以下、図面を参照した説明は特許請求の範囲及びそれと同等なものによって定義される本発明の実施形態の包括的な理解を助けるために提供される。以下の説明は理解を助けるために様々な具体的な細部事項を含むが、単なる例示として扱われるだけである。したがって、本発明の思想や範囲から逸脱しない限度内で実施形態の様々な変形及び修正が可能であることは無論である。なお、周知の機能及び構造の説明は明確性のために省略される。
以下の説明及び特許請求の範囲で使用される用語及び単語は、書誌的な意味に限定されないが、本発明の明白かつ一貫した理解を可能にする本発明者によってのみ使用される。したがって、本発明の好ましい実施形態の以下の説明は例示の目的のためにだけ提供され、添付された特許請求の範囲及びその均等物によって定義されるように本発明を限定する目的に提供されないことが当業者に理解されるべきである。
本発明の様々な実施形態によれば、電子装置は、通信機能を含むことができる。例えば、電子装置は、スマートフォン(smart phone)、タブレットPC(tablet personal computer)、携帯電話(mobile phone)、ビデオフォン、電子ブックリーダ(e−book reader)、デスクトップPC(desktop personal computer)、ラップトップPC(laptop personal computer)、ネットブックコンピュータ(netbook computer)、ワークステーション(workstation)、サーバ、PDA(personal digital assistant)、PMP(portable multimedia player)、MP3プレーヤ、モバイル医療機器、カメラ(camera)、又はウェアラブルデバイス(wearable device)(例:スマートメガネ、ヘッドマウント装置(head−mounted−device、HMD)、電子衣服、電子腕輪、電子ネックレス、電子アプセサリ(appcessory)、電子タトゥー(tattoo)、スマートミラー、又はスマートウォッチ(smart watch)のうち少なくとも1つを含むことができる。
本発明の様々な実施形態によれば、電子装置は、スマート家電製品(smart home appliance)である場合がある。スマート家電製品は、例えば、テレビジョン、DVD(digital video disk)プレーヤ、オーディオ、冷蔵庫、エアコン、掃除機、オーブン、電子レンジ、洗濯機、空気清浄機、セットトップボックス(set−top box)、ホームオートメーションコントロールパネル(home automation control panel)、セキュリティコントロールパネル(security control panel)、TVボックス(例:サムスンHomeSyncTM、アップルTVTM、又はグーグルTVTM)、ゲームコンソール(例:XboxTM、PlayStationTM)、電子辞典、電子キー、カムコーダ(camcorder)、又はデジタルフォトフレームのうち少なくとも1つを含むことができる。
本発明の様々な実施形態によれば、電子装置は、各種医療機器(例:各種携帯用医療測定器(血糖測定器、心拍測定器、血圧測定器、又は体温測定器等)、MRA(magnetic resonance angiography)、MRI(magnetic resonance imaging)、CT(computed tomography)、撮影機、又は超音波機等)、ナビゲーション(navigation)装置、GPS受信機(global positioning system receiver)、EDR(event data recorder)、FDR(flight data recorder)、自動車インフォテインメント(infotainment)装置、船舶用電子装備(例:船舶用航法装置、ジャイロコンパス等)、アビオニクス(avionics)、セキュリティ機器、産業用又は家庭用ロボット等である場合がある。
本発明の様々な実施形態によれば、電子装置は、家具(furniture)又は建物/構造物の一部、電子ボード(electronic board)、電子署名受信装置(electronic signature receiving device)、プロジェクタ(projector)、又は各種計測機器(例:水道、電気、ガス、又は電波計測機器等)等であって、通信機能を含むことができる。
本発明の様々な実施形態によれば、電子装置は、上記装置の組み合わせである場合がある。なお、本発明の様々な実施形態による電子装置が上記装置に制限されるものではないことは当業者に自明である。
本発明の様々な実施形態によれば、基地局、端末、ゲートウェイのそれぞれが電子装置である場合がある。
以下、本発明では、無線通信システムにおけるビームフォーミングに基づいてより効果的な通信を行うための技術について説明する。
従来の移動通信システムで端末に具備されたアンテナは、全方向性(Omni−directional)アンテナであって、全ての方向に信号を均等に送受信する特性を有する。1つの端末で全方向性アンテナを複数具備する場合、基地局と端末の距離に比べて同じ端末での複数のアンテナの間の距離は無視するほど小さい。したがって、端末が具備した各アンテナで受信できる基地局信号の周波数及び時間平均的な大きさには差がない。換言すれば、1つの端末で互いに異なるアンテナが経験するセル領域は平均的に同じである。従来のセルラー移動通信技術は、複数の端末アンテナで平均的には同じセル領域を経験する特性を前提に開発されてきた。
本発明で考慮するビームフォーミングアンテナは、ある瞬間には1つのビームを生成して信号を送信又は受信し、その次の瞬間にはビームの方向を変更して信号を送受信できる。しかし、アンテナの物理的特性によって、1つのビームフォーミングアンテナが形成できるビームの方向は360度全方向をカバー(cover)することはできず、一部の方向に制限される。端末は全ての方向に信号を送受信できなければならないので、ビーム方向が制限された複数のビームフォーミングアンテナを互いに異なる方向を向くように配置することで、前記端末は360度全方向に信号を送受信できる。本発明の様々な実施形態は、このように複数のビームフォーミングアンテナを使用する端末を含む将来のセルラー移動通信システムの通信方法及び装置に関する。
図1は、本発明の実施形態による無線通信システムにおける端末のアンテナ特性を示している。上記図1は、本発明で考慮する端末のアンテナ特性を示し、複数のビームフォーミングアンテナが互いに異なる方向に配置された例を示す。
上記図1を参照すると、各アンテナは、ある瞬間には1つのビームを生成して信号を送受信し、次の瞬間にはビームを変更できる。しかし、各アンテナで生成するビームの方向はアンテナの設置位置、配置方向等によって制限される。上記図1を参照すると、第1アンテナ110が生成するビームは左側上端方向に制限され、第2アンテナ120の場合は右側上端方向にのみビームを生成し、第3アンテナ130は左側下端部分を、第4アンテナ140は右側下端部分をそれぞれカバーする。上記図1の場合、各アンテナで生成可能なビームの個数はいずれもN個で、同じである。しかし、本発明の他の実施形態によれば、各アンテナで生成可能なビームの個数は異なる場合があり、形成されるビーム幅(beamwidth)も異なる場合がある。
端末は、基地局と通信をするために各アンテナで生成できる全てのビームを使用して最適の基地局を探す。しかし、上記図1の例示のように、互いに異なる特性を有するアンテナのそれぞれが生成するビーム範囲は異なるので、各アンテナごとに最適の基地局が異なる場合がある。この場合、各アンテナのセル領域を示すと、下記図2のとおりである。
図2は、本発明の実施形態による無線通信システムにおける端末の各アンテナのセル領域の例を示している。上記図2は、端末が複数のビームフォーミングアンテナを具備し、各アンテナで形成されるビームの方向が互いに異なる場合の各アンテナのセル領域を示す。
上記図2を参照すると、端末200のアンテナA1は左側方向にビームを生成し、右側方向にはビームを生成しない。前記端末200のアンテナA2は右側方向にのみビームを生成し、左側方向にはビームを生成しない。この場合、前記端末200の両側に位置する基地局210,220のセル領域がアンテナによって異なるように決定されることができる。前記アンテナA1は左側に位置する第1基地局210の信号をビーム利得だけ増幅して受信することができるが、右側に位置する第2基地局220の信号をビームパターン(beam pattern)によって減衰された強度で受信する。その結果、前記アンテナA1において、前記第1基地局210の第1セル領域211は非常に大きく、前記第2基地局220の第2セルの領域221は非常に小さくなる。逆に、前記アンテナA2は、前記第2基地局220の信号はビーム利得だけ増幅して受信することができるが、前記第1基地局210の信号はビームパターンによって減衰された強度で受信する。結果的に、前記アンテナA2において、前記第2基地局220の第2セルの領域222は非常に大きく、前記第1基地局210の第1セルの領域212は非常に小さくなる。
上記図2のように、複数のビームフォーミングアンテナを具備した前記端末200において、アンテナごとに実質的なセル領域は異なり、同じ位置でもアンテナごとに最適の基地局及びセルが異なる特性が発生する。セルラー移動通信技術は、各端末アンテナのセル領域は平均的に同じという特性に基づいて端末が1つのサービングセルと通信することを前提とする。したがって、上記技術は各アンテナの最適セルが異なる場合がある本発明の通信環境には適しないので、新しいセルラー移動通信技術が必要である。
以下、本発明では、端末の複数のアンテナの特性を考慮してサービング(serving)セルを選択する多重セル通信技法を説明する。さらには、本発明では、多重セル通信のためのネットワーク構造及び各ネットワーク構成要素の機能を説明し、多重セルを用いた制御メッセージとデータの送受信標準を説明する。本発明では、端末の位置による制御メッセージとデータ送受信方法を説明し、多重セル通信のための各ステップごとの動作手順を説明する。
ビームフォーミングアンテナ特性を考慮したサービングセル選択方法は、多様に定義することができる。図3は、本発明の実施形態による無線通信システムにおけるサービングセル選択方法の例を示している。
上記図3の(a)を参照すると、端末300は、全てのアンテナとセルの間の無線品質を考慮して最高の無線品質を提供できる単一サービングセルを選択し、前記単一サービングセルを介してデータ及び制御情報を送受信する。上記図3の(a)の場合、第1基地局310が選択された。ここで、前記制御情報は、各種物理層制御チャネル(Physical layer control channel)信号、MAC(Media Access Control)及びRRC(Radio Resource Control)制御メッセージを含む。上記図3の(a)に示した方式は、前記端末300が1つのサービングセルと通信をする従来のセルラー移動通信方式と類似している。
上記図3の(b)を参照すると、制御情報及びデータに対するサービングセルが互いに異なる。前記制御情報は前記端末300の全てのアンテナを考慮して1つの最適セルを介して送受信され、前記データは前記端末300の各アンテナの最適セルを介して送受信される。上記図3の(b)の場合、制御情報は前記第1基地局310を介し、データは前記第1基地局310及び第2基地局320のそれぞれを介して送受信される。したがって、前記制御情報を送受信する前記第1基地局310は制御情報だけでなくデータも送受信する。しかし、他のセルである前記第2基地局320はデータのみを送受信する。ここで、前記制御情報は各種物理層制御チャネル信号、MAC及びRRC制御メッセージを含む。上記図3の(b)に示した方式は、データは複数のセルを介して送受信されるが、制御情報は1つのセルを介してのみ送受信するという点において、従来のCoMP(Cooperative Multi−Point)技術と類似している。
上記図3の(c)を参照すると、前記端末300は、アンテナごとに最適の無線品質を提供できるセルを各アンテナのサービングセルとして選択する。上記図3の(c)の場合、前記第1基地局310が1つのアンテナに対して、前記第2基地局320が残りのアンテナに対してサービングセルとして選択された。これにより、各アンテナは対応する最適セルと制御情報及びデータを送受信する。例えば、各アンテナは独立して制御情報及びデータを送受信する。ここで、制御情報は、各種物理層制御チャネル信号、MAC及びRRC制御メッセージを含む。
上記図3を参照して説明した例で、前記物理層制御チャネル信号は、データを送受信するために必要な物理層無線リソース割り当て情報、MCS(Modulation and Coding Scheme)情報、電力制御情報、HARQ(Hybrid Automatic Repeat reQuest)ACK(Acknowledge)/NACK(Non−ACK)関連情報、CQI(Channel Quality Information)、ビームフォーミングアンテナのためのアンテナ及びビーム情報、MIMO(Multiple Input Multiple Output)又は多重アンテナ方式関連情報、RACH(Random Access Channel)のうち少なくとも1つを含む。
下記表1は上記図3を参照して説明したサービングセル選択方式の比較を示す。下記表1で、方式1は上記図3の(a)を、方式2は上記図3の(b)を、方式3は上記図3の(c)を意味する。
上記表1に示したように、方式1は、1つのサービングセルと通信を行うものであって、各アンテナの最適セルと通信を行うものではない。したがって、伝送速度及び容量面では最適の性能が達成できない。しかし、方式1は従来の移動通信システムと類似しているので、方式1は端末、基地局及びネットワークの複雑度が低い長所を有する。
方式2は、データを各アンテナの最適セルと通信するので、方式2は伝送速度及び容量面で最適の性能を達成する。しかし、制御情報、特に、物理層制御チャネルを1つのセルを介して送受信しなければならないが、安定した制御情報の送受信のためには複数の基地局が互いに物理層無線リソース割り当ての段階で協調したり、少なくとも物理層無線リソース割り当て情報を交換して端末に知らせるべきである。このような手順を行う場合、基地局及びネットワークの複雑度が非常に増加する問題がある。
方式3は、各アンテナごとの最適のサービングセルを使用してデータ及び制御情報を送受信するので、方式3は、伝送速度及び容量面で最適の性能を達成する。また、各セルは独立して通信を行うので具現複雑度が幾らか低い長所がある。例えば、1つの端末が2つのアンテナを介して1つのセルと通信する場合と、1つの端末が同時に2つのセルと通信する場合の具現複雑度を比較すると次のとおりである。同じデータ伝送速度を達成する条件を基準に比較すると、端末が1つのセルと通信する場合、2×2MIMO送受信手段が必要であるが、1つの端末が2つのセルとデータを送受信する場合、2つの1×1 SISO(Single Input Single Output)送受信手段だけが必要である。使用したFEC(Forward Error Correction)方式及びMIMO受信技術によって若干異なる場合があるが、基本的に2つの1×1 SISOのためのモデムの複雑度と1つの2×2MIMOのためのモデムの複雑度は類似している。したがって、最大端末アンテナ個数分のセルと同時に通信する本発明の端末に対する具現は、1つのセルを介してのみ通信する従来の端末に比べてさらに複雑または困難であるとは見なされない。
