 추가적인 오류 정정을 위해, HARQ(Hybrid ARQ) 를 사용하고 있으며, 수신단에서는 송신단에서 전송한 패킷의 수신여부를 1 비트로 전송한다. 이를 HARQ ACK/NACK 정보라 한다. 업링크 전송에 대한 다운링크 HARQ ACK/NACK 정보는 PHICH (Physical Hybrid-ARQ Indicator Channel) 물리 채널을 통해 전송되며 다운링크 전송에 대한 업링크 HARQ ACK/NACK 정보는 PUCCH (Physical Uplink Control Channel)이나 PUSCH (Physical Uplink Shared Channel) 물리 채널을 통해 전송될 수 있다.
본 도면에 도시하지 않았지만, 단말과 기지국의 PDCP 계층의 상위에는 각각 RRC (Radio Resource Control, 이하 RRC라고 한다) 계층이 존재하며, 상기 RRC 계층은 무선 자원 제어를 위해 접속, 측정 관련 설정 제어 메시지를 주고 받을 수 있다.
도 3c는 light connection 개념을 설명하기 위한 도면이다. Light connection 기술은 기존의 핸드오버, 페이징 전송 동작으로 인한 시그널링 오버헤드를 줄이기 위해, 기존에 대기 모드 (Idle mode) 혹은 연결 모드 (Connected mode) 이외에 새로운 단말 모드를 정의하는 것이다. 새로운 단말 모드는 light connected 모드 혹은 Inactive 모드 혹은 기타 다른 이름의 모드로 설정될 수 있다(이하, light connected 모드 light connected 모드인 단말 (3c-03)에 대해서는 단말의 UE 컨텍스트를 저장하고 S1 연결을 유지하고, 기지국 (3c-02, 3c-04) 혹은 MME에 의해 페이징이 트리거되는 것을 특징으로 한다. 따라서, MME (3c-01)에서는 상기 단말이 연결 모드로 인지하기 때문에, 단말에게 전달할 데이터가 있다면, 페이징을 먼저 트리거하는 것이 아니라, 바로 상기 데이터를 기지국에 전달한다. 상기 데이터를 전달받은 기지국은 소정의 영역, PA (Paging Area, 3c-05)에 모든 기지국들에 상기 페이징을 포워딩하고, 상기 모든 기지국들이 페이징을 전송한다.
본 발명에서는 상기 언급한 light connection을 특징을 고려하여, 단말의 배터리 소모와 시그널링 오버해드를 줄일 수 있는 구체적인 단말 및 네트워크 동작을 제안하는 것을 특징으로 한다.
도 3d는 본 발명에서 단말과 기지국이 light connection 절차를 통해 UE 컨텍스트와 S1 베어러를 재사용하는 절차를 수행하기 위한 단말, 고정 기지국(anchor eNB), 새로운 기지국(New eNB), MME의 전체적인 흐름을 나타낸 도면이다.
도 3d에서 RRC 연결 상태의 단말은 기지국과 데이터 송수신을 수행한다. 데이터 송수신이 중지되면 기지국은 소정의 타이머를 구동하고 상기 타이머가 만료될 때까지 데이터 송수신이 재개되지 않으면(3d-05) 기지국은 단말의 RRC 연결을 해제할 것을 고려한다. 기지국은 소정의 규칙에 따라서 단말의 RRC 연결을 해제한 후 UE 컨텍스트를 저장하고 단말에게 RRC 연결을 해제할 것을 지시하는 제어 메시지를 전송하면서 Resume ID를 할당하고 단말이 light connected 모드 동안 이동성을 보고할 페이징 영역(Paging area, PA)을 설정해준다. 이 때 Resume ID 할당으로 단말은 UE 컨텍스트를 저장해야 한다는 것을 알 수 있으며, 혹은 기지국이 이를 지시하기 위한 별도의 context 유지 지시자를 보낼 수도 있다(3d-10). 상기 제어 메시지에는 기지국이 컨텍스트를 유지할 기간 또는 단말이 유효기간 내에 RRC 연결을 재설정하고자 할 때, 저장된 컨텍스트를 사용하는 절차를 적용할 수 있는 셀의 리스트 등이 포함될 수 있다. 기지국은 상기 단말의 RRC 연결을 해제한 후, 상기 단말의 UE 컨텍스트 및 S1 베어러는 그대로 유지한다(3d-15). S1 베어러란 기지국과 MME 사이에서 제어 메시지를 주고 받는 용도로 사용되는 S1-제어 베어러와 기지국과 S-GW 사이에서 사용자 데이터를 주고 받는 용도로 사용되는 S1-사용자 평면 베어러를 지칭한다. 상기 S1 베어러를 유지함으로써, 단말이 동일한 셀에서 혹은 동일한 기지국에서 RRC 연결을 설정하려 할 때 S1 베어러 설정을 위한 절차를 생략할 수 있다. 기지국은 유효 기간이 만료되면 UE 컨텍스트를 삭제하고 S1 베어러를 해제할 수 있다. 상기 3d-10 단계의 RRC 연결 해제 메시지를 수신한 단말은 light connected 모드로 전환하게 된다.
기지국은 MME에게 연결 한시 정지를 요청하는 제어 메시지를 전송한다(3d-20). 상기 제어 메시지를 수신한 MME는 S-GW에게 상기 단말에 대한 하향 링크 데이터가 발생했을 때 상기 하향 링크 데이터를 기지국으로 전달하지 말고 MME에게 페이징 절차를 개시하도록 요청할 것을 지시하고 S-GW는 이에 따라 동작한다(3d-35). 혹은 S-GW가 하향 링크 데이터를 고정 기지국으로 바로 전달하고 고정 기지국이 페이징 메시지를 생성해서 주변 기지국에 전달하도록 한다. 즉, 하향 링크 데이터를 수신한 고정 기지국은 상기 데이터를 버퍼에 저장하고 페이징 절차를 진행한다. 상기 고정 기지국은 상기 단말의 UE 컨텍스트와 S1-U 베어러를 유지하고 있는 기지국을 지칭한다.
컨텍스트 유지를 지시하는 정보와 Resume ID가 포함된 RRC 연결 해제 메시지(3d-10)를 수신한 단말은 RRC 연결은 해제하되, 유효 기간에 대응되는 타이머를 구동하고 유효 셀 리스트를 메모리에 기록하고, 현재 UE 컨텍스트를 삭제하지 않고 메모리에 유지한다(3d-25). UE 컨텍스트란 단말의 RRC 설정과 관련된 여러 가지 정보를 의미하며 SRB 설정 정보, DRB 설정 정보, 보안 키 정보 등을 포함한다. 이 후 임의의 이유로 RRC 연결을 설정해야 할 필요성이 발생한다(3d-30). 이전 RRC 연결 해제 과정에서 Resume ID를 할당 받지 않았거나 컨텍스트가 유지된다는 점이 지시되지 않은 단말은 통상적인 RRC 연결 설정 과정을 개시하지만, 이전 RRC 연결 해제 과정에서 Resume ID를 할당받은 단말은 저장된 UE 컨텍스트를 이용한 RRC 연결 재개 과정을 시도한다. 먼저 단말은 랜덤액세스 절차를 수행하기 위해 프리앰블을 메시지 1에서 전송한다(3d-40). 기지국은 메시지 1에서 받은 프리앰블에 따라 자원 할당이 가능하면 그에 상응하는 상향링크 자원을 메시지 2에서 단말에게 할당하여 준다(4c-45). 단말은 수신한 상향링크 자원 정보를 토대로 앞에서 선택한 Resume ID를 포함하여 Resume 요청 메시지를 전송한다(3d-50). 상기 메시지는 RRCConnectionRequest 메시지의 변형된 메시지이거나 새로 정의된 메시지(예를 들면 RRCConnectionResumeRequest)일 수 있다. 소스 기지국에서 연결을 해제하여 light connected 모드에 있던 단말이 이동하여 다른 기지국의 셀에 캠프온한 경우라면 새로운 기지국은 단말의 Resume ID를 수신하고 확인하여 해당 단말이 이전에 어느 기지국에서 서비스를 받았었는지 알 수 있다. 새로운 기지국이 성공적으로 Resume ID를 수신하고 확인하였다면 소스 기지국에서 UE 컨텍스트를 회수해오는 절차를 수행한다(Context Retrieve Procedure, 3d-55). 상기 UE 컨텍스트는, S1 혹은 X2 인터페이스를 통해서 새로운 기지국이 소스 기지국으로부터 가져올 수 있다(만약 새로운 기지국이 Resume ID를 수신하였지만 성공적으로 단말을 구별하지 못한 경우는 RRCConnectionSetup 메시지를 단말에게 보내고 기존 legacy RRC connection establishment 절차로 돌아가도록 할 수 있다). 새로운 지기국은 상기 회수한 UE 컨텍스트를 기반으로 MAC-I를 확인한다(3d-30). 상기 MAC-I는 상기 복원된 UE 컨텍스트의 보안 정보를 적용해서, 즉 보안 키와 보안 카운터를 적용해서 제어 메시지에 대해 단말이 계산한 메시지 인증 코드이다. 기지국은 상기 메시지의 MAC-I, 단말의 컨텍스트에 저장되어 있던 보안 키 및 보안 카운터 등을 이용해서 상기 메시지의 무결성을 확인한다. 그리고 새로운 기지국은 단말의 RRC 연결에 적용할 설정을 결정하고, 상기 설정 정보를 수납한 RRC 연결 재개 메시지(RRCConnectionResume)를 단말에게 전송한다(3d-35). 상기 RRC 연결 재개 메시지는 일반적인 RRC 연결 요구 메시지에 ‘RRC 컨텍스트 재사용’을 지시하는 정보(REUSE INDICATOR)가 포함된 제어 메시지일 수 있다. RRC 연결 재개 메시지는 RRC 연결 설정 메시지와 마찬가지로 단말의 RRC 연결 설정과 관련된 각종 정보들이 수납된다. 단말이 일반적인 RRC 연결 설정 메시지(RRCConnectionSetup)를 수신한 경우에는 RRC 연결 설정 메시지에서 지시된 설정 정보를 바탕으로 RRC 연결을 설정하지만, RRC 연결 재개 메시지를 수신한 경우에는 저장하고 있는 설정 정보와 상기 제어 메시지에서 지시된 설정 정보를 모두 고려해서 RRC 연결을 설정한다(Delta configuration). 요컨대 지시된 설정 정보를 저장하고 있는 설정 정보에 대한 델타 정보로 판단해서 적용할 설정 정보를 판단하고 설정 정보 혹은 UE 컨텍스트를 갱신할 수 있다. 예를 들어 RRC 연결 재개 메시지에 SRB 설정 정보가 포함되어 있다면, 상기 지시 받은 SRB 설정 정보를 적용해서 SRB를 구성하고, RRC 연결 재개 메시지에 SRB 설정 정보가 포함되어 있지 않다면 UE 컨텍스트에 저장되어 있는 SRB 설정 정보를 적용해서 SRB를 구성한다.
단말은 상기 갱신된 UE 컨텍스트 및 설정 정보를 적용해서 RRC 연결을 구성하고 기지국에게 RRC 연결 재개 완료 메시지를 전송한다(3d-70). 그리고 MME에게 연결 한시 정지 해제를 요청하는 제어 메시지를 전송하고 S1 베어러를 새로운 기지국으로 재설정할 것을 요청한다(3d-75). MME는 상기 메시지를 수신하면 S-GW에게 S1 베어러를 새로운 기지국으로 재설정하고 상기 단말에 대한 데이터를 정상적으로 처리할 것을 지시한다.
상기 과정이 완료되면 단말은 상기 셀에서 데이터 송수신을 재개한다(3d-85). 상기 절차에서 소스 기지국에서 연결을 해제하여 light connected 모드에 있던 단말이 크게 이동하지 않아서 소스 기지국의 셀에 다시 캠프온한 경우라면 소스 지기국은 메시지3에서 지시된 Resume ID를 참조해서 상기 단말의 UE 컨텍스트를 검색하고 이를 토대로 상기의 절차들과 비슷한 방법으로 연결을 재설정할 수 있다.
만약 데이터 송수신이 중지되면 기지국은 소정의 타이머를 구동하고 상기 타이머가 만료될 때까지 데이터 송수신이 재개되지 않으면(3d-85) 기지국은 단말의 RRC 연결을 해제할 것을 고려한다. 기지국은 소정의 규칙에 따라서 단말의 RRC 연결을 해제한 후 UE 컨텍스트를 저장하고 단말에게 RRC 연결을 해제할 것을 지시하는 제어 메시지를 전송하면서 Resume ID를 할당하고 단말이 light connected 모드 동안 이동성을 보고할 페이징 영역(Paging area, PA)을 설정해준다(3d-90). light connected 모드의 단말은 설정된 페이징 영역을 벗어나게 되면 페이징 영역을 업데이트하는 절차를 수행하게 된다.
도 3e는 본 발명의 한 실시 예로서 light connection을 지원하는 네트워크에서 페이징 영역을 설정하는 페이징 영역 설정 방법1을 나타낸 도면이다.
도 3e에서 모든 셀들(1~73)은 시스템 정보로 네트워크에 의해 설정된 페이징 영역 식별자(Paging area identity, PA ID)를 방송한다. 방송되는 식별자에 따라서 각 셀들은 도 3e에서와 같이 페이징 영역 1(Paging area 1), 페이징 영역 2(Paging area 2), 페이징 영역 3(Paging area 3), 페이징 영역 4(Paging area 4)과 같이 논리적으로 페이징 영역이 설정되게 된다. 그리고 네트워크는 각 단말들을 연결 해제할 때 하나 이상의 페이징 영역 식별자들을 단말에게 할당한다. 상기에서 네트워크가 단말을 연결 해제하게 되면 단말은 RRC 연결 유휴(RRC Idle)상태일 수 있으며 혹은 Light connected 모드(Inactive 모드)일 수 있다. 상기 과정에서 하나 이상의 페이징 영역 식별자들을 할당 받은 단말은 상기 식별자들을 저장하고, 이동할 때마다 셀에서 방송하는 시스템 정보를 읽는다. 시스템 정보를 읽는 과정을 통해서 단말은 해당 셀의 페이징 영역 식별자를 확인할 수 있고, 이를 통해 상기 셀이 자신의 페이징 영역에 해당하는 지 해당하지 않는지 알 수 있다. 네트워크에서 연결 해제된 단말(3e-01)이 이동하면서 캠프온 한 셀의 시스템 정보를 읽고 페이징 영역 식별자를 확인한다. 그리고 단말에 저장된 페이징 영역 식별자들과 비교한다. 만약에 상기 저장된 페이징 영역 식별자들 중에 상기 방송된 페이징 영역 식별자가 없다면 단말은 네트워크로부터 설정된 페이징 영역을 벗어났다고 판단하고 이동성을 보고하기 위해 페이징 갱신 절차를 수행한다. 페이징 갱신 절차를 통해 네트워크에 상기 단말의 이동성을 보고하고 네트워크로부터 다시 페이징 영역 식별자들을 설정 받는다.
도 3f는 도 3e에서 설명한 본 발명의 페이징 영역 설정 방법1을 적용했을 때 단말이 새로운 기지국으로 페이징 영역을 갱신하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 3f에서 고정 기지국(Anchor eNB, 3f-02)과 연결 상태에 있던 단말(3f-01)은 고정 기지국으로부터 RRC 연결 해제 메시지(RRCConnectionRelease)를 수신한다(3f-05). 상기 고정 기지국은 단말이 소정의 시간 동안 데이터의 송수신이 없다면 상기 단말을 light connected 모드로 설정할 수 있다. 상기 메시지를 수신한 단말은 light connected 모드로 전환한다. 또한 상기에서 RRC 연결 해제 메시지를 수신한 단말은 RRC 연결 유휴(RRC Idle) 상태로 갈 수도 있다. 상기 고정 기지국은 상기 단말의 context 정보를 저장하고 있다(3f-07). 또한 상기 고정 기지국은 MME 대신 상기 단말의 이동성을 관리할 수 있다. 즉, 상기 고정 기지국이 단말로 보낼 하향링크 데이터가 있다면 페이징 메시지를 생성해서 페이징 영역을 통해 단말에게 보낼 수 있다. 단말은 상기 RRC 연결 해제 메시지를 통해 Resume ID를 할당 받고 하나 이상의 페이징 영역 식별자들(Paging area Identity, PA ID)을 설정 받는다. 페이징 영역은 하나의 셀을 지시할 수 있으며, 하나 이상의 셀들의 집합을 지시할 수도 있다.
