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KR102206789B1 - 무선 통신 시스템에서 채널 접속 방법 및 장치 - Google Patents

무선 통신 시스템에서 채널 접속 방법 및 장치 Download PDF

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KR102206789B1 KR1020140122187A KR20140122187A KR102206789B1 KR 102206789 B1 KR102206789 B1 KR 102206789B1 KR 1020140122187 A KR1020140122187 A KR 1020140122187A KR 20140122187 A KR20140122187 A KR 20140122187A KR 102206789 B1 KR102206789 B1 KR 102206789B1
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Abstract

본 발명은 무선 통신 시스템에서 채널 접속 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 복수의 빔을 사용하는 무선 통신 시스템에서 단말의 호 이양 시 채널 접속 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 방법은, 복수의 송/수신 빔을 사용할 수 있는 무선 네트워크에서 매크로 셀 기지국과 통신 중인 단말이 스몰 셀 기지국과 채널 접속 시 상기 매크로 셀 기지국의 제어 방법으로, 상기 단말로부터 상기 스몰 셀 기지국의 동기 채널에 대한 신호 세기 측정 보고가 수신될 시 상기 단말의 호를 상기 스몰 셀 기지국에 채널 설정을 요청할 것인지를 결정하는 단계; 상기 스몰 셀 기지국으로 채널 설정 요청이 결정될 시 요청 메시지에 상기 단말의 송/수신 빔에 대한 추천 정보, 상기 단말의 위치 정보 중 적어도 하나를 포함하여 상기 스몰 셀 기지국으로 제공하는 단계; 상기 스몰 셀 기지국으로부터 상기 단말과의 채널 설정을 수락하는 응답 메시지가 수신되는 경우 상기 단말과 설정된 데이터 라디오 베어러(DRB2)로 데이터 전송을 중지하는 단계; 상기 단말로 상기 스몰 셀 기지국과 통신하도록 라디오 자원 제어(RRC) 접속 재구성 메시지를 전송하는 단계; 및 상기 스몰 셀 기지국으로 상기 단말로 송신할 데이터와 관련 정보를 제공하는 단계;를 포함할 수 있다.

Description

무선 통신 시스템에서 채널 접속 방법 및 장치{CHANNEL ACCESS METHOD AND APPARATUS IN A WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 무선 통신 시스템에서 채널 접속 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 복수의 빔을 사용하는 무선 통신 시스템에서 단말의 호 이양 시 채널 접속 방법 및 장치에 관한 것이다.
무선 통신 기술은 단말 또는 기지국으로 보다 많은 양의 데이터를 보다 빠르게 전송하기 위해 많은 연구가 이루어지고 있다. 단말과 기지국간 통신을 위해서는 상호간 동기가 맞아야만 데이터의 송/수신이 정상적으로 이루어질 수 있다. 이때, 단말에서 기지국으로의 링크 또는 채널을 "상향링크"라 하며, 기지국으로부터 단말로의 링크 또는 채널을 "하향링크"라 한다.
이처럼 무선 통신 시스템에서 단말과 기지국간 동기를 획득하기 위해서 단말은 기지국으로부터 하향링크로 제공되는 동기채널(Synchronization CHannel, 이하 "SCH"라 함)을 통해 시간 동기를 획득할 수 있다. 이때 단말이 SCH를 통해 획득한 동기 정보는 하향링크를 통해 데이터를 수신하며, 상향링크로 데이터를 전송하는데 필요한 동기 정보가 될 수 있다. 이후 단말은 기지국과 데이터 통신이 필요한 경우 상향링크의 임의접속채널(Random Access CHannel, 이하 "RACH"라 함)을 통해 기지국으로 접속을 요청할 수 있다. 단말은 RACH를 통해 기지국과 접속 절차 시 상향링크 전력을 순차적으로 높이면서 RACH 프리앰블(preamble)을 송신한다. 단말에서 적절한 전력으로 RACH 프리앰블을 송신하는 경우에 기지국은 RACH 프리앰블을 수신할 수 있다. RACH 프리앰블을 수신할 경우 기지국은 RACH 응답(RACH Response, RAR) 메시지를 생성하여 단말로 송신할 수 있다. 따라서 단말은 상향링크의 전송 전력에 적합한 파워 레벨을 파악할 수 있다. 또한 단말은 이러한 동작을 통해 상향링크에 적합한 전송 전력 뿐 아니라 기지국과 단말 사이의 전송 시간차(Timing Advanced, 이하 "TA"라 함)를 설정할 수 있다.
한편, 최근 보다 많은 데이터를 고속으로 전송하기 위한 하나의 방법으로 빔포밍(beamforming) 기법이 다양한 무선 통신 기술에서 사용되고 있다. 단말과 기지국이 모두 빔포밍 기법을 사용하는 경우 RACH를 통해 기지국과 접속 절차를 수행하는 경우 RACH 프리앰블 전송을 각 송신 빔별 및 수신 빔별로 수행해야 한다. 즉, 빔포밍 기법을 사용하는 단말과 기지국은 RACH 절차를 수행하는 경우 모든 빔을 스캔하여 측정된 빔들 중 가장 우수한 상향링크 송신 빔 및 수신 빔을 결정해야 한다.
이처럼 단말과 기지국이 모두 빔포밍 기법을 사용하는 경우 단말이 기지국으로 초기 접속을 위해 RACH 프리앰블을 송신하는 경우 송신 빔 및 수신 빔의 개수가 크게 증가하게 되므로, 빔 포밍을 위한 최적의 빔 측정 및 결정 시에 제어 부담이 증가한다. 뿐만 아니라 송신 빔 및 수신 빔의 수가 증가함에 따라 최적의 송신 빔 및 수신 빔을 결정하기 위한 시간 지연도 함께 증가하는 문제가 있다. 특히 매크로 셀과 스몰 셀이 중첩된 환경에서 각 기지국마다 초기 접속 시의 시간 증가 및 제어부담이 증가는 셀의 입장에서는 셀의 부하를 가중시킬 뿐 아니라 많은 RACH 프리앰블의 전송으로 인하여 다른 채널에 간섭으로 작용할 수 있다.
따라서 본 발명에서는 단말과 기지국 사이의 초기 접속 시간을 줄일 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.
또한 본 발명에서는 단말과 기지국이 모두 빔 포밍 기법을 사용하는 경우 단말과 기지국 사이의 초기 접속으로 인한 간섭을 줄일 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.
또한 본 발명에서는 매크로 셀과 스몰 셀 기지국이 중첩된 환경에서 효율적인 초기 접속 방법 및 장치를 제공한다.
또한 본 발명에서는 기지국과 단말 상호간 모두 빔 포밍을 사용하는 경우 초기 접속 시간을 줄일 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 방법은, 복수의 송/수신 빔을 사용할 수 있는 무선 네트워크에서 매크로 셀 기지국과 통신 중인 단말이 스몰 셀 기지국과 채널 접속 시 상기 매크로 셀 기지국의 제어 방법으로, 상기 단말로부터 상기 스몰 셀 기지국의 동기 채널에 대한 신호 세기 측정 보고가 수신될 시 상기 단말의 호를 상기 스몰 셀 기지국에 채널 설정을 요청할 것인지를 결정하는 단계; 상기 스몰 셀 기지국으로 채널 설정 요청이 결정될 시 요청 메시지에 상기 단말의 송/수신 빔에 대한 추천 정보, 상기 단말의 위치 정보 중 적어도 하나를 포함하여 상기 스몰 셀 기지국으로 제공하는 단계; 상기 스몰 셀 기지국으로부터 상기 단말과의 채널 설정을 수락하는 응답 메시지가 수신되는 경우 상기 단말과 설정된 데이터 라디오 베어러(DRB2)로 데이터 전송을 중지하는 단계; 상기 단말로 상기 스몰 셀 기지국과 통신하도록 라디오 자원 제어(RRC) 접속 재구성 메시지를 전송하는 단계; 및 상기 스몰 셀 기지국으로 상기 단말로 송신할 데이터와 관련 정보를 제공하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 방법은, 복수의 송/수신 빔을 사용할 수 있는 무선 네트워크의 스몰 셀 기지국에서 매크로 셀 기지국과 통신 중인 단말과 채널을 설정하기 위한 방법으로, 상기 매크로 셀 기지국으로부터 상기 단말과의 채널 설정을 요청하는 요청 메시지를 수신할 시 상기 단말과 통신하기 위한 데이터 라디오 베어러(DRB2)를 설정하고, 상기 매크로 셀 기지국으로 응답 메시지를 송신하는 단계; 상기 매크로 셀 기지국으로부터 상기 단말로 송신할 데이터와 관련 정보를 수신하는 단계; 상기 요청 메시지에 포함된 정보에 기반하여 상기 단말로부터 임의접속채널(RACH)을 통해 프리앰블을 수신하기 위한 빔 순서를 재정렬하여 상기 RACH를 스캔하는 단계; 및 상기 RACH를 통해 상기 단말의 프리앰블 신호 수신 시 RACH 응답 신호를 생성하여 상기 단말로 전송하고 채널 설정을 위한 절차를 수행하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 방법은, 복수의 송/수신 빔을 사용할 수 있는 무선 통신 시스템의 단말이 제1기지국에 접속된 상태에서 제2기지국에 접속하기 위한 방법으로, 상기 제1기지국과 접속된 상태에서 상기 제2기지국의 신호 세기를 측정하여 상기 제1기지국으로 보고하는 단계; 상기 제1기지국으로부터 상기 제2기지국의 접속을 위한 무선 자원 제어(RRC) 접속 재구성 메시지를 수신할 시 상기 제1기지국과 데이터 라디오 베어러(DRB2)를 중지하고, 상기 제2기지국으로 RRC 접속 재구성 완료 메시지를 송신하는 단계; 상기 수신된 RRC 접속 재구성 메시지에 기반하여 복수의 송신 빔들 중 최적의 송신 빔을 이용하여 상기 제2기지국의 임의접속채널(RACH)을 통해 프리앰블을 송신하는 단계; 및 상기 제2기지국으로부터 RACH 응답(RAR)을 수신하는 경우 상기 제2기지국과 통신을 위한 절차를 수행하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 장치는, 복수의 송/수신 빔을 사용할 수 있는 무선 네트워크에서 매크로 셀 기지국과 통신 중인 단말이 스몰 셀 기지국과 채널 접속을 지원하기 위한 상기 매크로 셀 기지국의 장치로, 상기 복수의 송수신 빔을 형성하기 위한 복수의 안테나를 갖는 안테나부; 상기 매크로 셀 기지국 내의 단말들과 상기 안테나부를 통해 통신하기 위한 다수의 무선 모듈들 갖는 무선부; 상기 무선부로 송신할 데이터의 변조 및 복호를 수행하고, 상기 무선부로부터 수신된 데이터를 복조 및 복호하는 데이터 처리부; 상기 스몰 셀 기지국을 포함하는 다른 기지국과 통신하는 기지국간 인터페이스; 및 상기 데이터 처리부로부터 상기 단말이 송신한 상기 스몰 셀 기지국의 동기 채널에 대한 신호 세기 측정 보고가 수신될 시 상기 단말의 호를 상기 스몰 셀 기지국에 채널 설정을 요청할 것인지를 결정하고, 상기 스몰 셀 기지국으로 채널 설정 요청이 결정될 시 상기 기지국간 인터페이스를 이용하여 상기 단말과 채널 접속을 요청하는 요청 메시지에 상기 단말의 송/수신 빔에 대한 추천 정보, 상기 단말의 위치 정보 중 적어도 하나를 포함하여 상기 스몰 셀 기지국으로 제공을 제어하며, 상기 스몰 셀 기지국으로부터 상기 단말과의 채널 설정을 수락하는 응답 메시지가 수신되는 경우 상기 무선부 및 상기 데이터 처리부를 제어하여 상기 단말과 설정된 데이터 라디오 베어러(DRB2)로 데이터 전송을 중지하고, 상기 단말로 상기 스몰 셀 기지국과 통신하도록 라디오 자원 제어(RRC) 접속 재구성 메시지를 전송도록 제어하며, 상기 스몰 셀 기지국으로 상기 단말로 송신할 데이터와 관련 정보를 제공하는 스케줄러;를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 장치는, 복수의 송/수신 빔을 사용할 수 있는 무선 네트워크에서 매크로 셀 기지국과 통신 중인 단말이 스몰 셀 기지국과 채널 접속을 제공하기 위한 상기 스몰 셀 기지국의 장치로, 상기 복수의 송수신 빔을 형성하기 위한 복수의 안테나를 갖는 안테나부; 상기 스몰 셀 기지국 내의 단말들과 상기 안테나부를 통해 통신하기 위한 다수의 무선 모듈들 갖는 무선부; 상기 무선부로 송신할 데이터의 변조 및 복호를 수행하고, 상기 무선부로부터 수신된 데이터를 복조 및 복호하는 데이터 처리부; 상기 매크로 셀 기지국을 포함하는 다른 기지국과 통신하는 기지국간 인터페이스; 및 상기 기지국간 인터페이스를 통해 상기 매크로 셀 기지국으로부터 상기 단말과의 채널 설정을 요청하는 요청 메시지를 수신할 시 상기 단말과 통신하기 위한 데이터 라디오 베어러(DRB2)를 설정하고, 상기 매크로 셀 기지국으로 응답 메시지를 송신하도록 제어하며, 상기 매크로 셀 기지국으로부터 상기 단말로 송신할 데이터와 관련 정보를 수신할 시 상기 요청 메시지에 포함된 정보에 기반하여 상기 단말로부터 임의접속채널(RACH)을 통해 프리앰블을 수신하기 위한 빔 순서를 재정렬하고, 상기 재정렬된 수신 빔 순서에 따라 상기 RACH를 스캔하도록 상기 무선부를 제어하며, 상기 RACH를 통해 상기 단말의 프리앰블 신호 수신 시 상기 데이터 처리부 및 상기 무선부를 제어하여 RACH 응답 신호를 상기 단말로 전송하도록 제어한 후 상기 단말과 채널 설정을 위한 절차를 수행하도록 제어하는 스케줄러;를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 장치는, 복수의 송/수신 빔을 사용할 수 있는 무선 네트워크에서 매크로 셀 기지국과 통신 중인 단말이 스몰 셀 기지국과 채널 접속을 수행하기 위한 단말 장치로, 상기 복수의 송수신 빔을 형성하기 위한 복수의 안테나를 갖는 안테나부; 상기 둘 이상의 기지국과 통신하기 위한 무선부; 상기 무선부로 송신할 데이터의 변조 및 복호를 수행하고, 상기 무선부로부터 수신된 데이터를 복조 및 복호하는 데이터 처리부; 및 상기 무선부와 상기 데이터 처리부를 제어하여 상기 제1기지국과 접속된 상태에서 상기 제2기지국의 신호 세기를 측정하여 상기 제1기지국으로 보고하도록 제어하고, 상기 제1기지국으로부터 상기 제2기지국의 접속을 위한 무선 자원 제어(RRC) 접속 재구성 메시지를 수신할 시 상기 제1기지국과 데이터 라디오 베어러(DRB2)를 중지하도록 제어하고, 상기 제2기지국으로 RRC 접속 재구성 완료 메시지를 송신하도록 제어하며, 상기 수신된 RRC 접속 재구성 메시지에 기반하여 복수의 송신 빔들 중 최적의 송신 빔을 이용하여 상기 제2기지국의 임의접속채널(RACH)을 통해 프리앰블을 송신하도록 제어하고, 상기 제2기지국으로부터 RACH 응답(RAR)을 수신하는 경우 상기 제2기지국과 통신을 위한 절차를 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 빔 포밍 기법을 사용하는 무선 통신 시스템에서 단말과 기지국 사이의 초기 접속 지연 시간을 줄일 수 있으며, 단말과 기지국 사이의 초기 접속으로 인한 간섭을 줄일 수 있다. 또한 본 발명에 따르면, 매크로 셀과 스몰 셀 기지국이 중첩된 환경에서 빠르고 효율적인 초기 접속이 이루어질 수 있다.