したがって、総合的に見て、前記方式3が最も効率的であると言えるので、以下、本発明では、前記方式3を適用するための多重セル通信技法を説明する。
本発明の様々な実施形態による多重セル通信技法によれば、端末は各アンテナの最適セルと制御情報及びデータを送受信する。したがって、ビームフォーミング基地局及び端末の最高性能が達成されると予想される。特に、本発明の様々な実施形態によれば、各基地局は端末にデータを送受信するための無線リソースを割り当てる際、他の基地局と協調したり又は各基地局の無線リソース割り当て情報を互いに交換したりせず、互いに独立して動作できる。その結果、本発明の様々な実施形態による無線ネットワーク及び基地局の複雑度は低い。本発明の様々な実施形態による端末の場合も、1つのセルのみと通信する従来の端末に比べて複雑度の増加はきわめて微々たるものである。
本発明の実施形態による多重セル通信のための無線ネットワーク構造は次のとおりである。図4は、本発明の実施形態による無線通信システムのネットワーク構成例を示している。
上記図4を参照すると、ゲートウェイ(Gateway)460は、複数の基地局410,420,430と接続されており、前記基地局410,420,430及びコアネットワーク(Core Network)に対する通路の役割を行う。前記基地局410,420,430は、所定の物理領域でセル(cell)を構成し、前記ゲートウェイ460とS1インタフェース(Interface)を介して接続される。また、前記基地局410,420,430は、隣接基地局とX2インタフェースを介して論理的に接続され、制御信号及びデータを交換できる。前記X2インタフェースは、端末400がハンドオーバ(handover)を行う時、データ伝送の切断を防止するために、前記端末400のサービング基地局と目標(target)基地局との間で制御情報及びデータを交換することを可能にする。そして、本発明の実施形態によれば、前記端末400は、各アンテナの最適セルの選択結果によって、1つ又は複数のセルに同時に接続して通信を行う。そのために、前記端末400は、下位階層でアンテナごとに通信手段を具備しなければならない。前記端末400のプロトコルスタック(Protocol Stack)を見てみると、以下の図5のとおりである。
図5は、本発明の実施形態による無線通信システムにおける端末のユーザプレーン(user plane)に該当するプロトコルスタックを示している。図5を参照すると、レイヤ(Layer)−1は、PHY(Physical)下位層で構成され、レイヤ−2は、MAC(Medium Access Control)、RLC(Radio Link Control)、PDCP(Packet Data Convergence Protocol)下位層で構成され、レイヤ−3以上はIP(Internet Protocol)、APP(Application)層で構成される。前記端末は、アンテナごとに基地局(=セル)とデータを送受信できるので、前記レイヤ1及び前記レイヤ−2は端末に具備されたアンテナの個数分だけ独立して存在する。前記レイヤ−1のPHY下位層は、ビット単位データの送受信機能を行い、前記レイヤ−2のMAC下位層は、論理チャネルと伝送チャネルの間のマッピング(mapping)、MAC SDU(Service Data Unit)の多重化/逆多重化、スケジューリング情報報告、HARQエラー訂正機能を行い、前記RLC下位層は、ARQ(Automatic Repeat Request)エラー訂正、RLC SDUの連結(concatenation)、分割(segmentation)、再組み合わせ(reassembly)機能、及びRLC PDU(Protocol Data Unit)の再整列(reordering)機能を行う。そして、前記PDCP下位層は、データヘッダ(Header)の圧縮及び解除、ハンドオーバの際のPDCP SDUの再送機能を行う。前記レイヤ−3のIP層は、IPアドレスベースのデータ送受信機能を行い、前記APP層は、エンドツーエンド(End−to−end)のデータ伝送及び応用サービスを提供する。
図6は、本発明の実施形態による無線通信システムにおける端末のコントロールプレーン(control plane)に該当するプロトコルスタックを示している。
上記図6を参照すると、レイヤ−1は、PHY層で構成され、レイヤ−2は、MAC、RLC、PDCP層で構成され、レイヤ−3は、RRC(Radio Resource Control)、NAS(Non−Access Stratum)層で構成される。前記端末は、アンテナごとに基地局(=セル)とデータを送受信しなければならないので、前記レイヤ−1、前記レイヤ−2、前記レイヤ−3のうち、RRC層は端末に具備されたアンテナの個数分だけ独立して存在する。
前記レイヤ−1は、PHY層であって、制御チャネル(control channel)信号の送受信機能を行う。前記レイヤ−2のMAC及びRLC層はユーザプレーンと同じ機能を行う。そして、前記PDCP層は、制御情報の暗号化及び完全性テスト機能並びにデータの完全性テスト機能を提供する。前記レイヤ−3のRRC層は、放送(Broadcast)、ページング(Paging)、RRC接続管理(Connection management)、RB(Radio Bearer)制御、移動性制御(Mobility control)、測定報告(Measurement reporting)及び制御機能を行い、NAS層は端末とゲートウェイの間の制御情報交換に使用されEPS(Evolved Packet System)、ベアラ管理(bearer management)、認証(Authentication)、端末のアイドル(Idle)モード移動性処理、アイドルモード端末のページング機能、セキュリティ制御(Security control)機能を行う。この時、基地局はNAS制御情報を使用せず、NAS制御情報の中継機能のみを行う。
本発明の様々な実施形態による無線ネットワークは2つのステップのスケジューリングを行う。第1ステップにて、ゲートウェイは、端末にデータパケット(Packet)を伝送する1つのセルを選択し、選択されたセルの基地局にデータパケットを伝達する。第2ステップで、前記基地局は、データパケットを端末に送信するための無線リソースを割り当て、レイヤ−2処理段階を行い、レイヤ−1信号を生成及び送信する。本発明の実施形態による無線ネットワークのゲートウェイは各端末が接続した1つ又は複数のセルに関する情報、例えば、セルID情報及びそのセルに関する情報、例えば、そのセルにある端末の無線リンク(link)品質情報及びそのセルの負荷(load)情報を維持及び管理する。例えば、上記情報は、テーブル(table)として管理されることができる。以降、前記ゲートウェイはコアネットワークで送信されたデータパケットを前記端末に伝達するために前記端末の複数のサービングセルの中から1つのセルを選択し、選択した1つのセルの基地局にダウンリンクデータパケットを伝達する。前記ゲートウェイからダウンリンクデータパケットを受信した基地局は、目標の端末に前記ダウンリンクデータパケットを伝送する。
前記ゲートウェイは、各データパケットごとに所定のスケジューリング基準にしたがってセルを再度選択することができ、この時、選択されるセルは各データパケットごとに異なる場合がある。前記ゲートウェイでセルを選択する基準は各セルで端末の無線リンク品質値、セルの負荷値、データのQoS(Quality of Service)又は遅延(Delay)要求条件のうち少なくとも1つを含む。各セルの基地局は、ダウンリンクデータパケットを前記端末に伝送するために無線リソースを割り当て、物理層信号を生成及び送信する。各セルの基地局は、無線リソースを割り当てて物理層信号を送信する過程で、他の基地局と協調する必要がないので、独立して動作する。前記端末は、複数のアンテナを使用して1つ又は複数のセルから制御情報及びデータパケットを受信する。
図7は、本発明の実施形態による無線通信システムにおけるダウンリンクデータ送信手順を示している。上記図7は、コアネットワーク770からダウンリンクデータ#1及び#2を受信する場合であって、ダウンリンクデータ#1は第1基地局710(Cell−1)を介して端末700のアンテナ#1で受信し、ダウンリンクデータ#2は第2基地局720(Cell−2)を介して前記端末700のアンテナ#2で受信する様々な実施形態を示す。
上記図7を参照すると、ステップ701にて、前記ゲートウェイ760は、前記コアネットワーク770からダウンリンクデータ#1を受信する。前記ダウンリンクデータ#1は前記端末700を目的地とする。
ステップ703にて、前記ゲートウェイ760は、前記ダウンリンクデータ#1を送信する基地局を選択する。換言すれば、前記ゲートウェイ760は、前記端末700の接続セル情報を保存しているテーブルに基づいて前記ダウンリンクデータ#1を送信する1つのサービングセルを選択する。この時、前記ゲートウェイ760は、前記テーブルに保存された前記端末700の各サービングセルの無線リンク品質情報、各サービングセルの負荷情報、各サービングセルのサービス情報、サービス類型及びQoSレベルのうち少なくとも1つを考慮することができる。
ステップ705にて、前記ゲートウェイ760は、選択されたサービングセルに前記ダウンリンクデータ#1を送信する。本発明は、前記第1基地局710が選択されたと仮定する。すなわち、前記ゲートウェイ760は、前記第1基地局710に前記ダウンリンクデータ#1を送信する。
ステップ707にて、前記ゲートウェイ760からダウンリンクデータ#1を受信した前記第1基地局710は、前記ダウンリンクデータ#1に対するレイヤ−2処理を行う。この時、前記第1基地局710は、PDCP下位層で、データパケットの完全性情報を追加し、ヘッダの圧縮を行うことができる。また、前記第1基地局710は、RLC下位層で、データパケットを連結(concatenation)したり分割(fragmentation)することができる。
ステップ709にて、前記第1基地局710は、前記ダウンリンクデータ#1を送信するためのリソースを割り当てる。換言すれば、前記第1基地局710は、MAC下位層で、ダウンリンクデータ#1を送信するための時間及び周波数リソースを割り当てる。
ステップ711にて、前記第1基地局710は、前記端末700に前記ダウンリンクデータ#1を送信する。具体的には、前記第1基地局710は、レイヤ−1のPHY下位層で前記ダウンリンクデータ#1を物理的信号に変換し、前記物理的信号を前記端末700のアンテナ#1に送信する。前記端末700は、前記アンテナ#1を介して前記信号を受信し、レイヤ−2処理を行った後、レイヤ−3に伝達する。
ステップ713にて、前記ゲートウェイ760は、前記コアネットワーク770からダウンリンクデータ#2を受信する。前記ダウンリンクデータ#2は前記端末700を目的地とする。
ステップ715にて、前記ゲートウェイ760は、前記ダウンリンクデータ#2を送信する基地局を選択する。換言すれば、前記ゲートウェイ760は、前記端末700の接続セル情報を保存しているテーブルに基づいて前記ダウンリンクデータ#2を送信する1つのサービングセルを選択する。この時、前記ゲートウェイ760は、前記テーブルに保存された前記端末700の各サービングセルの無線リンク品質情報、各サービングセルの負荷情報、各サービングセルのサービス情報、サービス類型及びQoSレベルのうち少なくとも1つを考慮することができる。
ステップ717にて、前記ゲートウェイ760は、選択されたサービングセルに前記ダウンリンクデータ#2を送信する。本発明は、前記第2基地局720が選択されたと仮定する。すなわち、前記ゲートウェイ760は、前記第2基地局720に前記ダウンリンクデータ#2を送信する。
ステップ719にて、前記ゲートウェイ760からダウンリンクデータ#2を受信した前記第2基地局720は、前記ダウンリンクデータ#2に対するレイヤ−2処理を行う。この時、前記第2基地局720は、PDCP下位層で、データパケットの完全性情報を追加し、ヘッダの圧縮を行うことができる。また、前記第2基地局720は、RLC下位層で、データパケットを連結したり分割することができる。
ステップ721にて、前記第2基地局720は、前記ダウンリンクデータ#2を送信するためのリソースを割り当てる。換言すれば、前記第2基地局720は、MAC下位層で、ダウンリンクデータ#2を送信するための時間及び周波数リソースを割り当てる。
ステップ723にて、前記第2基地局720は、前記端末700に前記ダウンリンクデータ#2を送信する。具体的には、前記第2基地局720は、レイヤ−1のPHY下位層で前記ダウンリンクデータ#2を物理的信号に変換し、前記物理的信号を前記端末700のアンテナ#2に送信する。前記端末700は、前記アンテナ#2を介して前記信号を受信し、レイヤ−2処理を行った後、レイヤ−3に伝達する。
図8及び図9は、本発明の実施形態による無線通信システムにおけるダウンリンクデータパケット及び信号を送信する例を示している。
1つの端末が2つのアンテナA1及びA2を介して第1基地局のセル及び第2基地局のセルに同時に接続した場合、ゲートウェイはコアネットワークから受信したデータパケットP1,P2,P3,P4等を前記第1基地局及び前記第2基地局を介して前記端末に伝達する。前記端末の2つのアンテナ及びセルに対する無線リンク品質が類似している場合、前記ゲートウェイは2つの基地局に同じ割合でパケットを伝達できる。
上記図8は、本発明の実施形態によって前記ゲートウェイが同じ割合で2つの基地局を選択してパケットを送信する場合を示す。上記図8の例示を参照すると、前記ゲートウェイは、奇数番目パケットP1,P3,P5等を前記第1基地局に伝達し、偶数番目パケットP2,P4,P6等を前記第2基地局に伝達する。以降、前記第1基地局は、データパケットを前記端末に送信するための無線リソースを割り当て、レイヤ−2処理過程を経た後、レイヤ−1信号S1,S3,S5等を生成し、前記端末に送信する。同様に、前記第2基地局は、信号S2,S4,S6等を端末に送信する。このように、前記端末は2つのアンテナを介してデータパケットに対する信号を受信するために、ある瞬間には2つのセルのうち1つのセルのみからデータパケットを受信し、ある瞬間には2つのセルから同時に互いに異なるパケットの信号を受信することができる。