상기 단말은 다른 페이징 영역(Paging area, PA) 내의 다른 기지국(3f-03)으로 이동할 수도 있다(3f-06). 기지국들이 관리하는 각 셀들은 소정의 시스템 정보(SIB)를 이용하여, 자신의 페이징 영역 식별자를 방송한다(3f-08). 상기 페이징 영역 식별자 정보는 네트워크와 약속된 페이징 영역 식별자로써, 논리적으로 페이징 영역을 형성하게 된다. 단말은 자신이 캠프온한 셀의 시스템 정보를 수신하고 페이징 영역 식별자를 확인한다(3f-09). 상기 단말에 설정된 페이징 영역 식별자들에 상기 수신한 페이징 영역 식별자가 포함되지 않는다면 단말은 자신의 페이징 영역을 벗어났다고 판단하고 현재 캠프온한 셀의 기지국에 페이징 영역 갱신을 요청하기 위하여 RRCConnectionResumeRequest 메시지를 전송한다(3f-10). 상기 메시지에서 페이징 영역 갱신 요청을 위한 establishment cause를 새롭게 정의하고 이를 포함할 수 있다. 혹은 상기 메시지의 예약된 1bit를 사용하여 페이징 영역 갱신을 위한 요청임을 지시할 수 있다. 또한 상기 메시지는 Resume ID, MAC-I, establishment cause 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 RRCConnectionResumeRequest 메시지를 수신한 기지국은 상기 Resume ID을 이용하여, 단말을 이전에 지원하던 상기 고정 기지국(3f-02)을 알 수 있다(3f-11). 따라서, 상기 고정 기지국에게 상기 단말의 context 정보를 요청할 수 있다(3f-12, 3f-13). 회수된 단말의 context 정보를 이용하여 security check를 할 수 있다. 상기 절차(3f-12, 3f-13)는 불필요한 경우 생략될 수 있다. 상기 기지국은 상기 단말에게 RRCConnectionRelease 메시지를 전송한다(3f-14). 이 때, 상기 메시지에는 새로운 Resume ID와 하나 이상의 새로운 페이징 영역 식별자들이 포함된다. 페이징 영역은 하나의 셀을 지시할 수 있으며, 하나 이상의 셀들의 집합을 지시할 수도 있다. 상기 새로운 기지국(3f-03)은 단말의 히스토리(history) 정보를 통해 단말의 이동성, 속도, 트래픽 패턴 등을 확인할 수 있고, 이를 반영하여 단말의 페이징 영역 식별자들을 설정할 수 있다(3f-14). 상기 히스토리 정보는 새로운 기지국이 고정 기지국과 메시지를 교환할 때 받을 수 있으며, 단말이 페이징 갱신 절차를 수행한 횟수, 주기, 시간 등의 정보를 포함할 수 있다(3f-12, 3f-13). 상기 RRCConnectionRelease 메시지를 전송한 새로운 기지국은 상기 고정 기지국에게 단말의 새로운 페이징 영역을 알리기 위한 메시지를 전송하고, 고정 기지국이 해당 단말에 대한 정보를 갱신하도록 한다(3f-15). 이는 고정 기지국이 상기 단말의 이동성을 관리할 수 있도록 향후 해당 단말에 대한 하향 링크 데이터가 고정 기지국에 도달할 경우, 고정 기지국이 적절히 페이징 메시지를 생성하고 전송하여 단말을 쉽게 찾게 하기 위함이다.
도 3g는 도 3e에서 설명한 본 발명의 페이징 영역 설정 방법1을 적용했을 때 단말이 원래 고정 기지국으로 페이징 영역을 갱신하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 3g에서 고정 기지국(Anchor eNB, 3g-02)과 연결 상태에 있던 단말(3g-01)은 고정 기지국으로부터 RRC 연결 해제 메시지(RRCConnectionRelease)를 수신한다(3g-05). 상기 고정 기지국은 단말이 소정의 시간 동안 데이터의 송수신이 없다면 상기 단말을 light connected 모드로 설정할 수 있다. 상기 메시지를 수신한 단말은 light connected 모드로 전환한다. 또한 상기에서 RRC 연결 해제 메시지를 수신한 단말은 RRC 연결 유휴(RRC Idle) 상태로 갈 수도 있다. 상기 고정 기지국은 상기 단말의 context 정보를 저장하고 있다(3g-07). 또한 상기 고정 기지국은 MME 대신 상기 단말의 이동성을 관리할 수 있다. 즉, 상기 고정 기지국이 단말로 보낼 하향링크 데이터가 있다면 페이징 메시지를 생성해서 페이징 영역을 통해 단말에게 보낼 수 있다. 단말은 상기 RRC 연결 해제 메시지를 통해 Resume ID를 할당 받고 하나 이상의 페이징 영역 식별자들(Paging area Identity, PA ID)을 설정 받는다. 페이징 영역은 하나의 셀을 지시할 수 있으며, 하나 이상의 셀들의 집합을 지시할 수도 있다.
상기 단말은 원래 고정 기지국의 다른 페이징 영역(Paging area, PA)으로 이동할 수도 있다(3g-06). 기지국들이 관리하는 각 셀들은 소정의 시스템 정보(SIB)를 이용하여, 자신의 페이징 영역 식별자를 방송한다(3g-08). 상기 페이징 영역 식별자 정보는 네트워크와 약속된 페이징 영역 식별자로써, 논리적으로 페이징 영역을 형성하게 된다. 단말은 자신이 캠프온한 셀의 시스템 정보를 수신하고 페이징 영역 식별자를 확인한다(3g-09). 상기 단말에 설정된 페이징 영역 식별자들에 상기 수신한 페이징 영역 식별자가 포함되지 않는다면 단말은 자신의 페이징 영역을 벗어났다고 판단하고 현재 캠프온한 셀의 기지국에 페이징 영역 갱신을 요청하기 위하여 RRCConnectionResumeRequest 메시지를 전송한다(3g-10). 상기 메시지에서 페이징 영역 갱신 요청을 위한 establishment cause를 새롭게 정의하고 이를 포함할 수 있다. 혹은 상기 메시지의 예약된 1bit를 사용하여 페이징 영역 갱신을 위한 요청임을 지시할 수 있다. 또한 상기 메시지는 Resume ID, MAC-I, establishment cause 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 RRCConnectionResumeRequest 메시지를 수신한 기지국은 상기 Resume ID을 이용하여, 단말이 이전에 연결했었던 정보를 확인할 수 있다(3g-11). 상기 기지국은 상기 단말에게 RRCConnectionRelease 메시지를 전송한다(3g-12). 이 때, 상기 메시지에는 새로운 Resume ID와 하나 이상의 새로운 페이징 영역 식별자들이 포함된다. 페이징 영역은 하나의 셀을 지시할 수 있으며, 하나 이상의 셀들의 집합을 지시할 수도 있다. 상기 고정 기지국(3g-02)은 단말의 히스토리(history) 정보를 통해 단말의 이동성, 속도, 트래픽 패턴 등을 확인할 수 있고, 이를 반영하여 단말의 페이징 영역 식별자들을 설정할 수 있다(3g-12). 상기 히스토리 정보는 단말이 페이징 갱신 절차를 수행한 횟수, 주기, 시간 등의 정보를 포함할 수 있다. 상기 RRCConnectionRelease 메시지를 전송한 고정 기지국은 단말의 새로운 페이징 영역을 저장하고 향후 상기 단말에 대한 하향 링크 데이터가 고정 기지국에 도달할 경우, 고정 기지국이 적절히 페이징 메시지를 생성하고 전송하여 단말을 쉽게 찾도록 한다.
도 3h는 도 3e에서 설명한 본 발명의 페이징 영역 설정 방법1을 적용했을 때 단말의 동작을 나타낸 도면이다.
도 3h에서 고정 기지국(Anchor eNB)과 연결 상태에 있던 단말(3h-01)은 고정 기지국으로부터 RRC 연결 해제 메시지(RRCConnectionRelease)를 수신한다(3h-03). 상기 고정 기지국은 단말이 소정의 시간 동안 데이터의 송수신이 없다면 상기 단말을 light connected 모드로 설정할 수 있다. 상기 메시지를 수신한 단말은 light connected 모드로 전환한다. 또한 상기에서 RRC 연결 해제 메시지를 수신한 단말은 RRC 연결 유휴(RRC Idle) 상태로 갈 수도 있다.. 단말은 상기 RRC 연결 해제 메시지를 통해 Resume ID를 할당 받고 하나 이상의 페이징 영역 식별자들(Paging area Identity, PA ID)을 설정 받는다. 페이징 영역은 하나의 셀을 지시할 수 있으며, 하나 이상의 셀들의 집합을 지시할 수도 있다(3h-03). 상기 단말은 원래 고정 기지국 혹은 다른 기지국의 다른 페이징 영역(Paging area, PA)으로 이동할 수도 있다. 단말은 이동하면서 셀 재선택(Cell reselection) 절차를 수행하고 적합한 셀(suitable cell)을 찾는다(3h-05). 상기 셀 재선택 절차에서 적절한 셀을 찾으면 상기 셀에 캠프온하고 시스템 정보를 읽어 들인다(3h-10). 단말은 상기 시스템 정보에서 페이징 영역 식별자를 확인하고 상기 3h-03단계에서 설정된 페이징 영역 식별자들과 비교한 후 같은 페이징 영역 식별자를 단말이 가지고 있지 않으면 다른 페이징 영역으로 판단한다(3h-15). 만약 단말이 현재 다른 페이징 영역에 있다고 판단하면 페이징 영역 갱신 절차를 수행하면서 네트워크에 이동성을 보고하고 네트워크로부터 페이징 영역 식별자들을 새로운 페이징 영역 식별자들로 설정 받는다(3h-20). 만약 현재 동일한 페이징 영역 내에 있다고 판단하면(3h-15) 단말은 셀 재선택 절차를 수행하면서 계속해서 상기와 같이 페이징 영역을 체크한다.
도 3i는 본 발명의 한 실시 예로서 light connection을 지원하는 네트워크에서 페이징 영역을 설정하는 페이징 영역 설정 방법2를 나타낸 도면이다.
도 3i에서 모든 단말들은 네트워크에 의해서 페이징 영역이 각각 설정된다. 즉, 사용자 중심으로 페이징 영역이 설정되기 때문에 단말 별로 서로 다른 페이징 영역을 가질 수 있다. 상기 단말의 페이징 영역은 셀 식별자(Cell Identity, Cell ID)들의 리스트로 설정될 수 있다. 따라서 도 3e에서와 같이 각 셀에서 시스템 정보로 별도의 페이징 영역 식별자를 방송할 필요는 없다. 고정 기지국은 각 단말들을 연결 해제할 때 하나 이상의 셀 식별자들을 단말에게 할당한다. 단계 1(3i-05)에서 단말(3i-01)의 페이징 영역은 페이징 영역 1(Paging area 1)로 설정될 수 있다. 즉, 단말의 페이징 영역은 셀 식별자의 리스트(Cell 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 13, 14, 15, 16, 23, 24, 25)로 설정될 수 있다. 상기에서 네트워크가 단말을 연결 해제하게 되면 단말은 RRC 연결 유휴(RRC Idle)상태일 수 있으며 혹은 Light connected 모드(Inactive 모드)일 수 있다. 상기 과정에서 하나 이상의 셀 식별자들을 할당 받은 단말은 상기 식별자들을 저장하고, 이동할 때마다 셀에서 방송하는 시스템 정보를 읽는다. 시스템 정보를 읽는 과정을 통해서 단말은 해당 셀의 셀 식별자를 확인할 수 있고, 이를 통해 상기 셀이 자신의 페이징 영역에 해당하는 지 해당하지 않는지 알 수 있다. 네트워크에서 연결 해제된 단말(3i-01)이 이동하면서 캠프온 한 셀의 시스템 정보를 읽고 상기 셀의 셀 식별자를 확인한다. 그리고 단말에 저장된 셀 식별자들과 비교한다. 만약에 상기 저장된 단말의 셀 식별자들 중에 상기 방송된 셀 식별자가 없다면 단말은 네트워크로부터 설정된 페이징 영역을 벗어났다고 판단하고 이동성을 보고하기 위해 페이징 갱신 절차를 수행한다(3i-04).
상기 페이징 갱신 절차를 수행하면 기지국은 상기 단말이 페이징 갱신 절차를 수행한 셀(34)을 중심으로 새로운 페이징 영역 2(paging area 2)를 설정하여 하나 이상의 셀 식별자들을 단말에게 할당해 준다. 따라서 단계 2(3i-10)에서 단말은 새로운 페이징 영역 2를 설정 받는다. 기지국은 단말의 히스토리(history) 정보를 통해 단말의 이동성, 속도, 트래픽 패턴 등을 확인할 수 있고, 이를 반영하여 단말의 페이징 영역을 설정할 수 있다. 상기 히스토리 정보는 단말이 페이징 갱신 절차를 수행한 횟수, 주기, 시간 등의 정보를 포함할 수 있다. 단계 3(3i-15)에서 만약 단말이 다시 이동하여 현재 페이징 영역을 벗어나면 페이징 갱신 절차를 수행하게 되고(3i-07) 페이징 갱신 절차를 수행한 셀(55)을 중심으로 새로운 페이징 영역 3(3i-09)을 기지국으로부터 설정 받는다(3i-20). 상기 새로운 페이징 영역은 셀 식별자들의 리스트로 설정될 수 있다. 상기 새로운 페이징 영역은 단말의 히스토리 정보, 즉 단말의 이동성, 속도, 트래픽 패턴에 따라서 그 크기가 다르게 설정될 수 있다. 즉, 페이징 영역을 할당하기 위해서 단말에게 셀 식별자들이 적게 혹은 많이 할당될 수 있다.
상기에서 본 발명의 한 실시 예로서 light connection을 지원하는 네트워크에서 페이징 영역을 설정하는 페이징 영역 설정 방법2를 사용할 경우, 페이징 영역을 갱신하는 절차와 단말의 동작은 도 3f, 도 3g, 도 3h와 동일하다. 다만, 페이징 영역 설정 방법2에서는 페이징 영역 식별자가 따로 존재하지 않고, 셀 식별자들의 리스트가 페이징 영역을 나타낸다. 즉, 페이징 영역 정보(PA Info.)가 페이징 영역 식별자들로 이루어지는 것이 아니라 셀 식별자들로 이루어진다는 점이 다르다.
도 3j는 본 발명의 한 실시 예로서 light connection을 지원하는 네트워크에서 페이징 영역을 설정하는 페이징 영역 설정 방법3을 나타낸 도면이다.
도 3j에서 모든 단말들은 네트워크에 의해서 페이징 영역이 각각 설정된다. 즉, 사용자 중심으로 페이징 영역이 설정되기 때문에 단말 별로 서로 다른 페이징 영역을 가질 수 있다. 상기 단말의 페이징 영역은 셀 식별자(Cell Identity, Cell ID)들의 리스트로 설정될 수 있다. 페이징 영역 설정 방법3에서는 각 단말의 페이징 영역을 셀 식별자들의 리스트로 설정할 때 페이징 영역의 경계에 해당하는 셀들을 단말에게 알려준다. 상기에서 네트워크는 셀 식별자들의 리스트를 단말에게 설정해줄 때 페이징 영역 경계에 해당하는 셀들과 페이징 영역 내부에 해당하는 셀들을 따로 설정해줄 수도 있고, 셀 식별자의 앞에 1비트 지시자를 설정하여 페이징 영역의 경계 셀인지 아닌지를 나타낼 수도 있다. 따라서 도 e에서와 같이 각 셀에서 시스템 정보로 별도의 페이징 영역 식별자를 방송할 필요는 없다. 고정 기지국은 각 단말들을 연결 해제할 때 하나 이상의 셀 식별자들을 단말에게 할당한다. 단계 1(3j-05)에서 단말(3j-01)의 페이징 영역은 페이징 영역 1(Paging area 1)로 설정될 수 있다. 즉, 단말의 페이징 영역은 셀 식별자의 리스트(Cell 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 13, 14, 15, 16, 23, 24, 25)로 설정될 수 있다. 또한 상기 페이징 영역 1의 경계 셀들은 Cell 2, 3, 4, 9, 16, 25, 34, 33, 32, 22, 12, 6으로 설정될 수 있다. 상기에서 네트워크가 단말을 연결 해제하게 되면 단말은 RRC 연결 유휴(RRC Idle)상태일 수 있으며 혹은 Light connected 모드(Inactive 모드)일 수 있다. 상기 과정에서 하나 이상의 셀 식별자들을 할당 받은 단말은 상기 식별자들을 저장하고, 이동할 때마다 셀에서 방송하는 시스템 정보를 읽는다. 시스템 정보를 읽는 과정을 통해서 단말은 해당 셀의 셀 식별자를 확인할 수 있고, 이를 통해 상기 셀이 자신의 페이징 영역 경계에 해당하는 셀인지 내부에 해당하는 셀인지 알 수 있다. 네트워크에서 연결 해제된 단말(3j-01)이 이동하면서 캠프온 한 셀의 시스템 정보를 읽고 상기 셀의 셀 식별자를 확인한다. 그리고 단말에 저장된 셀 식별자들과 비교한다. 만약에 상기 방송된 셀 식별자가 단말 페이징 영역 1의 경계에 해당하는 셀(Cell 2, 3, 4, 9, 16, 25, 34, 33, 32, 22, 12, 6)이면 단말은 네트워크로 이동성을 보고하기 위해 페이징 갱신 절차를 수행한다(3j-04).
상기 페이징 갱신 절차를 수행하면 기지국은 상기 단말이 페이징 갱신 절차를 수행한 셀(34)을 중심으로 새로운 페이징 영역 2(paging area 2)를 설정하여 하나 이상의 셀 식별자들을 단말에게 할당해 준다. 상기에서 네트워크는 셀 식별자들의 리스트를 단말에게 설정해줄 때 페이징 영역 경계에 해당하는 셀들과 페이징 영역 내부에 해당하는 셀들을 따로 설정해줄 수도 있고, 셀 식별자의 앞에 1비트 지시자를 설정하여 페이징 영역의 경계 셀인지 아닌지를 나타낼 수도 있다. 따라서 단계 2(3j-10)에서 단말은 새로운 페이징 영역 2를 설정 받는다. 기지국은 단말의 히스토리(history) 정보를 통해 단말의 이동성, 속도, 트래픽 패턴 등을 확인할 수 있고, 이를 반영하여 단말의 페이징 영역을 설정할 수 있다. 상기 히스토리 정보는 단말이 페이징 갱신 절차를 수행한 횟수, 주기, 시간 등의 정보를 포함할 수 있다. 단계 3(3j-15)에서 만약 단말이 다시 이동하여 현재 페이징 영역 2의 경계 셀로 이동하면 페이징 갱신 절차를 수행하게 되고(3j-07) 페이징 갱신 절차를 수행한 셀(45)을 중심으로 새로운 페이징 영역 3(3j-09)을 기지국으로부터 설정 받는다(3j-20). 상기 새로운 페이징 영역 3은 셀 식별자들의 리스트로 설정될 수 있다. 상기에서 네트워크는 셀 식별자들의 리스트를 단말에게 설정해줄 때 페이징 영역 경계에 해당하는 셀들과 페이징 영역 내부에 해당하는 셀들을 따로 설정해줄 수도 있고, 셀 식별자의 앞에 1비트 지시자를 설정하여 페이징 영역의 경계 셀인지 아닌지를 나타낼 수도 있다. 상기 새로운 페이징 영역 3은 단말의 히스토리 정보, 즉 단말의 이동성, 속도, 트래픽 패턴에 따라서 그 크기가 다르게 설정될 수 있다. 즉, 페이징 영역을 할당하기 위해서 단말에게 셀 식별자들이 적게 혹은 많이 할당될 수 있다.