도 1은 매크로 셀과 스몰 셀이 중첩되어 단말에 동시에 연결될 수 있는 시스템 모델을 설명하기 위한 개념도,
도 2a는 본 발명이 적용되는 무선통신 시스템에서 빔 포밍 전송을 수행하는 RACH 프레임의 송수신 빔 개수에 따른 확장 구성을 나타내는 설명도,
도 2b는 지향성 빔 포밍을 수행하는 스몰 셀 기지국과 단말 간 RACH 및 RAR 송수신을 위한 타이밍도,
도 2c는 무지향성 기지국을 이용하여 지향성 기지국과 단말간 RACH 및 RAR 송수신을 위한 타이밍도,
도 3은 매크로 셀과 스몰 셀이 중첩된 무선 통신 시스템에서 단말이 매크로 셀과 스몰 셀에 동시에 연결된 경우 단말에서 빔 스캔 동작을 설명하기 위한 예시도,
도 4a는 송신 빔 방향 고정 상황에서 수신 빔 스캔 이후 송신 빔 변경 후 해당 과정을 반복하여 전체 빔들을 1회 검출하는 예시도,
도 4b는 수신 빔 방향 고정 상황에서 송신 빔 스캔 이후 수신 빔 변경 후 해당 과정을 반복하여 전체 빔들을 1회 검출하는 예시도,
도 4c는 추천 송수신 빔을 우선 스캔 후 기존 송수신 빔 규칙에 따라 빔 스캔을 반복하여 전체 빔들을 1회 검출하는 예시도,
도 5는 본 발명에 따라 단말이 매크로 셀 기지국에 접속된 상태에서 스몰 셀 기지국과 연결될 경우 초기 접속 시의 신호 흐름도,
도 6은 전체 빔 스캔의 경우와 본 발명에 따라 송신 빔 및 수신 빔의 재정렬하는 경우의 스캔 시간을 대비한 그래프,
도 7은 본 발명이 적용되는 단말의 기능적 내부 블록 구성도,
도 8은 본 발명이 적용되는 기지국의 기능적 내부 블록 구성도,
도 9는 본 발명에 따라 매크로 셀 기지국에 접속된 단말에서 스몰 셀 기지국에 채널 접속 시의 제어 흐름도,
도 10은 본 발명에 따라 매크로 셀 기지국에 접속된 단말이 스몰 셀 기지국에 채널 접속 시 매크로 셀 기지국에서의 제어 흐름도,
도 11은 본 발명에 따라 매크로 셀 기지국에 접속된 단말이 스몰 셀 기지국에 채널 접속 시 스몰 셀 기지국에서의 제어 흐름도.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 다양한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면들에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 이하에 첨부된 본 발명의 도면은 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공되는 것으로, 본 발명의 도면에 예시된 형태 또는 배치 등에 본 발명이 제한되지 않음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 하기의 설명에서는 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
도 1은 매크로 셀과 스몰 셀이 중첩되어 단말에 동시에 연결될 수 있는 시스템 모델을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 하나의 매크로 셀 기지국 101과 다수의 스몰 셀 기지국들 111, 112, 113, 114, 115, 116 및 서로 다른 단말들 121, 122를 예시하였다.
먼저 매크로 셀 기지국 101은 매크로 셀 영역 101a를 가지며, 매크로 셀 영역 101a 내에 존재하는 단말들 121, 122로 통신 및 이동성을 제공할 수 있다. 또한 매크로 셀 영역 101a 내에는 다수의 스몰 셀 기지국들 111, 112, 113, 114, 115, 116을 포함할 수 있다. 각각의 스몰 셀 기지국들 111, 112, 113, 114, 115, 116은 각각의 스몰 셀 영역들 111a, 112a, 113a, 114a, 115a, 116a를 가질 수 있다. 자신의 영역 내에 위치한 단말들 121, 122로 데이터 통신을 지원할 수 있다. 이때, 각 단말들 121, 122는 매크로 셀 기지국 101로부터 데이터 서비스를 제공받는 경우보다 스몰 셀 기지국들 111, 112, 113, 114, 115, 116로부터 데이터 서비스를 제공받는 경우 보다 고속 데이터(high data rate) 서비스를 제공받을 수 있다. 이러한 스몰 셀 기지국들 111, 112, 113, 114, 115 및 116은 밀리미터 웨이브파를 사용하는 기지국들이 될 수 있다.
즉, 도 1의 구성도는 실제로 동일한 지역에 넓은 지역을 담당하는 매크로 셀 기지국 101과 매크로 셀 기지국 101의 영역 중 일부와 중첩되는 좁은 영역의 셀을 갖는 스몰 셀 기지국들 111, 112, 113, 114, 115 및 116이 함께 존재하는 형태이다. 매크로 셀 기지국 101은 매크로 셀 기지국 커버리지 101a를 가진다. 또한 제1스몰 셀 기지국 111은 제1스몰 셀 기지국 영역 111a를 가지며, 제2스몰 셀 기지국 112는 제2스몰 셀 기지국 영역 112a를 가지고, 제3스몰 셀 기지국 113은 제3스몰 셀 기지국 영역 113a를 가지며, 제4스몰 셀 기지국 114는 제1스몰 셀 기지국 영역 114a를 가지고, 제5스몰 셀 기지국 115는 제5스몰 셀 기지국 영역 115a를 가진다.
이러한 구성을 갖게 되면, 스몰 셀 기지국들 111, 112, 113, 114, 115 및 116은 효과적으로 셀 용량(capacity)을 증대시키면서 사용자 트래픽을 오프로딩(offloading)할 수 있으며, 매크로 셀 기지국 101은 각 단말들 121, 122로 서비스 커버리지를 지원함으로써, 스몰 셀 기지국의 수를 경제적으로 줄여 효과적인 네트워크 구현이 될 수 있다.
따라서 도 1에 도시한 제1단말 121의 경우를 살펴보면, 매크로 셀 기지국 101로부터 서비스 커버리지 101a의 지원을 받으면서, 고속의 데이터는 제1스몰 셀 기지국 111로부터 제공받을 수 있다. 동일하게 제2단말 122의 경우 매크로 셀 기지국 101로부터 서비스 커버리지 지원을 받으면서, 고속의 데이터 서비스는 제5스몰 셀 기지국 115로부터 제공받을 수 있다. 결과적으로 제1단말 121 및 제2단말 122는 매크로 셀 기지국 101과 연결된 상태에서 각각 제1스몰 셀 기지국 111 및 제5스몰 셀 115에 동시에 연결된 듀얼 커넥터비티(Dual connectivity) 상태가 될 수 있다.
이하에서 설명할 본 발명에 따른 초기접속 RACH 빔 스캔 절차를 간소화하기 위한 방법은 도 1의 시스템 모델을 참조하여 설명하기로 한다. 하지만, 본 발명은 단말이 복수개의 기지국과 접속하며 추가의 기지국과의 초기접속을 수행하는 경우로 확장하여 적용할 수 있다.
도 2a는 본 발명이 적용되는 무선통신 시스템에서 RACH 프레임의 구성을 나타내는 설명도이다.
도 2a를 참조하면, 많은 수의 송신 Tx1 및 수신 Rx1 주기들을 가지며, 각 주기들은 모두 동일한 구조를 가질 수 있다. 도 2a에서는 셀 중앙에 위치한 단말에서 송신한 RACH 프레임 210과 셀의 가장자리(dege)에 위치한 단말에서 송신한 RACH 프레임 220을 예시하고 있다.
셀 중앙에 위치한 단말에서 송신한 RACH 프레임 210을 참조하여 RACH 프레임 구조를 살펴보면, 순환전치심볼(Cyclic Prefix, 이하 "CP"라 함) 211과 프리앰블 212 및 타임 갭(Time Gap, Tgp) 213의 세부분으로 구성되어 있다. 따라서 전체 RACH 프레임의 길이(RACH slot)는 위에서 설명한 바와 같이 t0의 시점부터 t5의 시점까지가 될 수 있다.
도 2a에 도시한 바와 같이 셀의 중앙에 위치한 단말에서 송신한 RACH 프레임 210을 기지국이 t0 시점에서 수신할 때, 셀의 가장자리(edge)에 위치한 단말에서 송신한 RACH 프레임 220은 기지국이 t1의 시점에서 수신하게 된다. 이처럼 기지국의 커버리지 내에 단말들의 위치에 따라 단말과 기지국간 거리가 상이하게 되므로, 기지국의 커버리지 크기에 따라 CP 211 및 221의 크기가 결정될 수 있다. 이는 기지국 입장에서 각 단말들과의 거리가 상이하게 되므로 상량링크로 전송한 데이터의 도착시간이 달라지는 것을 보완하기 위함이다. 따라서 CP 211, 221의 길이는 셀 경계 단말까지의 라운드 트립 지연(Round Trip Delay, 이하 "RTD"라 함)과 다중경로(Multi-path)의 최대 지연확산(delay spread) 오차를 합한 값이 된다. 이때, 기지국의 커버리지 크기에 따라 최대지연 확산 오차는 서로 상이해질 수 있다.
또한 프리앰블은 임의 접속(Random Access)을 시도하는 단말을 구분하기 위한 시퀀스이며, 기지국에서 단말까지의 거리가 멀수록 요구 되는 프리앰블 시간이 길어진다. 즉, 프리앰블의 길이는 기지국의 크기와 지연시간 등에 의해 결정될 수 있다. 마지막으로 타임 갭 Tgp 213은 최대 RTD의 이내에서 설정될 수 있다.
도 2a에서는 셀 중앙에 위치한 단말에서 송신한 RACH 프레임 210을 기준으로 전송 시점들을 살펴보면, CP는 t0시점부터 t2의 시점까지이며, 프리앰블은 t2의 시점부터 t4의 시점까지이고, 시간 갭 Tgp 213은 t4의 시점부터 t5의 시점이 될 수 있다. 또한 셀 가장자리에 위치한 단말에서 송신한 RACH 프레임 220을 기준으로 전송 시점들을 살펴보면, CP는 t1시점부터 t3의 시점까지이며, 프리앰블은 t3의 시점부터 t5의 시점까지이고, 시간 갭 Tgp는 에지에 위치한 단말이므로 없는 상태가 된다.
이상에서 설명한 RACH 프레임은 무지향성(omni-directional) 전송을 수행하는 경우의 예가 될 수 있다. 따라서 빔 포밍 전송을 수행하는 시스템에서는 전송 빔과 수신 빔의 배수만큼 프리앰블이 확장된다. 이처럼 빔 포밍을 수행하는 시스템에서는 RACH 과정에서 빔 포밍 스캔(Beamforming Scan)의 제어 부담이 증가할 뿐 아니라 이동성 지원 시 잦은 셀 변경 발생으로 RACH에 대한 제어 부담 및 핸드오버(Handover) 지연이 더욱 증가하는 문제가 발생한다.
만일 빔 포밍을 수행하는 경우 단말이 기지국으로 RACH를 송신하는데 필요한 시간은 앞서 설명에서와 같이 최소 필요 시간이 "Tcp + min(Tpreamble) + Tgp"이므로, 하나의 빔 쌍(beam pair)마다 약 25us 이상의 RACH 송신 시간을 필요로 한다. 이러한 결과에 따라 1[ms] 당 40슬롯(UL은 20슬롯), 슬롯의 길이(Slot Length)를 25us로 가정하고, 기지국에서 27개의 송/수신 빔을 사용하고, 단말에서 9개의 송/수신 빔을 사용하는 경우를 가정하면, 전체 RACH를 탐색(Sweep)하는데, 3프레임 즉, 12.15[ms]가 소요된다. 이처럼 많은 시간을 소요하게 되므로 인해 통신이 이루어지는 시작시점 또는 핸드오버 등이 필요한 경우 서비스 품질이 저하될 수 있다.
그러면 지향성 빔 포밍을 수행하는 기지국으로 RACH를 송신하는 경우 및 무지향성 기지국으로 RACH를 송신하는 경우를 도 2b 및 도 2c를 참조하여 살펴보기로 하자.
도 2b는 지향성 빔 포밍을 수행하는 스몰 셀 기지국과 단말 간 RACH 및 RAR 송수신을 위한 타이밍도이다.
도 2b를 참조하면, 단말 121은 참조부호 231로 예시한 바와 같이 다양한 방향으로 빔 포밍을 수행할 수 있으며, 스몰 셀 기지국 111 또한 참조부호 232와 같이 다양한 방향으로 빔 포밍을 수행할 수 있다.
이때, 단말 121과 기지국은 도 2a에 예시한 바와 같이 송신 Tx 구간 및 수신 구간 Rx이 포함된 주기 250, 260, 270 단위로 송신과 수신이 이루어질 수 있다. 여기서 단말 121의 관점에서 송신 Tx은 상향 링크(UL)의 전송이 될 수 있으며, 수신 Rx은 하향 링크(DL)의 전송이 될 수 있다. 반대로 스몰 셀 기지국의 관점에서 송신 Tx은 하향 링크(DL)의 전송이 될 수 있고, 수신 Rx은 상향 링크(UL)의 전송이 될 수 있다.