前記1つのセルから、又は、同時に複数のセルから信号を受信することは、データパケットのサイズ、パケットが到着する速度、各セルの無線リンク品質及び送信速度等に基づいて決定される。例えば、上記図8の場合、時間t1からt2以前の時間区間で、前記第1基地局のみが前記端末に信号S1を送信する。しかし、時間t2から前記第1基地局が信号S1の送信を完了するまでの区間で、前記第1基地局及び前記第2基地局はいずれも前記端末に信号を同時に送信する。
上記図9は、上記図8と異なって、端末アンテナA1の無線リンク品質がアンテナA2に比べてより優れている場合、前記ゲートウェイが前記第1基地局及び前記第2基地局に伝達するデータパケットを約2:1の割合で分配した例を示す。
本発明の様々な実施形態によれば、端末は、必要に応じて周期的又は非周期的に少なくとも1つのサービングセルの無線リンク品質に関する測定情報を基地局に伝達する。これにより、前記基地局は、前記端末の少なくとも1つのサービングセルの最新無線リンク品質情報をゲートウェイに伝達し、前記ゲートウェイは最新の情報を用いてテーブルを変更し、データパケットスケジューリングを行う。ここで、前記無線リンク品質情報は端末に対する平均的なデータ伝送速度、CQI、MCS(Modulation and Coding Scheme)、帯域幅のうち少なくとも1つを含む。
従来の3世代WCDMA(登録商標)(Wideband Code Division Multiple Access)無線ネットワークは、RNC(Radio Network Controller)でレイヤ−2MAC PDUをスケジューリングし、基地局又はノードB(NodeB)でレイヤ−1 PHY信号を生成及び送信する。従来の4世代移動通信の複数基地局間協調送信技術(CoMP)の場合、ゲートウェイ又はCoMPスケジューラは全ての協調基地局及びセルの無線リソースをスケジューリングして選択する。しかし、本発明の様々な実施形態によるシステムの場合、ゲートウェイはデータパケットを送信する1つのセルを選択し、選択されたセルの基地局にデータパケットを伝達する。そして、前記基地局は、データパケットを端末に送信するための無線リソースを割り当て、レイヤ−2処理過程を経てレイヤ−1信号を生成して送信する。すなわち、本発明は、従来の3世代WCDMA(登録商標)無線ネットワークとは異なるもので、4世代複数基地局間協調送信技術とも異なる。
また、従来のソフトハンドオーバ(Soft−Handover)技術は、複数のセルの境界に位置する端末にデータを送信する際に、複数のセルが同じデータを同時に送信する。しかし、本発明の実施形態によるシステムの場合、1つの端末と通信する複数のセルが互いに異なるパケットを端末に送信するので、本発明は、従来のソフトハンドオーバとも異なる。
本発明の様々な実施形態は、基地局及び端末が1つの周波数搬送波(Carrier)を使用する場合に対するものであって、基地局及び端末がいずれも複数の搬送波を同時に使用して通信する従来の搬送波結合(Carrier Aggregation)技術とも異なる。
本発明の様々な実施形態は、端末が複数のアンテナを介して複数の基地局と通信するが、同じ無線接続技術(Radio Interface Technology)を使用する場合に対するもので、互いに異なる無線接続技術を使用して互いに異なる複数のシステムに同時に接続する、例えば、セルラー移動通信システム及び無線LANシステムに同時に接続する従来の技術とは異なる。
上述のように、ゲートウェイで複数のセルに同時に接続している端末へのデータを伝達するセルを選択するためには、セル選択スケジューリング(Scheduling)アルゴリズムが要求される。例えば、PF(Proportional Fair)アルゴリズムを変形したアルゴリズムが一実施形態として使用されることができる。例えば、ゲートウェイでダウンリンクデータを伝送するセルを選択するスケジューリングアルゴリズムの実施形態は下記式1のように表現されることができる。
上記式1で、前記cは、選択されたセルのインデックス(index)、前記C
uは、端末uが接続したセルのセット、
は、k番目パケットをセルcを介して端末uに伝送する際のデータ伝送速度、
は、k−1番目パケットまで考慮してセルcを介して端末uに伝送したデータ量を意味する。
上記式2で、前記
は、k−1番目パケットまで考慮してセルcを介して端末uに伝送したデータ量、前記
は、端末uのためのk番目パケットの大きさ、
は、k番目パケットを伝送する時のセルcの負荷レベルを示す指標であって、0乃至1の間の値を有し、前記t
0は、パケットサイズの平均値を求めるための移動平均(moving average)の時間常数(time constant)を意味する。
上記式2で、前記セルcに対する
及び
値は、基地局、例えば、セルcがゲートウェイに知らせる値で、前記t
0は、事業者がゲートウェイを運用する際に選択できるシステムパラメータ値である。
本発明の様々な実施形態によれば、前記ゲートウェイでセルを選択するスケジューリングアルゴリズムにおいて、各セルの伝送速度値
、負荷レベル値
を同時に使用して全無線ネットワークの性能を向上することができる。
アップリンクで、端末は、各データパケットごとに複数のサービングセルのうち1つのセルを選択し、選択した1つのセルを介してアップリンクデータパケットを送信する。アップリンクデータパケットを受信した前記基地局はゲートウェイに前記データパケットを伝達し、前記ゲートウェイは再度コアネットワークにデータを送信する。この時、前記端末によってアップリンクデータパケットの送信のために選択されたセルはデータパケットごとに異なる場合がある。この時、アップリンクデータを受信する際に、基地局は他の基地局と協調する必要はない。1つのアップリンクデータパケットを1つのセルに送信する過程が完了する前、前記端末は、他のアップリンクデータパケットを他のセルに送信できる。又は、1つのセルに1つのパケットを送信することを完了した後、前記端末は、次のパケットを同じセル又は他のセルに送信することもできる。
図10は、本発明の実施形態による無線通信システムにおけるアップリンクデータ送信手順を示している。上記図10は、端末1000からアップリンクデータ#1及び#2が発生する場合であって、アップリンクデータ#1は前記端末1000のアンテナ#1から、第1基地局1010(Cell−1)、ゲートウェイ1060を介してコアネットワーク1070に送信され、アップリンクデータ#2は前記端末1000のアンテナ#2から、第2基地局1020(Cell−2)、ゲートウェイ1060を介して前記コアネットワーク1070に送信される実施形態を示す。
上記図10を参照すると、ステップ1001にて、前記端末1000でアップリンクデータ#1が発生する。前記アップリンクデータ#1はコアネットワーク1070を介して外部ネットワークに伝送されるデータである。
ステップ1003にて、前記端末1000は、前記アップリンクデータ#1を送信する最適セルを選択する。具体的には、前記端末1000は、複数のサービングセルのうち無線リンク品質、基地局負荷のうち少なくとも1つを考慮して1つの最適セルを選択する。上記図10の場合、本発明は、前記端末1000がアンテナ#1/前記第1基地局1010を最適セルとして選択したと仮定する。
ステップ1005にて、前記端末1000は、前記第1基地局1010に前記アップリンクデータ#1を送信する。そのために、上記図10に示していないが、前記端末1000は、前記第1基地局1010に無線リソースの割り当てを要求し、割り当てられたリソースを介して前記アップリンクデータ#1を送信できる。この時、前記端末1000はレイヤ−2及びレイヤ−1処理によって物理的信号を生成した後、前記信号を送信する。
ステップ1007にて、前記アップリンクデータ#1を受信した前記第1基地局1010は前記アップリンクデータ#1に対するレイヤ−2処理を行う。この時、前記第1基地局1010は、RLC下位層で、前記アップリンクデータ#1に対する再組み合わせ(reassembly)を行い、PDCP下位層で、前記アップリンクデータ#1に対するヘッダ圧縮解除を行う。また、前記第1基地局1010は、完全性テストを行ってパスできない場合は前記アップリンクデータ#1を廃棄できる。
ステップ1009にて、前記第1基地局1010は、前記ゲートウェイ1060に前記アップリンクデータ#1を送信する。ステップ1011にて、前記ゲートウェイ1060は、アップリンクデータ#1を前記コアネットワーク1070に送信する。
ステップ1013にて、前記端末1000でアップリンクデータ#2が発生する。前記アップリンクデータ#2はコアネットワーク1070を介して外部ネットワークに伝送されるデータである。
ステップ1015にて、前記端末1000は前記アップリンクデータ#2を送信する最適セルを選択する。具体的には、前記端末1000は複数のサービングセルのうち無線リンク品質、基地局負荷のうち少なくとも1つを考慮して1つの最適セルを選択する。上記図10の場合、本発明は、前記端末1000がアンテナ#2/前記第2基地局1020を最適セルとして選択したと仮定する。
ステップ1017にて、前記端末1000は前記第2基地局1020に前記アップリンクデータ#2を送信する。このために、上記図10に示していないが、前記端末1000は前記第2基地局1020に無線リソースの割り当てを要求し、割り当てられたリソースを介して前記アップリンクデータ#2を送信できる。この時、前記端末1000はレイヤ−2及びレイヤ−1処理によって物理的信号を生成した後、前記信号を送信する。
ステップ1019にて、前記アップリンクデータ#2を受信した前記第2基地局1020は前記アップリンクデータ#2に対するレイヤ−2処理を行う。この時、前記第2基地局1020は、RLC下位層で、前記アップリンクデータ#2に対する再組み合わせを行い、PDCP下位層で、前記アップリンクデータ#2に対するヘッダ圧縮解除を行う。また、前記第2基地局1020は完全性テストを行ってパスできない場合は前記アップリンクデータ#2を廃棄できる。
ステップ1021にて、前記第2基地局1020は、前記ゲートウェイ1060に前記アップリンクデータ#2を送信する。ステップ1023にて、前記ゲートウェイ1060は、アップリンクデータ#2を前記コアネットワーク1070に送信する。
図11は、本発明の実施形態による無線通信システムにおけるアップリンクデータパケット及び信号を送信する例を示している。
図11を参照すると、端末は、複数のアンテナA1及びA2を介して第1基地局及び第2基地局に各アップリンクデータパケットを送信する。前記端末は、APPレイヤデータからIPパケットP1,P2,P3等を生成する。続いて、前記端末は、各データパケットを前記第1基地局又は前記第2基地局に送信し、この時、各パケットごとに1つの基地局を選択してデータを送信する。換言すれば、前記端末は、送信しようとするパケットのレイヤ−1信号S1,S3,S5等又はS2,S4,S6等を生成して送信する。前記第1基地局及び前記第2基地局は、前記端末から受信したデータパケットP1,P3,P5等又はP2,P4,P6等をゲートウェイに送信し、前記ゲートウェイは、前記第1基地局及び前記第2基地局から受信したデータパケットをコアネットワークに伝達する。
本発明の実施形態によって、端末が複数のセルの間を移動する時、無線ネットワーク動作によってデータ及び制御情報の送受信性能を上げる方法を説明すれば次のとおりである。
図12は、本発明の実施形態による無線通信システムにおける端末の位置の例を示している。
複数のアンテナを具備した1つの前記端末1200が複数のセルと通信を行う場合、アンテナによって同じ基地局に対するセル範囲が異なる。したがって、特定の位置では前記端末1200のアンテナA1に対してはセルの内部であるから無線リンク品質は非常に優秀であるが、アンテナA2に対してはセル境界であるから無線リンク品質が非常に劣悪な場合がある。上記図12で、地点Bの場合、第1基地局1210のセルを考慮すれば、前記端末は前記アンテナA1に対してはセル内部であるが、前記アンテナA2に対してはセル境界に位置する。
したがって、前記端末1200が前記地点Bに位置する場合、ゲートウェイはダウンリンクデータを前記第1基地局1210の第1セル1210を介してアンテナA1に送信し、アンテナA2には送信しないことで、セル境界での劣悪な無線リンク品質によって伝送率が低下する問題を解決する。また、前記端末1200が前記地点Bに位置する場合、前記端末1200は、アップリンクデータをアンテナA1及び第1セル1210に送信し、アンテナA2を介して送信しない。
前記端末1200が前記地点Fに位置する場合、前記地点Bとは反対に、アンテナA1に対する無線リンク品質が悪いのでデータを送信せず、アンテナA2及び第2セル1220のみを介してデータを送信することで、セル境界でデータ送信速度が低下する問題が解決できる。
上記図12で、前記端末1200が地点C、地点D、地点Eに位置する場合、アンテナA1の最適セルは前記第1セル1210で、アンテナA2の最適セルは前記第2セル1220であるから、各アンテナは最適の互いに異なるセルと通信を行う。
前記端末1200が地点Aに位置する場合、前記アンテナA1及び前記アンテナA2はいずれも最適セルが前記第1セル1210であり、前記端末1200は2つのアンテナを全て用いて前記第1セル1210と通信を行う。反対に、前記端末1200が地点Gに位置する場合、前記アンテナA1及び前記アンテナA2はいずれも最適セルが前記第2セル1220であり、前記端末1200は2つのアンテナを全て用いて前記第2セル1220と通信を行う。
前記端末1200が地点C、地点D、地点Eに位置する場合、前記端末1200は2つのアンテナをすべて用いて前記第1セル1210及び前記第2セル1220に同時に接続する。したがって、前記端末1200のデータを送信するためのセルを選択する際、前記第1セル1210及び前記第2セル1220の負荷に基づいてデータを分散させることによって、セル負荷分散(Cell load balancing)効果が追加的に得られる。例えば、前記端末1200が接続している2つのセルに対する前記端末1200の無線リンク品質は同じであるが、2つのセルの負荷が異なる場合(例:第1セル1210の負荷は60%、第2セル1220の負荷は30%)、前記ゲートウェイ又は前記端末1200はセル負荷に反比例してパケットを分配することによって(例:第1セル1210は33%を選択、第2セル1220は67%を選択)、2つのセル間の負荷を調節できる。
上記本発明の様々な実施形態による負荷分散(load balancing)は従来の負荷分散方式とは異なる。従来の負荷分散方式は、アドミッション制御(Admission Control)によってセルの負荷を調節する。代表的な例として、負荷の高いいずれかのセルが負荷を減らすために、基地局は自らにハンドオーバを介して移動して来ようとする端末の要求(admission)を許可しなかったり、又は、自らに属する端末のうち一部を強制的に隣接セルにハンドオーバさせる。このような従来の方式によれば、強制的に隣接セルにハンドオーバされた端末に対するアップリンク及びダウンリンク信号の電力をいずれも上げなければならず、端末及び基地局はいずれも電力消耗が増加し、セル間干渉が増加する問題がある。しかし、本発明の様々な実施形態による負荷分散は、ゲートウェイでセル選択を調節してセル負荷を調節できるので、従来の方式のような問題点が発生しない。