도 3k는 도 3j에서 설명한 본 발명의 페이징 영역 설정 방법3을 적용했을 때 단말이 새로운 기지국으로 페이징 영역을 갱신하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 3k에서 고정 기지국(Anchor eNB, 3k-02)과 연결 상태에 있던 단말(3k-01)은 고정 기지국으로부터 RRC 연결 해제 메시지(RRCConnectionRelease)를 수신한다(3k-05). 상기 고정 기지국은 단말이 소정의 시간 동안 데이터의 송수신이 없다면 상기 단말을 light connected 모드로 설정할 수 있다. 상기 메시지를 수신한 단말은 light connected 모드로 전환한다. 또한 상기에서 RRC 연결 해제 메시지를 수신한 단말은 RRC 연결 유휴(RRC Idle) 상태로 갈 수도 있다. 상기 고정 기지국은 상기 단말의 context 정보를 저장하고 있다 (3k-07). 또한 상기 고정 기지국은 MME 대신 상기 단말의 이동성을 관리할 수 있다. 즉, 상기 고정 기지국이 단말로 보낼 하향링크 데이터가 있다면 페이징 메시지를 생성해서 페이징 영역을 통해 단말에게 보낼 수 있다. 단말은 상기 RRC 연결 해제 메시지를 통해 Resume ID를 할당 받고 페이징 영역을 설정하기 위해 하나 이상의 셀 식별자들(Cell Identity, Cell ID)을 설정 받는다. 페이징 영역은 하나의 셀을 지시할 수 있으며, 하나 이상의 셀들의 집합을 지시할 수도 있다. 상기에서 RRC 연결 해제 메시지(RRCConnectionRelease)에서 기지국은 셀 식별자들의 리스트를 단말에게 설정해줄 때 페이징 영역 경계에 해당하는 셀들과 페이징 영역 내부에 해당하는 셀들을 따로 설정해줄 수도 있고, 셀 식별자의 앞에 1비트 지시자를 설정하여 페이징 영역의 경계 셀인지 아닌지를 나타낼 수도 있다.
상기 단말은 현재 페이징 영역(Paging area, PA)의 경계 셀로 이동할 수도 있다(3k-06). 기지국들이 관리하는 각 셀들은 소정의 시스템 정보(SIB)를 이용하여, 자신의 셀 식별자를 방송한다(3k-08). 단말은 자신이 캠프온한 셀의 시스템 정보를 수신하고 셀 식별자를 확인한다(3k-09). 상기 단말에 설정된 셀 식별자들의 리스트 중에 상기 수신한 셀 식별자가 페이징 영역의 경계 셀에 포함된다면 단말은 현재 캠프온한 셀의 기지국에 페이징 영역 갱신을 요청하기 위하여 RRCConnectionResumeRequest 메시지를 전송한다(3k-10). 상기 메시지에서 페이징 영역 갱신 요청을 위한 establishment cause를 새롭게 정의하고 이를 포함할 수 있다. 혹은 상기 메시지의 예약된 1bit를 사용하여 페이징 영역 갱신을 위한 요청임을 지시할 수 있다. 또한 상기 메시지는 Resume ID, MAC-I, establishment cause 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 RRCConnectionResumeRequest 메시지를 수신한 기지국은 상기 Resume ID을 이용하여, 단말을 이전에 지원하던 상기 고정 기지국(3k-02)을 알 수 있다(3k-11). 따라서, 상기 고정 기지국에게 상기 단말의 context 정보를 요청할 수 있다(3k-12, 3k-13). 회수된 단말의 context 정보를 이용하여 security check를 할 수 있다. 상기 절차(3k-12, 3k-13)는 불필요한 경우 생략될 수 있다. 상기 기지국은 상기 단말에게 RRCConnectionRelease 메시지를 전송한다 (3k-14). 이 때, 상기 메시지에는 새로운 Resume ID와 하나 이상의 새로운 셀 식별자들이 포함된다. 상기 메시지에서 기지국은 셀 식별자들의 리스트를 단말에게 설정해줄 때 페이징 영역 경계에 해당하는 셀들과 페이징 영역 내부에 해당하는 셀들을 따로 설정해줄 수도 있고, 셀 식별자의 앞에 1비트 지시자를 설정하여 페이징 영역의 경계 셀인지 아닌지를 나타낼 수도 있다. 페이징 영역은 하나의 셀을 지시할 수 있으며, 하나 이상의 셀들의 집합을 지시할 수도 있다. 상기 새로운 기지국(3k-03)은 단말의 히스토리(history) 정보를 통해 단말의 이동성, 속도, 트래픽 패턴 등을 확인할 수 있고, 이를 반영하여 단말의 페이징 영역 식별자들을 설정할 수 있다(3k-14). 상기 히스토리 정보는 새로운 기지국이 고정 기지국과 메시지를 교환할 때 받을 수 있으며, 단말이 페이징 갱신 절차를 수행한 횟수, 주기, 시간 등의 정보를 포함할 수 있다(3k-12, 3k-13). 상기 RRCConnectionRelease 메시지를 전송한 새로운 기지국은 상기 고정 기지국에게 단말의 새로운 페이징 영역을 알리기 위한 메시지를 전송하고, 고정 기지국이 해당 단말에 대한 정보를 갱신하도록 한다(3k-15). 이는 고정 기지국이 상기 단말의 이동성을 관리할 수 있도록 향후 해당 단말에 대한 하향 링크 데이터가 고정 기지국에 도달할 경우, 고정 기지국이 적절히 페이징 메시지를 생성하고 전송하여 단말을 쉽게 찾게 하기 위함이다.
도 3l는 도 3j에서 설명한 본 발명의 페이징 영역 설정 방법3을 적용했을 때 단말이 원래 고정 기지국으로 페이징 영역을 갱신하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 3l에서 고정 기지국(Anchor eNB, 3l-02)과 연결 상태에 있던 단말 (3l-01)은 고정 기지국으로부터 RRC 연결 해제 메시지(RRCConnectionRelease)를 수신한다 (3l-05). 상기 고정 기지국은 단말이 소정의 시간 동안 데이터의 송수신이 없다면 상기 단말을 light connected 모드로 설정할 수 있다. 상기 메시지를 수신한 단말은 light connected 모드로 전환한다. 또한 상기에서 RRC 연결 해제 메시지를 수신한 단말은 RRC 연결 유휴(RRC Idle) 상태로 갈 수도 있다. 상기 고정 기지국은 상기 단말의 context 정보를 저장하고 있다 (3l-07). 또한 상기 고정 기지국은 MME 대신 상기 단말의 이동성을 관리할 수 있다. 즉, 상기 고정 기지국이 단말로 보낼 하향링크 데이터가 있다면 페이징 메시지를 생성해서 페이징 영역을 통해 단말에게 보낼 수 있다. 단말은 상기 RRC 연결 해제 메시지를 통해 Resume ID를 할당 받고 페이징 영역을 설정하기 위해 하나 이상의 셀 식별자들(Cell Identity, Cell ID)을 설정 받는다. 페이징 영역은 하나의 셀을 지시할 수 있으며, 하나 이상의 셀들의 집합을 지시할 수도 있다. 상기에서 RRC 연결 해제 메시지(RRCConnectionRelease)에서 기지국은 셀 식별자들의 리스트를 단말에게 설정해줄 때 페이징 영역 경계에 해당하는 셀들과 페이징 영역 내부에 해당하는 셀들을 따로 설정해줄 수도 있고, 셀 식별자의 앞에 1비트 지시자를 설정하여 페이징 영역의 경계 셀인지 아닌지를 나타낼 수도 있다.
상기 단말은 현재 페이징 영역(Paging area, PA)의 경계 셀로 이동할 수도 있다(3l-06). 기지국들이 관리하는 각 셀들은 소정의 시스템 정보(SIB)를 이용하여, 자신의 셀 식별자를 방송한다(3l-08). 단말은 자신이 캠프온한 셀의 시스템 정보를 수신하고 셀 식별자를 확인한다(3l-09). 상기 단말에 설정된 셀 식별자들의 리스트 중에 상기 수신한 셀 식별자가 페이징 영역의 경계 셀에 포함된다면 단말은 현재 캠프온한 셀의 기지국에 페이징 영역 갱신을 요청하기 위하여 RRCConnectionResumeRequest 메시지를 전송한다(3l-10). 상기 메시지에서 페이징 영역 갱신 요청을 위한 establishment cause를 새롭게 정의하고 이를 포함할 수 있다. 혹은 상기 메시지의 예약된 1bit를 사용하여 페이징 영역 갱신을 위한 요청임을 지시할 수 있다. 또한 상기 메시지는 Resume ID, MAC-I, establishment cause 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 RRCConnectionResumeRequest 메시지를 수신한 기지국은 상기 Resume ID을 이용하여, 단말이 이전에 연결했었던 정보를 확인할 수 있다(3l-11). 상기 기지국은 상기 단말에게 RRCConnectionRelease 메시지를 전송한다(3l-12). 이 때, 상기 메시지에는 새로운 Resume ID와 하나 이상의 새로운 셀 식별자들이 포함된다. 상기 메시지에서 기지국은 셀 식별자들의 리스트를 단말에게 설정해줄 때 페이징 영역 경계에 해당하는 셀들과 페이징 영역 내부에 해당하는 셀들을 따로 설정해줄 수도 있고, 셀 식별자의 앞에 1비트 지시자를 설정하여 페이징 영역의 경계 셀인지 아닌지를 나타낼 수도 있다. 페이징 영역은 하나의 셀을 지시할 수 있으며, 하나 이상의 셀들의 집합을 지시할 수도 있다. 상기 고정 기지국(3l-02)은 단말의 히스토리(history) 정보를 통해 단말의 이동성, 속도, 트래픽 패턴 등을 확인할 수 있고, 이를 반영하여 단말의 페이징 영역 식별자들을 설정할 수 있다(3l-12). 상기 히스토리 정보는 단말이 페이징 갱신 절차를 수행한 횟수, 주기, 시간 등의 정보를 포함할 수 있다. 상기 RRCConnectionRelease 메시지를 전송한 고정 기지국은 단말의 새로운 페이징 영역을 저장하고 향후 상기 단말에 대한 하향 링크 데이터가 고정 기지국에 도달할 경우, 고정 기지국이 적절히 페이징 메시지를 생성하고 전송하여 단말을 쉽게 찾도록 한다.
도 3m는 도 3j에서 설명한 본 발명의 페이징 영역 설정 방법 3을 적용했을 때 단말의 동작을 나타낸 도면이다.
도 3m에서 고정 기지국(Anchor eNB)과 연결 상태에 있던 단말(3m-01)은 고정 기지국으로부터 RRC 연결 해제 메시지(RRCConnectionRelease)를 수신한다(3m-03). 상기 고정 기지국은 단말이 소정의 시간 동안 데이터의 송수신이 없다면 상기 단말을 light connected 모드로 설정할 수 있다. 상기 메시지를 수신한 단말은 light connected 모드로 전환한다. 또한 상기에서 RRC 연결 해제 메시지를 수신한 단말은 RRC 연결 유휴(RRC Idle) 상태로 갈 수도 있다. 단말은 상기 RRC 연결 해제 메시지를 통해 Resume ID를 할당 받고 페이징 영역을 설정하기 위해 하나 이상의 셀 식별자들(Cell Identity, Cell ID)을 설정 받는다. 페이징 영역은 하나의 셀을 지시할 수 있으며, 하나 이상의 셀들의 집합을 지시할 수도 있다. 상기에서 RRC 연결 해제 메시지에서 기지국은 셀 식별자들의 리스트를 단말에게 설정해줄 때 페이징 영역 경계에 해당하는 셀들과 페이징 영역 내부에 해당하는 셀들을 따로 설정해줄 수도 있고, 셀 식별자의 앞에 1비트 지시자를 설정하여 페이징 영역의 경계 셀인지 아닌지를 나타낼 수도 있다. 상기 단말은 현재 페이징 영역(Paging area, PA)의 경계 셀로 이동할 수도 있다. 기지국들이 관리하는 각 셀들은 소정의 시스템 정보(SIB)를 이용하여, 자신의 셀 식별자를 방송한다. 단말은 이동하면서 셀 재선택(Cell reselection) 절차를 수행하고 적합한 셀(suitable cell)을 찾는다(3m-05). 상기 셀 재선택 절차에서 적절한 셀을 찾으면 상기 셀에 캠프온하고 시스템 정보를 읽어 들인다(3m-10). 단말은 상기 시스템 정보에서 셀 식별자를 확인하고 상기 3m-03단계에서 설정된 페이징 영역의 경계 셀 식별자들과 비교한 후 현재 셀이 페이징 영역의 경계 셀이라고 판단하면 페이징 영역 갱신 절차를 수행하면서 네트워크에 이동성을 보고하고 네트워크로부터 페이징 영역 설정을 위해 새로운 셀 식별자들의 리스트를 설정 받는다(3m-20). 상기에서 셀 식별자들의 리스트를 단말에게 설정해줄 때 페이징 영역 경계에 해당하는 셀들과 페이징 영역 내부에 해당하는 셀들을 따로 설정해줄 수도 있고, 셀 식별자의 앞에 1비트 지시자를 설정하여 페이징 영역의 경계 셀인지 아닌지를 나타낼 수도 있다. 만약 현재 셀이 페이징 영역 내의 셀이라고 판단하면(3m-15) 단말은 셀 재선택 절차를 수행하면서 계속해서 상기와 같이 현재 셀이 페이징 영역의 경계 셀인지를 체크한다.
도 3n을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 단말은 송수신부(3n-05), 제어부(3n-10), 다중화 및 역다중화부(3n-15), 제어 메시지 처리부(3n-30), 각 종 상위 계층 처리부(3n-20, 3n-25), EPS bearer manager(3n-35) 및 NAS 계층 장치(3n-40)를 포함한다.
상기 송수신부(3n-05)는 서빙 셀의 순방향 채널로 데이터 및 소정의 제어 신호를 수신하고 역방향 채널로 데이터 및 소정의 제어 신호를 전송한다. 다수의 서빙 셀이 설정된 경우, 송수신부(3n-05)는 상기 다수의 서빙 셀을 통한 데이터 송수신 및 제어 신호 송수신을 수행한다.
다중화 및 역다중화부(3n-15)는 상위 계층 처리부(3n-20, 3n-25)나 제어 메시지 처리부(3n-30)에서 발생한 데이터를 다중화하거나 송수신부(3n-05)에서 수신된 데이터를 역다중화해서 적절한 상위 계층 처리부(3n-20, 3n-25)나 제어 메시지 처리부(3n-30)로 전달하는 역할을 한다.
제어 메시지 처리부(3n-30)는 RRC 계층 장치이며 기지국으로부터 수신된 제어 메시지를 처리해서 필요한 동작을 취한다. 예를 들어 RRC CONNECTION SETUP 메시지를 수신하면 SRB와 temporary DRB를 설정한다.
상위 계층 처리부(3n-20, 3n-25)는 DRB 장치를 의미하며 서비스 별로 구성될 수 있다. FTP(File Transfer Protocol)나 VoIP(Voice over Internet Protocol) 등과 같은 사용자 서비스에서 발생하는 데이터를 처리해서 다중화 및 역다중화부(3n-15)로 전달하거나 상기 다중화 및 역다중화부(3n-15)로부터 전달된 데이터를 처리해서 상위 계층의 서비스 어플리케이션으로 전달한다. 하나의 서비스는 하나의 EPS bearer와 하나의 상위 계층 처리부와 일 대 일로 매핑될 수 있다.
제어부(3n-10)는 송수신부(3n-05)를 통해 수신된 스케줄링 명령, 예를 들어 역방향 그랜트들을 확인하여 적절한 시점에 적절한 전송 자원으로 역방향 전송이 수행되도록 송수신부(3n-05)와 다중화 및 역다중화부(3n-15)를 제어한다.
도 3o는 본 발명의 실시 예에 따른 기지국, MME 및 S-GW의 구성을 나타낸 블록도로서, 도 3o의 기지국 장치는 송수신부(3o-05), 제어부(3o-10), 다중화 및 역다중화부(3o-20), 제어 메시지 처리부(3o-35), 각 종 상위 계층 처리부(3o-25, 3o-30), 스케줄러(3o-15), EPS bearer 장치(3o-40, 3o-45) 및 NAS 계층 장치(3o-50)를 포함한다. EPS bearer 장치는 S-GW에, NAS 계층 장치는 MME에 위치한다.
송수신부(3o-05)는 순방향 캐리어로 데이터 및 소정의 제어 신호를 전송하고 역방향 캐리어로 데이터 및 소정의 제어 신호를 수신한다. 다수의 캐리어가 설정된 경우, 송수신부(3o-05)는 상기 다수의 캐리어로 데이터 송수신 및 제어 신호 송수신을 수행한다.
다중화 및 역다중화부(3o-20)는 상위 계층 처리부3o-25, 3o-30)나 제어 메시지 처리부(3o-35)에서 발생한 데이터를 다중화하거나 송수신부(3o-05)에서 수신된 데이터를 역다중화해서 적절한 상위 계층 처리부(3o-25, 3o-30)나 제어 메시지 처리부(3o-35), 혹은 제어부(3o-10)로 전달하는 역할을 한다. 제어 메시지 처리부(3o-35)는 단말이 전송한 제어 메시지를 처리해서 필요한 동작을 취하거나, 단말에게 전달할 제어 메시지를 생성해서 하위 계층으로 전달한다.
상위 계층 처리부(3o-25, 3o-30)는 EPS 베어러 별로 구성될 수 있으며 EPS 베어러 장치에서 전달된 데이터를 RLC PDU로 구성해서 다중화 및 역다중화부(3o-20)로 전달하거나 다중화 및 역다중화부(3o-20)로부터 전달된 RLC PDU를 PDCP SDU로 구성해서 EPS 베어러 장치로 전달한다.