도 2b에 예시한 바와 같이 단말 121은 첫 번째 주기 250의 상향 링크(UL)에서 참조부호 RACH를 참조부호 251, 252 및 253과 같이 송신할 수 있다. 여기서 참조부호 251, 252 및 253은 단말 121에서의 에너지 레벨이 될 수 있으며, 각 참조부호 하나마다 단말 121에서 송신할 수 있는 전체 빔 방향으로의 송신 빔들이 될 수도 있고, 하나의 빔 방향이 될 수도 있다. 따라서 첫 번째 주기 250에서 단말 121은 송신 전력을 증가시켜가면서 송신 빔 방향으로 RACH를 스몰 셀 기지국으로 송신할 수 있다.
이때, 도 2b에 예시한 RACH 임계값(threshold) 240은 스몰 셀 기지국 111의 관점에서 미리 설정된 임계값이 될 수 있다. 즉, RACH 임계값 240 이상의 신호로 수신되는 경우에만 스몰 셀 기지국 111은 RACH에 대한 응답인 RAR을 단말로 송신하게 된다.
도 2b를 참조하면, 첫 번째 구간 250에서 단말 121이 송신한 모든 RACH는 RACH 임계값에 도달하지 못한 전력이 된다. 따라서 스몰 셀 기지국 111은 단말로 RAR 신호를 송신하지 않는다. 따라서 단말 121은 첫 번째 구간 250의 하향 링크(DL) 전송이 완료될 때까지 대기한 후 두 번째 구간 260에서 다시 참조부호 261, 262 및 263과 같이 빔 포밍을 통해 스몰 셀 기지국 111로 RACH를 송신할 수 있다. 도 2b의 예에서는 두 번째 구간 260에서도 RACH 임계값을 충족하지 못한 경우가 된다. 따라서 단말 121은 두 번째 구간 260의 하향 링크(DL) 전송이 완료될 때까지 대기한 후 세 번째 구간 270에서 다시 참조부호 217, 272 및 273과 같이 빔 포밍을 통해 스몰 셀 기지국 111로 RACH를 송신할 수 있다.
도 2b에 예시한 바에 따르면, 참조부호 세 번째 구간 270의 첫 번째 RACH 및 271 두 번째 RACH 272 송신이 기지국의 RACH 임계값을 초과하는 경우가 될 수 있다.
그러면 스몰 셀 기지국 111은 세 번째 구간 270의 하향 링크(DL)에서 RAR을 단말 121로 전송할 수 있다. 이때, 스몰 셀 기지국 111은 세 번째 구간 270의 하향 링크(DL)로 단말 121이 세 번째 구간 270에서 첫 번째 송신한 RACH 271에 대응한 RAR 275를 송신할 수 있다. 스몰 셀 기지국 111은 동일한 단말로부터 RACH 임계값 240을 초과하는 둘 이상의 RACH가 수신되는 경우 최대 RACH 전력 레벨을 갖는 빔 포밍 방향으로 RAR을 송신할 수 있다. 만일 스몰 셀 기지국 111에서 해당 빔 포밍 방향이 이미 다른 단말들에 할당되어 있거나 또는 인접한 단말로 심한 간섭을 초래할 수 있는 경우 다른 RACH를 선택하도록 할 수도 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 빔 포밍 방법을 사용하는 단말과 기지국에서 초기 접속 시에 상향 링크 및 하향 링크의 전송 시간으로 인해 최적의 빔 포밍 방향으로 초기 접속이 이루어지기까지 매우 오랜 시간이 소요될 수 있다.
도 2c는 무지향성 기지국을 이용하여 지향성 기지국과 단말간 RACH 및 RAR 송수신을 위한 타이밍도이다.
도 2c를 참조하면, 단말 121은 참조부호 231로 예시한 바와 같이 다양한 방향으로 빔 포밍을 수행할 수 있으며, 스몰 셀 기지국 111 또한 참조부호 232와 같이 다양한 방향으로 빔 포밍을 수행할 수 있다. 하지만, 매크로 셀 기지국 101은 무지향성 기지국으로, 빔 포밍을 수행하지 않는다.
도 2c에 예시한 바와 같이 단말 121은 스몰 셀 기지국 111로 다양한 빔 방향으로 빔 포밍을 수행하여 RACH들 281, 282, 283, 284, 285, 286, 287, 288, …을 송신한다. 이때, 스몰 셀 기지국 111은 RACH 임계값 240을 초과하는 RACH가 수신될 시 직접 단말 121로 RACH에 대한 응답 신호를 송신하지 않고, 참조부호 291과 같이 매크로 셀 기지국 101로 RAR 신호를 송신하도록 제공한다. 그러면 매크로 셀 기지국 101은 무지향성이므로 해당 단말 111로 RACH에 대한 응답인 RAR 292를 스몰 셀 기지국 111 대신 전송할 수 있다. 이때, RAR에 포함된 정보는 스몰 셀 기지국 111로부터 제공받은 정보들이 될 수 있다.
따라서 도 2c와 같이 스몰 셀 기지국 111이 직접 RACH에 응답하는 RAR을 송신하지 않고 매크로 셀 기지국 101을 이용하는 경우 보다 빠르게 RAR을 전송함으로써 단말 121과 스몰 셀 기지국 111간 초기 접속이 이루어질 수 있다.
도 3은 매크로 셀과 스몰 셀이 중첩된 무선 통신 시스템에서 단말이 매크로 셀과 스몰 셀에 동시에 연결된 경우 단말에서 빔 스캔 동작을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3에 예시한 형태는 도 1에 예시한 형태와 동일한 구성으로, 설명의 편의를 위해 매크로 셀 기지국 101과 스몰 셀 기지국들 111, 112, 113을 별도로 구분하여 도시한 형태이다. 매크로 셀 기지국 101과 스몰 셀 기지국들 111, 112, 113은 340과 같이 소정의 인터페이스를 통해 연결될 수 있다. 이러한 인터페이스는 각 시스템마다 서로 다를 수 있으므로, 본 발명에서는 특별한 제약을 두지는 않기로 한다.
또한 도 3에 도시한 바와 같이 각 스몰 셀 기지국 111, 112, 113은 다수의 방향으로 빔 포밍하여 신호를 송신할 수 있다. 예컨대, 제1스몰 셀 기지국 111은 다수의 방향들 311, 312, 313, 314, 315, 316, …로 빔 포밍을 수행할 수 있고, 제2스몰 셀 기지국 112 또한 다수의 방향들 321, 322, 323, 324, 325, 326, …로 빔 포밍을 수행할 수 있으며, 제3스몰 셀 기지국 113도 마찬가지로 다수의 방향들 331, 332, 333, 334, 335, 336, …로 빔 포밍을 수행할 수 있다.
또한 단말 121은 매크로 셀 101과 참조부호 350과 같이 연결된 상태이며, 다수의 스몰 셀 기지국들 111, 112, 113로부터 빔 포밍된 방향 중 하나 또는 둘 이상의 방향의 빔을 통해 통신을 수행할 수 있다. 도 3의 예시에서는 제1스몰 셀 기지국 111과 단말 121간 빔 포밍 신호들 중 두 번째 빔 312의 방향이 가장 양호한 상태를 예시하였다. 또한 제2스몰 셀 기지국 112와 단말 121간 빔 포밍 신호들 중 다섯 번째 빔 325의 방향이 가장 양호한 상태를 예시하였으며, 제3스몰 셀 기지국 113과 단말 121간 빔 포밍 신호들 중 세 번째 빔 333이 가장 양호한 상태인 경우를 예시하였다. 또한 도 3에서는 다수의 스몰 셀 기지국들 111, 112, 113 중 하나인 제1스몰 셀 111과 참조부호 360으로 예시한 바와 같이 채널이 형성된 경우를 예시하고 있다.
이처럼 단말 121과 스몰 셀 기지국들 111, 112, 113간 가장 양호한 빔 포밍 신호를 결정하는 경우를 도 4a 내지 도 4c를 이용하여 살펴보기로 하자.
도 4a는 송신 빔 방향 고정 상황에서 수신 빔 스캔 이후 송신 빔 변경 후 해당 과정을 반복하여 전체 빔들을 1회 검출하는 예시도이고, 도 4b는 수신 빔 방향 고정 상황에서 송신 빔 스캔 이후 수신 빔 변경 후 해당 과정을 반복하여 전체 빔들을 1회 검출하는 예시도이며, 도 4c는 추천 송수신 빔을 우선 스캔 후 기존 송수신 빔 규칙에 따라 빔 스캔을 반복하여 전체 빔들을 1회 검출하는 예시도이다.
도 4a 내지 도 4c를 설명함에 있어, 도 1 및 도 3의 단말 121과 제1스몰 셀 기지국 111을 이용하여 설명하기로 한다.
도 4a 내지 도 4c에서 빔 포밍이 가능한 송신 빔의 방향들은 M개이며, 빔 포밍이 가능한 수신 빔의 방향들은 N개인 경우를 예로써 도시한 도면이다. 또한 도 4a 내지 도 4c에서 기지국이 단말로부터 RACH 채널을 수신하는 경우를 가정한다. 따라서 송신 빔 방향들은 단말이 스몰 셀 기지국으로의 RACH 채널을 통해 프리앰블을 송신하기 위한 UL로 빔을 송신하기 위한 빔 포밍 방향들이 될 수 있으며, 수신 빔 방향들은 기지국에서 단말로부터 전송되는 RACH 채널을 빔 포밍하여 수신하기 위한 수신 빔 방향들이 될 수 있다.
도 4a 및 도 4b에서는 특정한 한 노드 예컨대, 기지국 또는 단말에서 하나의 빔 방향을 고정한 상태에서 다른 노드의 빔 포밍 방향들 각각에 대하여 최적의 빔 방향을 검색하는 경우를 예시하고 있다.
도 4a를 참조하면, 송신 장치인 단말로부터의 제공되는 한 빔에 대하여 각각의 수신 빔들을 이용하여 빔의 최적의 빔을 검색하는 경우이다. 따라서 단말 121로부터 제1빔 방향 411에 대하여 스몰 셀 기지국 111에서 형성할 수 있는 N개의 수신 빔 방향들 311, 312, 313, …, 31N으로의 수신 빔들에 대하여 RACH 프리앰블을 검사할 수 있다. 이러한 동작은 도 4a에서 401단계로 표시하였다. 따라서 단말 121로부터 제2빔 방향 412에 대하여 스몰 셀 기지국 111에서 형성할 수 있는 N개의 수신 빔 방향들 311, 312, 313, …, 31N으로의 수신 빔들에 대하여 RACH 프리앰블을 검사하는 단계는 402단계가 될 수 있다. 이러한 동작은 단말 121의 마지막 빔 방향인 M번째 빔 방향 41M에 대하여도 40M단계에서 N개의 수신 빔 방향들 311, 312, 313, …, 31N으로의 수신 빔들에 대하여 RACH 프리앰블을 검사함으로써 전체 검색이 이루어질 수 있다.
도 4b를 참조하면, 수신 장치인 스몰 셀 기지국 111은 각 단계마다 스몰 셀 기지국 111에서 형성할 수 있는 N개의 수신 빔 방향들 311, 312, 313, …, 31N을 하나로 설정한 상태에서 송신 장치인 단말 121에서 제공 가능한 M개의 빔 방향을 변경하면서 검사하는 동작이다. 예컨대, 421단계는 스몰 셀 기지국 111에서 제1빔 방향 311을 고정하고, 단말 121로부터 제공 가능한 M개의 빔 방향들 411, 412, 413, …, 41M에 대하여 RACH 프리앰블을 검사하는 단계가 될 수 있다. 또한 422단계는 스몰 셀 기지국 111에서 제2빔 방향 312를 고정하고, 단말 121로부터 제공 가능한 M개의 빔 방향들 411, 412, 413, …, 41M에 대하여 RACH 프리앰블을 검사하는 단계가 될 수 있다. 이처럼 동작은 42N단계에서 기지국의 마지막 방향인 제N번째 빔 방향 31N을 고정하고, 단말 121로부터 제공 가능한 M개의 빔 방향들 411, 412, 413, …, 41M에 대하여 RACH 프리앰블을 검사함으로써 전체 검색이 이루어질 수 있다.
도 4c는 추천 송수신 빔을 우선 스캔한 이후 기존 송수신 빔 규칙에 따라 빔 스캔을 반복하여 전체 빔들을 1회 검출하는 예시도이다.
도 4c를 참조하면, 451단계에서 송신 추천 빔들 431, 432, 433, …, 43q와 수신 추천 빔들 441, …, 44p를 이용하여 빔 스캔을 수행한다. 이러한 송신 추천 빔들 431, 432, 433, …, 43q와 수신 추천 빔들 441, …, 44p는 매크로 셀 기지국에서 해당 단말과 스몰 셀 기지국간 빔 스캔 시 해당 단말과 유사한 위치의 단말들에 대한 이전의 이력(history) 또는 기지국의 설치 시에 지정된 정보 등의 다양한 정보에 근거하여 추천될 수 있다. 다른 방법으로 단말에서 자신의 이력 정보를 이용할 수도 있다. 이후 도 4a 또는 도 4b와 같이 기존 송수신 빔 규칙에 따라 빔 스캔을 반복하여 전체 빔들을 1회 검출을 시도할 수 있다. 도 4c에서는 추천 빔 이력을 검사한 이후 도 4a의 전체 빔 스캔 방식이 적용되는 예를 도시하였다.
이상에서 설명한 방법은 단말 121에서 사용할 수 있는 모든 빔 방향과 스몰 셀 기지국 111에서 사용할 수 있는 모든 빔 방향을 검사하는 동작 및 추천 빔을 이용하여 먼저 빔을 스캔한 이후 사용할 수 있는 모든 송수신 빔 방향으로 검사하는 동작이 될 수 있다. 따라서 이처럼 단말 121에서 사용 가능한 모든 빔 방향과 스몰 셀 기지국 111에서 사용할 수 있는 모든 빔 방향을 검사하는 경우 앞서 설명한 바와 같이 SCH 및 RACH를 통해 프리앰블을 송신하여 최적의 빔들을 검색하는데 매우 오랜 시간이 소요됨을 알 수 있다. 이러한 경우는 스몰 셀 기지국 111과 매크로 셀 101간 독립적으로 동작하는 경우가 될 수 있다.