本発明の様々な実施形態によるシステムは、VoIP(Voice over IP)やゲーム(Game)用データのようなパケットサイズが小さく遅延に敏感なアプリケーション(application)のデータを前記端末1200の最適セルにのみ伝達されるように制御できる。例えば、上記図12の地点A、地点B、地点Cにおける前記端末1200の最適セルは前記第1セル1210であるから、前記ゲートウェイ又は前記端末1200は、前記VoIP又は前記ゲームデータを前記第1セル1210及びアンテナA1を介して送受信する。図12の地点E、地点F及び地点Gにおける前記端末1200の最適セルは前記第2セル1220であるから、前記ゲートウェイ又は前記端末1200は、前記VoIP又は前記ゲームデータを前記第2セル1220及びアンテナA2を介して送受信する。図12の地点Dは前記端末1200の最適セルが変更される境界であるから、前記ゲートウェイ又は前記端末1200は、VoIP又はゲームデータを送受信する経路を変更する。
ここで、最適セルの変更による経路変更は従来のハンドオーバと異なる。従来のハンドオーバは、端末がサービング基地局から目標基地局へ移動する場合、サービング基地局は自らのバッファに残っているデータを目標基地局に伝達し、目標基地局がまた前記データを送信することによって送信遅延が発生する。しかし、本発明の実施形態によるシステムの場合、上記図12の地点Dで最適セルが変更されても、以前の最適セルは残っているデータを送信し続け、最適セルが変更された後は新しい最適セルだけがデータを送受信する。例えば、基地局間のデータ伝達が不要なので、伝送遅延が防止される。
下記表2は、上記図12に示す前記端末1200の位置で、上述のようにアンテナの無線リンク品質を考慮してデータを送受信するセルを選択した結果の例を示す。
上記表2で、地点Bの場合はアンテナA2が、地点Fの場合はアンテナA1がセル境界に位置するので、どのセルも選択されない。また、地点Dは各アンテナのサービングセルの無線リンク品質が類似している地点であるから、地点Dは遅延に敏感なサービスに対してはセル切り替え(cell switch)が行われる地点になることができる。
本発明の様々な実施形態によって、端末が複数のアンテナを用いて複数のセルとデータを送受信する際、各セルは他のセルと独立してデータ及び制御情報を送受信する。しかし、特定の制御情報の場合、無線リンク品質が最も良好なセルを介して送受信することが有利な場合がある。例えば、ハンドオーバ関連制御情報の場合、前記ハンドオーバ関連制御情報はセル境界で送受信されることが一般的であるので、送受信の信頼性のために無線リンク品質が最も良好なセルを介して送受信することが有利である。以下、本発明では、前記ハンドオーバ関連制御情報を例に挙げて説明する。
前記制御情報のアンテナごとの独立性を厳格に適用すると、前記端末1200が上記図12の地点Bに位置する場合、前記端末1200は、アンテナA2のセルを変更するために測定報告を基地局に送信し、前記基地局は、セル変更を指示するRRC接続再構成(Connection Reconfiguration)メッセージを前記端末1200に送信するべきである。
しかし、本発明の実施形態によれば、前記端末1200は、アンテナごとのサービングセルにかかわらず、ハンドオーバ関連制御情報を無線リンク品質が最も良いセルを介して送受信する。具体的には、前記端末1200は、セルを変更する前記アンテナA2を介してハンドオーバ関連制御メッセージを送受信せず、前記ハンドオーバ関連制御メッセージを無線リンク品質の良いアンテナA1及び前記第1セル1210を介して送受信する。これにより、前記第1セル1210はこのようなハンドオーバ制御メッセージを前記第2セル1220にX2インタフェースを介して伝達する。
同様に、前記端末1200が上記図12の地点Fに位置する場合、前記端末1200はアンテナA1に対するセルを変更しようとする。この時、前記端末1200はハンドオーバ制御メッセージを、前記アンテナA1でなく、前記アンテナA2及び前記第2セル1220を介して送受信する。そして、前記第2セル1220はハンドオーバ制御メッセージを前記第1セル1210にX2インタフェースを介して伝達する。
上記図12のその他の地点ではハンドオーバが行われないので、前記端末1200はアンテナごとに独立して制御情報及びデータを送受信する。上述のようにハンドオーバメッセージを常に最適の無線リンクを有するアンテナ及びセルを介して送受信することによって、本発明の様々な実施形態によるシステムは、セル境界で制御情報に対する送信速度を上げ、遅延を大きく減少させることができる。
下記表3は、上記図12に示す前記端末1200の位置で、上述のようにアンテナの無線リンク品質を考慮して制御情報を送受信するセルを選択した結果の例を示す。
上記表3を参照すると、地点Bの場合は第1セルを介して第2セルに関する制御情報が送受信されることができ、地点Fの場合は第2セルを介して第1セルに関する制御情報が送受信されることができる。
本発明の様々な実施形態によって、前記ハンドオーバ関連制御メッセージの他、端末及びゲートウェイの間で交換される他の制御メッセージも最適セルのみを介して送受信されることができる。例えば、端末位置情報更新メッセージ、ネットワーク接続解除要求メッセージ等が前記最適セルのみを介して送受信できる。
図13は、本発明の実施形態による無線通信システムにおける単一セル接続手順を示している。上記図13に示す実施形態は、上記図12で前記端末1300が地点A又は地点Gに位置する場合に実施され得る。上記図13に示す実施形態によれば、端末1300はアンテナ#1及びアンテナ#2をすべて考慮して最適の単一セルを選択し、初期接続手順を行う。
上記図13を参照すると、ステップ1301にて、前記端末1300は、第1基地局1310(第1セル)及び第2基地局1320(第2セル)からSCH(Synchronization Channel)及びBCH(Broadcast Channel)を受信する。前記端末1300は、前記SCHを受信することによって基地局同期を獲得する。前記端末1300は、前記BCHを介して各基地局のシステム情報を獲得する。
ステップ1303にて、前記端末1300は全てのアンテナを考慮して無線信号品質、セルの負荷レベル等に基づいて最適セルを選択する。図13の場合、本発明は前記第1基地局1310が選択された場合を仮定する。
ステップ1305にて、前記端末1300は、前記第1基地局1310からアップリンクリソースを獲得するためにRACH(Random Access Channel)を介してランダムアクセス(Random Access)手順を行う。前記ランダムアクセス手順は競合ベース(contention−based)に行うことができる。具体的には、前記端末1300は、ランダムアクセスプリアンブル(Preamble)を前記第1基地局1310に送信する。前記第1基地局1310が前記ランダムアクセスプリアンブルの受信に成功した場合、前記第1基地局1310はランダムアクセス応答(Response)を送信することによって、アップリンクリソースを割り当てる。この時、前記端末1300が送信するプリアンブルは任意に選択されるので、複数の前記端末1300が同じプリアンブルを用いて送信する場合は衝突が発生し得る。
ステップ1307にて、前記端末1300は、前記第1基地局1310から割り当てられたアップリンクリソースを用いて無線リソース接続要求(radio resource connection request)メッセージを前記第1基地局1310に送信する。図13で、本発明は、前記端末1300が第1セル1310を選択して前記第1セル1310にメッセージを送信する場合を仮定する。
ステップ1309にて、前記第1基地局1310は、前記端末1300が要求した無線リソース接続が可能か否かを判断し、可能と判断した場合、前記端末1300に無線リソース接続メッセージを送信する。もし、接続が可能でないと判断した場合、以下のステップは行われない。
ステップ1311にて、前記端末1300は、前記無線リソース接続メッセージを介して獲得した無線リソース情報に基づいて無線リソースを設定した後、前記第1基地局1310に無線リソース接続完了メッセージを送信する。
ステップ1313にて、前記端末1300と前記第1基地局1310の間の無線リソース接続が完了した後、前記第1基地局1310は、前記端末1300のネットワーク接続のために初期接続要求メッセージをゲートウェイ1360に送信する。前記初期接続要求メッセージは、前記端末1300の識別子及び前記端末1300が接続したセルの情報を含む。上記図13で、本発明は、前記端末1300が第1セル1310に接続する場合を仮定する。
ステップ1315にて、前記ゲートウェイ1360は、前記端末1300の識別子情報を用いてHSS(Home Subscriber Server)1380から前記端末1300の認証のための情報を獲得する。前記HSSは、「認証サーバ」と称することができる。前記端末1300の認証のための情報は、RAND(RANDom number)、AUTN(Authentication Token)、XRES(Expected Response)、KASME(Access Security Management Entity)のうち少なくとも1つを含む。
ステップ1317にて、前記端末1300及び前記HSS1380は、前記HSS1380から獲得した認証情報に基づいて相互認証手順を行う。前記ゲートウェイ1360が送信する認証要求メッセージを介して、前記端末1300は、前記HSS1380を認証した後、RES(Response)を生成することによって認証応答メッセージを生成し、前記認証応答を前記ゲートウェイ1360に送信する。前記認証応答を受信した前記ゲートウェイ1360は、前記RES及び前記XRESの一致/不一致を確認し、一致する場合は前記端末1300にアクセス権があると判断する。
ステップ1319にて、前記端末1300及び前記ゲートウェイ1360は、互いに交換するメッセージに対するセキュリティ設定(例:完全性、暗号化)のために非無線区間セキュリティ設定手順を行う。ここで、前記非無線区間セキュリティ設定は端末とゲートウェイの間で直接交換されるNAS(Non−Access Stratum)メッセージの完全性及び暗号化を行うための手順を意味する。例えば、前記基地局1310,1320は、前記端末1300又は前記ゲートウェイ1360から受信したNASメッセージの内容を検査せず、単なる再送機能のみを行う。前記非無線区間セキュリティ設定手順は、前記ゲートウェイ1360でセキュリティ設定要求メッセージを伝送すると、前記端末1300が前記セキュリティ設定要求メッセージを受信し、セキュリティ設定応答メッセージを送信する段階を含む。
ステップ1321にて、前記ゲートウェイ1360は、前記HSS1380から獲得した情報に基づいて無線区間セキュリティキーを生成する。前記セキュリティキー生成の具体的な手順はセキュリティアルゴリズムによって異なる場合がある。
ステップ1323にて、前記ゲートウェイ1360は、前記端末1300が要求したQoS情報に基づいてベアラ(Bearer)情報を設定する。前記ベアラ情報を設定する具体的な手順は前記ゲートウェイ1360のスケジューリングポリシー及びアルゴリズムによって異なる場合がある。
ステップ1325にて、前記ゲートウェイ1360は、前記第1基地局1310に初期コンテキスト(context)設定要求メッセージを送信する。前記初期コンテキスト設定要求メッセージは、上記ステップ1321にて生成された前記無線区間セキュリティキー情報、上記ステップ1323にて生成された前記ベアラ情報を含むことができる。
ステップ1327にて、前記第1基地局1310は、前記無線区間セキュリティキーを用いて前記端末1300と無線区間セキュリティ(例:完全性、暗号化)を設定手順を行う。
ステップ1329にて、前記端末1300及び前記第1基地局1310は、無線リソース接続再設定手順を行う。前記無線リソース接続再設定手順を介して、前記端末1300及び第1基地局1310は、無線区間の品質報告周期及び方法等に関する情報を交換する。
ステップ1331にて、前記端末1300と前記第1基地局1310の間の接続再設定が完了した後、前記第1基地局1310は、前記ゲートウェイ1360に初期コンテキスト設定応答メッセージを送信する。
ステップ1333にて、前記端末1300は、前記ゲートウェイ1360に接続完了メッセージを送信する。すなわち、前記端末1300は、前記ゲートウェイ1360に最終的なネットワーク接続完了を通報する。
図14は、本発明の実施形態による無線通信システムにおける単一セル接続から多重セル接続への変更手順を示している。上記図14に示す実施形態は、上記図12で端末1400が地点Bから地点Cへ移動する場合に実施され得る。
上記図14に示す本発明の様々な実施形態によれば、アンテナ#1を介して第1セル1410に接続した状態で前記端末1400が移動してアンテナ#2の最適セルが第2セル1420になる場合、前記端末1400は、前記アンテナ#2が第2セル1420に接続するための制御メッセージを、無線リンク品質の良いアンテナ#1及び前記第1セル1410を用いて送受信する。これによって、セル容量の減少を防止し迅速な接続速度をサポートできる。
上記図14を参照すると、ステップ1401にて、前記端末1400が複数のアンテナを介して単一最適セルに接続した場合であって、前記端末1400は複数のアンテナを用いて1つのサービングセルを介してデータを送受信する。図14で、本発明は、前記端末1400が前記第1基地局1410(第1セル)に接続した場合を仮定する。
ステップ1403にて、前記端末1400の複数のアンテナのうち一部のアンテナに対する無線リンク品質がしきい値以下に低下し、前記端末1400は無線リンク品質の低下を認識する。例えば、前記端末1400は、該当無線リンクでパケットエラーが頻繁に発生したり、受信電力が基準値以下に低くなるか否かを判断することによって、前記無線リンク品質の低下を認識できる。上記図14で、本発明は、前記アンテナ#2の無線リンク品質がしきい値以下に低下した場合を仮定する。
ステップ1405にて、前記端末1400は、無線区間の品質測定を介して品質が低下したアンテナに対する最適セルを探索する。上記図14で、本発明は、前記アンテナ#2に対する最適セルを探索する場合を仮定する。例えば、前記端末1400は、無線区間の品質を測定する。
ステップ1407にて、前記端末1400の無線リンク品質が低下した前記アンテナ#2はリンク品質低下イベントを品質が良好な前記アンテナ#1に伝達する。ここで、前記アンテナ#2に対する無線区間品質の測定結果が共に伝達される。