스케줄러는 단말의 버퍼 상태, 채널 상태 등을 고려해서 단말에게 적절한 시점에 전송 자원을 할당하고, 송수신부에게 단말이 전송한 신호를 처리하거나 단말에게 신호를 전송하도록 처리한다.
EPS 베어러 장치는 EPS 베어러 별로 구성되며, 상위 계층 처리부에서 전달한 데이터를 처리해서 다음 네트워크 노드로 전달한다.
상위 계층 처리부와 EPS 베어러 장치는 S1-U 베어러에 의해서 상호 연결된다. common DRB에 해당하는 상위 계층 처리부는 common DRB를 위한 EPS 베어러와 common S1-U 베어러에 의해서 연결된다.
NAS 계층 장치는 NAS 메시지에 수납된 IP 패킷을 처리해서 S-GW로 전달한다.
<제4실시예>
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명하기에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 이하 설명에서 사용되는 접속 노드(node)를 식별하기 위한 용어, 망 객체(network entity)들을 지칭하는 용어, 메시지들을 지칭하는 용어, 망 객체들 간 인터페이스를 지칭하는 용어, 다양한 식별 정보들을 지칭하는 용어 등은 설명의 편의를 위해 예시된 것이다. 따라서, 본 발명이 후술되는 용어들에 한정되는 것은 아니며, 동등한 기술적 의미를 가지는 대상을 지칭하는 다른 용어가 사용될 수 있다.
이하 설명의 편의를 위하여, 본 발명은 3GPP LTE(3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution) 규격에서 정의하고 있는 용어 및 명칭들을 사용한다. 하지만, 본 발명이 상기 용어 및 명칭들에 의해 한정되는 것은 아니며, 다른 규격에 따르는 시스템에도 동일하게 적용될 수 있다.
본 발명은 이동통신 시스템에서의 사용자 데이터 보안에 관한 것으로, 데이터 무선 베어러 및 패킷 별로 사용자 데이터를 선택적으로 암호화하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
이동통신 시스템에서는 기지국과 단말이 통신하는 데이터가 무선 채널을 통해 전달되기 때문에 다른 단말이 중간에서 수신할 수가 있어 보안이 중요한 문제이다. 따라서 이동통신 시스템에서는 다른 단말로부터의 도청이나 변조를 방지하여 이동통신 망의 가입자들의 사생활을 보장하기 위한 보안(이하 security로 표기) 기능을 제공한다. 특히, LTE에서는 기본적인 security 기능을 LTE 인증(authentication), NAS(Non Access Stratum) security와 AS(Access Stratum) security 와 같이 3단계로 분류하여 적용하고 있다. 여기서 LTE 인증은 이동통신 망에 접속하고자 하는 단말이 해당 사업자가 제공하는 망에 접속이 가능한지 확인하는 과정이며, NAS security는 MME(Mobility Management Entity)와 단말간의 무선 링크에서의 NAS 시그널링에 대한 무결성(integrity, 이하 혼용해서 사용) 체크와 암호화(ciphering, 이하 혼용해서 사용)를 수행한다. AS security는 기지국과 단말간의 무선 링크 상에서 전달되는 데이터를 안전하게 전달하기 위한 것으로, 제어 평면(Control Plane, CP)에서는 RRC 시그널링 메시지에 대한 무결성 체크와 암호화를 수행하고 사용자 평면(User Plane, UP)에서는 IP(Internet Protocol) 패킷에 대한 암호화를 수행한다. NAS security와 AS security에 사용되는 무결성 키와 암호화 키는 KASME라는 엑세스 망에서의 최상위 레벨 키로부터 생성되는 것이지만, 각자 다른 알고리즘을 통해 얻어지므로 서로 다른 값이 사용된다. 이는 무선 링크의 도청/변조를 막기 위해 키를 무선으로 전달하지 않는 원칙에 따른 것이며, 단말과 기지국, 그리고 MME에서 키생성 알고리즘에 따라 키를 각자 생성하고 서로의 키를 검증하게 된다.
본 발명에서는 높은 데이터 전송율로 전달되는 사용자 데이터의 복호화(decryption)에 소요되는 프로세싱 로드(processing load)를 줄이기 위해 AS security, 특히 ciphering에서의 복잡도를 줄이는 방법에 대해 정의한다.
도 4a는 본 발명이 적용되는 LTE 시스템의 구조를 도시하는 도면이다.
도 4a를 참고하면, 상기 무선 통신 시스템은 여러 개의 기지국들(4a-05, 4a-10, 4a-15, 4a-20, eNB)과 MME(4a-25) 및 S-GW(Serving-Gateway, 4a-06)로 구성된다. 사용자 단말(4a-07)은 기지국(4a-05~4a-20) 및 S-GW(4a-30)을 통해 외부 네트워크에 접속한다. 상기 기지국들(4a-05~4a-20)은 셀룰러 망의 접속 노드로서 망에 접속하는 단말들에게 무선 접속을 제공한다. 즉, 상기 기지국(4a-05~4a-20)은 사용자들의 트래픽(traffic)을 서비스하기 위해 단말들의 버퍼 상태, 가용 전송 전력 상태, 채널 상태 등의 상태 정보를 취합해서 스케쥴링을 하여 상기 단말들과 코어 망(CN, Core network)간에 연결을 지원한다. 상기 MME(4a-25)는 단말에 대한 이동성 관리 기능은 물론 각종 제어 기능을 담당하는 장치로 다수의 기지국들과 연결되며, S-GW(4a-30)는 데이터 베어러(bearer)를 제공하는 장치이다. 또한, 상기 MME 및 S-GW(4a-25, 4a-30)는 망에 접속하는 단말에 대한 인증(authentication), 베어러 관리 등을 더 수행할 수 있으며 상기 기지국(4a-05~4a-20)으로부터 도착한 패킷 또는 상기 기지국(4a-05~4a-20)으로 전달할 패킷을 처리한다.
도 4b는 본 발명이 적용되는 LTE 시스템의 무선 프로토콜 구조를 나타낸 도면이다.
도 4b를 참조하면, LTE 시스템의 무선 프로토콜은 단말과 ENB에서 각각 PDCP(Packet Data Convergence Protocol, 4b-05, 4b-40), RLC(Radio Link Control, 4b-10, 4b-35), MAC(Medium Access Control, 4b-15, 4b-30)으로 이루어진다. PDCP(4b-05, 4b-40)는 IP 헤더 압축/복원 등의 동작을 담당하고, 무선 링크 제어(Radio Link Control, 이하 RLC라고 한다, 4b-10, 4b-35)는 PDCP PDU(Packet Data Unit)를 적절한 크기로 재구성한다. MAC(4b-15, 4b-30)은 한 단말에 구성된 여러 RLC 계층 장치들과 연결되며, RLC PDU들을 MAC PDU에 다중화하고 MAC PDU로부터 RLC PDU들을 역다중화하는 동작을 수행한다. 물리 계층(PHY, 4b-20, 4b-25)은 상위 계층 데이터를 채널 코딩 및 변조하고, OFDM 심벌로 만들어서 무선 채널로 전송하거나, 무선 채널을 통해 수신한 OFDM 심벌을 복조하고 채널 디코딩해서 상위 계층으로 전달하는 동작을 한다. 또한 물리 계층에서도 추가적인 오류 정정을 위해, HARQ(Hybrid ARQ)를 사용하고 있으며, 수신단에서는 송신단에서 전송한 패킷의 수신여부를 1 비트로 전송한다. 이를 HARQ ACK/NACK 정보라 한다. 업링크 전송에 대한 다운링크 HARQ ACK/NACK 정보는 PHICH(Physical Hybrid-ARQ Indicator Channel) 물리 채널을 통해 전송되며 다운링크 전송에 대한 업링크 HARQ ACK/NACK 정보는 PUCCH(Physical Uplink Control Channel)이나 PUSCH(Physical Uplink Shared Channel) 물리 채널을 통해 전송될 수 있다.
본 도면에 도시하지 않았지만, 단말과 기지국의 PDCP 계층의 상위에는 각각 RRC (Radio Resource Control, 이하 RRC라고 한다) 계층이 존재하며, 상기 RRC 계층은 무선 자원 제어를 위해 접속, 측정 관련 설정 제어 메시지를 주고 받을 수 있다.
도 4c는 LTE 시스템에서 단말에서 기지국으로의 데이터 전송 과정을 도시한 도면이다.
LTE 시스템에서 RRC 연결이 설정되어 있지 않은 단말(4c-01)이 네트워크에 접속하려고 할 때, 랜덤 엑세스(Random Access) 과정을 수행한다. 단말(4c-01)은 기지국(4c-02)으로부터 방송되는 시스템 정보(SystemInformationBlockType2, SIB2)를 통해 랜덤 엑세스를 위한 파라미터들을 수신한다. 상기 시스템 정보에는 RACH 프리앰블 그룹 A에 속한 프리앰블 아이디 범위 정보, RACH 프리앰블 그룹 B에 속한 프리앰블 아이디 범위 정보, 단말(4c-01)의 전송 메시지 사이즈에 대한 임계값(THRES), 채널상태에 대한 오프셋(OFFSET) 정보를 포함한다. 3GPP 표준 TS 36.331에 상기 파라미터들에 대한 정확한 명칭이 기술되어 있으므로 이를 참조한다.
단말(4c-01)은 프리앰블 그룹과 프리앰블을 선택하면 이를 PRACH 자원에서 기지국(4c-02)에게 전송한다(4c-05). 기지국(4c-02)은 프리앰블을 수신 받으면 상기 수신한 프리앰블을 지시하는 프리앰블 아이디 정보(RAPID: Random Access Preamble ID), 업링크 타이밍을 조정하기 위한 타이밍 보정(TA: Timing Advance) 정보, RRCConnectionRequest 메시지(4c-15) 전송을 위한 업링크 자원할당 정보(UL grant), 임시 단말기 아이디 정보(Temporary C-RNTI) 등을 RACH 응답 메시지인 RAR(Random Access Response) 메시지를 통해 전송한다(4c-10). RAR 메시지에는 여러 프리앰블들에 대해 위에서 언급한 정보들을 함께 보낼 수 있다. 다시 말해, 한 RAR 메시지에는 다수의 RAPID, TA, UL grant, Temporary C-RNTI를 포함할 수 있다. 단말(4c-01)은 RAPID를 통해 자신을 위한 정보를 구분해 낼 수 있다. 만약 복수개의 단말(4c-01)들이 4c-05에서 같은 프리앰블을 사용하였다면 충돌이 발생할 수 있으며 이 충돌 상황에서 정확히 어떤 단말(4c-01)로부터 전송을 수신했는지 확실히 알려주기 위해 기지국(4c-02)은 RRCConnectionRequest 메시지(4c-15)를 통해 수신 받았었던 단말기 고유 아이디 정보(S-TMSI)나 임의 숫자(Random number) 정보를 포함하는 충돌해결 메시지(RRCConnectionSetup, 4c-20)를 단말(4c-01)에게 전송한다. 4c-05에서 같은 프리앰블을 사용한 복수개의 단말들은 RRCConnectionSetup 메시지(4c-20)를 수신 받아 상기 여기에 포함되어 있는 단말기 고유 아이디 정보나 임의 숫자 정보가 4c-15에서 자신이 전송했었던 값과 동일한지를 체크하여 만약 동일하다면 차후 RRC connection establishment 과정을 계속하고 만약 틀리면 RACH 과정을 재시작한다.
RRC connection establishment 과정에서 단말(4c-01)은 상기 랜덤 액세스 과정을 통해서 기지국(4c-02)과 역방향 전송 동기를 수립하고 RRCConnectionRequest 메시지(4c-15)를 기지국(4c-02)으로 전송한다. 상기 메시지에는 단말(4c-01)의 식별자와 연결을 설정하고자 하는 이유 등이 수납된다. 기지국(4c-02)은 단말(4c-01)이 RRC 연결을 설정하도록 충돌 해결 메시지와 함께 RRCConnectionSetup 메시지를 전송한다(4c-20). 상기 메시지에는 RRC 연결 구성 정보 등이 수납된다. RRC 연결은 SRB(Signaling Radio Bearer)라고도 하며, 단말(4c-01)과 기지국(4c-02) 사이의 제어 메시지인 RRC 메시지 송수신에 사용된다. RRC 연결을 설정한 단말(4c-01)은 RRCConnetionSetupComplete 메시지를 기지국으로 전송한다(4c-25). 상기 메시지에는 단말(4c-01)이 소정의 서비스를 위한 베어러 설정을 MME(4c-03)에게 요청하는 SERVICE REQUEST라는 제어 메시지가 포함되어 있다. 기지국(4c-02)은 RRCConnetionSetupComplete 메시지에 수납된 SERVICE REQUEST 메시지를 MME(4c-03)로 전송하고(4c-30), MME(4c-03)는 단말(4c-01)이 요청한 서비스를 제공할지 여부를 판단한다. 판단 결과 단말이 요청한 서비스를 제공하기로 결정하였다면 MME(4c-03)는 기지국(4c-02)에게 INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST라는 메시지를 전송한다(4c-35). 상기 메시지에는 DRB(Data Radio Bearer) 설정 시 적용할 QoS(Quality of Service) 정보, 그리고 DRB에 적용할 보안 관련 정보(예를 들어 Security Key, Security Algorithm) 등의 정보가 포함된다. 기지국(4c-02)은 단말(4c-01)과 보안을 설정하기 위해서 SecurityModeCommand 메시지(4c-40)와 SecurityModeComplete 메시지(4c-45)를 교환한다. 상기의 과정을 통해 보안 설정이 완료되면 기지국(4c-02)은 단말(4c-01)에게 RRCConnectionReconfiguration 메시지를 전송한다(4c-50). 상기 메시지에는 사용자 데이터가 처리될 DRB의 설정 정보가 포함되며, 단말(4c-01)은 상기 정보를 적용해서 DRB를 설정하고 기지국(4c-02)에게 RRCConnectionReconfigurationComplete 메시지를 전송한다(4c-55). 단말(4c-01)과 DRB 설정을 완료한 기지국(4c-02)은 MME(4c-03)에게 INITIAL CONTEXT SETUP COMPLETE 메시지를 전송하고(4c-60), 이를 수신한 MME(4c-03)는 S-GW(4c-04)와 S1 베어러를 설정하기 위해서 S1 BEARER SETUP 메시지와 S1 BEARER SETUP RESPONSE 메시지를 교환한다(4c-65, 4c-70). S1 베어러는 S-GW(4c-04)와 기지국(4c-02) 사이에 설정되는 데이터 전송용 연결이며 DRB와 1대 1로 대응된다. 상기 과정이 모두 완료되면 단말(4c-01)은 기지국(4c-02)과 S-GW(4c-04)를 통해 데이터를 송수신한다(4c-75, 4c-80).
도 4d는 LTE 시스템의 AS security에서의 암호화 과정에 대해 도시한 도면이다.
도 4d를 참조하면, 단말에서 생성된 사용자의 업링크 데이터에 대해 암호화를 수행하고, 기지국에게 전달된 후 복호화되는 일련의 과정이 나타나 있다. 여기서 역방향(다운링크)의 암호화/복호화 동작도 동일하게 적용할 수 있기 때문에 본 도면에서는 생략하였다. LTE에서는 AS security가 활성화(activate) 되기 전까지는 모든 패킷이 암호화(ciphering) 되지 않은 상태로 전달되고, AS security가 활성화(activate)되고 난 후에는 모든 트래픽(CP와 UP 데이터)이 암호화(ciphering) 되어 전송된다. 즉, 단말과 기지국이 SecurityModeCommand 메시지와 SecurityModeComplete 메시지를 교환하고 보안 설정이 완료되면 단말과 기지국이 주고 받는 RRC 메시지는 모두 무결성(integrity) 보호 및 암호화되어 전송되고, IP 패킷은 암호화되어 전송된다.
AS security setup 후에 단말은 업링크 데이터가 발생하게 되면(4d-05), 단말의 암호화를 위한 키생성 알고리즘(EPS Encryption Algorithm, 4d-15)을 통해 얻은 키 스트림 블록(key stream block)과 순수한 업링크 데이터 블록을 배타적 논리연산(exclusive or, 4d-20)하여 암호화된 사용자 패킷(ciphered user packet)을 생성시킨다. 여기서 암호화를 위한 키 스트림 블록은 KeNB로부터 구해진 사용자 평면의 암호화를 위한 키(KUPenc, 4d-10)와 COUNT(32 bit 상향 NAS count 값), Bearer(베어러 ID), Direction(메시지 전달 방향, 0: 업링크, 1: 다운링크), Length(키 스트림 블록의 길이)와 같은 파라미터들을 입력으로 한 키생성 알고리즘을 수행한 뒤 얻을 수 있다. 기지국에서는 단말에서 암호화한 사용자 데이터 패킷을 수신하여, 단말에서 적용한 키생성 알고리즘과 같은 것을 수행하여 암호화에 사용한 것과 같은 키 스트림 블록을 생성시켜 배타적 논리연산을 수행한다(4d-35). 단말에서의 알고리즘 수행과 마찬가지로 기지국에서도 KeNB로부터 구해진 사용자 평면의 암호화를 위한 키(KUPenc, 4d-10)와 COUNT(32 bit 상향 NAS count 값), Bearer(베어러 ID), Direction(메시지 전달 방향, 0: 업링크, 1: 다운링크), Length(키 스트림 블록의 길이)를 입력 파라미터로 하여 암호화를 위한 키 스트림 블록을 얻을 수 있다.