따라서 본 발명에서는 도 3에서 예시한 바와 같이 단말 121이 매크로 셀에 접속되어 있는 상태인 경우를 가정한다. 이러한 경우 매크로 셀 기지국 101은 매크로 셀 기지국 101과 스몰 셀 기지국들 111, 112, 113간 Xn 인터페이스를 이용하여, 단말 121과 매크로 셀 기지국 101에서 획득한 정보를 스몰 셀 기지국들 111, 112, 113으로 제공한다. 예컨대, 매크로 셀 기지국 101은 스몰 셀 기지국들 111, 112, 113으로 단말 121의 위치 정보 또는 단말 121과의 채널 이력(channel history) 정보, 사용된 빔 식별자 테이블(Use Beam ID Table) 정보 등을 스몰 셀 기지국들 111, 112, 113으로 제공할 수 있다. 이러한 정보를 수신한 스몰 셀 기지국들 111, 112, 113은 위 정보를 이용하여 먼저 검색할 채널 정보를 새롭게 정렬(Reordering)하여 보다 빠르게 초기 접속이 이루어지도록 할 수 있다.
이를 통해 본 발명에서는 단말 121과 스몰 셀 기지국들 111, 112, 113 중 적어도 하나와 최적의 빔 방향 설정 및 초기 접속 시의 시간을 줄일 수 있는 방법 및 그 장치에 대하여 후술되는 도면들을 참조하여 살펴보기로 한다.
도 5는 본 발명에 따라 단말이 매크로 셀 기지국에 접속된 상태에서 스몰 셀 기지국과 연결될 경우 초기 접속 시의 신호 흐름도이다.
도 5를 설명함에 있어, 단말과 매크로 셀 기지국 및 스몰 셀 기지국은 모두 앞서 설명한 도 1 및 도 3의 구성을 이용하여 설명하기로 한다. 또한 스몰 셀 기지국은 제1스몰 셀 기지국 111을 기준으로 설명할 것이다. 하지만, 앞서 설명한 도면들에 예시한 다른 스몰 셀 기지국들 112, 113, 114, 115, 116과 단말 121간의 동작 및 매크로 셀 101과 스몰 셀 기지국들의 동작은 도 5에서 설명하는 흐름을 그대로 적용할 수 있다.
도 5의 신호 흐름도는 아래와 같은 가정 하에서 출발한다. 첫째, 단말 121은 매크로 셀 기지국 101과 접속된 상태 즉, 마크로 기지국 101과는 상호간 동기가 맞춰진 상태이며, 통신이 가능한 상태인 경우로 가정한다. 또한 단말 121이 스몰 셀 기지국 111과 RACH로 접속을 시도하는 경우를 가정한다.
이처럼 단말 121과 매크로 셀 기지국 101간 동기가 맞춰진 상태인 경우 매크로 셀 기지국 101과 단말 121간 동기 에러는 1ms 이하로 정밀한 동기(tight sych) 상태일 수 있다. 또한 스몰 셀 기지국 111과 매크로 셀 기지국간은 대략적인 동기(rough sych) 상태일 수 있다. 스몰 셀 기지국 111은 셀-구분 기준 신호(Cell-specific Reference Signal, 이하 "CRS"라 함)를 주기적으로 송신한다. 따라서 단말 121은 500단계에서 스몰 셀 기지국 111로부터 주기적으로 전송되는 CRS 중 첫 번째 CRS를 수신한다.
이처럼 단말 121이 매크로 셀 기지국 101과 접속된 상태에서 스몰 셀 기지국 111로부터 CRS를 수신하기 위해서 단말 121은 매크로 셀 기지국 101과 신호의 송/수신을 위한 RF 모듈과 스몰 셀 기지국 111과 신호의 송/수신을 위한 RF 모듈을 가질 수 있다. 즉, 단말 121은 듀얼 RF 모듈을 가져야 한다.
단말 121은 500단계에서 스몰 셀 기지국 111로부터 첫 번째 SCH를 수신하는 경우 스몰 셀 기지국 111의 동기를 획득한다. 또한 단말 121은 500단계에서 동기 획득과 함께 스몰 셀 기지국 111에서 각 방향으로 빔 포밍하는 신호들을 측정하고, 측정된 신호의 세기를 검사한다. 이때, 단말 121은 최적의 송신 빔 및 수신 빔을 설정할 수 있다. 여기서 송신 빔은 스몰 셀 기지국 111로부터 제공되는 DL의 빔들 중 최적의 빔이 될 수 있으며, 수신 빔은 단말 121에서 신호의 수신을 위해 빔 포밍하는 빔이 될 수 있다.
이후 단말 121은 502단계에서 측정된 신호 세기를 매크로 셀 기지국 101로 보고한다. 즉, 스몰 셀 기지국 111의 빔 포밍된 신호들을 측정한 결과를 스몰 셀 기지국 111로 제공하는 것이 아니라 본 발명에서는 매크로 셀 기지국 101로 제공하도록 한다. 따라서 단말 121은 매크로 셀 기지국 101로 보고할 시 스몰 셀 기지국 111의 식별자 정보(SeNB ID)와 획득된 최상의 송신 빔 식별자(DL Tx Beam ID)를 보고할 수 있다. 또한 단말 121은 최상의 송신 빔 식별자 정보 대신 송신 빔 및 수신 빔의 셋들 중 최상의 셋 정보를 매크로 셀 기지국 101로 보고할 수도 있다. 예컨대, 단말 121이 500단계에서 수신된 빔들을 측정한 결과 x번째 송신 빔과 y번째 수신 빔의 셋이 가장 양호한 경우 해당 셋 정보를 매크로 셀 기지국 101로 전송할 수 있다.
또한 단말 121에서 매크로 셀 기지국 101로 기지국의 정보 및 송신 또는 송수신 빔의 정보를 제공할 시 채널 측정보고(Measurement report) 메시지에 포함하여 송신할 수 있다. 이러한 측정 보고 메시지는 예컨대, 무선 자원 제어(Radio Resource Control, 이하 "RRC"라 함) 메시지로 전송할 수 있다.
이에 따라 매크로 셀 기지국 101은 단말 121로부터 스몰 셀 기지국의 측정된 정보를 수신하고, 수신된 정보를 근거로 504단계에서 단말 121로 서비스를 제공하기 위해 스몰 셀을 단말 121과 연결하도록 할 것인지를 결정할 수 있다. 이러한 결정은 매크로 셀 기지국 101의 스케줄링 및 자원 등의 요소를 고려하여 이루어질 수 있다.
예를 들어 단말 121로 제공해야 하는 데이터의 양이 많고 빠른 속도가 요구되는 데이터인 경우 매크로 셀 기지국 101에서 처리하는 경우보다 스몰 셀 기지국 111에서 데이터의 송수신을 수행하는 경우가 효율적인 경우가 될 수 있다. 다른 예로, 매크로 셀 기지국 101에 접속된 단말의 수가 많아 포화 상태에 근접하였고, 스몰 셀 기지국 111과 통신하는 단말의 수가 적은 경우 등이 될 수 있다.
본 발명에서는 매크로 셀 기지국 101에서 단말 121로 서비스를 제공하기 위해 스몰 셀 기지국 111을 단말 121에 부가하는 경우를 가정한다. 따라서 도 5에서는 504단계와 같이 매크로 셀 기지국 101에서 스몰 셀 기지국 111을 단말 121과 접속하도록 결정하는 단계만을 도시하였다.
이처럼 스몰 셀 부가 결정이 이루어지면, 매크로 셀 기지국 101은 506단계에서 스몰 셀 부가 요청(SCELL ADDITION REQUEST) 메시지를 스몰 셀 기지국 111로 제공한다. 이때, 매크로 셀 기지국 101에서 스몰 셀 기지국 111로 제공되는 스몰 셀 부가 요청 메시지는 매크로 셀 기지국 101과 스몰 셀 기지국 111간 연결된 링크 340을 통해 전송할 수 있다.
또한 매크로 셀 기지국 101에서 스몰 셀 기지국 111로 제공되는 스몰 셀 부가 요청 메시지에는 단말 121의 정보(UE Info.), 스몰 셀 기지국 식별자(SeNB ID) 정보 및 보고된 최적의 빔 정보를 포함할 수 있다. 그 외에 매크로 셀 기지국 101은 스몰 셀 기지국 111로 최적의 빔을 추천하기 위해 부가적인 정보를 제공할 수 있다.
먼저 단말 121로부터 획득할 수 있는 정보를 활용할 수 있다. 예컨대, 부가 요청 메시지에는 단말 121로부터 GPS를 이용한 위치(Location) 정보를 획득할 수 있는 경우 단말 121로부터 획득한 GPS에 기반한 위치 정보를 제공할 수 있다. 만일 단말 121에서 GPS를 이용하지 못하는 경우에도 마크로 기지국 101은 위치 정보를 제공할 수 있다. 예컨대, 단말 121과 신호를 송/수신할 수 있는 다수의 기지국들을 이용하여 삼각 측량을 통해 단말의 대략적인 위치 정보를 획득하고, 이를 스몰 셀 기지국 111로 제공할 수도 있다.
그 밖에 마크로 기지국 101에서 단말 121과 빔 식별자 테이블에 근거하여 형성한 빔 이력(MeNB build history based Beam ID table) 정보를 스몰 셀 부가 요청 메시지에 부가 정보로 포함할 수 있다. 빔 식별자 테이블은 단말 121의 위치(UE location), 빔 식별자(Beam ID)를 갖는 정보일 수 있으며, 이를 이용하여 최적의 상향링크 수신 빔 정보를 포함할 수 있다. 또한 빔 형성 이력 정보에는 최적의 하향 링크 송신 빔(best DL Tx beam) 정보와 최적의 상향링크 수신 빔(best UL Rx beam) 정보를 포함할 수 있다. 최적의 상향 링크 수신 빔 정보는 단말 121의 위치를 이용한 수신 빔 정보는 물론 다른 단말들의 수신 빔 이력 정보를 포함할 수 있다.
이에 따라 스몰 셀 기지국 111은 빔 스캔 정보를 변경할 수 있다. 이처럼 스몰 셀 기지국 111에서 빔 스캔 정보를 변경하는 경우 도 4c에 예시한 추천 빔을 이용하는 경우가 될 수 있다. 또한 스몰 셀 기지국 111에서 빔 스캔 정보를 변경할 시 적극적인 방법과 소극적인 방법으로 구분할 수 있다.
스몰 셀 기지국 111이 적극적인 방법을 적용하는 경우 스몰 셀 기지국 111은 선택된 빔만 또는 둘 이상의 빔이 선택된 경우 선택된 빔들만을 빔 스캔할 수 있다. 이는 도 4c에 예시한 451단계만을 수행하는 경우가 될 수 있다.
스몰 셀 기지국 111이 소극적인 방법을 적용하는 경우 스몰 셀 기지국 111은 스캔할 전체 빔들의 순서를 재정렬(Reofdering)하는 방법을 적용할 수 있다.
소극적인 방법을 적용하는 경우를 좀 더 살펴보면, 소극적인 방법에서는 송신 빔의 정렬의 변경과 수신 빔 정렬의 변경으로 구분할 수 있다. 따라서 송신 빔만을 재정렬 할 수도 있고, 수신 빔만을 재정렬 할 수도 있으며, 송신 빔과 수신 빔을 모두 재정렬 할 수도 있다.
수신 빔만을 재정렬하는 경우 기지국 111은 단말 121로 특별한 정보를 제공할 필요가 없다. 하지만, 송신 빔 정렬의 변경을 수행하는 경우에 기지국 111은 단말 121로 피드백 정보를 제공해야 한다. 가령, 기지국 111은 단말 121로 최적의 빔(best beam)의 위치(position) 정보를 제공할 수 있다. 최적의 빔 위치 정보는 최적의 빔 식별자(ID)와 다른 정보가 될 수 있다. 이러한 최적의 빔 위치 정보를 수신한 단말 121은 수신된 최적의 빔 위치 정보에 근거하여 빔의 송신 순서(Tx order)를 재정렬할 수 있다.
또한 스몰 셀 기지국 111과 매크로 셀 기지국 101은 기본적으로 각각의 위치 정보를 가질 수 있다. 따라서 스몰 셀 기지국 111은 매크로 셀 기지국 101로부터 단말 121의 위치 정보를 수신하는 경우 단말의 위치 정보를 기반으로 매크로 셀 기지국 101의 최적의 빔에 대응하여 스몰 셀 기지국 111에서 선택할 수 있는 최적의 빔을 찾을 수 있다. 가령, 단말 121과 스몰 셀 기지국 111 및 매크로 셀 기지국 101이 일직선상에 위치하고, 단말 121과 매크로 셀 기지국 101 사이에 스몰 셀 기지국 111이 위치한다고 가정하자. 그러면 매크로 셀 기지국 101에서 결정한 최적의 빔 포밍 방향이 스몰 셀 기지국 111에서도 최적의 방향이 될 가능성이 높다.
반면에 단말 121과 스몰 셀 기지국 111 및 매크로 셀 기지국 101이 일직선상에 위치하고, 스몰 셀 기지국 111과 매크로 셀 기지국 101 사이에 단말 121이 위치한다고 가정하자. 이러한 경우 매크로 셀 기지국 101의 최적의 빔 포밍 방향과 반대 방향이 스몰 셀 기지국 111과 단말 121 사이의 최적의 빔 포밍 방향이 될 수 있다. 따라서 스몰 셀 기지국 111은 이처럼 직관적인 형태 뿐 아니라 다양한 단말의 위치에 따라 최적의 빔 포밍 방향을 추천하기 위한 테이블 또는 계산 방법 등을 미리 가지고 있을 수 있다.
따라서 스몰 셀 기지국 111은 매크로 셀 기지국 101로부터 제공되는 추천 빔 포밍 정보와 단말 121의 위치를 기반으로 하여 최적이 될 것으로 예상되는 빔 포밍 방향을 적어도 하나 이상을 설정할 수 있다. 만일 스몰 셀 기지국 111에 이러한 정보가 없는 경우라면 매크로 셀 기지국 101에서 이를 미리 계산하여 스몰 셀 기지국 111에서 사용할 빔 포밍 우선순위 정보 또는 추천 정보를 제공할 수 있다.
스몰 셀 기지국 111은 506단계에서 매크로 셀 기지국 101로부터 수신된 스몰 셀 부가 요청 메시지를 수신하면, 508단계에서 데이터 라디오 베어러 2(Data Radio Bearer 2, 이하 "DRB2"라 함)를 설정한다. 이후 스몰 셀 기지국 111은 510단계에서 스몰 셀 부가 요청 응답(Scell addition request ACK) 메시지를 생성하여 매크로 셀 기지국 101로 전송한다. 이때, 스몰 셀 기지국 111은 마크로 기지국 101로 전송되는 스몰 셀 부가 요청 응답 메시지에 스몰 셀 기지국 111의 RACH 구성(configuration) 정보를 추가하여 전송한다.