ステップ1409にて、前記端末1400は、リンク品質が良好な前記アンテナ#1を用いてリンク品質代理報告メッセージを前記第1基地局1410に送信する。前記リンク品質代理報告メッセージは、リンク品質の低いアンテナ#2のID、前記アンテナ#2を用いた品質測定情報を含むことができる。
ステップ1411にて、前記第1基地局1410は、前記端末1400が測定した無線リンク品質情報に基づいてサービングセルを前記第2基地局1420に変更するか否かを判断する。もし、変更しないと決定された場合、以下のステップは行われない。上記図14で、本発明は、前記アンテナ#2のサービングセルを前記第2基地局1420に変更すると決定した場合を仮定する。
ステップ1413にて、前記第1基地局1410が前記端末1400の前記アンテナ#2に対するサービングセル変更を承諾することによって、前記第1基地局1410は、前記第2基地局1420にセル接続要求メッセージを送信する。
ステップ1415にて、前記第2基地局1420は、セル接続要求に対する許可/不許可を判断する。もし、前記セル接続要求が許可されなかった場合、以下のステップは行われない。上記図14で、本発明は、前記セル接続要求が許可される場合を仮定する。
ステップ1417にて、前記第2基地局1420でセル接続要求が許可されたことによって、前記第2基地局1420は、セル接続要求応答メッセージを以前のサービングセルである前記第1基地局1410に送信する。この時、新規セルである前記第2基地局1420へのアクセス時間を短縮するために、前記セル接続要求応答メッセージは専用(dedicated)プリアンブル情報、前記第2基地局1420のBCH情報のうち少なくとも1つを含むことができる。
ステップ1419にて、前記第1基地局1410は、セル接続指示メッセージを前記端末1400の品質が良好なアンテナに送信する。上記図14の場合、前記セル接続指示メッセージは、前記アンテナ#1に送信される。前記セル接続指示メッセージは、前記専用プリアンブル情報、前記第2基地局1420の前記BCH情報のうち少なくとも1つを含むことができる。
ステップ1421にて、前記セル接続指示メッセージを受信した前記端末1400は、サービングセル変更イベント(event)を品質が低い前記アンテナ#2に伝達する。上記図14で、本発明は、前記アンテナ#1が前記アンテナ#2にイベントを伝達する場合を仮定する。
ステップ1423にて、前記端末1400の品質が低い前記アンテナ#2は、既存のサービングセルである前記第1基地局1410との接続を解除し、新規セルである前記第2基地局1420と同期化手順を行う。
ステップ1425にて、前記端末1400の前記アンテナ#2は新規セルからアップリンクリソースを獲得するためにRACHを介してランダムアクセス手順を行う。この時、前記端末1400は、上記ステップ1419にて 前記第1基地局1410から受信した前記専用プリアンブル及び前記BCH情報を用いて他の端末と衝突しない迅速な接続が可能である。具体的には、前記端末1400は、前記専用プリアンブルを前記第2基地局1420に送信する。前記第2基地局1420が前記専用プリアンブルの受信に成功した場合、前記第2基地局1420は、ランダムアクセス応答を送信することによって、アップリンクリソースを割り当てる。
ステップ1427にて、前記端末1400は、セル接続完了メッセージを前記第2基地局1420に送信する。換言すれば、前記端末1400は、前記第2基地局1420にセル接続が完了したことを知らせる。
ステップ1429にて、前記端末1400は、複数のアンテナを用いてアップリンクデータの分散送信を開始する。具体的には、前記端末1400は、前記アンテナ#1を介して一部のデータを、前記アンテナ#2を介して残りのデータを送信するようにデータを分散して割り当てる。
ステップ1431にて、前記端末1400は、複数のアンテナを用いてアップリンクデータを送信する。具体的には、前記端末1400は、アンテナ#1を用いて前記第1基地局1410を介してアップリンクデータを送信し、前記アンテナ#2を用いて前記第2基地局1420を介してアップリンクデータを送信する。
ステップ1433にて、前記第2基地局1420は、ダウンリンクデータの分散送信のためにセル追加要求メッセージを前記ゲートウェイ1460に送信する。すなわち、前記第2基地局1420は、前記端末の一部のアンテナに対するサービングセルが変更されたこと、具体的には、前記第2基地局1420がサービングセルとして追加されたことを通知する。
ステップ1435にて、前記ゲートウェイ1460は、ダウンリンクデータの分散送信を開始する。すなわち、前記ゲートウェイ1460は、前記第1基地局1410を介して一部のデータを、前記第2基地局1420を介して残りのデータを送信するようにデータを分散して割り当てる。
ステップ1437にて、前記ゲートウェイ1460でダウンリンクデータを前記第1基地局1410及び前記第2基地局1420に分散送信する。具体的には、前記ゲートウェイ1460は、ダウンリンクデータの一部を前記第1基地局1410を介して、ダウンリンクデータの残りを前記第2基地局1420を介して送信する。これにより、前記端末1400は、アンテナ#1を用いて前記第1基地局1410を介してダウンリンクデータを受信し、前記アンテナ#2を用いて前記第2基地局1420を介してダウンリンクデータを受信する。
ステップ1439にて、前記ゲートウェイ1460は、前記第2基地局1420にセル追加要求応答メッセージを送信する。すなわち、前記ゲートウェイ1460は、前記第2基地局1420に前記端末1400に対するサービングセルが追加されたことを通知する。
図15は、本発明の実施形態による無線通信システムにおける多重セル同時接続手順を示している。上記図15に示す実施形態は、上記図12で端末1500が地点Dに位置する場合に実施され得る。上記図15に示す実施形態によれば、前記端末1500はアンテナ#1を介して第1セル1510に接続し、アンテナ#2を介して第2セル1520に同時接続する。
上記図15を参照すると、ステップ1501にて、前記端末1500は、第1基地局1510(第1セル)及び第2基地局1520(第2セル)からSCH及びBCHを受信する。前記端末1500は、前記SCHを受信することによって基地局同期を獲得する。前記端末1500は、前記BCHを介して各基地局のシステム情報を獲得する。
ステップ1503にて、前記端末1500は、各アンテナの無線信号品質、セルの負荷レベル等を考慮して各アンテナの最適セルを選択する。図15で、本発明は、アンテナ#1に対して前記第1基地局1510を選択し、アンテナ#2に対して前記第2基地局1520を選択したと仮定する。
ステップ1505にて、前記端末1500の前記アンテナ#1は前記第1基地局1510(第1セル)からアップリンクリソースを獲得するためにRACHを介してランダムアクセス手順を行う。具体的には、前記端末1500は、ランダムアクセスプリアンブルを前記第1基地局1510に送信する。前記第1基地局1510が前記ランダムアクセスプリアンブルの受信に成功した場合、前記第1基地局1510は、ランダムアクセス応答を送信することによって、アップリンクリソースを割り当てる。この時、前記端末1500が送信するプリアンブルは任意に選択されるので、複数の前記端末1500が同じプリアンブルを用いて送信する場合は衝突が発生し得る。
ステップ1507にて、前記端末1500は、前記第1基地局1510(第1セル)と無線区間の接続設定のために無線リソース接続確立手順を行う。具体的には、前記端末1500は、前記第1基地局1510から割り当てられたアップリンクリソースを用いて無線リソース接続要求メッセージを前記第1基地局1510に送信する。そして、前記第1基地局1510は前記端末1500が要求した無線リソース接続が可能か否かを判断し、可能と判断した場合、前記端末1500に無線リソース接続メッセージを送信する。前記端末1500は、前記無線リソース接続メッセージを介して獲得した無線リソース情報に基づいて無線リソースを設定した後、前記第1基地局1510に無線リソース接続完了メッセージを送信する。
ステップ1509にて、前記端末1500の前記アンテナ#2は、前記第2基地局1520(第1セル)からアップリンクリソースを獲得するためにRACHを介してランダムアクセス手順を行う。例えば、前記端末1500は、ランダムアクセスプリアンブルを前記第2基地局1520に送信する。前記第2基地局1520が前記ランダムアクセスプリアンブルの受信に成功した場合、前記第2基地局1520は、ランダムアクセス応答を送信することによって、アップリンクリソースを割り当てる。この時、前記端末1500が送信するプリアンブルは任意に選択されるので、複数の前記端末1500が同じプリアンブルを用いて送信する場合は衝突が発生し得る。
ステップ1511にて、前記端末1500は、前記第2基地局1520(第1セル)と無線区間の接続設定のために無線リソース接続確立手順を行う。例えば、前記端末1500は、前記第2基地局1520から割り当てられたアップリンクリソースを用いて無線リソース接続要求メッセージを前記第2基地局1520に送信する。そして、前記第2基地局1520は、前記端末1500が要求した無線リソース接続が可能か否かを判断し、可能と判断した場合、前記端末1500に無線リソース接続メッセージを送信する。前記端末1500は、前記無線リソース接続メッセージを介して獲得した無線リソース情報に基づいて無線リソースを設定した後、前記第2基地局1520に無線リソース接続完了メッセージを送信する。
ステップ1513にて、前記端末1500及び前記第1基地局1510の間の無線リソース接続が完了した後、前記第1基地局1510は、前記端末1500のネットワーク接続のために初期接続要求メッセージを前記ゲートウェイ1560に送信する。この時、前記初期接続要求メッセージは、前記端末1500の識別子及び前記端末1500が接続した第1セル1510の情報を含む。
ステップ1515にて、前記端末1500と前記第2基地局1520の間の無線リソース接続が完了した場合、前記第2基地局1520は、前記端末1500のネットワーク接続のために初期接続要求メッセージを前記ゲートウェイ1560に送信する。この時、初期接続要求メッセージは前記端末1500の識別子及び前記端末1500が接続した第2セル1520の情報を含む。
ステップ1517にて、前記ゲートウェイ1560は、前記端末1500の識別子情報を用いてHSS1580から前記端末1500の認証のための情報を獲得する。前記HSSは「認証サーバ」と称することができる。前記端末1500認証のための情報は、RAND、AUTN、XRES、KASMEのうち少なくとも1つを含むことができる。
ステップ1519にて、前記ゲートウェイ1560は、無線区間品質、セルの負荷レベル等を考慮して最適セルを選択する。図15の場合、本発明は、前記第1基地局1510が選択された場合を仮定する。
ステップ1521にて、前記端末1500及び前記HSS1580は、前記HSS1580から獲得した認証情報に基づいて相互認証手順を行う。この時、前記認証手順は前記第1基地局1510を介して行われる。前記ゲートウェイ1560が送信する認証要求メッセージを介して、前記端末1500は、前記HSS1580を認証した後、RESを生成することによって認証応答メッセージを生成し、前記認証応答を前記ゲートウェイ1560に送信する。前記認証応答を受信した前記ゲートウェイ1560は前記RES及び前記XRESの一致/不一致を確認し、一致する場合は前記端末1500にアクセス権があると判断する。
ステップ1523にて、前記端末1500及び前記ゲートウェイ1560は、互いに交換するメッセージに対するセキュリティ設定(例:完全性、暗号化)のために非無線区間セキュリティ設定手順を行う。前記非無線区間セキュリティ設定は端末とゲートウェイの間で直接交換されるNAS(Non−Access Stratum)メッセージの完全性及び暗号化を行うための手順を意味する。例えば、前記基地局1510,1520は、前記端末1500又は前記ゲートウェイ1560から受信したNASメッセージの内容を検査せず、単なる再送機能のみを行う。前記非無線区間セキュリティ設定手順は、前記ゲートウェイ1560でセキュリティ設定要求メッセージを伝送すると、前記端末1500が前記セキュリティ設定要求メッセージを受信し、セキュリティ設定応答メッセージを送信する段階を含む。
ステップ1525にて、前記ゲートウェイ1560は、前記HSS1580から獲得した情報に基づいて無線区間セキュリティキーを生成する。前記セキュリティキー生成の具体的な手順はセキュリティアルゴリズムによって異なる場合がある。
ステップ1527にて、前記ゲートウェイ1560は、前記端末1500が要求したQoS情報に基づいてベアラ情報を設定する。前記ベアラ情報を設定する具体的な手順は前記ゲートウェイ1560のスケジューリングポリシー及びアルゴリズムによって異なる場合がある。
ステップ1529にて、前記ゲートウェイ1560は、前記第1基地局1510に初期コンテキスト設定要求メッセージを送信する。前記初期コンテキスト設定要求メッセージは、上記ステップ1525にて生成された前記無線区間セキュリティキー情報、上記ステップ1527にて生成された前記ベアラ情報を含むことができる。
ステップ1531にて、前記第1基地局1510及び前記端末1500は、前記無線区間セキュリティキーを用いて無線区間セキュリティ(例:完全性、暗号化)を設定手順を行う。
ステップ1533にて、前記端末1500及び前記第1基地局1510は、無線リソース接続再設定手順を行う。前記無線リソース接続再設定手順を介して、前記端末1500及び第1基地局1510は、無線区間の品質報告周期及び方法等に関する情報を交換する。
ステップ1535にて、前記ゲートウェイ1560は、前記第2基地局1520に初期コンテキスト設定要求メッセージを送信する。前記初期コンテキスト設定要求メッセージは上記ステップ1525にて生成された前記無線区間セキュリティキー情報、前記ステップ1527にて生成された前記ベアラ情報を含むことができる。
ステップ1537にて、前記第2基地局1520は、前記無線区間セキュリティキーを用いて前記端末1500と無線区間セキュリティ(例:完全性、暗号化)を設定手順を行う。
ステップ1539にて、前記端末1500及び前記第2基地局1520は、無線リソース接続再設定手順を行う。前記無線リソース接続再設定手順を介して、前記端末1500及び第2基地局1520は、無線区間の品質報告周期及び方法等に関する情報を交換する。
ステップ1541にて、前記端末1500及び前記第1基地局1510の間で接続再設定が完了した後、前記第1基地局1510は、前記ゲートウェイ1560に初期コンテキスト設定応答メッセージを送信する。
ステップ1543にて、前記端末1500及び前記第2基地局1520の間で接続再設定が完了した後、前記第2基地局1520は、前記ゲートウェイ1560に初期コンテキスト設定応答メッセージを送信する。
ステップ1545にて、前記端末1500は、前記第1基地局1410を介して前記ゲートウェイ1560に接続完了メッセージを送信する。すなわち、前記端末1500は、前記ゲートウェイ1560に最終的なネットワーク接続完了を通報する。