만약, 상기의 LTE 시스템과 같이 모든 데이터 패킷을 암호화하여 전달하는 시스템에서 데이터 전송률이 높아지면 수신단에서의 암호화된 데이터 패킷을 복호하는데 필요한 프로세싱 로드(processing load)가 증가하게 되고, 이는 시스템의 성능에 영향을 준다. 또한, 복잡도를 줄이기 위해 사용자 데이터에 대해 암호화를 수행하지 않으면 security에 심각한 영향을 주게 된다. 그러므로 높은 데이터 전송률을 지원해야 하고 적절한 보안등급이 필요한 데이터 전송을 위해서는, 프로세싱 로드(processing load)를 감소하고 전체 데이터 패킷에 대해 암호화를 하는 경우와 동등한 수준의 보안등급을 유지하기 위한 새로운 암호화/복호화 기법이 필요할 수 있다. 이와 같은 동작은 LTE 이후의 차세대 이동통신 시스템(New RAT, NR)에 적용할 수 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 DRB 및 데이터 패킷에 따라 암호화 여부를 결정한 후 선택적으로 암호화를 수행하는 선택적 암호화(selective ciphering) 기법을 제안한다. 본 발명은 LTE 망에서와 같이 모든 데이터를 암호화(ciphering)하여 전송하는 제 1방법과 DRB의 종류 및 기지국의 지시에 따라 선택적으로 암호화(ciphering)하여 데이터 패킷을 전송하는 제 2방법으로 구성된다. 한 시스템 내에서도 제 1방법과 제 2방법이 동시에 사용될 수 있으며, 동작의 구분은 DRB별로 결정될 수 있다. 실시 예로써, LTE와 같은 수준의 데이터 전송률 및 보완등급이 필요한 서비스에 대해서는 해당 DRB에 제 1방법이 적용되도록 한다. 또 다른 실시 예로써, 높은 데이터 전송률이 필요한 서비스에 대해서는 해당 DRB에 제 2방법이 적용되도록 한다. 이는 수신시의 복호화(decryption) 복잡도를 줄이기 위한 목적으로도 설명될 수 있다. 상기 제 1방법과 제 2방법의 선택은 기지국이 단말에게 RRC 시그널링을 통해 지시할 수 있으며, 미리 정의된 규칙(DRB 및 서비스의 종류에 따른 방법 선택)에 따라 결정될 수도 있다. 암호화 키를 모르는 해커의 입장에서는 모든 패킷이 암호화되어 있는 경우와 일부 패킷이 암호화되고 일부는 순수한 텍스트(plain text)로 전송되는 경우에 대한 해킹의 난이도는 유사할 수 있다. 이는 해커 입장에서 어느 패킷이 암호화된 것이고, 어느 패킷이 순수한 텍스트(plain text)인지 모르기 때문이다. 특히 암호화 패턴(ciphering pattern)이 복잡할수록 이런 경향은 늘어날 것이다.
제 2방법인 선택적 암호화(selective ciphering)를 사용하기로 결정된 DRB에 대해서는, 일부의 데이터 패킷은 암호화(ciphering)하고 나머지 데이터 패킷은 순수한 텍스트(plain text)로 전송함을 원칙으로 한다. 선택적 암호화(selective ciphering)는 해당 DRB로 전달되는 PDCP SN(sequence number)를 체크해서 암호화(ciphering) 여부를 결정하는 제 1단계, 암호화(ciphering)가 결정된 패킷에 대해, 암호화 키생성 알고리즘으로 생성된 키 스트림 블록(key stream block)과의 배타적 논리연산을 통해 실제 암호화를 수행하는 제 2단계, 그리고 제 1단계에서 암호화(ciphering)하지 않도록 지시된 패킷과 제 2단계를 통해 암호화(ciphering)된 패킷을 연접(concatenation)하여 데이터 패킷을 재구성하는 제 3단계로 구성된다. 상기의 단계를 통해 생성된 선택적 암호화(selective ciphering)된 사용자의 데이터 패킷이 무선 자원을 통해 전달된다. 수신단에서는 송신단에서의 암호화(ciphering) 단계를 역으로 적용하여 선택적 복호화(selective deciphering)를 수행할 수 있다.
도 4e는 본 발명에서 제안하는 선택적 암호화 동작을 도시한 도면이다.
도 4e를 참조하면, 단말에서 생성된 사용자의 업링크 데이터에 대해 선택적 암호화를 수행한 뒤, 기지국에게 전달된 후 복호화되는 일련의 과정이 나타나 있다. 여기서 역방향(다운링크)의 암호화/복호화 동작도 동일하게 적용할 수 있기 때문에 본 도면에서는 생략하였다.
단말에서 발생한 데이터 패킷의 종류 혹은 서비스의 종류에 따라 기지국은 단말에게 해당 데이터들을 위한 DRB가 제 1방법으로 동작할지 제 2방법으로 동작할지 결정한다(4e-05). 여기서 제 1방법과 제 2방법의 선택은 기지국이 단말에게 RRC 시그널링을 통해 지시할 수 있으며, 미리 정의된 규칙(DRB 및 서비스의 종류에 따른 방법 선택)에 따라 결정될 수도 있다. 제 2방법으로 동작이 결정된 데이터 패킷이 수신될 경우, DRB setup 절차 동안에 수신한 mixing pattern을 사용하여 암호화할 패킷을 결정한다(제 1단계, 4e-10). 여기서 mixing pattern은 요구되는 보안등급 및 복잡도에 따라 가변적인 값(2n 비트맵)을 가질 수 있으며, 기지국이 RRC 시그널링으로 mixing pattern을 직접 전달하거나 미리 정해진 mixing pattern 테이블의 식별자를 전달하여 지시할 수 있다. 수신한 mixing pattern의 비트맵의 각 비트는 입력 PDCP SN의 LSB n 비트와 매핑된다. 예를 들어, 8 비트의 mixing pattern 10101100이 수신되었다면, PDCP SN의 LSB 3 비트가 000 (decimal 0), 010 (decimal 2), 100 (decimal 4) 혹은 101 (decimal 5)인 경우에는 해당 PDCP 데이터 패킷에 대해 암호화(ciphering)를 수행하고, 001(decimal 1), 011 (decimal 3), 110 (decimal 6) 혹은 111 (decimal 7)의 경우에는 해당 PDCP 데이터 패킷에 대해 암호화(ciphering)하지 않는다. 또한, count_reverting 값을 정의해서 mixing pattern이 사용된 횟수가 count_reverting에 도달하게 되면 mixing pattern 비트맵을 뒤집어서 사용하도록 한다. 이는 새로운 mixing pattern을 수신하는 절차를 대신할 수 있고, mixing pattern을 업데이트 하지 않는 경우와 비교해서는 보안 성능을 높일 수 있다. count_reverting 값 역시, 기지국이 DRB setup 단계에서 단말에게 직접 전달하거나, 미리 결정된 count_reverting 테이블 값의 식별자를 통해 지시할 수 있다. 상기와 같은 제 1단계에서 암호화된 텍스트 블록에 대해, 제 2 단계에서는 LTE 기반의 키생성 알고리즘(4e-20) 혹은 새로운 형태의 키생성 알고리즘(4e-20)을 통해 얻어진 키 스트림 블록(key stream block)을 적용해서 암호화한다(배타적 논리연산, 4e-25). 키생성 알고리즘의 입력으로는 단말에서 생성한 암호화 키(KUPenc, 4e-15)와 암호화 알고리즘에 필요한 파라미터들, 예를들어 LTE 시스템에서의 COUNT, Bearer, Direction, Length이 포함될 수 있다. 제 3단계에서는 앞서 제 1단계에서 암호화(ciphering)하지 않도록 지시된 패킷과 제 2단계를 통해 암호화(ciphering)된 패킷을 연접(concatenation)하여 데이터 패킷을 재구성한다(4e-30). 상기의 단계를 통해 생성된 선택적 암호화(selective ciphering)된 사용자의 데이터 패킷이 무선 자원을 통해 전달된다. 수신단에서는 송신단에서의 암호화(ciphering) 단계를 역으로 적용하여 선택적 복호화(selective deciphering)를 수행할 수 있다. 먼저 4e-35에서 PDCP SN과 mixing pattern을 비교해서 암호화된 패킷과 순수한 패킷을 구분한다. 암호화(ciphering)된 패킷에 대해서는 단말에서 암호화(ciphering)할 때 사용한 키 스트림 블록(key stream block)을 재생성해서 원래의 데이터 패킷으로 복호화한다(4e-50). 키 스트림 블록(key stream block)을 재생성하는데 사용되는 키생성 알고리즘의 입력으로는 기지국에서 생성한 암호화 키(KUPenc, 4e-40)와 암호화 알고리즘에 필요한 파라미터들, 예를들어 LTE 시스템에서의 COUNT, Bearer, Direction, Length이 포함될 수 있다. 4e-55에서 암호화(ciphering)되지 않았다고 판단된 패킷과 암호화 되었지만 복호화를 통해 구해진 패킷을 연접(concatenation)하여 원래의 데이터 패킷으로 복구한다(4e-60).
도 4f는 본 발명에서 제안하는 선택적 암호화(selective ciphering) 제 1동작을 설명하기 위한 도면이다.
단말과 기지국 사이의 데이터 전송을 위한 메시지 전달 과정에서, 본 발명에서 제안하는 선택적 암호화(selective ciphering) 제 1동작을 위한 설정 정보 및 파라미터가 포함된 동작을 제안한다. 선택적 암호화(selective ciphering) 제 1동작은 기지국이 DRB setup 절차가 진행되는 동안 패킷의 암호화 여부를 결정하는 mixing pattern과 패턴 반복 횟수(count_reverting) 등의 파라미터들을 RRC 시그널링으로 직접 전달하는 동작이다. 또한, 선택적 암호화(selective ciphering) 제 1동작은 선택적 암호화를 수행하기로 결정된 DRB에 대해 적용된다(상기에 설명한 제 2방법에 해당).
RRC connection establishment 과정에서 단말(4f-01)은 랜덤 액세스 과정을 통해서 기지국(4f-02)과 역방향 전송 동기를 수립하고 RRCConnectionRequest 메시지(4f-05)를 기지국(4f-02)으로 전송한다. 상기 메시지에는 단말(4f-01)의 식별자와 연결을 설정하고자 하는 이유 등이 수납된다. 기지국(4f-02)은 단말(4f-01)이 RRC 연결을 설정하도록 충돌 해결 메시지와 함께 RRCConnectionSetup 메시지를 전송한다(4f-10). 상기 메시지에는 RRC 연결 구성 정보 등이 수납된다. RRC 연결은 SRB(Signaling Radio Bearer)라고도 하며, 단말(4f-01)과 기지국(4f-02) 사이의 제어 메시지인 RRC 메시지의 송수신에 사용된다. RRC 연결을 설정한 단말(4f-01)은 RRCConnetionSetupComplete 메시지를 기지국으로 전송한다(4f-15). 상기 메시지에는 단말(4f-01)이 소정의 서비스를 위한 베어러 설정을 MME(4f-03)에게 요청하는 SERVICE REQUEST라는 제어 메시지가 포함되어 있다. 기지국(4f-02)은 RRCConnetionSetupComplete 메시지에 수납된 SERVICE REQUEST 메시지를 MME(4f-03)로 전송하고(4f-20), MME(4f-03)는 단말(4f-01)이 요청한 서비스를 제공할지 여부를 판단한다. 판단 결과 단말이 요청한 서비스를 제공하기로 결정하였다면 MME(4f-03)는 기지국(4f-02)에게 INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST라는 메시지를 전송한다(4f-25). 상기 메시지에는 DRB(Data Radio Bearer) 설정 시 적용할 QoS(Quality of Service) 정보, UE capability 정보, 그리고 DRB에 적용할 보안 관련 정보(예를 들어 Security Key, Security Algorithm) 등의 정보가 포함된다.
기지국(4f-02)은 단말(4f-01)과 보안을 설정하기 위해서 SecurityModeCommand 메시지(4f-30)와 SecurityModeComplete 메시지(4f-35)를 교환한다. 상기의 과정을 통해 보안 설정이 완료되면 기지국(4f-02)은 단말(4f-01)에게 RRCConnectionReconfiguration 메시지를 전송한다(4f-40). 상기 메시지에는 사용자 데이터가 처리될 DRB의 설정 정보가 DRB-ToAddMod에 포함되며, 제 1방법(full ciphering)과 제 2방법(selective ciphering)의 동작을 결정하는 지시자가 이에 해당한다. 또한, DRB-ToAddMod에는 제 2방법(selective ciphering)의 동작을 지시하는 지시자의 세부 설정으로, 본 발명에서 제안하는 선택적 암호화를 위한 설정 정보(mixing pattern, count_reverting)가 포함될 수 있다. 즉, 기지국은 단말에게 필요한 서비스나 DRB의 종류에 따라 미리 정해진 규칙 혹은 적절한 선택적 암호화 설정 정보(mixing pattern, count_reverting)를 할당할 수 있다. 여기서 mixing pattern과 count_reverting은 요구되는 보안등급 및 복잡도에 따라 각각 가변적인 값(2n 비트맵, 상수)을 가질 수 있다.
단말(4f-01)은 기지국으로부터 전달받은 DRB 설정 정보 및 선택적 암호화를 위한 설정 정보를 적용해서 DRB를 설정하고 기지국(4f-02)에게 RRCConnectionReconfigurationComplete 메시지를 전송한다(4f-55). 단말(4f-01)과 DRB 설정을 완료한 기지국(4f-02)은 MME(4f-03)에게 INITIAL CONTEXT SETUP COMPLETE 메시지를 전송하고(4f-50), 이를 수신한 MME(4f-03)는 S-GW(4f-04)와 S1 베어러를 설정하기 위해서 S1 BEARER SETUP 메시지와 S1 BEARER SETUP RESPONSE 메시지를 교환한다(4f-55, 4f-60). S1 베어러는 S-GW(4f-04)와 기지국(4f-02) 사이에 설정되는 데이터 전송용 연결이며 DRB와 1대 1로 대응된다. 상기 과정이 모두 완료되면 단말(4f-01)은 상기의 선택적 암호화 설정을 적용하여, 기지국(4f-02)과 S-GW(4f-04)를 통해 데이터를 송수신한다(4f-65, 4f-70).
도 4g는 본 발명에서 제안하는 선택적 암호화 제 2동작을 설명하기 위한 도면이다.
단말과 기지국 사이의 데이터 전송을 위한 메시지 전달 과정에서, 본 발명에서 제안하는 선택적 암호화(selective ciphering) 제 2동작을 위한 설정 정보 및 파라미터가 포함된 동작을 제안한다. 선택적 암호화(selective ciphering) 제 2동작은 기지국이 패킷의 암호화 여부를 결정하는 mixing pattern과 패턴 반복 횟수(count_reverting) 등의 파라미터들을 RRCConnectionReconfiguration 메시지에 테이블로 전달한다. 해당 테이블은 암호화 패턴에 사용되는 비트, 혹은 복잡도에 따라 종류별로 나열되고, DRB setup 절차가 진행되는 동안 해당 DRB에 사용될 mixing pattern을 미리 정해진 테이블의 식별자를 전달하여 지시한다. 여기서 count_reverting 값은 테이블로 미리 정해질 수 있고, 임의의 상수 값을 직접 지정할 수도 있다. 마찬가지로, 선택적 암호화(selective ciphering) 제 2동작은 선택적 암호화를 수행하기로 결정된 DRB에 대해 적용된다(상기에 설명한 제 2방법에 해당).
RRC connection establishment 과정에서 단말(4g-01)은 랜덤 액세스 과정을 통해서 기지국(4g-02)과 역방향 전송 동기를 수립하고 RRCConnectionRequest 메시지(4g-05)를 기지국(4g-02)으로 전송한다. 상기 메시지에는 단말(4g-01)의 식별자와 연결을 설정하고자 하는 이유 등이 수납된다. 기지국(4g-02)은 단말(4g-01)이 RRC 연결을 설정하도록 충돌 해결 메시지와 함께 RRCConnectionSetup 메시지를 전송한다(4g-10). 상기 메시지에는 RRC 연결 구성 정보 등이 수납된다. RRC 연결은 SRB(Signaling Radio Bearer)라고도 하며, 단말(4g-01)과 기지국(4g-02) 사이의 제어 메시지인 RRC 메시지의 송수신에 사용된다. RRC 연결을 설정한 단말(4g-01)은 RRCConnetionSetupComplete 메시지를 기지국으로 전송한다(4g-15). 상기 메시지에는 단말(4g-01)이 소정의 서비스를 위한 베어러 설정을 MME(4g-03)에게 요청하는 SERVICE REQUEST라는 제어 메시지가 포함되어 있다. 기지국(4g-02)은 RRCConnetionSetupComplete 메시지에 수납된 SERVICE REQUEST 메시지를 MME(4g-03)로 전송하고(4g-20), MME(4g-03)는 단말(4g-01)이 요청한 서비스를 제공할지 여부를 판단한다. 판단 결과 단말이 요청한 서비스를 제공하기로 결정하였다면 MME(4g-03)는 기지국(4g-02)에게 INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST라는 메시지를 전송한다(4g-25). 상기 메시지에는 DRB(Data Radio Bearer) 설정 시 적용할 QoS(Quality of Service) 정보, UE capability 정보, 그리고 DRB에 적용할 보안 관련 정보(예를 들어 Security Key, Security Algorithm) 등의 정보가 포함된다.
기지국(4g-02)은 단말(4g-01)과 보안을 설정하기 위해서 SecurityModeCommand 메시지(4g-30)와 SecurityModeComplete 메시지(4g-35)를 교환한다. 상기의 과정을 통해 보안 설정이 완료되면 기지국(4g-02)은 단말(4g-01)에게 RRCConnectionReconfiguration 메시지를 전송한다(4g-40). 상기 메시지에는 패킷의 암호화 여부를 결정하는 mixing pattern과 패턴 반복 횟수(count_reverting) 등의 파라미터들이 테이블로 전달된다. 해당 테이블은 암호화 패턴에 사용되는 비트, 혹은 복잡도에 따라 종류별로 나열되고, DRB setup 절차가 진행되는 동안(DRB-ToAddMod에 포함) 해당 DRB가 제 1방법(full ciphering)으로 동작할지 제 2방법(selective ciphering)으로 동작할지를 결정하는 지시자가 전달된다. 또한, 제 2방법(selective ciphering)으로 동작을 지시하는 지시자의 세부 설정으로, 선택적 암호화에 사용될 mixing pattern과 패턴 반복 횟수(count_reverting)의 테이블 식별자가 전달된다. 즉, 상기 RRCConnectionReconfiguration 메시지에는 사용자 데이터가 처리될 DRB의 설정 정보가 DRB-ToAddMod에 포함되며, 본 발명에서 제안하는 선택적 암호화를 위한 설정 정보(mixing pattern, count_reverting)도 DRB-ToAddMod에 포함될 수 있다. 기지국은 단말에게 필요한 서비스나 DRB의 종류에 따라 미리 정해진 규칙 혹은 적절한 선택적 암호화 설정 정보(mixing pattern, count_reverting)를 할당할 수 있다. 여기서 mixing pattern과 count_reverting의 테이블은 요구되는 보안등급 및 복잡도에 따른 모든 옵션을 고려하여 리스트로 전달된다. 예를 들어 아래와 같은 방식으로 선택적 암호화에 사용되는 mixing pattern과 count_reverting을 정의할 수 있다.