매크로 셀 기지국 101은 510단계에서 스몰 셀 부가 요청 응답 메시지를 수신하면, 512단계에서 마르코 셀 기지국 101과 단말 121간 설정된 DRB2로 데이터 전송을 중지한다. 매크로 셀 기지국 101에서 DRB2로 데이터 전송을 중지한 후 매크로 셀 기지국 101은 514단계에서 RRC 접속 재구성(RRC Connection Reconfiguration) 메시지를 단말 121로 전송한다. 이때 RRC 접속 재구성 메시지에는 510단계에서 스몰 셀 기지국 111로부터 스몰 셀 부가 요청 응답 메시지에 포함되어 수신된 스몰 셀 기지국의 RACH 구성 정보를 추가하여 전송한다. 이는 단말 121이 스몰 셀 기지국 111과 접속할 경우 스몰 셀 기지국 111의 상태를 다시 확인할 수 있도록 하기 위함이다.
또한 매크로 셀 기지국 101은 516단계에서 스몰 셀 기지국 111로 시퀀스 번호(Sequence Number, 이하 "SN"이라 함) 상태(SN status)를 전달하고, 518단계에서 단말 121로 전송할 데이터를 스몰 셀 기지국 111로 전달한다. 여기서 시퀀스 번호는 매크로 셀 기지국 101과 단말 121간 송/수신되는 데이터의 시퀀스 번호가 될 수 있다.
514단계에서 RRC 접속 재구성 메시지를 수신한 단말 121은 520단계에서 매크로 셀 기지국 101과 설정된 DRB2로의 데이터 수신을 중지한다. 이후 522단계에서 단말 121은 스몰 셀 기지국 111로부터 수신되는 첫 번째 SCH와 상기 514단계에서 수신된 RRC 접속 재구성 메시지에 포함된 스몰 셀 기지국의 RACH 정보를 이용하여 단말 121이 빔 스캔 과정에서 획득한 가장 우수한 수신 빔을 통해 스몰 셀 기지국 111과 전송 빔 및 수신 빔이 유효한지를 검사할 수 있다.
이러한 검사 결과를 통해 단말 121이 스몰 셀 기지국 111과의 빔 스캔 과정에서 획득한 빔 정보가 유효한 경우 단말 121은 524단계에서 RRC 접속 재구성 완료 메시지를 생성하여 스몰 셀 기지국 111로 제공한다. 즉, 단말 121은 이미 마크로 기지국 101과는 DRB2가 중단되었기 때문에 이후 보고는 스몰 셀 기지국 111과 이루어지는 것이다. 도 5에서는 단말 121이 스몰 셀 기지국 111과의 빔 스캔 과정에서 획득한 빔 정보가 유효하지 않은 경우는 살피지 않기로 한다.
이후 단말 121은 526단계에서 RACH 전송을 수행한다. 이때, 단말 121이 RACH를 통해 프리앰블을 송신한 후 미리 설정된 시간 내에 기지국으로부터 RAR 메시지를 수신하지 못하는 경우 앞서 도 2b 및 도 2c에서 설명한 바와 같이 순차적으로 송신 전력을 증가시켜가면서 송신할 수 있다. 또한 단말 121은 RACH를 통해 RAR을 송신할 경우 랜덤한 방식으로 송신할 수도 있고, 앞서 설명한 바와 같이 단말 121에서 송신 빔의 순서를 재정렬(UL Tx beam Reordering)하도록 정보를 수신한 경우(도면에 미도시) 송신 빔의 순서를 재정렬하여 RACH로 프리앰블을 송신할 수 있다. 따라서 526단계의 RACH 전송은 1회 이루어지는 것이 아니라 도 2b 및 도 2c에 예시한 바와 같이 수차례 이루어질 수 있다.
가령, 526단계에서 단말 121이 최대 전력이 아닌 제1전력으로 전체 빔 방향 또는 미리 재정렬된 방향들로만 또는 재정렬된 순서에 따라 순차적으로 RACH를 통해 프리앰블을 송신할 수 있다. 이후 단말 121은 기지국으로부터 미리 결정된 시간 내에 RAR 메시지를 수신하지 못하는 경우 최대 전력 이내에서 제1전력보다 높은 제2전력으로 RACH를 통해 프리앰블을 전송한다. 단말 121에서의 이러한 동작은 RACH를 통해 최대 전력으로 프리앰블을 송신할 때까지 또는 기지국으로부터 RAR 메시지를 수신할 때까지 이루어진다. 아울러, 단말 121은 RACH를 통해 프리앰블을 송신할 시 전력 뿐 아니라 본 발명에 따라 송신 빔을 재정렬할 수도 있다.
한편, 스몰 셀 기지국 111은 매크로 셀 기지국 101로부터 추천받은 정보를 이용하여 재정렬된 빔만을 선택적으로 또는 추천받은 정보를 토대로 수신 빔부터 순차적으로 먼저 스캔할 수 있도록 재정렬하여 스캔할 수 있다. 따라서 스몰 셀 기지국 111은 매크로 셀 101로부터 추천받은 정보를 기반으로 스캔이 먼저 이루어지도록 선택적인 스캔 또는 재정렬에 의한 스캔이 이루어지므로, 단말 121이 송신한 RACH 프리앰블 신호를 빠르게 수신할 수 있다. 즉, 성공 확률이 높은 빔 포밍 방향으로 먼저 스캔이 이루어지므로, RACH로 전송되어 온 프리앰블 신호를 빠르게 수신할 수 있다.
그러면 이하에서 526단계를 앞서 설명한 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 좀 더 상세히 살펴보기로 하자.
(1) 스몰 셀 기지국 111에서 수신 빔들에 대한 재정렬만 이루어진 경우를 가정하자. 이때에도 하기의 3가지 경우들이 존재할 수 있다.
첫째, 재정렬된 모든 수신 빔들을 이용하여 순차적으로 RACH로 수신되는 송신 빔들을 탐색하는 경우
둘째, 선택된 수신 빔들만을 이용하여 RACH로 수신되는 송신 빔들을 탐색하는 경우
셋째, 선택된 수신 빔들만을 이용하여 RACH로 수신되는 송신 빔들을 탐색하고, RACH로 프리앰블이 수신되지 않을 경우 선택되지 않은 수신 빔들을 이용하여 송신 빔들을 탐색하는 경우
먼저 첫 번째 경우를 도 4b를 참조하여 살펴보면, 스몰 셀 기지국 111은 하나의 송신 빔에 대하여 마크로 기지국 101로부터 제공된 최적의 수신 빔들의 정보에 근거하여 재정렬한 상태로 탐색이 이루어질 수 있다. 즉, 421단계에서 제1수신 빔 311은 임의의 순서에 의한 빔이 아닌 매크로 셀 기지국 101로부터 제공된 정보에 근거하여 최적의 빔이 될 것으로 예상되는 빔이 될 수 있다. 또한 422 단계에서 제2수신 빔 312는 매크로 셀 기지국 101로부터 제공된 정보에 근거하여 두 번째 최적의 빔이 될 것으로 예상되는 빔이 될 수 있다. 도4b와 같이 정렬된 하나의 수신 빔에 대하여 모든 송신 빔들을 순차적으로 검색할 수 있다.
만일 스몰 셀 기지국 111이 27개의 수신 빔을 형성할 수 있고, 매크로 셀 기지국 101로부터 4개의 빔을 추천받은 경우 제1빔 내지 제4빔을 제외한 나머지 빔들은 순차적으로 정렬할 수 있다. 또한 스몰 셀 기지국 111은 매크로 셀 기지국 101로부터 제공된 정보에 제1빔 내지 제4빔에 대한 우선순위 정보가 존재하지 않는 경우 제1빔 내지 제4빔에 대한 순서는 임의로 선택할 수도 있다. 이때, 송신 빔들에 대하여는 재정렬이 이루어지지 않은 상태이므로, 스몰 셀 기지국 111은 송신 빔을 선택할 시, 임의의 순서(random order)로 송신 빔들을 선택할 수 있다. 예컨대, 도 4b에 예시한 바와 같이 하나의 수신 빔에 대하여 모든 송신 빔들 411, 412, 413, …, 41M을 순차적으로 스캔할 수 있다.
이상에서 설명한 방법을 이용하여 스몰 셀 기지국 101은 단말 121로부터 수신된 각 송신 빔들 411, 412, …, 41M에 대하여 빔 스캔을 수행할 수 있다.
두 번째 경우인 선택된 수신 빔들만을 이용하여 RACH로 수신되는 송신 빔들을 탐색하는 경우를 도 4a를 참조하여 살펴보기로 하자.
스몰 셀 기지국 111은 하나의 송신 빔에 대하여 마크로 기지국 101로부터 제공된 최적의 수신 빔들의 정보에 근거하여 재정렬한 상태로 탐색이 이루어질 수 있다. 이때, 선택된 수신 빔들은 기지국 101에서 추천된 빔이 될 수 있다. 즉, 401단계에서 제1수신 빔 311은 임의의 순서에 의한 빔이 아닌 매크로 셀 기지국 101로부터 제공된 정보에 근거하여 최적의 빔이 될 것으로 예상되는 빔이며, 제2수신 빔 312는 매크로 셀 기지국 101로부터 제공된 정보에 근거하여 두 번째 최적의 빔이 될 것으로 예상되는 빔이 될 수 있다.
만일 스몰 셀 기지국 111이 27개의 수신 빔을 형성할 수 있고, 매크로 셀 기지국 101로부터 4개의 빔을 추천받은 경우 제1 수신 빔 내지 제4 수신 빔만을 이용하여 각 송신 빔들 411, 412, …, 41M을 탐색한다. 이때, 스몰 셀 기지국 111은 매크로 셀 기지국 101로부터 제공된 정보에 제1빔 내지 제4빔에 대한 우선순위 정보가 존재하지 않는 경우 제1빔 내지 제4빔에 대한 순서는 임의로 선택할 수도 있다. 또한 송신 빔들에 대하여는 재정렬이 이루어지지 않은 상태이므로, 스몰 셀 기지국 111은 송신 빔을 선택할 시, 임의의 순서(random order)로 송신 빔들을 선택할 수 있다. 따라서 두 번째 방법의 경우 도 4b에 예시한 동작들 중 선택된 몇 개의 동작만을 수행하도록 구성할 수 있다. 이러한 방법을 통해 스몰 셀 기지국 101은 단말 121로부터 수신된 각 송신 빔들 411, 412, …, 41M에 대하여 빔 스캔을 수행할 수 있다.
세 번째 경우는 두 번째 경우를 모두 수행하였으나, RACH를 통해 프리앰블을 수신하지 못한 경우이다. 따라서 이러한 경우는 도 4c에 예시한 방법 중 수신 빔만이 추천된 경우로 볼 수 있다. 따라서 도 4c의 예와 같이 첫 번째 단계인 추천 빔을 이용하는 단계를 제외하면, 도 4a에 예시한 방법과 같이 스몰 셀 기지국 111은 각 송신 빔들 411, 412, …, 41M에 대하여 선택하지 않은 수신 빔들만을 이용하여 탐색을 수행할 수 있다. 결국 세 번째 동작은 추천된 빔을 사용하는 경우를 제외하면, 첫 번째 동작과 유사한 형태로 이해될 수 있다.
(2) 단말 121에서 송신하는 송신 빔들에 대하여만 재정렬이 이루어진 경우를 가정하자. 이때에도 스몰 셀 기지국 111에서의 동작은 하기의 3가지 경우들이 존재할 수 있다.
첫째, 재정렬된 모든 송신 빔들을 이용하여 순차적으로 RACH로 수신되는 송신 빔들을 탐색하는 경우
둘째, 선택된 송신 빔들만을 이용하여 RACH로 수신되는 송신 빔들을 탐색하는 경우
셋째, 선택된 송신 빔들만을 이용하여 RACH로 수신되는 송신 빔들을 탐색하고, RACH로 프리앰블이 수신되지 않을 경우 선택되지 않은 송신 빔들을 이용하여 송신 빔들을 탐색하는 경우
먼저 첫 번째 경우를 도 4a를 참조하여 살펴보면, 스몰 셀 기지국 111은 단말 121의 송신 빔들 411, 412, …, 41M 중 매크로 셀 기지국 101로부터 제공된 정보에 근거하여 최적의 빔이 될 가능성이 높은 빔들 순으로 재정렬한 상태로 탐색이 이루어질 수 있다. 즉, 401단계에서 제1송신 빔 411은 임의의 순서에 의한 빔이 아닌 매크로 셀 기지국 101로부터 제공된 정보에 근거하여 최적의 빔이 될 것으로 예상되는 송신 빔이며, 제2송신 빔 412는 매크로 셀 기지국 101로부터 제공된 정보에 근거하여 두 번째 최적의 빔이 될 것으로 예상되는 송신 빔이 될 수 있다.
만일 스몰 셀 기지국 111이 27개의 수신 빔을 형성할 수 있고, 매크로 셀 기지국 101로부터 2개의 빔을 추천받은 경우 제1빔 및 제2빔을 제외한 나머지 빔들은 순차적으로 정렬할 수 있다. 또한 스몰 셀 기지국 111은 매크로 셀 기지국 101로부터 제공된 정보에 제1빔 및 제2빔에 대한 우선순위 정보가 존재하지 않는 경우 제1빔 및 제2빔에 대한 순서는 임의로 선택할 수도 있다. 이때, 수신 빔들에 대하여는 재정렬이 이루어지지 않은 상태이므로, 스몰 셀 기지국 111은 401단계에 예시한 바와 같이 모든 수신 빔들 311, 312, 313, …, 31N을 임의의 순서(random order)로 선택하여 스캔할 수 있다. 이상에서 설명한 방법을 통해 스몰 셀 기지국 101은 단말 121로부터 수신된 각 송신 빔들 411, 412, …, 41M에 대하여 빔 스캔을 수행할 수 있다.
두 번째 경우인 선택된 송신 빔들만을 이용하여 RACH로 수신되는 송신 빔들을 탐색하는 경우를 도 4a를 참조하여 살펴보기로 하자.
스몰 셀 기지국 111은 하나의 송신 빔에 대하여 마크로 기지국 101로부터 제공된 최적의 송신 빔들의 정보에 근거하여 재정렬한 상태로 탐색이 이루어질 수 있다. 여기서 선택된 빔들은 추천된 송신 빔(들)이 될 수 있다. 즉, 401단계에서 제1송신 빔 411은 임의의 순서에 의한 빔이 아닌 매크로 셀 기지국 101로부터 제공된 정보에 근거하여 최적의 송신 빔이 될 것으로 예상되는 빔이며, 제2송신 빔 412는 매크로 셀 기지국 101로부터 제공된 정보에 근거하여 두 번째 최적의 빔이 될 것으로 예상되는 송신 빔이 될 수 있다.