図16は、本発明の実施形態による無線通信システムにおける基地局リソースによる多重セル同時接続手順を示している。上記図16に示す実施形態は、上記図12で端末1600が地点Dに位置する場合に実施され得る。
上記図16に示す本発明の様々な実施形態によれば、前記端末1600は、アンテナ#1を介して第1基地局1610(第1セル)に接続し、アンテナ#2を介して第2基地局1620(第2セル)に接続する。前記端末1600は、アンテナごとの別途の基地局を介して接続するものではなく、1つの代表基地局を選択して接続関連制御メッセージを送受信し、基地局1610,1620間の情報交換を介して単一基地局を用いて迅速かつ効率的な接続手順を提供する。
上記図16を参照すると、ステップ1601にて、前記端末1600は、第1基地局1610及び第2基地局1620からSCH及びBCHを受信する。前記端末1600は、前記SCHを受信することによって基地局同期を獲得する。前記端末1600は、前記BCHを介して各基地局のシステム情報を獲得する。
ステップ1603にて、前記端末1600は、全てのアンテナを考慮して無線信号品質、セルの負荷レベル等に基づいて最適セルを選択する。上記図16で、本発明は、前記アンテナ#1に対して前記第1基地局1610を最適セルとして、前記アンテナ#2に対して前記第2基地局1620を最適セルとして選択したと仮定する。
ステップ1605にて、前記端末1600は、各アンテナの無線リンク品質、セルの負荷レベル等を考慮して代表基地局を選択する。上記図16で、本発明は、前記アンテナ#1を介して前記第1基地局1610を前記代表基地局として選択したと仮定する。
ステップ1607にて、前記端末1600の前記アンテナ#1は、前記第1基地局1610からアップリンクリソースを獲得するためにRACHを介してランダムアクセス手順を行う。例えば、前記端末1600はランダムアクセスプリアンブルを前記第1基地局1610に送信する。前記第1基地局1610が前記ランダムアクセスプリアンブルの受信に成功した場合、前記第1基地局1610は、ランダムアクセス応答を送信することによって、アップリンクリソースを割り当てる。この時、前記端末1600が送信するプリアンブルは任意に選択されるので、複数の前記端末1600が同じプリアンブルを用いて送信する場合は衝突が発生し得る。
ステップ1609にて、前記端末1600は、前記第1基地局1610と無線区間の接続設定のために無線リソース接続確立手順を行う。例えば、前記端末1600は、前記第1基地局1610から割り当てられたアップリンクリソースを用いて無線リソース接続要求メッセージを前記第1基地局1610に送信する。そして、前記第1基地局1610は、前記端末1600が要求した無線リソース接続が可能か否かを判断し、可能と判断した場合、前記端末1600に無線リソース接続メッセージを送信する。前記端末1600は、前記無線リソース接続メッセージを介して獲得した無線リソース情報に基づいて無線リソースを設定した後、前記第1基地局1610に無線リソース接続完了メッセージを送信する。この時、前記無線リソース接続完了要求メッセージは、前記端末1600が複数のセルに接続を要求することを示す情報を含む。
ステップ1611にて、前記端末1600及び前記第1基地局1610間の無線リソース接続が完了した後、前記第1基地局1610は、前記端末1600のネットワーク接続のために初期接続要求メッセージを前記ゲートウェイ1660に送信する。この時、前記初期接続要求メッセージは、前記端末1600の識別子及び前記端末1600が接続しようとする第1セル1610及び第2セル1620の情報を含む。また、前記初期接続要求メッセージは、前記端末1600が複数のセルに接続を要求することを示す情報を含む。例えば、前記初期接続要求メッセージは、前記第1セル1610及び前記第2セル1620に同時接続するための情報を含む。
ステップ1613にて、前記ゲートウェイ1660は、前記端末1600の識別子情報を用いてHSS1680から前記端末1600認証のための情報を獲得する。前記HSS1680は「認証サーバ」と称することができる。前記端末1600の認証のための情報は、RAND、AUTN、XRES、KASMEのうち少なくとも1つを含むことができる。
ステップ1615にて、前記端末1600及び前記HSS1680は、前記HSS1680から獲得した認証情報に基づいて相互認証手順を行う。この時、前記認証手順は前記代表基地局を介して行われる。前記ゲートウェイ1660が送信する認証要求メッセージを介して、前記端末1600は、前記HSS1680を認証した後、RESを生成することによって認証応答メッセージを生成し、前記認証応答を前記ゲートウェイ1660に送信する。前記認証応答を受信した前記ゲートウェイ1660は、前記RES及び前記XRESの一致/不一致を確認し、一致する場合は前記端末1600にアクセス権があると判断する。
ステップ1617にて、前記端末1600及び前記ゲートウェイ1660は、交換するメッセージに対するセキュリティ設定(例:完全性、暗号化)のために非無線区間セキュリティ設定手順を行う。ここで、前記非無線区間セキュリティ設定は端末とゲートウェイの間で直接交換されるNAS(Non−Access Stratum)メッセージの完全性及び暗号化を行うための手順を意味する。例えば、前記基地局1610,1620は、前記端末1600又は前記ゲートウェイ1660から受信したNASメッセージの内容を検査せず、単なる再送機能のみを行う。前記非無線区間セキュリティ設定手順は、前記ゲートウェイ1660でセキュリティ設定要求メッセージを伝送すると、前記端末1600が前記セキュリティ設定要求メッセージを受信し、セキュリティ設定応答メッセージを送信する段階を含む。
ステップ1619にて、前記ゲートウェイ1660は、前記HSS1680から獲得した情報に基づいて無線区間セキュリティキーを生成する。前記セキュリティキー生成の具体的な手順はセキュリティアルゴリズムによって異なる場合がある。ここで、前記ゲートウェイ1660は、前記第1基地局1610のためのセキュリティキー及び前記第2基地局1620のためのセキュリティキーを生成する。前記セキュリティキー生成の具体的な手順はセキュリティアルゴリズムによって異なる場合がある。
ステップ1621にて、前記ゲートウェイ1660は、前記端末1600が要求したQoS情報に基づいてベアラ情報を設定する。前記ゲートウェイ1660は、前記第1基地局1610のためのベアラ情報及び前記第2基地局1620のためのベアラ情報を設定する。前記ベアラ情報を設定する具体的な手順は、前記ゲートウェイ1660のスケジューリングポリシー及びアルゴリズムによって異なる場合がある。
ステップ1623にて、前記ゲートウェイ1660は、前記第1基地局1610に初期コンテキスト設定要求メッセージを送信する。前記初期コンテキスト設定要求メッセージは、上記ステップ1619にて生成された前記第1基地局1610及び前記第2基地局1620のための無線区間セキュリティキー情報、上記ステップ1621にて生成された前記第1基地局1610及び前記第2基地局1620のためのベアラ情報を含むことができる。
ステップ1625にて、前記第1基地局1610は、前記第2基地局1620にコンテキスト情報伝達メッセージを送信する。前記コンテキスト情報伝達メッセージは、前記第2基地局1620のためのセキュリティキー、ベアラ情報を含むことができる。例えば、前記第1基地局1610は、前記初期コンテキスト設定要求メッセージに含まれた情報の中から前記第2基地局1620のための情報を抽出し、抽出された情報を前記第2基地局1620に送信する。
ステップ1627にて、前記第2基地局1620は、前記端末1600が前記アンテナ#2を介する接続のための無線リソース情報伝達メッセージを前記第1基地局1610に送信する。前記端末1600のアクセス時間を短縮するために、前記無線リソース情報伝達メッセージは、専用プリアンブル情報、BCH情報、セキュリティアルゴリズムのうち少なくとも1つを含むことができる。
ステップ1629にて、前記端末1600及び前記第1基地局1610は、前記無線区間セキュリティキーを用いて無線区間セキュリティ(例:完全性、暗号化)設定手順を行う。この時、前記無線区間セキュリティは、前記第1基地局1610との無線区間に対しては勿論、前記第2基地局1620との無線区間に対しても設定される。
ステップ1631にて、前記第1基地局1610は、前記端末1600のアンテナ#1を介して前記端末1600に無線リソース接続再設定メッセージを送信する。前記無線リソース接続再設定メッセージは、前記第2基地局1620の無線リソース情報である専用プリアンブル情報、BCH情報のうち少なくとも1つを含むことができる。
ステップ1633にて、前記端末1600は、前記アンテナ#1を介して無線リソース接続再設定完了メッセージを前記第1基地局1610に送信する。
ステップ1635にて、前記端末1600は、前記アンテナ#2を介してRACH手順を行う。この時、前記端末1600は、上記ステップ1633にて獲得した前記第2基地局1620に関する情報を用いてアップリンクリソース割り当てのために非競合ベースのRACH手順を行うことができる。
ステップ1637にて、前記端末1600のアンテナ#2は、上記ステップ1637を介して割り当てられたアップリンクリソースを用いて無線リソース接続確立手順を行う。例えば、前記端末1600は、前記第2基地局1620から割り当てられたアップリンクリソースを用いて無線リソース接続要求メッセージを前記第2基地局1620に送信する。そして、前記第2基地局1620は、前記端末1600が要求した無線リソース接続が可能か否かを判断し、可能と判断した場合、前記端末1600に無線リソース接続メッセージを送信する。前記端末1600は、前記無線リソース接続メッセージを介して獲得した無線リソース情報に基づいて無線リソースを設定した後、前記第2基地局1620に無線リソース接続完了メッセージを送信する。
ステップ1639にて、前記第2基地局1620は、前記第1基地局1610でコンテキスト設定完了メッセージを送信する。換言すれば、前記第2基地局1620は、前記第1基地局1610に前記端末1600のセル接続が完了したことを通知する。
ステップ1641にて、前記第1基地局1610は、初期コンテキスト設定応答メッセージを前記ゲートウェイ1660に送信する。
ステップ1643にて、前記端末1600は、接続完了メッセージを前記ゲートウェイ1660に送信する。例えば、前記端末1600は多重セル接続が完了したことを通知する。この時、前記端末1600は、前記アンテナ#1を用いて前記第1基地局1610を介して前記接続完了メッセージを送信する。
図17は、本発明の実施形態による無線通信システムにおけるゲートウェイリソースによる多重セル同時接続手順を示している。上記図17の実施形態は、上記図12で端末1700が地点Dに位置する場合に実施され得る。
上記図17に示す本発明の様々な実施形態によれば、前記端末1700は、アンテナ#1を介して第1基地局1710(第1セル)に接続し、アンテナ#2を介して第2基地局1720(第2セル)に接続する。前記端末1700は、アンテナごとの別途の基地局を介して接続することではなく、1つの代表基地局を選択して接続関連制御メッセージを送受信し、ゲートウェイ1760を用いた基地局1710,1720間の情報交換を介して単一基地局を用いて迅速かつ効率的な接続手順を提供する。
上記図17を参照すると、ステップ1701にて、前記端末1700は、第1基地局1710及び第2基地局1720からSCH及びBCHを受信する。前記端末1700は、前記SCHを受信することによって基地局同期を獲得する。前記端末1700は、前記BCHを介して各基地局のシステム情報を獲得する。
ステップ1703にて、前記端末1700は、全てのアンテナを考慮して無線信号品質、セルの負荷レベル等に基づいて最適セルを選択する。上記図17で、本発明は前記アンテナ#1に対して前記第1基地局1710を最適セルとして、前記アンテナ#2に対して前記第2基地局1720を最適セルとして選択したと仮定する。
ステップ1705にて、前記端末1700は、各アンテナの無線リンク品質、セルの負荷レベル等を考慮して代表基地局を選択する。上記図17で、本発明は、前記アンテナ#1を介して前記第1基地局1710を前記代表基地局に選択したと仮定する。
ステップ1707にて、前記端末1700の前記アンテナ#1は、前記第1基地局1710からアップリンクリソースを獲得するためにRACHを介してランダムアクセス手順を行う。例えば、前記端末1700は、ランダムアクセスプリアンブルを前記第1基地局1710に送信する。前記第1基地局1710が前記ランダムアクセスプリアンブルの受信に成功した場合、前記第1基地局1710は、ランダムアクセス応答を送信することによって、アップリンクリソースを割り当てる。この時、前記端末1700が送信するプリアンブルは任意に選択されるので、複数の前記端末1700が同じプリアンブルを用いて送信する場合は衝突が発生し得る。
ステップ1709にて、前記端末1700は、前記第1基地局1710と無線区間の接続設定のために無線リソース接続確立手順を行う。例えば、前記端末1700は、前記第1基地局1710から割り当てられたアップリンクリソースを用いて無線リソース接続要求メッセージを前記第1基地局1710に送信する。そして、前記第1基地局1710は、前記端末1700が要求した無線リソース接続が可能か否かを判断し、可能と判断した場合、前記端末1700に無線リソース接続メッセージを送信する。前記端末1700は、前記無線リソース接続メッセージを介して獲得した無線リソース情報に基づいて無線リソースを設定した後、前記第1基地局1710に無線リソース接続完了メッセージを送信する。
ステップ1711にて、前記端末1700及び前記第1基地局1710の間の無線リソース接続が完了した後、前記第1基地局1710は、前記端末1700のネットワーク接続のために初期接続要求メッセージを前記ゲートウェイ1760に送信する。この時、前記初期接続要求メッセージは、前記端末1700の識別子及び前記端末1700が接続した第1セル1710及び第2セル1720の情報を含む。すなわち、前記初期接続要求メッセージは、前記第1セル1710及び前記第2セル1720に同時接続するための情報を含む。
ステップ1713にて、前記ゲートウェイ1760は、前記端末1700の識別子情報を用いてHSS1780から前記端末1700の認証のための情報を獲得する。前記HSS1780は、「認証サーバ」と称することができる。前記端末1700認証のための情報は、RAND、AUTN、XRES、KASMEのうち少なくとも1つを含むことができる。