Table 1. Example of the table for mixing pattern
Figure pat00001
Table 2. Example of the table for count_reverting
Figure pat00002
단말(4g-01)은 기지국으로부터 전달받은 DRB 설정 정보 및 선택적 암호화를 위한 설정 정보를 적용해서 DRB를 설정하고 기지국(4g-02)에게 RRCConnectionReconfigurationComplete 메시지를 전송한다(4g-55). 단말(4g-01)과 DRB 설정을 완료한 기지국(4g-02)은 MME(4g-03)에게 INITIAL CONTEXT SETUP COMPLETE 메시지를 전송하고(4g-50), 이를 수신한 MME(4g-03)는 S-GW(4g-04)와 S1 베어러를 설정하기 위해서 S1 BEARER SETUP 메시지와 S1 BEARER SETUP RESPONSE 메시지를 교환한다(4g-55, 4g-60). S1 베어러는 S-GW(4g-04)와 기지국(4g-02) 사이에 설정되는 데이터 전송용 연결이며 DRB와 1대 1로 대응된다. 상기 과정이 모두 완료되면 단말(4g-01)은 상기의 선택적 암호화 설정을 적용하여, 기지국(4g-02)과 S-GW(4g-04)를 통해 데이터를 송수신한다(4g-65, 4g-70).
도 4h는 본 발명에서 제안하는 선택적 암호화가 적용되는 단말의 동작을 도시한 도면이다.
본 발명에서 사용되는 단말과 기지국은, 기존의 LTE 단말과 기지국일 수도 있고, 차세대 이동통신(New RAT, NR)을 위한 새로운 단말과 기지국일 수 있다. 먼저, 이동통신 망에 접속하고자 하는 단말이 해당 사업자가 제공하는 망에 접속해서 서비스를 받기 위해 연결이 가능한지 확인하는 인증(authentication) 단계를 거친다(4h-05). 4h-10에서 단말과 기지국이 데이터를 주고 받기 위해 RRC 연결을 한다. 4h-15에서 단말은 기지국과 보안을 설정하기 위해서 SecurityModeCommand 메시지와 SecurityModeComplete 메시지를 교환한다. 상기의 과정을 통해 AS security가 활성화(activate)되고 SRB1이 생성되기 때문에, 이후에 수신되는 RRC 제어 메시지들은 암호화(ciphering)되어서 전달된다. 보안 설정이 완료되면 단말은 DRB를 셋업하기 위해 기지국으로부터 RRCConnectionReconfiguration 메시지를 수신한다(4h-20). 상기 메시지에는 패킷의 암호화 여부를 결정하는 mixing pattern과 패턴 반복 횟수(count_reverting) 등의 파라미터들이 암호화 패턴에 사용되는 비트 수 혹은 복잡도에 따라 종류별로 테이블로 정의될 수 있다. 또한, DRB setup 절차가 진행되는 동안(DRB-ToAddMod에 포함) 해당 DRB가 제 1방법(full ciphering)으로 동작할지 제 2방법(selective ciphering)으로 동작할지를 결정하는 지시자가 이에 포함된다. 만약, 제 2방법(selective ciphering) 동작을 지시하는 지시자가 포함된다면, 세부 설정으로 선택적 암호화에 사용될 mixing pattern 및 패턴 반복 횟수(count_reverting)의 테이블 식별자가 전달될 수 있다. 만약, RRCConnectionReconfiguration 메시지에 선택적 암호화를 위한 mixing pattern 테이블이 설정되지 않았을 경우, 본 발명에서 제안하는 선택적 암호화를 위한 설정 정보(mixing pattern, count_reverting)가 DRB-ToAddMod에 포함될 수 있다. 즉, 단말은 기지국으로부터 서비스나 DRB의 종류에 따라 미리 정해진 규칙 혹은 적절한 선택적 암호화 설정 정보(mixing pattern, count_reverting)를 수신할 수 있다.
단말은 RRCConnectionReconfiguration 메시지의 DRB-ToAddMod에 포함된 ciphering 타입 지시자를 확인하여 추후의 동작을 결정할 수 있다(4h-25). ciphering 타입 지시자가 제 1방법(full ciphering)을 지시하면, 단말은 기존 LTE처럼 모든 데이터 패킷에 대해 ciphering을 수행한 후(4h-30), 데이터를 전송한다(4h-35). 제 2방법인 선택적 암호화(selective ciphering)를 사용하기로 결정된 DRB에 대해서는, 일부의 데이터 패킷은 암호화(ciphering)하고 나머지 데이터 패킷은 순수한 텍스트(plain text)로 전송함을 원칙으로 한다. 만약, ciphering 타입 지시자가 제 2방법(selective ciphering)을 지시하면, 단말은 4h-20 단계에서 수신한 mixing pattern과 PDCP SN의 매핑 규칙에 따라 ciphering이 필요한 패킷을 선별한다(4h-40). 이는 앞서 설명한 선택적 암호화의 제 1단계(4h-40)에 해당한다. 선택적 암호화의 제 2단계(4h-45)에서는 암호화(ciphering)가 결정된 패킷에 대해, 암호화 키생성 알고리즘으로 생성된 키 스트림 블록(key stream block)과의 배타적 논리연산을 통해 실제 암호화를 수행한다. 이때 암호화(ciphering)에 사용되는 키 스트림 블록(key stream block)은 LTE에서의 방법으로 구해지는 것이거나, 새로운 형태의 키생성 알고리즘으로 구해지는 것일 수 있다. 암호화에 사용되는 키를 결정하는 방법은 3GPP TS 33.401, “3GPP System Architecture Evolution (SAE); Security Architecture” 문서를 참고한다. 선택적 암호화의 제 3단계(4h-50)에서는 제 1단계(4h-40)에서 암호화(ciphering)하지 않도록 지시된 패킷과 제 2단계(4h-45)를 통해 암호화(ciphering)된 패킷을 연접(concatenation)하여 데이터 패킷을 재구성하고, 선택적 암호화가 적용된 데이터 패킷을 전송한다(4h-55).
도 4i는 본 발명의 실시 예에 따른 단말의 블록 구성을 나타낸 도면이다.
도 4i에서 도시되는 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 단말은 송수신부(4i-05), 제어부(4i-10), 다중화 및 역다중화부(4i-15), 각 종 상위 계층 처리부(4i-20, 4i-25), 제어 메시지 처리부(4i-30)를 포함한다. 상기 송수신부(4i-05)는 서빙 셀의 순방향 채널로 데이터 및 소정의 제어 신호를 수신하고 역방향 채널로 데이터 및 소정의 제어 신호를 전송한다. 다수의 서빙 셀이 설정된 경우, 송수신부(4i-05)는 상기 다수의 서빙 셀을 통한 데이터 송수신 및 제어 신호 송수신을 수행한다. 다중화 및 역다중화부(4i-15)는 상위 계층 처리부(4i-20, 4i-25)나 제어 메시지 처리부(4i-30)에서 발생한 데이터를 다중화하거나 송수신부(4i-05)에서 수신된 데이터를 역다중화해서 적절한 상위 계층 처리부(4i-20, 4i-25)나 제어 메시지 처리부(4i-30)로 전달하는 역할을 한다. 제어 메시지 처리부(4i-30)는 기지국으로부터의 제어메시지를 송수신하여 필요한 동작을 취한다. 여기에는 RRC 메시지 및 MAC CE와 같은 제어 메시지를 처리하는 기능을 포함한다. 상위 계층 처리부(4i-20, 4i-25)는 DRB 장치를 의미하며 서비스 별로 구성될 수 있다. FTP(File Transfer Protocol)나 VoIP(Voice over Internet Protocol) 등과 같은 사용자 서비스에서 발생하는 데이터를 처리해서 다중화 및 역다중화부(4i-15)로 전달하거나 상기 다중화 및 역다중화부(4i-15)로부터 전달된 데이터를 처리해서 상위 계층의 서비스 어플리케이션으로 전달한다. 제어부(4i-10)는 송수신부(4i-05)를 통해 수신된 스케줄링 명령, 예를 들어 역방향 그랜트들을 확인하여 적절한 시점에 적절한 전송 자원으로 역방향 전송이 수행되도록 송수신부(4i-05)와 다중화 및 역다중화부(4i-15)를 제어한다. 한편, 상기에서는 단말이 복수 개의 블록들로 구성되고 각 블록이 서로 다른 기능을 수행하는 것으로 기술되었지만, 이는 일 실시 예에 불과할 뿐 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 역다중화부(4i-15)가 수행하는 기능을 제어부(4i-10) 자체가 수행할 수도 있다.
도 4j는 본 발명의 실시 예에 따른 기지국의 블록 구성을 나타낸 도면이다.
도 4j에서 도시되는 바와 같이, 본 발명의 기지국은 송수신부(4j-05), 제어부(4j-10), 스케줄러(4j-15), 다중화 및 역다중화부(4j-20), 각종 상위 계층 처리부(4j-25, 4j-30), 제어 메시지 처리부(4j-35)를 포함할 수 있다.
송수신부(4j-05)는 순방향 캐리어로 데이터 및 소정의 제어 신호를 전송하고 역방향 캐리어로 데이터 및 소정의 제어 신호를 수신한다. 다수의 캐리어가 설정된 경우, 송수신부(4j-05)는 상기 다수의 캐리어로 데이터 송수신 및 제어 신호 송수신을 수행한다. 다중화 및 역다중화부(4j-20)는 상위 계층 처리부(4j-25, 4j-30)나 제어 메시지 처리부(4j-35)에서 발생한 데이터를 다중화하거나 송수신부(4j-05)에서 수신된 데이터를 역다중화해서 적절한 상위 계층 처리부(4j-25, 4j-30)나 제어 메시지 처리부(4j-35), 혹은 제어부 (4j-10)로 전달하는 역할을 한다. 제어 메시지 처리부(4j-35)는 단말이 전송한 RRC 메시지나 MAC CE 등과 같은 제어 메시지를 처리해서 필요한 동작을 취하거나, 단말에게 전달할 제어 메시지를 생성해서 하위 계층으로 전달한다. 상위 계층 처리부(4j-25, 4j-30)는 단말 별 서비스 별로 구성될 수 있으며, FTP(File Transfer Protocol)나 VoIP(Voice over Internet Protocol) 등과 같은 사용자 서비스에서 발생하는 데이터를 처리해서 다중화 및 역다중화부(4j-20)로 전달하거나 다중화 및 역다중화부(4j-20)로부터 전달한 데이터를 처리해서 상위 계층의 서비스 어플리케이션으로 전달한다. 스케줄러(4j-15)는 단말의 버퍼 상태, 채널 상태, 단말의 활성 시간(Active Time) 및 서비스 요청 등을 고려해서 단말에게 적절한 시점에 전송 자원을 할당하고, 송수신부(4j-05)에게 단말이 전송한 신호를 처리하거나 단말에게 신호를 전송하도록 처리한다.
상술한 본 발명의 구체적인 실시 예들에서, 발명에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다. 그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 본 발명이 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
<제5실시예>
이하 설명에서 사용되는 접속 노드(node)를 식별하기 위한 용어, 망 객체(network entity)들을 지칭하는 용어, 메시지들을 지칭하는 용어, 망 객체들 간 인터페이스를 지칭하는 용어, 다양한 식별 정보들을 지칭하는 용어 등은 설명의 편의를 위해 예시된 것이다. 따라서, 본 발명이 후술되는 용어들에 한정되는 것은 아니며, 동등한 기술적 의미를 가지는 대상을 지칭하는 다른 용어가 사용될 수 있다.
이하 설명의 편의를 위하여, 본 발명은 현재 존재하는 통신표준가운데 가장 최신의 표준인 3GPP LTE (5rd Generation Partnership Project Long Term Evolution) 규격에서 정의하고 있는 용어 및 명칭들을 사용한다. 하지만, 본 발명이 상기 용어 및 명칭들에 의해 한정되는 것은 아니며, 다른 규격에 따르는 시스템에도 동일하게 적용될 수 있다. 특히 본 발명은 3GPP NR (New Radio: 5세대 이동통신 표준)에 적용할 수 있다.
도 5a는 본 발명의 설명을 위해 참고로 하는 LTE 시스템의 구조를 도시하는 도면이다.
상기 도 5a를 참고하면, 상기 무선 통신 시스템은 여러 개의 기지국들(5a-05)(5a-10)(5a-15)(5a-20)과 MME (Mobility Management Entity)(5a-20) 및 S-GW(Serving-Gateway)(5a-30)로 구성된다. 사용자 단말(User Equipment, 이하 UE 또는 단말)(5a-35)은 기지국(5a-05)(5a-10)(5a-15)(5a-20) 및 S-GW(5a-30)을 통해 외부 네트워크에 접속한다.
상기 기지국들(5a-05)(5a-10)(5a-15)(5a-20)은 셀룰러 망의 접속 노드로서 망에 접속하는 단말들에게 무선 접속을 제공한다. 즉, 상기 기지국(5a-05)(5a-10)(5a-15)(5a-20)은 사용자들의 트래픽을 서비스하기 위해 단말들의 버퍼 상태, 가용 전송 전력 상태, 채널 상태 등의 상태 정보를 취합해서 스케쥴링을 하여 상기 단말들과 코어 망(CN, Core network)간에 연결을 지원한다. 상기 MME(5a-25)는 단말에 대한 이동성 관리 기능은 물론 각종 제어 기능을 담당하는 장치로 다수의 기지국들과 연결되며, S-GW(5a-30)는 데이터 베어러를 제공하는 장치이다. 또한, 상기 MME(5a-25) 및 S-GW(5a-30)는 망에 접속하는 단말에 대한 인증(authentication), 베어러(bearer) 관리 등을 더 수행할 수 있으며 상기 기지국(5a-05)(5a-10)(5a-15)(5a-20)으로부터 도착한 패킷 또는 상기 기지국(5a-05)(5a-10)(5a-15)(5a-20)으로 전달할 패킷을 처리한다.
도 5b는 본 발명의 설명을 위해 참고로 하는 LTE 시스템의 무선 프로토콜 구조를 나타낸 도면이다.
도 5b를 참조하면, LTE 시스템의 무선 프로토콜은 단말과 ENB에서 각각 PDCP(Packet Data Convergence Protocol)(5b-05)(5b-40), RLC(Radio Link Control)(5b-10)(5b-35), MAC (Medium Access Control)(5b-15)(5b-30)으로 이루어진다. PDCP(Packet Data Convergence Protocol)(5b-05)(5b-40)는 IP 헤더 압축/복원 등의 동작을 담당하고, 무선 링크 제어(Radio Link Control, 이하 RLC라고 한다)(5b-10)(5b-35)는 PDCP PDU(Packet Data Unit)를 적절한 크기로 재구성한다. MAC(5b-15)(5b-30)은 한 단말에 구성된 여러 RLC 계층 장치들과 연결되며, RLC PDU들을 MAC PDU에 다중화하고 MAC PDU로부터 RLC PDU들을 역다중화하는 동작을 수행한다. 물리 계층(5b-20)(5b-25)은 상위 계층 데이터를 채널 코딩 및 변조하고, OFDM 심벌로 만들어서 무선 채널로 전송하거나, 무선 채널을 통해 수신한 OFDM 심벌을 복조하고 채널 디코딩해서 상위 계층으로 전달하는 동작을 한다. 또한 물리 계층에서도 추가적인 오류 정정을 위해, HARQ (Hybrid ARQ) 를 사용하고 있으며, 수신단에서는 송신단에서 전송한 패킷의 수신여부를 1 비트로 전송한다. 이를 HARQ ACK/NACK 정보라 한다. 업링크 전송에 대한 다운링크 HARQ ACK/NACK 정보는 PHICH (Physical Hybrid-ARQ Indicator Channel) 물리 채널을 통해 전송되며 다운링크 전송에 대한 업링크 HARQ ACK/NACK 정보는 PUCCH (Physical Uplink Control Channel)이나 PUSCH (Physical Uplink Shared Channel) 물리 채널을 통해 전송될 수 있다.
HARQ 전송방식으로는 비동기식(asynchronous) HARQ와 동기식(synchronous) HARQ가 있다. 비동기식 HARQ는 (재)전송이 실패 시 그에 대한 재전송이 발생하는 타이밍이 고정되지 않은 방식이며, 동기식 HARQ에서는 (재)전송이 실패 시 그에 대한 재전송이 발생하는 타이밍이 고정(예를 들어 8ms)된 방식이다. 또한, 한 단말에 대해 하향링크 및 상향링크에 대해 병렬적으로 복수개의 송수신을 동시에 수행할 수 있으며, 각각의 전송은 HARQ 프로세스 식별자로 구분된다.