만일 단말 121이 9개의 송신 빔을 형성할 수 있고, 매크로 셀 기지국 101로부터 2개의 빔을 추천받은 경우 제1 송신 빔 411 및 제2 송신 빔 412만을 탐색하며, 각 송신 빔들 411, 412에 대하여 모든 수신 빔들 311, 312, 313, …, 31N을 이용하여 탐색한다. 이때, 스몰 셀 기지국 111은 매크로 셀 기지국 101로부터 제공된 정보에 제1 송신 빔 411 및 제2송신 빔 412에 대한 우선순위 정보가 존재하지 않는 경우 제1 송신 빔 411 및 제2 송신 빔 412에 대한 순서는 임의로 선택할 수도 있다. 또한 수신 빔들에 대하여는 재정렬이 이루어지지 않은 상태이므로, 스몰 셀 기지국 111은 수신 빔을 선택할 시, 임의의 순서(random order)로 송신 빔들을 선택할 수 있다. 따라서 두 번째 방법의 경우 도 4a에 예시한 단계들 중 선택된 몇 개의 단계만을 수행하도록 구성할 수 있다. 이러한 방법을 통해 스몰 셀 기지국 101은 단말 121이 송신한 송신 빔들 411, 412, …, 41M 중 최적의 빔으로 예상되는 송신 빔들에 대하여만 스캔을 수행할 수 있다.
마지막으로 세 번째 경우는 두 번째 경우를 모두 수행하였으나, RACH를 통해 프리앰블을 수신하지 못한 경우이다. 따라서 이러한 경우 스몰 셀 기지국 111은 선택되지 않은 송신 빔들의 탐색을 수행할 수 있다. 결국 세 번째 동작은 추천된 송신 빔을 이용하는 단계를 제외하면, 첫 번째 동작과 동일한 형태로 이해될 수 있다.
(3) 스몰 셀 기지국 111에서 수신 빔들에 대해 재정렬이 이루어지며, 단말 121에서 송신하는 송신 빔들에 대해서도 재정렬이 이루어지는 경우가 있을 수 있다.
이러한 경우는 앞서 설명한 도 4c의 방법 중 451단계가 될 수 있다. 도 4c의 415단계에서와 같이 추천된(선택된) 송신 빔(들) 및 수신 빔(들)을 이용하여 최적의 빔을 찾을 수 있다. 가령, 스몰 셀 기지국 111에서 수신 빔들에 대해 재정렬이 이루어지며, 단말에서도 송신 빔들에 대해 재정렬이 이루어지는 경우 스몰 셀 기지국은 최적의 수신 빔과 송신 빔에 대해 가장 먼저 스캔이 이루어질 것이다. 만일 두 조건에 따른 빔이 실제로 최적의 빔이 될 수도 있고, 다른 매칭이 최적의 빔이 될 수도 있다. 다만, 스몰 셀 기지국 111에서 단말 121로부터 RACH를 통해 프리앰블 신호를 수신할 수 있는 경우 해당 송신 빔 및 수신 빔의 조합은 유효하게 되며, 이를 통해 통신을 수행할 수 있게 되는 것이다. 따라서 스몰 셀 기지국 111은 다른 조합을 검사하지 않고도 빠르게 단말 121로 RAR을 송신할 수 있다.
526단계에서 RACH로 전송되어 온 프리앰블 신호를 수신한 스몰 셀 기지국 111은 528단계에서 RACH 응답(RAR) 신호를 단말 121로 전송한다. RAR 신호를 수신한 단말 121은 530단계에서 데이터 통신을 위해 접속 요청(Connection Request) 메시지를 스몰 셀 기지국 111로 전송한다. 이에 따라 스몰 셀 기지국 111은 532단계에서 contention Resolution 메시지를 생성하여 단말 121로 전송하고, 534단계에서 PDCP 상태(status) 보고 메시지를 생성하여 송신할 수 있다.
따라서 단말 121은 스몰 셀 기지국 111과 DRB2를 재개할 수 있으며, 538단계에서 스몰 셀 기지국 111과 단말 121간 DRB2를 이용하여 PDSCH 및 PUSCH를 통해 통신을 수행할 수 있다.
이상에서의 설명은 스몰 셀 기지국에 하나의 단말이 RACH를 통해 프리앰블을 전송하는 경우를 가정하였다. 하지만, 스몰 셀 기지국에 둘 이상의 단말이 동일한 RACH를 통해 각각 프리앰블을 송신할 수도 있다. 이러한 경우 매크로 셀 기지국에서 미리 스케줄링이 가능한 경우 매크로 셀 기지국에서 스케줄링을 수행할 수도 있다. 하지만, 매크로 셀 기지국에서 미리 스케줄링을 수행할 수 없는 경우 스몰 셀 기지국은 둘 이상의 단말 중 성공 확률이 높은 단말을 우선적으로 처리하도록 할 수도 있다. 다른 방법으로 스몰 셀 기지국으로 프리앰블을 송신한 모든 단말의 수신신호세기(RSSI)를 이용하여 가장 양호한 수신신호세기를 갖는 단말을 우선적으로 선택하여 RAR 메시지를 송신할 수도 있다. 또 다른 방법으로, 스몰 셀 기지국으로 프리앰블을 송신한 모든 단말로 제공해야 하는 품질(QoE/QoS)을 고려하여 가장 높은 품질을 요구하는 단말에 대해 우선적으로 RAR 메시지를 송신할 수도 있다. 그 밖의 방법으로, 스몰 셀 기지국은 위의 방법들 또는 그 밖의 다른 고려 요소들에 대하여 가중치를 두고, 가장 높은 가중치를 갖는 단말에 대하여 우선적으로 RAR 메시지를 송신하도록 할 수도 있다.
도 6은 전체 빔 스캔의 경우와 본 발명에 따라 송신 빔 및 수신 빔의 재정렬하는 경우의 스캔 시간을 대비한 시뮬레이션 그래프이다.
도 6의 시뮬레이션에서는 단말에서 기지국으로의 송신 빔이 9개이고, 기지국에서 수신 빔이 27개인 경우를 가정하였다. 따라서 임의의 순서로 RACH로 프리앰블을 수신하기까지는 평균적으로 "NM/2"의 수가 될 수 있으며, LTE-A 시스템에 적용한 경우를 가정한 것이다. 따라서 RACH로 프리앰블을 수신하는데, 전체 검색이 이루어지는 경우 40ms의 시간이 소요될 수 있다.
또한 도 6에서 전체 검색(601)을 수행하는 경우와 단말에서 기지국으로의 송신 빔만을 재정렬하는 경우(602)와 기지국에서 수신 빔만을 재정렬하는 경우(603) 및 송신 빔과 수신 빔을 모두 재정렬하는 경우(604)로 구분하였다.
도 6의 시뮬레이션 그래프를 참조하면, 가로축은 빔의 재정렬에 의해 매칭될 확률들이며, 세로축은 그에 따라 각 경우들의 시간이다. 따라서 빔 재정렬에 의해 매칭될 확률이 0%인 경우 위에서 설명한 4가지 경우 모두 40ms의 시간이 소요된다. 하지만, 확률이 25%로 증가하면, 빔 재정렬을 사용하는 경우들(602, 603, 604)이 전체 검색을 수행하는 경우보다 약 10ms 정도 줄어들게 된다. 또한 확률이 50%로 증가하면, 빔 재정렬을 사용하는 경우들(602, 603, 604)이 전체 검색을 수행하는 경우보다 약 20ms 정도 줄어들게 되며, 확률이 100%인 경우 송/수신 빔을 모두 재정렬하는 경우에는 지연 시간이 없게 된다.
또한 도 6의 시뮬레이션 그래프를 참조하면, 빔 재정렬에 의해 매칭될 확률이 0%인 경우를 제외하면, 송신 빔을 재정렬하는 경우보다 수신 빔을 재정렬하는 경우의 시간이 상대적으로 짧게 소요됨을 알 수 있다.
도 7은 본 발명이 적용되는 단말의 기능적 내부 블록 구성도이다.
도 7을 참조하면, 단말은 빔 포밍을 수행하기 위한 다수의 안테나들을 갖는 안테나부 701을 포함한다. 또한 무선부 710은 내부에 제1무선 모듈 711, 제2무선 모듈 712를 포함한다. 무선부 710에 서로 다른 무선 모듈들 711, 712를 갖는 이유는 하나의 무선 모듈이 매크로 셀 기지국 또는 스몰 셀 기지국과 통신하는 경우 나머지 하나의 기지국으로부터 신호를 수신하기 위함이다. 이러한 무선부 710은 안테나로부터 빔 포밍되어 수신된 각 빔들을 대역하강 변환하여 데이터 처리부 721로 제공할 수 있다. 또한 무선부 710은 데이터 처리부 721로부터 특정한 빔을 통해 데이터를 송신해야 하는 경우 대역상승 변환하고, 빔 포밍 펙터를 곱하여 각각의 안테나들로 출력함으로써 송신 빔 포밍을 수행할 수 있다.
데이터 처리부 721은 무선부 710로부터 제공된 신호의 복호, 복조 등을 수행할 수 있으며, 수신된 신호의 신호세기 및 품질을 측정할 수 있다. 또한 데이터 처리부 721은 송신할 데이터를 부호화 및 변조하여 출력할 수 있다. 송신할 데이터는 제어부 721 또는 다른 부가 장치들 예컨대, 마이크(미도시), 카메라(미도시), 외부 입력 장치(미도시) 등으로부터 제공된 데이터일 수도 있고, 제어부 722에서 제공된 데이터일 수도 있다.
제어부 722는 무선 단말이 기지국들 예컨대, 매크로 셀 기지국 또는 스몰 셀 기지국과 통신하기 위한 전반적인 제어를 수행하며, 특히 본 발명에 따라 매크로 셀 기지국에서 스몰 셀 기지국으로 통신 경로를 변경할 경우 제어를 수행할 수 있다. 예컨대, 앞서 설명한 바와 같이 스몰 셀 기지국의 신호 세기 및 최적의 빔 정보를 매크로 셀 기지국으로 제공할 수 있다. 또한 단말의 위치 추적을 위한 GPS 모듈(미도시)을 포함하는 경우 획득한 위치 정보를 함께 매크로 셀로 제공할 수 있다. 뿐만 아니라 제어부 722는 도 7에 도시하지 않은 각종 부가 장치 예를 들어, 카메라, 각종 센서, 각종 사용자 입력 장치 등으로부터 입력을 수신하여 해당하는 동작의 제어를 수행할 수 있다.
메모리 723은 무선 단말의 전반적인 동작의 제어를 위한 제어 데이터 및 각종 응용 프로그램 등을 저장할 수 있으며, 본 발명에 따라 매크로 셀 기지국 또는 스몰 셀 기지국과 통신하기 위한 제어 데이터를 저장할 수 있다. 또한 빔 포밍 방식에 따라 특정한 송신 빔을 이용해야 하는 경우 해당하는 빔을 이용하여 RACH로 프리앰블을 전송하도록 하기 위한 제어 데이터를 더 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 도 7에서는 본 발명의 설명에 필요한 구성 이외의 구성들은 도시하지 않았으며, 간략히 설명하였음에 유의해야 한다.
도 8은 본 발명이 적용되는 기지국의 기능적 내부 블록 구성도이다.
또한 도 8의 구성은 매크로 셀 기지국 또는 스몰 셀 기지국 모두 동일한 형태를 가질 수 있으므로, 도 8의 내부 블록 구성을 이용하여 매크로 셀 기지국과 스몰 셀 기지국을 모두 설명하기로 한다.
도 8을 참조하면, 기지국은 빔 포밍을 수행하기 위한 다수의 안테나들을 갖는 안테나부 801을 포함한다. 또한 무선부 810은 내부에 다수의 무선 모듈들 811, …, 81k를 포함한다. 하나의 무선부 810에 포함된 무선 모듈은 하나의 단말과 통신을 수행하는 모듈일 수도 있고, 하향링크(DL)의 일부 또는 상향링크(UL)의 일부를 담당할 수도 있다. 무선부 810은 안테나로부터 빔 포밍되어 수신된 각 빔들을 대역하강 변환하여 데이터 처리부 821로 제공할 수 있다. 또한 무선부 810은 데이터 처리부 821로부터 특정한 빔을 통해 데이터를 송신해야 하는 경우 대역상승 변환하고, 빔 포밍 펙터를 곱하여 각각의 안테나들로 출력함으로써 송신 빔 포밍을 수행할 수 있다. 수신 빔 포밍의 경우에도 해당하는 안테나로부터 수신된 신호에 특정한 펙터를 곱하여 수신함으로써 수신 빔 포밍을 수행할 수 있다.
데이터 처리부 821은 무선부 810로부터 제공된 신호의 복호, 복조 등을 수행할 수 있으며, 수신된 신호의 신호세기 및 품질을 측정할 수 있다. 또한 데이터 처리부 821은 송신할 데이터를 부호화 및 변조하여 출력할 수 있다. 송신할 데이터는 상위 네트워크 인터페이스 831로부터 또는 기지국간 인터페이스 832로부터 제공된 데이터일 수 있다.
스케줄러 822는 특정 단말과 기지국간 데이터 송수신 시점 및 대역폭 등을 결정하고, 이에 대한 제어를 수행할 수 있다. 또한 스케줄러 822는 본 발명에 따라 무선부 810을 제어하여 각 안테나로의 송신 빔 포밍 및 수신 빔 포밍을 수행할 수 있다. 이처럼 송신 빔 포밍 및 수신 빔 포밍 시 특정한 단말에 대하여 추천된 송신 빔 또는 수신 빔이 존재하는 경우 해당 빔을 우선적으로 또는 선택적으로 스캔하도록 제어할 수 있다. 스케줄러 822가 스몰 셀 기지국에 포함된 스케줄러인 경우 앞서 설명한 바와 같이 단말과 스몰 셀 기지국간 송신 빔 및 수신 빔의 스캔 순서 및 재정렬 등에 대한 제어를 수행할 수 있다. 반면에 스케줄러 822가 매크로 셀 기지국에 포함된 스케줄러인 경우 특정 단말에 대한 통신 채널을 스몰 셀 기지국으로 이양할 것인지에 대한 결정 및 통신 채널 이양 시 송신 빔과 수신 빔에 대한 추천 등의 제어를 수행할 수 있다. 이러한 제어는 앞서 설명하였으므로 여기서 다시 설명하지 않기로 한다.