ステップ1715にて、前記端末1700及び前記HSS1780は、前記HSS1780から獲得した認証情報に基づいて相互認証手順を行う。この時、前記認証手順は前記代表基地局を介して行われる。前記ゲートウェイ1760が送信する認証要求メッセージを介して、前記端末1700は、前記HSS1780を認証した後、RESを生成することによって認証応答メッセージを生成し、前記認証応答を前記ゲートウェイ1760に送信する。前記認証応答を受信した前記ゲートウェイ1760は、前記RES及び前記XRESの一致/不一致を確認し、前記RES及び前記XRESが一致する場合は前記端末1700にアクセス権があると判断する。
ステップ1717にて、前記端末1700及び前記ゲートウェイ1760は、交換するメッセージに対するセキュリティ設定(例:完全性、暗号化)のために非無線区間セキュリティ設定手順を行う。ここで、前記非無線区間セキュリティ設定は、端末とゲートウェイの間で直接交換されるNAS(Non−Access Stratum)メッセージの完全性及び暗号化を行うための手順を意味する。例えば、前記基地局1760は、前記端末1700又は前記ゲートウェイ1760から受信したNASメッセージの内容を検査せず、単なる再送機能のみを行う。前記非無線区間セキュリティ設定手順は、前記ゲートウェイ1760でセキュリティ設定要求メッセージを伝送すると、前記端末1700が前記セキュリティ設定要求メッセージを受信し、セキュリティ設定応答メッセージを送信する段階を含む。
ステップ1719にて、前記ゲートウェイ1760は、前記HSS1780から獲得した情報に基づいて無線区間セキュリティキーを生成する。前記セキュリティキー生成の具体的な手順はセキュリティアルゴリズムによって異なる場合がある。前記ゲートウェイ1760は、前記第1基地局1710のためのセキュリティキー及び前記第2基地局1720のためのセキュリティキーを生成する。前記セキュリティキー生成の具体的な手順はセキュリティアルゴリズムによって異なる場合がある。
ステップ1721にて、前記ゲートウェイ1760は、前記端末1700が要求したQoS情報に基づいてベアラ情報を設定する。前記ゲートウェイ1760は、前記第1基地局1710のためのベアラ情報及び前記第2基地局1720のためのベアラ情報を設定する。前記ベアラ情報を設定する具体的な手順は、前記ゲートウェイ1760のスケジューリングポリシー及びアルゴリズムによって異なる場合がある。
ステップ1723にて、前記ゲートウェイ1760は、前記第2基地局1720にコンテキスト情報伝達メッセージを送信する。前記コンテキスト情報伝達メッセージは、上記ステップ1719にて生成された前記第2基地局1720のための無線区間セキュリティキー情報、上記ステップ1721にて生成された前記第2基地局1720のためのベアラ情報のうち少なくとも1つを含む。
ステップ1725にて、前記第2基地局1720は、無線リソース情報伝達メッセージを前記ゲートウェイ1760に送信する。前記端末1700のアクセス時間を短縮するために、前記無線リソース情報伝達メッセージは、専用プリアンブル情報、BCH情報、セキュリティアルゴリズム情報のうち少なくとも1つを含む。
ステップ1727にて、前記ゲートウェイ1760は、前記第1基地局1710に初期コンテキスト設定要求メッセージを送信する。前記初期コンテキスト設定要求メッセージは、上記ステップ1719にて生成された前記第1基地局1710のための無線区間セキュリティキー情報、上記ステップ1721にて生成された前記第1基地局1710のためのベアラ情報、上記ステップ1725にて得られた前記第2基地局1720の無線リソース情報のうち少なくとも1つを含む。前記無線リソース情報は、前記専用プリアンブル情報、前記BCH情報のうち少なくとも1つを含む。
ステップ1729にて、前記端末1700及び前記第1基地局1710は、前記無線区間セキュリティキーを用いて無線区間セキュリティ(例:完全性、暗号化)設定手順を行う。この時、前記無線区間セキュリティは、前記第1基地局1710との無線区間に対しては勿論、前記第2基地局1720との無線区間に対しても設定される。
ステップ1731にて、前記第1基地局1710は、前記端末1700のアンテナ#1を介して前記端末1700に無線リソース接続再設定メッセージを送信する。前記無線リソース接続再設定メッセージは、前記第2基地局1720の無線リソース情報である前記専用プリアンブル情報、前記BCH情報のうち少なくとも1つを含むことができる。
ステップ1733にて、前記端末1700は、前記アンテナ#1を介して無線リソース接続再設定完了メッセージを前記第1基地局1710に送信する。
ステップ1735にて、前記端末1700は、前記アンテナ#2を介してRACH手順を行う。この時、前記端末1700は、上記ステップ1731にて獲得した前記第2基地局1720に関する情報を用いてアップリンクリソース割り当てのために非競合ベースのRACH手順を行うことができる。
ステップ1737にて、前記端末1700のアンテナ#2は、上記ステップ1735を介して割り当てられたアップリンクリソースを用いて無線リソース接続確立手順を行う。例えば、前記端末1700は、前記第2基地局1720から割り当てられたアップリンクリソースを用いて無線リソース接続要求メッセージを前記第2基地局1720に送信する。そして、前記第2基地局1720は、前記端末1700が要求した無線リソース接続が可能か否かを判断し、可能と判断した場合、前記端末1700に無線リソース接続メッセージを送信する。前記端末1700は、前記無線リソース接続メッセージを介して獲得した無線リソース情報に基づいて無線リソースを設定した後、前記第2基地局1720に無線リソース接続完了メッセージを送信する。
ステップ1739にて、前記第2基地局1720は、前記第1基地局1710にコンテキスト設定完了メッセージを送信する。換言すれば、前記第2基地局1720は、前記第1基地局1710に前記端末1700のセル接続が完了したことを通知する。
ステップ1741にて、前記第1基地局1710は、初期コンテキスト設定応答メッセージを前記ゲートウェイ1760に送信する。
ステップ1743にて、前記端末1700は、接続完了メッセージを前記ゲートウェイ1760に送信する。例えば、前記端末1700は、多重セル接続が完了したことを通知する。この時、前記端末1700は、前記アンテナ#1を用いて前記第1基地局1710を介して前記接続完了メッセージを送信する。
図18は、本発明の実施形態による無線通信システムにおける最適セル変更手順を示している。上記図18の実施形態は、上記図12で端末1800が地点Dを通過する際に実施され得る。
上記図18に示す本発明の様々な実施形態によれば、前記端末1800は、アンテナ#1及び第1セル1810を介してVoIPのような遅延に敏感な(delay−sensitive)サービスを利用し、アンテナ#2及び第2セル1820を介してFTP(File Transfer Protocol)のような遅延耐性(delay−tolerant)サービスを用いる場合、前記端末1800の移動によって前記アンテナ#1の無線リンク品質が前記アンテナ#2に比べて低下すると、前記アンテナ#1及び前記第1セル1810を用いて提供されるサービス及び前記アンテナ#2及び前記第2セル1820を用いて提供されるサービスのトラフィック経路を互いに交換することによって、システムはユーザに高いQoE(Quality of Experience)及びUX(User Experience)を提供できる。
上記図18を参照すると、ステップ1801にて、前記端末1800は、前記アンテナ#1を用いて前記第1基地局1810を介して遅延に敏感なサービスのデータ経路を提供される。例えば、前記遅延に敏感なサービスはVoIP等のリアルタイム(real−time)サービスを含むことができる。この時、前記遅延に敏感なサービスのためのトラフィックは、前記第1基地局1810及び前記端末1800の間で送受信されるトラフィックの20%を占める。
ステップ1803にて、前記端末1800は、前記アンテナ#1を用いて前記第1基地局1810を介して遅延耐性サービスのデータ経路を提供される。例えば、前記遅延耐性サービスはFTP等の非リアルタイム (non real−time)サービスを含むことができる。この時、前記遅延耐性サービスのためのトラフィックは前記第1基地局1810及び前記端末1800の間で送受信されるトラフィックの80%を占める。
ステップ1805にて、前記端末1800は、前記アンテナ#2を用いて前記第2基地局1820を介して遅延耐性サービスのデータ経路を提供される。例えば、前記遅延耐性サービスはFTP等の非リアルタイムサービスを意味する。この時、前記遅延耐性サービスのためのトラフィックは前記第2基地局1820及び前記端末1800の間で送受信されるトラフィックの100%を占める。
ステップ1807にて、前記端末1800の前記アンテナ#1の無線区間信号品質が前記アンテナ#2に比べて低下し、前記端末1800は無線リンク品質の低下を認識する。例えば、前記端末1800は、該当無線リンクでパケットエラーが頻繁に発生したり、受信電力が基準値以下に低くなるか否かを判断することによって、前記無線リンク品質の低下を認識できる。
ステップ1809にて、前記アンテナ#1の信号品質が劣悪なので、前記端末1800は相対的に品質が良好な前記アンテナ#2を用いて接続された前記第2基地局1820に無線リンク品質報告メッセージを送信する。前記無線リンク品質報告メッセージは、前記アンテナ#1及び前記アンテナ#2の無線区間品質情報及び各アンテナごとのサービングセル情報を含む。
ステップ1811にて、前記第2基地局1820は、上記ステップ1809を介して獲得した品質情報に基づいて前記端末1800の前記アンテナ#1及び前記アンテナ#2のダウンリンクデータ送信経路の交換を決定する。換言すれば、前記アンテナ#1の信号品質が前記アンテナ#2の信号品質より劣悪なので、前記第2基地局1820は、前記遅延に敏感なサービスのデータ経路を前記アンテナ#2に接続された前記第2基地局1820に変更すると判断する。
ステップ1813にて、前記第2基地局1820は、無線リンク交換要求メッセージを前記アンテナ#1のサービングセルである前記第1基地局1810に送信する。
ステップ1815にて、前記第1基地局1810は、使用可能なリソース情報に基づいてリンク交換要求を許可するかを判断する。もし、前記リンク交換要求が許可されなかった場合、以下のステップは行われない。図18で、本発明は、前記リンク交換要求が許可されると仮定する。
ステップ1817にて、前記リンク交換要求が許可されることによって、前記第1基地局1810は、無線リンク交換要求応答メッセージを前記第2基地局1820に送信する。すなわち、前記第1基地局1810は、リンク交換が許可されることを知らせる無線リンク交換要求応答メッセージを送信する。もし、前記リンク交換が許可されなかった場合、前記第1基地局1810は、リンク交換の拒否を知らせる無線リンク交換要求応答メッセージを送信し、以下のステップは行われないこともできる。
ステップ1819にて、前記第2基地局1820は、前記端末1800の前記アンテナ#1及び前記アンテナ#2に対応するデータ送信経路を交換するために経路交換要求メッセージを前記ゲートウェイ1860に送信する。
ステップ1821にて、前記ゲートウェイ1860は、ダウンリンクデータ経路を交換する。例えば、前記ゲートウェイ1860は、前記第1基地局1810に送信していた遅延に敏感なサービスのデータを前記第2基地局1820に送信し、前記第2基地局1820に送信していたデータを前記第1基地局1810に送信するように、経路設定を変更する。そして、前記ゲートウェイ1860は、前記第1基地局1810及び前記第2基地局1820を介して送受信されるトラフィックの割合を調整する。
ステップ1823にて、データ送信経路交換の結果によって、前記端末1800は、前記アンテナ#1を用いて前記第1基地局1810を介して遅延耐性サービスのデータを送受信する。この時、前記遅延耐性サービスのためのトラフィックは、前記第1基地局1810及び前記端末1800の間で送受信されるトラフィックの100%を占める。
ステップ1825にて、データ送信経路交換の結果によって、前記端末1800は、前記アンテナ#2を用いて前記第2基地局1820を介して遅延に敏感なサービスのデータを送受信する。この時、前記遅延に敏感なサービスのためのトラフィックは、前記第2基地局1820及び前記端末1800の間で送受信されるトラフィックの20%を占める。
ステップ1827にて、データ送信経路交換の結果によって、前記端末1800は、前記アンテナ#2を用いて前記第2基地局1820を介して遅延耐性サービスのデータを送受信する。この時、前記遅延耐性サービスのためのトラフィックは、前記第2基地局1820及び前記端末1800の間で送受信されるトラフィックの80%を占める。
ステップ1829にて、前記ゲートウェイ1860は、前記第2基地局1820に経路交換要求応答メッセージを送信する。例えば、前記ゲートウェイ1860は、前記第2基地局1820に経路交換の完了を通知する。
図19は、本発明の他の実施形態による無線通信システムにおける最適セル変更手順を示している。上記図19の実施形態は、上記図12で端末1900が地点Dを通過する際に実施され得る。
上記図19に示す実施形態によれば、前記端末1900は、アンテナ#1及び第1セル1910を介してVoIPのような遅延に敏感な(delay−sensitive)サービスを利用し、アンテナ#2及び第2セル1920を介してFTPのような遅延耐性(delay−tolerant)サービスを用いる場合、前記第1セル1910及び前記第2セル1920の負荷レベルが変更されることによって前記アンテナ#1及び前記第1セル1910を用いて提供されるサービス及び前記アンテナ#2及び前記第2セル1920を用いて提供されるサービスのトラフィック経路を互いに交換することによって、システムは、ユーザに高いQoEとUXを提供できる。
上記図19を参照すると、ステップ1901にて、前記端末1900は、前記アンテナ#1を用いて前記第1基地局1910を介して遅延に敏感なサービスのデータ経路を提供される。例えば、前記遅延に敏感なサービスは、VoIP等のリアルタイム(real−time)サービスを含むことができる。この時、前記遅延に敏感なサービスのためのトラフィックは、前記第1基地局1910及び前記端末1900の間で送受信されるトラフィックの20%を占める。
ステップ1903にて、前記端末1900は、前記アンテナ#1を用いて前記第1基地局1910を介して遅延耐性サービスのデータ経路を提供される。例えば、前記遅延耐性サービスは、FTP等の非リアルタイム(non real−time)サービスを含むことができる。この時、前記遅延耐性サービスのためのトラフィックは、前記第1基地局1910及び前記端末1900の間で送受信されるトラフィックの80%を占める。
ステップ1905にて、前記端末1900は、前記アンテナ#2を用いて前記第2基地局1920を介して遅延耐性サービスのデータ経路を提供される。例えば、前記遅延耐性サービスは、FTP等の非リアルタイムサービスを意味する。この時、前記遅延耐性サービスのためのトラフィックは、前記第2基地局1920及び前記端末1900の間で送受信されるトラフィックの100%を占める。