한편 비동기식 HARQ에서는 재전송타이밍이 정해져 있지 않기 때문에, 매 재전송 마다, 본 전송이 어떠한 HARQ 프로세스에 속한 것인지와 이 전송이 초기전송인지 재전송인지에 대한 정보를 기지국이 PDCCH (Physical Downlink Control CHannel) 물리채널을 통해 제공한다. 보다 상세히는, 어떠한 HARQ 프로세스에 속한 것인지에 대한 정보는 PDCCH 내에 HARQ Process ID 필드를 통해 전송하며, 초기전송인지 재전송인지에 대한 정보는 PDCCH 내에 NDI (New Data Indicator) 비트를 통해, 해당 비트가 기존 값 대비 변경되지 않은 경우 재전송을 뜻하며, 다른 값으로 변경된 경우 신규 전송임을 뜻한다. 이에 따라, 단말은 기지국이 전송하는 PDCCH내의 자원할당 정보를 수신하여, 해당 전송에 대한 상세한 사항을 파악하여, 하향링크의 경우 PDSCH(Physical Downlink Shared CHannel) 물리채널을 통해 실제 데이터를 수신하며, 상향링크의 경우 PUSCH(Physical Uplink Shared CHannel) 물리채널을 통해 실제 데이터를 송신한다.
본 도면에 도시하지 않았지만, 단말과 기지국의 PDCP 계층의 상위에는 각각 RRC(Radio Resource Control, 이하 RRC라고 한다) 계층이 존재하며, 상기 RRC 계층은 무선 자원 제어를 위해 접속, 측정 관련 설정 제어 메시지를 주고 받을 수 있다.
도 5c는 본 발명이 적용되는 단말과 이종 기지국 간의 연결 구조를 도식화한 도면이다.
도 5c에서 단말 (User Equipment, UE)(5c-05)는 4G 기지국(LTE evolved Node B, LTE eNB)(5c-01) 과 5G 기지국(New Radio Node B, NR NB)(5c-03)에 동시에 접속해 있는 시나리오를 가정한다. 즉, 서로 다른 기술을 사용하는 이종 기지국으로부터 동시에 연결한 시나리오를 가정한다. 상기와 같이 두 기지국을 연결하는 경우, 각각의 역할에 따라 주 기지국(Master eNB, MeNB), 부 기지국(Secondary eNB, SeNB)을 구분할 수 있다. 본 예시 도면에서는 두 기지국 가운데 LTE 기지국을 주 기지국, 5G 기지국을 부 기지국으로서 동작하는 시나리오를 가정하여 설명하나, 본 발명은 하기의 조합에도 적용 가능하다.
시나리오1: MeNB: LTE (4G), SeNB: LTE (4G)
시나리오2: MeNB: LTE (4G), SeNB: NR (5G)
시나리오3: MeNB: NR (5G), SeNB: LTE (4G)
시나리오4: MeNB: NR (5G), SeNB: NR (5G)
한편, 본 도면에서 각각의 이종 기지국은 별도의 제어를 담당하는 RRC 계층이 있음을 가정한다. 이에 따라, LTE 기지국과 NR 기지국은 각각의 RRC 계층을 갖고 있으며(5c-11)(5c-31), 이 두 기지국과 동시에 모두 연결되는 단말은 이에 대응 되는 각각의 RRC 계층을 갖고 있음을 가정한다(5c-51)(5c-67). 또한, 각 RRC 계층이 생성하는 메시지를 전달하기 위해서는 도 5b에서 전술한 것와 동일/ 유사한 PDCP, RLC, MAC과 같은 계층을 통과하여 패킷을 전달하여야 하며, 유사한 성격을 띄는 트래픽별로 '통로'를 생성하고, 상기 '통로'를 베어러 (bearer)라 한다. 예를 들어, 제어 메시지가 송수신되는 베어러와, 사용자의 데이터가 송수신되는 베어러는 별도로 생성이 되며, 제어 메시지가 송수신되는 베어러를 시그널링 무선 베어러 (Signaling Radio Bearer, SRB)라 하며, 사용자의 데이터가 송수신되는 베어러를 데이터 무선 베어러(Data Radio Bearer, DRB)라 한다. 또한, 시그널링의 종류에 따라서도 베어러가 복수개가 존재할 수 있으며, 본 예시 도면에서 LTE 기지국과 단말 사이에는 SRB1과 SRB2가 존재한다.
단말과 기지국에 각각의 RRC 계층이 있음에도, 주요한 설정정보는 MeNB를 통해서 전송이 된다 (5c-71). 한편 본 발명에서는 이종 기지국 간의 병합을 하는 시나리오를 가정하였으므로, 특정 설정 정보는 굳이 MeNB를 거치지 않고, 직접 SeNB를 통해 곧바로 전달하는 시나리오를 고려할 수 있다. 이에 따라 본 발명에서는 추가적인 시그널링 무선 베어러(SRB1s)(5c-73)를 사용할 것을 제안한다. 상기와 같이 SRB1s를 추가적으로 도입하게 되면, (NR 기지국/ LTE 기지국에서 생성된, 혹은 단말에서 생성된) 특정 메시지를 특정 기지국으로, 혹은 양쪽 기지국으로 모두 전송할 수 있는 규칙이 필요하다.
하향링크 메시지(즉, 기지국에서 단말로 전송되는 메시지)에 대해, 본 발명에서는 SeNB(본 발명에서는 NR)가 생성한 메시지 가운데, SeNB(본 발명에서는 NR) 에 특정되는 독립적인 설정정보를 전송하는데 상기 SRB1s를 사용하는 것을 제안하며, 해당 메시지는 단말의 5G RRC(5c-67)에 의해 바로 해석이 가능한 메시지이다. 즉, 단말이 상기 SRB1s를 통해 수신한 메시지를 LTE RRC(5c-51)으로 전달하지 않고, 바로 5G RRC가 해석해서 해당 설정 정보를 처리할 수 있음을 뜻한다. 또한, SeNB가 생성한 메시지 가운데, LTE 설정정보에 영향을 받는 설정정보를 전송하는 데에는 LTE 의 베어러인 SRB1을 통해 전송하는 것을 제안한다. 이를 위해 LTE 규격에서 SeNB가 생성한 메시지를 실을 수 있는 컨테이너 메시지 혹은, 기 LTE 메시지 내에 컨테이너 필드를 정의하여, SeNB가 생성한 메시지를 그대로 실어서 보낼 수 있도록 한다. 상기 컨테이너 메시지 혹은 컨테이너 필드를 수신한 단말은, 해당 메시지를 5G RRC로 전달하여 5G RRC가 해당 정보를 처리할 수 있도록 한다.
또한 상향링크 메시지(즉, 단말에서 기지국으로 전송되는 메시지)에 대해, 크게 두 가지 상황을 고려할 수 있다. 첫 번째 시나리오는 기지국이 단말에게 전송한 메시지에 대한 응답 메시지를 보내는 시나리오를 고려할 수 있으며, 상기의 경우, 본 발명에서는 하향링크 메시지를 수신한 기지국으로 상향링크 메시지 응답 메시지를 전송하는 것을 제안한다. 또한 두 번째는 단말이 단독으로 기지국으로 메시지를 전송하는 시나리오를 고려할 수 있으며, 상기의 경우, 본 발명에서는 규격에서 특정 메시지에 대해 특정 기지국으로 전송하기로 명시한 규칙을 따르는 방법, 혹은 해당 메시지를 전송할 때 기지국이 어떤 기지국으로 전송할지에 대해 설정을 받고 이를 따르는 방법을 제안한다. 특히 기지국이 어떤 기지국으로 상향링크 메시지를 전송할지에 대해 직접 설정하는 시나리오의 경우, 해당 메시지가 MeNB로 전송되는지, SeNB로 전송되는지, either 로 전송하는지(즉, 둘 중 아무 기지국으로 전송하는 경우), 또는 both 로 전송되는지 (즉, 두 기지국 모두로 전송하는 경우) 중 한가지 방법으로 설정할 수 있다. 또한, 동일 메시지에 대해서도, 메시지의 해당 정보에 따라 서로 다른 기지국으로 전송하는 방안도 추가로 제안한다. 예를 들어, 현재 연결되어 있는 서빙셀 및 연결되지 않은 주별셀에 대한 측정결과를 단말에게 보고하도록 설정하는 경우, LTE와 관련된 주파수로부터의 측정결과는 MeNB로, NR과 관련된 주파수로부터의 측정결과는 SeNB로 보고하도록, 해당 측정설정을 하는 기지국이 단말에게 각각 설정해 줄 수 있다.
도 5d는 본 발명에서 제안하는 시그널링 메시지 전송방법을 사용할 때의 시그널링 베어러들을 설정하는 메시지 흐름 도면이다. 본 예시도면에서는 전술한 예와 마찬가지로 LTE 기지국이 MeNB이며, NR 기지국이 SeNB인 상황을 가정한다.
이에 따라, 단말(5d-01)은 MeNB가 될 LTE 기지국(5d-03)에 먼저 접속을 시도하는 경우를 가정한다 (5d-11). 상기 접속 동작을 위해 단말은 LTE RRC계층의 RRCConnectionRequest 메시지를 전송하고, 이에 대한 응답으로 기지국으로부터 RRCConnectionSetup 메시지를 수신하고, 이에 대한 확인 메시지인 RRCConnectionSetupComplete 메시지를 전송하여, LTE 기지국으로의 연결을 수행한다(5d-11). 상기 동작을 통해 단말은 LTE 기지국과 SRB1 베어러가 생성이 되며, 상기 SRB1 베어러를 통해 이후 기지국과의 제어 메시지를 주고 받을 수 있다(5d-13). 상기 제어 메시지의 예로는 RRCConnectionReconfiguration 메시지가 있으며, 상기 메시지로 기지국은 단말에게 추가적인 DRB를 설정해주거나, 단말이 주변 기지국에 대한 측정을 수행하도록 측정 설정을 할 수 있다. 이에 따라, 기지국은 주변의 5G 기지국의 신호 세기를 측정하도록 측정할 수 있으며, 이에 따라, 단말은 기지국으로 해당 측정 결과를 기지국에게 보고할 수 있다. 상기 측정 정보 등에 따라, LTE 기지국은 추가적으로 5G 기지국을 부가적으로 사용하도록 결정할 수 있다(5d-15). 만약 LTE 기지국이 5G 기지국을 추가로 사용할 것을 결정한 경우, LTE 기지국은 5G 기지국을 추가하기 위해 추가 요청 메시지를 전송한다 (5d-17). 이를 수신한 5G 기지국은 해당 단말에게 SRB1s를 추가하기 위해 설정정보를 생성하여 (5d-19), 상기 설정정보를 포함한 응답 메시지를 LTE 기지국으로 전송한다(5d-21). 이 때, 전술한 바와 같이 해당 정보는 LTE 기지국이 해석할 수 있는 컨테이너에 전송이 되며, 이에 따라 LTE 기지국이 최종적으로 5G 기지국의 SRB1s를 설정할 지 여부를 판단할 수 있다. LTE 기지국이 해당 설정정보에 따라 5G 기지국을 추가하기로 결정한 경우, LTE 기지국은 5G 기지국으로부터 수신한 설정정보를 포함하여, 단말에게 해당 설정정보를 전달한다(5d-23). 즉, 상기(5d-21) 단계의 메시지에서 규격에서 정의한 특정 컨테이너에 담긴 메시지는 단말에게 전달하게 되며, 나머지는 LTE 기지국이 처리하여 단말에게 전달하지 않는다. 이와 같이 단말에게 설정정보를 전달하는 경우에도, 상기 RRCConnectionReconfiguration 메시지가 사용될 수 있으며, 이를 수신한 단말은 RRCConnectionReconfigurationComplete 메시지를 전송하여, 해당 설정이 성공적으로 수신되었음을 기지국에게 알린다(5d-25). 이에 따라, 단말은 5G 기지국과의 SRB1s도 설정이 완료된다.
이후, 5G 기지국이 전송할 제어메시지가 발생하는 경우, 메시지 종류에 따라 LTE 기지국을 통해서 전송할지(5d-31)(5d-33)(5d-35), 혹은 SRB1s를 통해서 직접 단말에게 전송할지(5d-41)(5d-43)를 판단한다. 직접 단말에게 전송하는 기준의 예시로는, 작은 지연이 요구되는 물리계층 관련 설정정보, 혹은 5G 기지국과 관련된 측정 정보, 방송 정보 등이 포함될 수 있다. 본 예시도면에서는 생략하였으나, 단말이 전송할 데이터가 발생하는 경우 (상향링크), 전술한 바와 같이 기지국이 단말에게 전송한 메시지에 대한 응답 메시지를 보내는 시나리오에서는 해당 하향링크 메시지를 수신한 기지국으로 상향링크 메시지 응답 메시지를 전송하는 것을 제안한다. 또한 전술한 바와 같이 단말이 단독으로 기지국으로 메시지를 전송하는 시나리오에서는 규격에서 특정 메시지에 대해 특정 기지국으로 전송하기로 명시한 규칙을 따르는 방법, 혹은 해당 메시지를 전송할 때 기지국이 어떤 기지국으로 전송할지에 대해 설정을 받고 이를 따르는 방법을 제안한다. 특히 기지국이 어떤 기지국으로 상향링크 메시지를 전송할지에 대해 직접 설정하는 시나리오의 경우, 해당 메시지가 MeNB로 전송되는지, SeNB로 전송되는지, either 로 전송하는지(즉, 둘 중 아무 기지국으로 전송하는 경우), 또는 both 로 전송되는지 (즉, 두 기지국 모두로 전송하는 경우) 중 한가지 방법으로 설정할 수 있다. 또한, 동일 메시지에 대해서도, 메시지의 해당 정보에 따라 서로 다른 기지국으로 전송하는 방안도 추가로 제안한다. 예를 들어, 현재 연결되어 있는 서빙셀 및 연결되지 않은 주별셀에 대한 측정결과를 단말에게 보고하도록 설정하는 경우, LTE와 관련된 주파수로부터의 측정결과는 MeNB로, NR과 관련된 주파수로부터의 측정결과는 SeNB로 보고하도록, 해당 측정설정을 하는 기지국이 단말에게 각각 설정해 줄 수 있다.
도 5e는 본 발명을 적용한 경우 단말의 동작 순서 예시 도면이다.
본 예시도면에서는 전술한 예와 마찬가지로 LTE 기지국이 MeNB이며, NR 기지국이 SeNB인 상황을 가정한다. 이에 따라, 단말은 LTE 기지국에 MeNB에 접속을 시도하여 접속을 완료한다(5e-03). 상기와 같이 MeNB에 접속을 완료하면 단말은 SRB1이 생성이 된다. 이후, 본 예시도면에서는 생략하였으나, MeNB로부터 5G NB를 포함한 주변셀에 대한 측정 설정정보를 수신할 수 있으며, 이에 따라 MeNB로 측정 결과를 보고할 수 있다. 이후, MeNB로부터 5G 기지국을 SeNB로 추가하라는 설정을 수신하며, 이를 수신하였음을 확인하는 응답 메시지를 전송한다(5e-05). 상기 절차에 따라 단말은 SRB1s가 생성된다.
이후, 단말이 5G 기지국으로 전송할 RRC 메시지가 발생하는 경우(5e-07), 단말은 해당 메시지가 이전의 하향링크로부터 수신한 메시지에 대한 응답 메시지인지를 판단한다(5e-09). 만약 응답 메시지인 경우, 단말은 하향링크 메시지를 수신한 기지국으로 응답 메시지 전송한다(5e-11). 만약 그렇지 않은 경우, 단말은 해당 메시지의 전송여부를 기지국으로부터 설정받았을 때의 정보에 따라(혹은 규격에 명시된 방법에 따라) 해당 메시지를 어떠한 기지국으로 전송할지를 판단하여 전송한다(5e-13). 예를 들어, 단말은 기지국으로부터 해당 메시지가 MeNB로 전송되는지, SeNB로 전송되는지, either 로 전송하는지(즉, 둘 중 아무 기지국으로 전송하는 경우), 또는 both 로 전송되는지(즉, 두 기지국 모두로 전송하는 경우) 중 한가지 방법으로 설정받았을 수 있으며, 이에 따라 메시지를 송신한다.
도 5f는 본 발명을 적용한 경우 LTE 기지국(MeNB)의 동작 순서 예시 도면이다.
본 예시도면에서도 전술한 예와 마찬가지로 LTE 기지국이 MeNB이며, NR 기지국이 SeNB인 상황을 가정한다. 이에 따라, LTE 기지국과 5G 기지국의 동시 연결을 지원하는 단말이 접속하는 시나리오를 가정하며, LTE 기지국으로 접속을 완료한다(5f-03). 이후, 단말의 동시 연결 지원 기능 지원 여부 및 주변 5G 기지국의 신호세기 등을 판단하여, 5G 기지국을 추가하기로 결정한 경우(5f-05), LTE 기지국은 추가하고자 하는 5G 기지국에게 추가 요청 메시지를 전송한다(5f-07). 이후, 상기 5G 기지국으로부터 추가 요청에 대한 응답 메시지를 수신하여, 추가 요청을 수락했는지 및 상기 응답 메시지 내 5G 설정 관련 컨테이너 내용을 판단한다(5f-09). 상기 판단 결과에 따라 LTE 기지국이 단말에게 5G 기지국을 추가 설정하기로 결정한 경우(5f-11), 단말에게 상기 5G 설정 관련 컨테이너 내용을 포함한 RRC 메시지를 단말에게 전송하여 5G 기지국을 SCell로 추가하는 설정을 전송하여 SRB1s를 생성한다(5f-13).
도 5g는 본 발명을 적용한 경우 NR 기지국(SeNB)의 동작 순서 예시 도면이다.
본 예시도면에서도 전술한 예와 마찬가지로 LTE 기지국이 MeNB이며, NR 기지국이 SeNB인 상황을 가정한다. 이에 따라 NR 기지국이 LTE 기지국으로부터 한 단말에게 NR 기지국을 추가로 사용하도록 요청하는 메시지를 수신한다(5g-03). 이에 따라, NR 기지국은 LTE 기지국에게 해당 요청 수락 여부 및 만약 수락한 경우, 상세 설정 내용을 포함하여 응답 메시지를 LTE 기지국으로 전송한다(5g-07). 이후, LTE 기지국으로부터 최종 추가 확인 메시지를 수신하면, 해당 단말에게 SRB1s가 생성이 된다(5g-09).