그 밖에 스케줄러 822는 RACH를 통해 특정한 단말로부터 둘 이상의 프리앰블 신호가 수신될 경우 어떠한 단말로부터 프리앰블 신호가 수신된 것인지를 구분하고, 해당 단말로 RAR 신호를 송신하도록 제어할 수 있다. 또한 만일 하나의 단말로만 RAR 신호를 송신해야 하는 경우 스케줄러 822는 하나의 단말 결정 시 수신된 신호의 세기(RSSI) 또는 단말로 제공되어야 하는 품질(QoE/QoS) 등을 고려하여 결정할 수 있다.
메모리 823은 기지국의 전반적인 동작의 제어를 위한 제어 데이터 및 각종 응용 프로그램 등을 저장할 수 있으며, 본 발명에 따라 송신 빔 재정렬 및 수신 빔 재정렬에 대한 정렬 데이터 또는 정렬을 위한 제어 데이터 등을 저장할 수 있다. 메모리 823은 단말들의 빔 선택에 대한 이력(history) 정보를 저장할 수 있으며, 그 밖에 많은 종류의 데이터들을 저장할 수도 있다.
상위 네트워크 인터페이스 831은 기지국과 상위 네트워크의 소정 노드 예컨대, 인증 서버 또는/및 라우터 등과 데이터 또는/및 메시지 등의 송수신을 수행한다. 따라서 상위 네트워크 인터페이스 831은 단말의 초기 접속이 요구될 시 상위의 특정 노드로 인증을 요청할 수 있으며, 단말로 제공할 데이터 또는 단말로부터 다른 노드로 전송하기 위한 데이터의 인터페이스를 수행할 수 있다.
기지국간 인터페이스 832는 매크로 셀 기지국간 또는 매크로 셀 기지국과 스몰 셀 기지국 사이에 송수신되는 데이터 또는 메시지의 인터페이스를 수행할 수 있다. 예컨대, 도 5에서 설명한 바와 같이 기지국간 인터페이스 832는 매크로 셀 기지국 101에서 스몰 셀 기지국 111로 스몰 셀 부가 요청 메시지를 송신할 경우 데이터를 송/수신을 수행할 수 있으며, 스몰 셀 기지국 111에서 매크로 셀 기지국 101로 셀 부가요청 응답 메시지를 송신할 시 데이터의 송/수신을 수행할 수 있다.
도 9는 본 발명에 따라 매크로 셀 기지국에 접속된 단말에서 스몰 셀 기지국에 채널 접속 시의 제어 흐름도이다.
단말 제어부 722는 900단계에서 안테나부 701, 무선부 710 및 데이터 처리부 721을 제어하여 매크로 셀 기지국과 통신을 수행하는 상태이다. 이때, 무선부 710 내부에 포함된 하나의 무선 모듈은 마크로 기지국 101과 통신을 수행하는 무선 모듈이 될 수 있다. 따라서 단말의 제어부 722는 900단계에서 나머지 하나의 무선 모듈을 제어하여 스몰 셀 기지국 111로부터 수신되는 동기채널(SCH)의 수신 신호 세기를 측정할 수 있다. 또한 제어부 722는 이처럼 측정된 스몰 셀 기지국의 신호 세기 정보를 매크로 셀 기지국 101로 전송하도록 제어한다. 이때, 매크로 셀 기지국 101로 전송 시에는 매크로 셀 기지국과 통신을 수행하는 무선 모듈을 통해 전송할 수 있다.
이후 단말 제어부 722는 902단계에서 소정의 시간 내에 매크로 셀 기지국 101로부터 RRC 접속 재구성 메시지가 수신되는가를 검사한다. 902단계의 검사결과 소정 시간 내에 매크로 셀 기지국 101로부터 RRC 접속 재구성 메시지가 수신되는 경우 제어부 722는 904단계로 진행하고, RRC 접속 재구성 메시지가 수신되지 않는 경우 920단계로 진행하여 해당 기능에 대하여 실패 처리를 수행한다.
902단계에서 904단계로 진행하면, 제어부 722는 무선부 710 및 데이터 처리부 721을 제어하여 매크로 셀 기지국 101과 설정된 DRB2로의 데이터 송수신을 중지하고, 스몰 셀 기지국 111과 DRB2 재설정을 수행한다. 이때, 제어부 722는 스몰 셀 기지국의 SCH가 사용 가능한 상태인가를 검사한다. 또한 제어부 722는 904단계에서 RRC 접속 재구성 메시지에 근거하여 송신 빔을 재정렬할 수도 있다. 이러한 송신 빔 재정렬 동작은 RRC 접속 재구성 메시지에 송신 빔 재정렬이 요청된 경우에 수행하는 동작이 될 수 있다. 따라서 RRC 접속 재구성 메시지에 송신 빔 재정렬이 요청되지 않은 경우에는 송신 빔 재정렬을 수행하지 않는다.
RRC 접속 재구성 메시지에는 스몰 셀 기지국과 채널 접속 시에 최적의 송신 빔으로 예상되는 추천 빔 정보를 포함할 수 있다. 따라서 제어부 722는 추천된 송신 빔 정보를 기반으로 송신 빔 재정렬을 수행할 수 있다. 또한 송신 빔 재정렬은 RACH로 프리앰블을 송신하기 전 시점이면 언제든 수행해도 무방하다. 도 9에서 904단계에서 설명하는 것은 이해의 편의를 돕기 위함이다.
이후 제어부 722는 706단계에서 스몰 셀 기지국의 SCH가 사용 가능한 상태인지를 검사한다. 예컨대, 900단계에서 측정한 SCH가 유효한 정보인지를 검사하는 것이다.906단계의 검사결과 스몰 셀 기지국의 SCH가 유효한 경우 908단계로 진행하고, 유효하지 않은 경우 920단계로 진행하여 해당 기능을 실패 처리할 수도 있다.
908단계로 진행하면 제어부 722는 RRC 접속 재구성 완료 메시지를 스몰 셀 기지국 111로 송신하고, 910단계로 진행하여 RACH로 프리앰블을 송신한다. 이때 프리앰블 송신 시 송신 빔의 재정렬이 이루어진 경우 재정렬된 송신 빔의 순서대로 송신한다. 이후 제어부 722는 912단계에서 스몰 셀 기지국으로부터 RAR 메시지가 수신되는가를 검사한다. 912단계의 검사결과 RAR을 수신하는 경우 제어부 722는 914단계로 진행하고 그렇지 않은 경우 910단계를 계속 수행한다. 이처럼 프리앰블 방법은 앞에서 설명하였으므로 추가적인 설명은 생략하기로 한다. 또한 송신 빔을 정렬하여 송신하는 방법도 이미 앞서 설명하였으므로 생략하기로 한다.
단말의 제어부 722는 914단계로 진행하면, 스몰 셀 기지국과 채널 접속 과정을 수행하고, 접속된 채널로 통신을 수행할 수 있다. RAR 수신 이후의 채널 접속 과정은 각 무선 통신 시스템에서의 절차에 따라 달라질 수 있다.
도 10은 본 발명에 따라 매크로 셀 기지국에 접속된 단말이 스몰 셀 기지국에 채널 접속 시 매크로 셀 기지국에서의 제어 흐름도이다.
매크로 셀 기지국과 스몰 셀 기지국은 앞서 설명한 바와 같이 동일한 구성요소들로 이루어질 수 있다. 따라서 이하의 설명에서 도 8을 참조하여 매크로 셀 기지국의 내부 구성을 설명하기로 한다.
매크로 셀 기지국의 스케줄러 822는 1000단계에서 무선부 810 및 데이터 처리부 821을 제어하여 단말과 채널 접속 상태이다. 이때, 1002단계에서 단말로부터 스몰 셀 기지국에 대한 신호 세기를 측정한 결과의 보고가 수신될 시 매크로 셀 기지국의 스케줄러 822는 1004단계로 진행하여 해당 단말을 스몰 셀 기지국에 접속하도록 할 것인가를 검사할 수 있다. 해당 단말이 스몰 셀 기지국에 접속 가능한 경우 매크로 셀 기지국의 스케줄러 822는 1006단계로 진행하여 스몰 셀 부가 요청 메시지를 생성하고, 기지국간 인터페이스 832를 통해 스몰 셀 기지국으로 전달한다. 이때, 매크로 셀 기지국의 스케줄러 822는 해당 단말의 송신 빔 및 수신 빔에 대한 추천 정보 또는/및 단말의 위치 정보를 함께 제공할 수 있다. 뿐만 아니라 매크로 셀 기지국의 스케줄러 822는 해당 단말과 동일 또는 유사한 위치에서 송신 빔 및 수신 빔의 성공 이력 데이터를 메모리 823로부터 읽어와 테이블 형태 또는 메시지 형태로 가공하여 함께 전달할 수 있다.
이후 매크로 셀 기지국의 스케줄러 822는 1008단계에서 스몰 셀 기지국으로부터 요청 응답 메시지가 수신되는지를 검사할 수 있다. 1008단계의 검사결과 요청 응답 메시지가 수신되는 경우 매크로 셀 기지국의 스케줄러 822는 1010단계로 진행하고 그렇지 않은 경우 1020단계로 진행하여 해당 기능을 실패 처리할 수 있다.
1008단계의 검사결과 스몰 셀 기지국으로부터 요청 응답 메시지가 수신되는 경우 매크로 셀 기지국의 스케줄러 822는 1010단계로 진행한다. 매크로 셀 기지국의 스케줄러 822는 1010단계에서 무선부 810 및 데이터 처리부 821을 제어하여 해당 단말과 설정되어 있는 DRB2를 중단하고, 해당 단말로 RRC 접속 재구성 메시지를 송신할 수 있다. 이때 RRC 접속 재구성 메시지에는 해당 단말이 스몰 셀 기지국과 RACH를 통해 채널 접속을 시도할 시 최적의 송신 빔 추천 정보를 포함할 수 있다. 이러한 추천 정보는 앞에서 이미 설명하였으므로 여기서는 생략하기로 한다.
또한 매크로 셀 기지국의 스케줄러 822는 1012단계로 진행하면, 스몰 셀 기지국으로 해당 단말과 통신 중인 상태 정보 가령 SN 정보를 제공하며, 해당 단말로 전송해야 하는 데이터를 전달할 수 있다. 이때 해당 단말로 전송해야 하는 데이터가 존재하지 않는 경우에는 통신 상태 정보만 또는 아무런 정보도 제공하지 않을 수도 있고, 통신 상태 이력 없음 및 데이터 없음만을 알릴 수도 있다.
도 11은 본 발명에 따라 매크로 셀 기지국에 접속된 단말이 스몰 셀 기지국에 채널 접속 시 스몰 셀 기지국에서의 제어 흐름도이다.
도 11을 설명함에 있어 스몰 셀 기지국 또한 앞서 설명한 바와 같이 매크로 셀 기지국과 동일한 구성요소들로 이루어질 수 있다. 따라서 이하의 설명에서 스몰 셀 기지국의 내부 구성 또한 앞서 설명한 도 8의 구성을 이용하여 설명하기로 한다.
스몰 셀 기지국의 스케줄러 822는 1100단계에서 스몰 셀 기지국의 통신 모드를 수행한다. 여기서 스몰 셀 기지국의 통신 모드란 스몰 셀 기지국과 채널이 설정된 단말(들)과 무선부 810 및 데이터 처리부 821을 통해 통신을 수행하는 상태일 수 있다.
스몰 셀 기지국의 스케줄러 822는 1102단계에서 기지국간 인터페이스 832를 통해 매크로 셀 기지국으로부터 특정 단말의 부가 요청 메시지가 수신되는가를 검사한다. 1102단계의 검사결과 부가 요청 메시지가 수신된 경우 스몰 셀 기지국의 스케줄러 822는 1104단계로 진행하고, 그렇지 않은 경우 1120단계로 진행하여 해당 기능을 수행한다.
1102단계에서 1104단계로 진행하면, 스몰 셀 기지국의 스케줄러 822는 해당 단말이 접속 가능한지를 먼저 검사할 수도 있다. 만일 매크로 셀 기지국에서 스몰 셀 기지국의 상태를 모두 파악하고 부가 요청 메시지를 송신한 경우에는 단말이 접속 가능한지를 판단하지 않을 수도 있다. 이하의 설명에서는 스몰 셀 기지국에서 해당 단말을 수용할 수 있는 경우를 가정한다.
따라서 스몰 셀 기지국의 스케줄러 822는 1104단계에서 해당 단말과 통신하기 위해 무선부 810 및 데이터 처리부 821을 제어하여 단말과 통신하기 위한 DRB2를 설정하고, 기지국간 인터페이스 832를 통해 상기 매크로 셀 기지국으로 부가 요청 응답 메시지를 송신한다.
또한 스몰 셀 기지국의 스케줄러 822는 1104단계에서 수신된 부가 요청 메시지에 근거하여 송신 빔 또는/및 수신 빔을 재정렬할 수 있다. 송신 빔 또는/및 수신 빔의 재정렬은 앞서 설명한 도 4a 및 도 4b와 도 5에서 설명하였으므로 여기서는 더 살피지 않기로 한다. 또한 스몰 셀 기지국의 스케줄러 822가 수행하는 송신 빔 또는/및 수신 빔의 재정렬 동작은 1104단계에서 이루어질 수도 있고, 그 이후에 이루어질 수도 있다. 다만 1108단계 이전에 이루어지면 된다.
이후 스몰 셀 기지국의 스케줄러 822는 1106단계에서 기지국간 인터페이스 832를 통해 매크로 셀 기지국으로부터 단말과의 통신 상태 정보 및 단말로 송신할 데이터를 수신할 수 있다. 이는 매크로 셀 기지국이 해당 단말과 통신 중이었던 상태인 경우 해당 단말과 통신 상태의 정보인 SN 정보와 해당 단말로 아직 전송되지 않은 데이터를 수신하는 것이 될 수 있다.
이처럼 매크로 셀 기지국으로부터 해당 단말로 전송해야 하는 데이터를 수신한 이후 스몰 셀 기지국의 스케줄러 822는 1108단계에서 해당 단말로부터 RACH로 프리앰블이 수신되는가를 검사할 수 있다. 이때 프리앰블 신호는 미리 설정된 임계값(threshold) 이상의 값을 갖는 신호인 경우 프리앰블을 수신한 것으로 결정한다. 이때 프리앰블 신호를 수신하는 경우 앞서 설명한 바와 같이 송신 빔 및 수신 빔에 대한 재정렬 순서에 맞춰 RACH를 탐색할 수 있다.
해당 단말이 통신 중인 경우 RACH로 일정한 시간 이내에 접속되지 않는 경우 스몰 셀 기지국의 스케줄러 822는 1122단계로 진행하여 해당 단말의 접속 실패 처리를 수행할 수 있다. 반면에 RACH를 통해 해당 단말이 전송한 프리앰블이 수신되는 경우 스몰 셀 기지국의 스케줄러 822는 1110단계로 진행하여 무선부 810 및 데이터 처리부 821을 제어하여 해당하는 단말로 RAR 메시지를 송신할 수 있다. 이후 스몰 셀 기지국의 스케줄러 822는 1112단계에서 해당 단말과 채널 접속을 수행하며, 접속된 채널로 통신을 수행할 수 있다.