이후, NR 기지국이 해당 단말에게 전송할 RRC 메시지를 생성한 경우(5g-11), 생성한 RRC 메시지가 Type 1 RRC 메시지인지 Type 2 RRC 메시지인지 여부를 판단하여(5g-13), Type 1인 경우 LTE 기지국을 통하여 전송하고, 즉 SRB1으로 전송하고(5g-15), Type 2인 경우 SRB1s로 직접 전송한다(5g-17). Type 2 와 같이 직접 단말에게 전송하는 기준의 예시로는, 작은 지연이 요구되는 물리계층 관련 설정정보, 혹은 5G 기지국과 관련된 측정 정보, 방송 정보 등이 포함될 수 있다.
도 5h는 본 발명의 실시 예에 따른 단말의 블록 구성을 도시한다.
상기 도 5h를 참고하면, 상기 단말은 RF(Radio Frequency) 처리부(5h-10), 기저대역(baseband) 처리부(5h-20), 저장부(5h-30), 제어부(5h-40)를 포함한다.
상기 RF처리부(5h-10)는 신호의 대역 변환, 증폭 등 무선 채널을 통해 신호를 송수신하기 위한 기능을 수행한다. 즉, 상기 RF처리부(5h-10)는 상기 기저대역처리부(5h-20)로부터 제공되는 기저대역 신호를 RF 대역 신호로 상향 변환한 후 안테나를 통해 송신하고, 상기 안테나를 통해 수신되는 RF 대역 신호를 기저대역 신호로 하향 변환한다. 예를 들어, 상기 RF처리부(5h-10)는 송신 필터, 수신 필터, 증폭기, 믹서(mixer), 오실레이터(oscillator), DAC(digital to analog convertor), ADC(analog to digital convertor) 등을 포함할 수 있다. 상기 도 5h에서, 하나의 안테나만이 도시되었으나, 상기 단말은 다수의 안테나들을 구비할 수 있다. 또한, 상기 RF처리부(5h-10)는 다수의 RF 체인들을 포함할 수 있다. 나아가, 상기 RF처리부(5h-10)는 빔포밍(beamforming)을 수행할 수 있다. 상기 빔포밍을 위해, 상기 RF처리부(5h-10)는 다수의 안테나들 또는 안테나 요소(element)들을 통해 송수신되는 신호들 각각의 위상 및 크기를 조절할 수 있다.
상기 기저대역처리부(5h-20)은 시스템의 물리 계층 규격에 따라 기저대역 신호 및 비트열 간 변환 기능을 수행한다. 예를 들어, 데이터 송신 시, 상기 기저대역처리부(5h-20)은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성한다. 또한, 데이터 수신 시, 상기 기저대역처리부(5h-20)은 상기 RF처리부(5h-10)로부터 제공되는 기저대역 신호를 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다. 예를 들어, OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 방식에 따르는 경우, 데이터 송신 시, 상기 기저대역처리부(5h-20)는 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성하고, 상기 복소 심벌들을 부반송파들에 매핑한 후, IFFT(inverse fast Fourier transform) 연산 및 CP(cyclic prefix) 삽입을 통해 OFDM 심벌들을 구성한다. 또한, 데이터 수신 시, 상기 기저대역처리부(5h-20)은 상기 RF처리부(5h-10)로부터 제공되는 기저대역 신호를 OFDM 심벌 단위로 분할하고, FFT(fast Fourier transform) 연산을 통해 부반송파들에 매핑된 신호들을 복원한 후, 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다.
상기 기저대역처리부(5h-20) 및 상기 RF처리부(5h-10)는 상술한 바와 같이 신호를 송신 및 수신한다. 이에 따라, 상기 기저대역처리부(5h-20) 및 상기 RF처리부(5h-10)는 송신부, 수신부, 송수신부 또는 통신부로 지칭될 수 있다. 또한, 상기 기저대역처리부(5h-20) 및 상기 RF처리부(5h-10) 중 적어도 하나는 서로 다른 주파수 대역의 신호들을 처리하기 위해 서로 다른 통신 모듈들을 포함할 수 있다. 상기 서로 다른 주파수 대역들은 극고단파(SHF:super high frequency)(예: 2.5GHz, 5Ghz) 대역, mm파(millimeter wave)(예: 60GHz) 대역을 포함할 수 있다.
상기 저장부(5h-30)는 상기 단말의 동작을 위한 기본 프로그램, 응용 프로그램, 설정 정보 등의 데이터를 저장한다.
상기 제어부(5h-40)는 상기 단말의 전반적인 동작들을 제어한다. 예를 들어, 상기 제어부(5h-40)는 상기 기저대역처리부(5h-20) 및 상기 RF처리부 (5h-10)을 통해 신호를 송수신한다. 또한, 상기 제어부(5h-40)는 상기 저장부(5h-40)에 데이터를 기록하고, 읽는다. 이를 위해, 상기 제어부(5h-40)는 적어도 하나의 프로세서(processor)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어부(5h-40)는 통신을 위한 제어를 수행하는 CP (communication processor) 및 응용 프로그램 등 상위 계층을 제어하는 AP (application processor)를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따라, 상기 제어부(5h-40)는 다중 연결 모드로 동작하기 위한 처리를 수행하는 다중연결처리부(5h-42)를 포함한다. 예를 들어, 상기 제어부(5h-40)는 상기 단말이 상기 도 5e에 도시된 단말의 동작에 도시된 절차를 수행하도록 제어할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 제어부는 MeNB로부터 SeNB 설정정보를 수신한 경우, SeNB를 추가하며, 이후 SeNB 관련 제어메시지 생성 시, 전술한 방법에 따라 어떠한 기지국으로 어떠한 베어러(SRB1 혹은 SRB1s)로 전송할지를 판단하여 해당 기지국으로 메시지를 전송한다.
도 5i는 본 발명의 실시 예에 따른 LTE 기지국(MeNB)의 블록 구성을 도시한다.
상기 도 5i에 도시된 바와 같이, 상기 제1접속 노드는 RF처리부(5i-10), 기저대역처리부(5i-20), 백홀통신부(5i-30), 저장부(5i-40), 제어부(5i-50)를 포함하여 구성된다.
상기 RF처리부(5i-10)는 신호의 대역 변환, 증폭 등 무선 채널을 통해 신호를 송수신하기 위한 기능을 수행한다. 즉, 상기 RF처리부(5i-10)는 상기 기저대역처리부(5i-20)로부터 제공되는 기저대역 신호를 RF 대역 신호로 상향 변환한 후 안테나를 통해 송신하고, 상기 안테나를 통해 수신되는 RF 대역 신호를 기저대역 신호로 하향 변환한다. 예를 들어, 상기 RF처리부(5i-10)는 송신 필터, 수신 필터, 증폭기, 믹서, 오실레이터, DAC, ADC 등을 포함할 수 있다. 상기 도 15에서, 하나의 안테나만이 도시되었으나, 상기 제1접속 노드는 다수의 안테나들을 구비할 수 있다. 또한, 상기 RF처리부(5i-10)는 다수의 RF 체인들을 포함할 수 있다. 나아가, 상기 RF처리부(5i-10)는 빔포밍을 수행할 수 있다. 상기 빔포밍을 위해, 상기 RF처리부(5i-10)는 다수의 안테나들 또는 안테나 요소들을 통해 송수신되는 신호들 각각의 위상 및 크기를 조절할 수 있다.
상기 기저대역처리부(5i-20)는 제1무선 접속 기술의 물리 계층 규격에 따라 기저대역 신호 및 비트열 간 변환 기능을 수행한다. 예를 들어, 데이터 송신 시, 상기 기저대역처리부(5i-20)은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성한다. 또한, 데이터 수신 시, 상기 기저대역처리부(5i-20)은 상기 RF처리부(5i-10)로부터 제공되는 기저대역 신호를 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다. 예를 들어, OFDM 방식에 따르는 경우, 데이터 송신 시, 상기 기저대역처리부(5i-20)은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성하고, 상기 복소 심벌들을 부반송파들에 매핑한 후, IFFT 연산 및 CP 삽입을 통해 OFDM 심벌들을 구성한다. 또한, 데이터 수신 시, 상기 기저대역처리부(5i-20)은 상기 RF처리부(5i-10)로부터 제공되는 기저대역 신호를 OFDM 심벌 단위로 분할하고, FFT 연산을 통해 부반송파들에 매핑된 신호들을 복원한 후, 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다. 상기 기저대역처리부(5i-20) 및 상기 RF처리부(5i-10)는 상술한 바와 같이 신호를 송신 및 수신한다. 이에 따라, 상기 기저대역처리부(5i-20) 및 상기 RF처리부(5i-10)는 송신부, 수신부, 송수신부, 통신부 또는 무선 통신부로 지칭될 수 있다.
상기 백홀통신부(5i-30)는 네트워크 내 다른 노드들과 통신을 수행하기 위한 인터페이스를 제공한다. 즉, 상기 백홀통신부(5i-30)는 상기 제1접속 노드에서 다른 노드, 예를 들어, 다른 접속 노드, 코어망 등으로 송신되는 비트열을 물리적 신호로 변환하고, 상기 다른 노드로부터 수신되는 물리적 신호를 비트열로 변환한다.
상기 저장부(5i-40)는 상기 제1접속 노드의 동작을 위한 기본 프로그램, 응용 프로그램, 설정 정보 등의 데이터를 저장한다. 특히, 상기 저장부(5i-40)는 접속된 단말에 할당된 베어러에 대한 정보, 접속된 단말로부터 보고된 측정 결과 등을 저장할 수 있다. 또한, 상기 저장부(5i-40)는 단말에게 다중 연결을 제공하거나, 중단할지 여부의 판단 기준이 되는 정보를 저장할 수 있다. 그리고, 상기 저장부(5i-40)는 상기 제어부(5i-50)의 요청에 따라 저장된 데이터를 제공한다.
상기 제어부(5i-50)는 상기 제1접속 노드의 전반적인 동작들을 제어한다. 예를 들어, 상기 제어부(5i-50)는 상기 기저대역처리부(5i-20) 및 상기 RF처리부(5i-10)을 통해 또는 상기 백홀통신부(5i-30)을 통해 신호를 송수신한다. 또한, 상기 제어부(5i-50)는 상기 저장부(5i-40)에 데이터를 기록하고, 읽는다. 이를 위해, 상기 제어부(5i-50)는 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따라, 상기 제어부(5i-50)는 단말의 5G 추가기능 지원여부에 따라 상기 백홀 통신부 (5i-30)을 통해 5G 기지국과 통신하여 해당 단말에게 5G 기지국을 추가하며, 이후 상기 백홀 통신부 (5i-30)로부터 수신한 메시지에 소정의 컨테이너가 포함되어 있는 경우, 이를 단말에게 전달하여 준다.
도 5j는 본 발명의 실시 예에 따른 5G 기지국(SeNB)의 블록 구성을 도시한다.
상기 도 5j에 도시된 바와 같이, 상기 제1접속 노드는 RF처리부(5j-10), 기저대역처리부(5j-20), 백홀통신부(5j-30), 저장부(5j-40), 제어부(5j-50)를 포함하여 구성된다.
상기 RF처리부(5j-10)는 신호의 대역 변환, 증폭 등 무선 채널을 통해 신호를 송수신하기 위한 기능을 수행한다. 즉, 상기 RF처리부(5j-10)는 상기 기저대역처리부(5j-20)로부터 제공되는 기저대역 신호를 RF 대역 신호로 상향 변환한 후 안테나를 통해 송신하고, 상기 안테나를 통해 수신되는 RF 대역 신호를 기저대역 신호로 하향 변환한다. 예를 들어, 상기 RF처리부(5j-10)는 송신 필터, 수신 필터, 증폭기, 믹서, 오실레이터, DAC, ADC 등을 포함할 수 있다. 상기 도 15에서, 하나의 안테나만이 도시되었으나, 상기 제1접속 노드는 다수의 안테나들을 구비할 수 있다. 또한, 상기 RF처리부(5j-10)는 다수의 RF 체인들을 포함할 수 있다. 나아가, 상기 RF처리부(5j-10)는 빔포밍을 수행할 수 있다. 상기 빔포밍을 위해, 상기 RF처리부(5j-10)는 다수의 안테나들 또는 안테나 요소들을 통해 송수신되는 신호들 각각의 위상 및 크기를 조절할 수 있다.
상기 기저대역처리부(5j-20)는 제1무선 접속 기술의 물리 계층 규격에 따라 기저대역 신호 및 비트열 간 변환 기능을 수행한다. 예를 들어, 데이터 송신 시, 상기 기저대역처리부(5j-20)은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성한다. 또한, 데이터 수신 시, 상기 기저대역처리부(5j-20)은 상기 RF처리부(5j-10)로부터 제공되는 기저대역 신호를 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다. 예를 들어, OFDM 방식에 따르는 경우, 데이터 송신 시, 상기 기저대역처리부(5j-20)은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성하고, 상기 복소 심벌들을 부반송파들에 매핑한 후, IFFT 연산 및 CP 삽입을 통해 OFDM 심벌들을 구성한다. 또한, 데이터 수신 시, 상기 기저대역처리부(5j-20)은 상기 RF처리부(5j-10)로부터 제공되는 기저대역 신호를 OFDM 심벌 단위로 분할하고, FFT 연산을 통해 부반송파들에 매핑된 신호들을 복원한 후, 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다. 상기 기저대역처리부(5j-20) 및 상기 RF처리부(5j-10)는 상술한 바와 같이 신호를 송신 및 수신한다. 이에 따라, 상기 기저대역처리부(5j-20) 및 상기 RF처리부(5j-10)는 송신부, 수신부, 송수신부, 통신부 또는 무선 통신부로 지칭될 수 있다.
상기 백홀통신부(5j-30)는 네트워크 내 다른 노드들과 통신을 수행하기 위한 인터페이스를 제공한다. 즉, 상기 백홀통신부(5j-30)는 상기 제1접속 노드에서 다른 노드, 예를 들어, 다른 접속 노드, 코어망 등으로 송신되는 비트열을 물리적 신호로 변환하고, 상기 다른 노드로부터 수신되는 물리적 신호를 비트열로 변환한다.
상기 저장부(5j-40)는 상기 제1접속 노드의 동작을 위한 기본 프로그램, 응용 프로그램, 설정 정보 등의 데이터를 저장한다. 특히, 상기 저장부(5j-40)는 접속된 단말에 할당된 베어러에 대한 정보, 접속된 단말로부터 보고된 측정 결과 등을 저장할 수 있다. 또한, 상기 저장부(5j-40)는 단말에게 다중 연결을 제공하거나, 중단할지 여부의 판단 기준이 되는 정보를 저장할 수 있다. 그리고, 상기 저장부(5j-40)는 상기 제어부(5j-50)의 요청에 따라 저장된 데이터를 제공한다.
상기 제어부(5j-50)는 상기 제1접속 노드의 전반적인 동작들을 제어한다. 예를 들어, 상기 제어부(5j-50)는 상기 기저대역처리부(5j-20) 및 상기 RF처리부(5j-10)을 통해 또는 상기 백홀통신부(5j-30)을 통해 신호를 송수신한다. 또한, 상기 제어부(5j-50)는 상기 저장부(5j-40)에 데이터를 기록하고, 읽는다. 이를 위해, 상기 제어부(5j-50)는 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따라, 상기 백홀 통신부(5j-30)를 통해 LTE 기지국으로부터 단말에게 5G 기지국 추가 요청 메시지를 수신한 경우, 상기 제어부(5j-50)는 해당 단말에게 설정할 상세 정보 메시지를 생성하여 다시 상기 백홀 통신부(5j-30)를 통해 설정정보를 전달해주며, 이후 해당 단말에게 생성되는 제어 메시지에 대해 전술한 방법에 따라 상기 백홀 통신부(5j-30)를 통해 LTE 기지국을 통해서 전달할지, 혹은 생성한 SRB1s로 직접 전달할지를 판단하여 단말에게 해당 메시지를 전송한다.
본 발명의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합의 형태로 구현될(implemented) 수 있다.
소프트웨어로 구현하는 경우, 하나 이상의 프로그램(소프트웨어 모듈)을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체가 제공될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장되는 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치(device) 내의 하나 이상의 프로세서에 의해 실행 가능하도록 구성된다(configured for execution). 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치로 하여금 본 발명의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들을 실행하게 하는 명령어(instructions)를 포함한다.
이러한 프로그램(소프트웨어 모듈, 소프트웨어)은 랜덤 액세스 메모리(random access memory), 플래시(flash) 메모리를 포함하는 불휘발성(non-volatile) 메모리, 롬(ROM: Read Only Memory), 전기적 삭제가능 프로그램가능 롬(EEPROM: Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), 자기 디스크 저장 장치(magnetic disc storage device), 컴팩트 디스크 롬(CD-ROM: Compact Disc-ROM), 디지털 다목적 디스크(DVDs: Digital Versatile Discs) 또는 다른 형태의 광학 저장 장치, 마그네틱 카세트(magnetic cassette)에 저장될 수 있다. 또는, 이들의 일부 또는 전부의 조합으로 구성된 메모리에 저장될 수 있다. 또한, 각각의 구성 메모리는 다수 개 포함될 수도 있다.
또한, 상기 프로그램은 인터넷(Internet), 인트라넷(Intranet), LAN(Local Area Network), WLAN(Wide LAN), 또는 SAN(Storage Area Network)과 같은 통신 네트워크, 또는 이들의 조합으로 구성된 통신 네트워크를 통하여 접근(access)할 수 있는 부착 가능한(attachable) 저장 장치(storage device)에 저장될 수 있다. 이러한 저장 장치는 외부 포트를 통하여 본 발명의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수 있다. 또한, 통신 네트워크상의 별도의 저장장치가 본 발명의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수도 있다.
상술한 본 발명의 구체적인 실시 예들에서, 발명에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다. 그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 본 발명이 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (1)

  1. 무선 통신 시스템에서 제어 신호 처리 방법에 있어서,
    기지국으로부터 전송되는 제1 제어 신호를 수신하는 단계;
    상기 수신된 제1 제어 신호를 처리하는 단계; 및
    상기 처리에 기반하여 생성된 제2 제어 신호를 상기 기지국으로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 신호 처리 방법.
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