그리고 본 명세서와 도면에 개시된 실시 예들은 본 발명의 내용을 쉽게 설명하고, 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 따라서 본 발명의 범위는 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
101, 111, 112, 113, 114, 115, 116 : 기지국
101a, 111a, 112a, 113a, 114a, 115a, 116a : 기지국 통신 영역
121, 122 : 단말
211, 221 : CP
212, 222 : 프리앰블
311, 312, 313, 314, 315, 316, 321, 322, 323, 324, 325, 326, 331, 332, 333, 334, 335, 336 : 기지국의 수신 빔들
411, 412, 41M : 단말의 송신 빔들
701 : 안테나부
710 : 무선부
711, 712, 811, 81k : 무선 모듈
721, 821 : 데이터 처리부
722 : 제어부
723, 823 : 메모리
822 : 스케줄러
831 : 상위 네트워크 인터페이스
832 : 기지국간 네트워크 인터페이스

Claims (17)

  1. 복수의 송/수신 빔을 사용할 수 있는 무선 네트워크에서 매크로 셀 기지국과 통신 중인 단말이 스몰 셀 기지국과 채널 접속 시 상기 매크로 셀 기지국의 제어 방법에 있어서,
    상기 단말로부터 상기 스몰 셀 기지국의 동기 채널에 대한 신호 세기 측정 보고가 수신될 시 상기 단말의 호에 대하여 상기 스몰 셀 기지국에게 채널을 설정하도록 요청할 것인지를 결정하는 단계;
    상기 단말의 호에 대하여 상기 스몰 셀 기지국으로 채널을 설정하도록 요청할 것이 결정된 경우 상기 스몰 셀 기지국으로 전송할 요청 메시지에 상기 단말의 송/수신 빔에 대한 추천 정보, 상기 단말의 위치 정보 중 적어도 하나를 포함하여 상기 스몰 셀 기지국으로 제공하는 단계;
    상기 스몰 셀 기지국으로부터 상기 단말과의 채널 설정을 수락하는 응답 메시지가 수신되는 경우 상기 단말과 설정된 데이터 라디오 베어러(DRB2)로 데이터 전송을 중지하는 단계;
    상기 단말로 상기 스몰 셀 기지국과 통신하도록 라디오 자원 제어(RRC) 접속 재구성 메시지를 전송하는 단계; 및
    상기 스몰 셀 기지국에게 상기 단말로 송신할 데이터와 관련 정보를 제공하는 단계;를 포함하는, 무선 통신 시스템에서 채널 접속 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 RRC 접속 재구성 메시지는,
    상기 단말이 상기 스몰 셀 기지국과 채널을 설정할 시 상기 단말과 상기 스몰 셀 기지국 간 최적의 송신 빔 방향 정보를 포함하는, 무선 통신 시스템에서 채널 접속 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 요청 메시지는,
    상기 단말과 동일 또는 유사한 위치에서 상기 스몰 셀 기지국과 채널 설정에 성공한 이력 정보를 함께 송신하는, 무선 통신 시스템에서 채널 접속 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 단말의 위치 정보는,
    상기 단말로부터 제공된 상기 단말의 위치 정보 또는 다른 기지국들과의 삼각 측량을 통해 획득한 상기 단말의 위치 정보 중 하나인, 무선 통신 시스템에서 채널 접속 방법.
  5. 복수의 송/수신 빔을 사용할 수 있는 무선 네트워크의 스몰 셀 기지국에서 매크로 셀 기지국과 통신 중인 단말과 채널을 설정하기 위한 방법에 있어서,
    상기 매크로 셀 기지국으로부터 상기 단말과의 채널 설정을 요청하는 요청 메시지를 수신할 시 상기 단말과 통신하기 위한 데이터 라디오 베어러(DRB2)를 설정하고, 상기 매크로 셀 기지국으로 응답 메시지를 송신하는 단계;
    상기 매크로 셀 기지국으로부터 상기 단말로 송신할 데이터와 관련 정보를 수신하는 단계;
    상기 요청 메시지에 포함된 정보에 기반하여 상기 단말로부터 임의접속채널(RACH)을 통해 프리앰블을 수신하기 위한 빔 순서를 재정렬하여 상기 RACH를 스캔하는 단계; 및
    상기 RACH를 통해 상기 단말의 프리앰블 신호 수신 시 RACH 응답 신호를 생성하여 상기 단말로 전송하고 채널 설정을 위한 절차를 수행하는 단계;를 포함하는, 무선 통신 시스템에서 채널 접속 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 단말의 프리앰블 신호 수신은,
    미리 설정된 임계값 이상의 프리앰블 신호가 수신되는 경우인, 무선 통신 시스템에서 채널 접속 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 요청 메시지에 포함된 정보는,
    상기 단말로부터의 송신 빔 또는 상기 스몰 셀 기지국에서의 수신 빔에 대한 추천 정보 또는 상기 단말의 위치 정보 중 적어도 하나를 포함하는, 무선 통신 시스템에서 채널 접속 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 빔 순서의 재정렬은,
    상기 단말의 위치 정보에 근거한 성공 확률에 기반하여 성공 확률이 높은 수신 빔부터 성공 확률이 낮은 빔 순으로 스캔하도록 재정렬하거나 또는 상기 추천 정보에 근거하여 추천된 빔을 우선적으로 스캔하도록 재정렬하는, 무선 통신 시스템에서 채널 접속 방법.
  9. 복수의 송/수신 빔을 사용할 수 있는 무선 통신 시스템의 단말이 제1기지국에 접속된 상태에서 제2기지국에 접속하기 위한 방법에 있어서,
    상기 제1기지국과 접속된 상태에서 상기 제2기지국의 신호 세기를 측정하여 상기 제1기지국으로 보고하는 단계;
    상기 제1기지국으로부터 상기 제2기지국의 접속을 위한 무선 자원 제어(RRC) 접속 재구성 메시지를 수신할 시 상기 제1기지국과 데이터 라디오 베어러(DRB2)를 중지하고, 상기 제2기지국으로 RRC 접속 재구성 완료 메시지를 송신하는 단계;
    상기 수신된 RRC 접속 재구성 메시지에 기반하여 복수의 송신 빔들 중 최적의 송신 빔을 이용하여 상기 제2기지국의 임의접속채널(RACH)을 통해 프리앰블을 송신하는 단계; 및
    상기 제2기지국으로부터 RACH 응답(RAR)을 수신하는 경우 상기 제2기지국과 통신을 위한 절차를 수행하는 단계;를 포함하는, 무선 통신 시스템에서 채널 접속 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 RRC 접속 재구성 완료 메시지 송신 전 상기 제2기지국의 동기채널(SCH)의 유효성을 검사하는 단계;를 더 포함하는, 무선 통신 시스템에서 채널 접속 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 RRC 접속 재구성 메시지는,
    상기 제2기지국으로 RACH를 통해 프리앰블 송신 시 사용할 추천 송신 빔을 적어도 하나 이상 포함하며,
    상기 추천 송신 빔을 먼저 이용하여 송신하도록 송신 빔의 사용 순서를 재정렬하는 단계;를 더 포함하는, 무선 통신 시스템에서 채널 접속 방법.
  12. 복수의 송/수신 빔을 사용할 수 있는 무선 네트워크에서 매크로 셀 기지국과 통신 중인 단말이 스몰 셀 기지국과 채널 접속을 지원하기 위한 상기 매크로 셀 기지국의 장치에 있어서,
    상기 복수의 송수신 빔을 형성하기 위한 복수의 안테나를 갖는 안테나부;
    상기 매크로 셀 기지국 내의 단말들과 상기 안테나부를 통해 통신하기 위한 다수의 무선 모듈들 갖는 무선부;
    상기 무선부로 송신할 데이터의 변조 및 복호를 수행하고, 상기 무선부로부터 수신된 데이터를 복조 및 복호하는 데이터 처리부;
    상기 스몰 셀 기지국을 포함하는 다른 기지국과 통신하는 기지국간 인터페이스; 및
    상기 데이터 처리부로부터 상기 단말이 송신한 상기 스몰 셀 기지국의 동기 채널에 대한 신호 세기 측정 보고가 수신될 시 상기 단말의 호에 대하여 상기 스몰 셀 기지국에게 채널을 설정하도록 요청할 것인지를 결정하고, 상기 단말의 호에 대하여 상기 스몰 셀 기지국으로 채널을 설정하도록 요청할 것이 결정된 경우 상기 기지국간 인터페이스를 이용하여 상기 단말과 채널 접속을 요청하는 요청 메시지에 상기 단말의 송/수신 빔에 대한 추천 정보, 상기 단말의 위치 정보 중 적어도 하나를 포함하여 상기 스몰 셀 기지국으로 제공을 제어하며, 상기 스몰 셀 기지국으로부터 상기 단말과의 채널 설정을 수락하는 응답 메시지가 수신되는 경우 상기 무선부 및 상기 데이터 처리부를 제어하여 상기 단말과 설정된 데이터 라디오 베어러(DRB2)로 데이터 전송을 중지하고, 상기 단말로 상기 스몰 셀 기지국과 통신하도록 라디오 자원 제어(RRC) 접속 재구성 메시지를 전송하도록 제어하며, 상기 스몰 셀 기지국에게 상기 단말로 송신할 데이터와 관련 정보를 제공하는 스케줄러;를 포함하는, 무선 통신 시스템에서 채널 접속을 위한 매크로 셀 기지국 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 RRC 접속 재구성 메시지는,
    상기 단말이 상기 스몰 셀 기지국과 채널을 설정할 시 상기 단말과 상기 스몰 셀 기지국 간 최적의 송신 빔 방향 정보를 포함하는, 무선 통신 시스템에서 채널 접속을 위한 매크로 셀 기지국 장치.
  14. 복수의 송/수신 빔을 사용할 수 있는 무선 네트워크에서 매크로 셀 기지국과 통신 중인 단말이 스몰 셀 기지국과 채널 접속을 제공하기 위한 상기 스몰 셀 기지국의 장치에 있어서,
    상기 복수의 송수신 빔을 형성하기 위한 복수의 안테나를 갖는 안테나부;
    상기 스몰 셀 기지국 내의 단말들과 상기 안테나부를 통해 통신하기 위한 다수의 무선 모듈들 갖는 무선부;
    상기 무선부로 송신할 데이터의 변조 및 복호를 수행하고, 상기 무선부로부터 수신된 데이터를 복조 및 복호하는 데이터 처리부;
    상기 매크로 셀 기지국을 포함하는 다른 기지국과 통신하는 기지국간 인터페이스; 및
    상기 기지국간 인터페이스를 통해 상기 매크로 셀 기지국으로부터 상기 단말과의 채널 설정을 요청하는 요청 메시지를 수신할 시 상기 단말과 통신하기 위한 데이터 라디오 베어러(DRB2)를 설정하고, 상기 매크로 셀 기지국으로 응답 메시지를 송신하도록 제어하며, 상기 매크로 셀 기지국으로부터 상기 단말로 송신할 데이터와 관련 정보를 수신할 시 상기 요청 메시지에 포함된 정보에 기반하여 상기 단말로부터 임의접속채널(RACH)을 통해 프리앰블을 수신하기 위한 빔 순서를 재정렬하고, 상기 재정렬된 수신 빔 순서에 따라 상기 RACH를 스캔하도록 상기 무선부를 제어하며, 상기 RACH를 통해 상기 단말의 프리앰블 신호 수신 시 상기 데이터 처리부 및 상기 무선부를 제어하여 RACH 응답 신호를 상기 단말로 전송하도록 제어한 후 상기 단말과 채널 설정을 위한 절차를 수행하도록 제어하는 스케줄러;를 포함하는, 무선 통신 시스템에서 채널 접속을 위한 스몰 셀 기지국 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 요청 메시지에 포함된 정보는,
    상기 단말로부터의 송신 빔 또는 상기 스몰 셀 기지국에서의 수신 빔에 대한 추천 정보 또는 상기 단말의 위치 정보 중 적어도 하나를 포함하는, 무선 통신 시스템에서 채널 접속을 위한 스몰 셀 기지국 장치.
  16. 복수의 송/수신 빔을 사용할 수 있는 무선 네트워크에서 매크로 셀 기지국과 통신 중인 단말이 스몰 셀 기지국과 채널 접속을 수행하기 위한 단말 장치에 있어서,
    상기 복수의 송수신 빔을 형성하기 위한 복수의 안테나를 갖는 안테나부;
    상기 스몰 셀 기지국 및 상기 매크로 셀 기지국과 통신하기 위한 무선부;
    상기 무선부로 송신할 데이터의 변조 및 복호를 수행하고, 상기 무선부로부터 수신된 데이터를 복조 및 복호하는 데이터 처리부; 및
    상기 무선부와 상기 데이터 처리부를 제어하여 상기 매크로 셀 기지국과 접속된 상태에서 상기 스몰 셀 기지국의 신호 세기를 측정하여 상기 매크로 셀 기지국으로 보고하도록 제어하고, 상기 매크로 셀 기지국으로부터 상기 스몰 셀 기지국으로 접속을 지시하는 무선 자원 제어(RRC) 접속 재구성 메시지를 수신할 시 상기 매크로 셀 기지국과 데이터 라디오 베어러(DRB2)를 중지하도록 제어하고, 상기 스몰 셀 기지국으로 RRC 접속 재구성 완료 메시지를 송신하도록 제어하며, 상기 수신된 RRC 접속 재구성 메시지에 기반하여 복수의 송신 빔들 중 최적의 송신 빔을 이용하여 상기 스몰 셀 기지국의 임의접속채널(RACH)을 통해 프리앰블을 송신하도록 제어하고, 상기 스몰 셀 기지국으로부터 RACH 응답(RAR)을 수신하는 경우 상기 스몰 셀 기지국과 통신을 위한 절차를 제어하는 제어부;를 포함하는, 무선 통신 시스템에서 채널 접속을 위한 단말 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 RRC 접속 재구성 메시지는,
    상기 스몰 셀 기지국으로 RACH를 통해 프리앰블 송신 시 사용할 추천 송신 빔을 적어도 하나 이상 포함하며,
    상기 제어부는, 상기 추천 송신 빔을 먼저 이용하여 송신하도록 송신 빔의 사용 순서를 재정렬하는, 무선 통신 시스템에서 채널 접속을 위한 단말 장치.
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