ステップ1907にて、前記第1基地局1910は、セル負荷情報メッセージを前記ゲートウェイ1960に送信する。前記セル負荷情報メッセージは、前記第1基地局1910のセル負荷レベルを示す情報を含む。この時、前記第1基地局1910のセル負荷レベルは80%である。ここで、前記80%は前記第1基地局1910の全負荷容量に対する使用中の負荷容量の割合で、前記端末1900が占める負荷及び他の端末が占める負荷をすべて考慮した値である。これにより、前記ゲートウェイ1960は、前記第1基地局1910の負荷レベルに関する情報を反映して前記端末1900のサービングセル管理情報を更新する。
ステップ1909にて、前記第2基地局1920は、セル負荷情報メッセージを前記ゲートウェイ1960に送信する。前記セル負荷情報メッセージは、前記第2基地局1920のセル負荷レベルを示す情報を含む。この時、前記第2基地局1920のセル負荷レベルは20%である。例えば、前記20%は前記第2基地局1920の全負荷容量に対する使用中の負荷容量の割合で、前記端末1900が占める負荷及び他の端末が占める負荷をすべて考慮した値である。これにより、前記ゲートウェイ1960は、前記第2基地局1920の負荷レベルに関する情報を反映して前記端末1900のサービングセル管理情報を更新する。
ステップ1911にて、前記ゲートウェイ1960は、ダウンリンクデータ経路を交換する。換言すれば、前記ゲートウェイ1960は、前記第1基地局1910及び前記第2基地局1920の負荷レベルを比較し、相対的に少ない負荷レベルを有する前記第2基地局1920を介して前記遅延に敏感なサービスを提供すると判断する。例えば、前記ゲートウェイ1960は、前記第1基地局1910に送信していた遅延に敏感なサービスのデータを前記第2基地局1920に送信し、前記第2基地局1920に送信していたデータを前記第1基地局1910に送信するように、経路設定を変更する。そして、前記ゲートウェイ1960は、前記第1基地局1910及び前記第2基地局1920を介して送受信されるトラフィックの割合を調節する。
ステップ1913にて、データ送信経路交換の結果によって、前記端末1900は、前記アンテナ#1を用いて前記第1基地局1910を介して遅延耐性サービスのデータを送受信する。この時、前記遅延耐性サービスのためのトラフィックは、前記第1基地局1910及び前記端末1900の間で送受信されるトラフィックの100%を占める。
ステップ1915にて、データ送信経路交換の結果によって、前記端末1900は、前記アンテナ#2を用いて前記第2基地局1920を介して遅延に敏感なサービスのデータを送受信する。この時、前記遅延に敏感なサービスのためのトラフィックは、前記第2基地局1920及び前記端末1900の間で送受信されるトラフィックの20%を占める。
ステップ1917にて、データ送信経路交換の結果によって、前記端末1900は、前記アンテナ#2を用いて前記第2基地局1920を介して遅延耐性サービスのデータを送受信する。この時、前記遅延耐性サービスのためのトラフィックは、前記第2基地局1920及び前記端末1900の間で送受信されるトラフィックの80%を占める。
図20は、本発明の実施形態による無線通信システムにおける最適セル変更手順を示している。上記図20の実施形態は、上記図12で端末2000が地点Fから地点Gに移動する際に実施され得る。
上記図20に示す本発明の様々な実施形態によれば、アンテナ#1に接続された最適セルである第1セル2010を介してサービスを受けていたが、前記端末2000が移動することによって最適セルを第2セル2020に変更しようとする場合、前記端末2000は相対的に無線リンク品質が良好な前記アンテナ#2及び前記第2セル2020を介して最適セル変更のための制御メッセージを代わりに送信する。これにより、セル容量の増加及び遅延時間の減少の効果が期待される。
上記図20を参照すると、ステップ2001にて、前記端末2000は、前記アンテナ#1を用いて第1基地局2010に接続し、前記アンテナ#2を用いて第2基地局2020に接続することによって、多重セル接続状態にある。換言すれば、前記端末2000は、前記アンテナ#1を用いて前記第1基地局2010とデータを送受信し、前記アンテナ#2を用いて前記第2基地局2020とデータを送受信する。
ステップ2003にて、前記端末2000の前記アンテナ#1の無線区間品質がしきい値以下に低下し、前記端末2000の前記アンテナ#1の無線区間品質がしきい値以下に低下したことを認知する。
ステップ2005にて、前記端末2000は、無線区間品質を測定してアンテナ#1に対する最適セルを判断する。上記図20で、本発明は、前記アンテナ#1に対する最適セルが前記第1基地局2010と判断されたと仮定する。
ステップ2007にて、前記端末2000の前記アンテナ#1はリンク品質低下イベントを相対的に品質が良好な前記端末2000の前記アンテナ#2に伝達する。この時、無線区間品質測定の結果も共に伝達される。
ステップ2009にて、前記端末2000は、前記アンテナ#2を用いてリンク品質代理報告メッセージを前記アンテナ#2に接続された前記第2基地局2020に送信する。前記リンク品質代理報告メッセージは、前記アンテナ#1の無線リンク品質測定情報を含む。前記「代理報告」は、前記端末2000の前記アンテナ#1の無線リンク品質測定情報を前記第2基地局2020を介して迂回して伝達することを意味する。
ステップ2011にて、前記第2基地局2020は、情報伝達メッセージを前記第1基地局2010に送信する。前記情報伝達メッセージは、前記端末2000の前記アンテナ#2から受信したリンク品質代理報告メッセージを含む。
ステップ2013にて、前記第1基地局2010は、前記アンテナ#1のサービングセルの変更を決定する。例えば、前記第1基地局2010は、前記端末2000の前記アンテナ#1のサービングセルを前記第2基地局2020に変更すると判断する。
ステップ2015にて、前記第1基地局2010は、セル接続要求メッセージを前記第2基地局2020に送信する。例えば、前記第1基地局2010は、前記第2基地局2020に前記端末2000の前記アンテナ#1に対するサービングセルになるように要求する。
ステップ2017にて、前記第2基地局2020は、前記端末2000の前記アンテナ#1に対するアドミッション制御を行う。換言すれば、前記第2基地局2020は、前記第2基地局2020の負荷レベル、接続端末数、使用可能リソース等に基づいて前記第2基地局2020が前記端末2000の前記アンテナ#1に対するサービングセルとして動作できるかを判断する。この時、本発明は、接続が許可されると仮定する。
ステップ2019にて、前記第2基地局2020は、セル接続要求応答メッセージを前記第1基地局2010に送信する。換言すれば、前記第2基地局2020は、前記第1基地局2010に前記端末2000の前記アンテナ#1に対する接続が許可されることを通知する。もし、前記端末2000の前記アンテナ#1に対する接続が拒否されると、以下のステップは行われないこともできる。
ステップ2021にて、前記第1基地局2010は、情報伝達メッセージを前記第2基地局2020に送信する。前記情報伝達メッセージはセル再接続代理メッセージを含む。前記「代理」は、前記端末2000に送信される再接続メッセージを前記第2基地局2020を介して迂回して伝達することを意味する。
ステップ2023にて、前記第1基地局2010は、前記端末2000の前記アンテナ#1に送信されるデータをバッファリング(buffering)する。例えば、前記第1基地局2010は、前記端末2000の前記アンテナ#1を用いた信号受信が困難と判断し、前記アンテナ#1との接続解除に備えて前記データをバッファリングする。
ステップ2025にて、前記第1基地局2010は、バッファリングしたデータを前記第2基地局2020に伝達する。すなわち、前記第1基地局2010は、前記データを前記第2基地局2020を介して送信するために、前記バッファリングしたデータを伝達する。
ステップ2027にて、前記第2基地局2020は、前記セル再接続代理メッセージを前記端末2000の前記アンテナ#2に送信する。すなわち、前記第2基地局2020は、前記端末2000にアンテナ#2に対するサービングセルを変更することを指示する。
ステップ2029にて、前記端末2000の前記アンテナ#2はセル再接続イベントを前記端末2000の前記アンテナ#1に伝達する。この時、再接続の対象が前記第2基地局2020であることが共に指示される。
ステップ2031にて、前記端末2000は、前記アンテナ#1に対する接続情報を削除し、前記第2基地局2020に対するアンテナモードを変更する。換言すれば、前記端末2000は、前記第1基地局2010との接続を解除し、前記第2基地局2020に対するアンテナモードをSISOモードからMIMOモードに変更する。
ステップ2033にて、前記端末2000は、前記アンテナ#2を使用してアンテナ設定変更通報メッセージを前記第2基地局2020に送信する。例えば、前記端末2000は、前記第2基地局2020に対して前記アンテナ#1が追加的に割り当てられたことを通知する。換言すれば、前記端末2000は、アンテナモードがSISOモードからMIMOモードに変更されたことを通知する。
ステップ2035にて、前記端末2000は、アップリンクデータの分散伝送を中断する。例えば、前記アンテナ#1及び前記アンテナ#2がいずれも前記第2基地局2020に接続されているので、前記端末2000は、前記アップリンクデータを分散しない。
ステップ2037にて、前記端末2000は、複数のアンテナを用いて前記第2基地局2020を介してアップリンクデータを送受信する。
ステップ2039にて、前記第2基地局2020は、ゲートウェイ2060にセル削除要求メッセージを送信する。換言すれば、前記第2基地局2020は、前記ゲートウェイ2060に前記端末2000との前記アンテナ#1を用いた前記第1基地局2010との接続が解除されたことを通知する。例えば、前記第2基地局2020は、ダウンリンクデータの分散送信を中断するために、前記端末2000及び前記第1基地局2010の接続解除を通知する。これにより、前記ゲートウェイ2060は、前記端末2000のサービングセル情報を更新する。換言すれば、前記ゲートウェイ2060は、各端末が接続した1つ又は複数のセルに関する情報を示すテーブルで、前記端末2000のサービングセルを更新する。換言すれば、前記端末のサービングセルから前記第1基地局2010を削除する。
ステップ2041にて、前記ゲートウェイ2060は、前記端末2000に対するダウンリンクの分散伝送を中断する。例えば、前記端末2000のサービングセルが1つになることによって、前記ゲートウェイ2060は、ダウンリンクデータの分散を中断する。
ステップ2043にて、前記ゲートウェイ2060は、前記第2基地局2020を介して前記端末2000のダウンリンクデータを送信する。そして、前記端末2000は、前記アンテナ#1及び前記アンテナ#2をすべて用いて前記第2基地局2020から前記ダウンリンクデータを受信する。すなわち、前記ゲートウェイ2060のダウンリンクデータの分散送信の中断によって、前記端末2000へのダウンリンクデータはすべて前記第2基地局2020を介して送信される。
ステップ2045にて、前記ゲートウェイ2070は、セル削除要求応答確認メッセージを前記第2基地局2020に送信する。ステップ2047にて、前記第2基地局2020は、前記第1基地局2010に保存された前記端末2000のコンテキストを削除するように端末コンテキスト解除メッセージを送信する。ステップ2049にて、前記第1基地局2010は、前記端末2000のコンテキストを解除する。
図21は、本発明の実施形態による無線通信システムにおける最適セル変更手順を示している。上記図21の実施形態は、上記図12で端末2100が地点Fから地点Gに移動する際に実施され得る。
上記図21に示す本発明の様々な実施形態によれば、アンテナ#1に接続された最適セルである第1セル2110を介してサービスを受けていたが、前記端末2100が移動することによって最適セルを第2セル2120に変更しようとする場合、前記端末2100は相対的に無線リンク品質が良好な前記アンテナ#2及び前記第2セル2120を介して最適セル変更のための制御メッセージを代わりに送信する。これにより、セル容量の増加及び遅延時間の減少の効果が期待される。
上記図21を参照すると、ステップ2101にて、前記端末2100は、前記アンテナ#1を用いて第1基地局2110に接続し、前記アンテナ#2を用いて第2基地局2120に接続することによって、多重セル接続状態にある。換言すれば、前記端末2100は、前記アンテナ#1を用いて前記第1基地局2110とデータを送受信し、前記アンテナ#2を用いて前記第2基地局2120とデータを送受信する。
ステップ2103にて、前記端末2100の前記アンテナ#1の無線区間品質がしきい値以下に低下し、前記端末2100の前記アンテナ#1の無線区間品質がしきい値以下に低下したことを認知する。
ステップ2105にて、前記端末2100は、無線区間品質を測定してアンテナ#1に対する最適セルを判断する。上記図21で、本発明は、前記アンテナ#1に対する最適セルが前記第1基地局2110と判断された場合を仮定する。
ステップ2107にて、前記端末2100は、前記アンテナ#1に対する無線区間品質測定の結果に基づいて最適セルを決定する。換言すれば、前記端末2100は、前記アンテナ#1に対するサービングセルを変更すると判断する。この時、本発明は、前記アンテナ#1に対するサービングセルを前記第2基地局2120に変更すると判断したと仮定する。
ステップ2109にて、前記端末2100の前記アンテナ#1は最適セル変更イベントを前記端末2100の前記アンテナ#2に伝達する。
ステップ2111にて、前記端末2100は、前記アンテナ#2を用いてセル接続代理要求メッセージを前記アンテナ#2に接続された前記第2基地局2120に送信する。ここで、前記セル接続代理要求メッセージは、前記アンテナ#1に対する既存のサービングセルが前記第1基地局2110であることを示す情報を含む。前記「代理」は、前記端末2100の前記アンテナ#1が送信するメッセージを前記アンテナ#2を介して送信することを意味する。
ステップ2113にて、前記第2基地局2120は、前記端末2100の前記アンテナ#1に対するアドミッション制御を行う。換言すれば、前記第2基地局2120は、前記第2基地局2120の負荷レベル、接続端末数、使用可能リソース等に基づいて前記端末2100の前記アンテナ#1に対するサービングセルとして動作できるかを判断する。この時、本発明は、接続が許可される場合を仮定する。
ステップ2115にて、前記第2基地局2120は、セル接続代理要求応答メッセージを前記第1基地局2110に送信する。換言すれば、前記第2基地局2120は、前記第1基地局2110に前記端末2100の前記アンテナ#1に対する接続が許可されることを通知する。前記「代理」は、前記端末2100の前記アンテナ#1に送信されるメッセージを前記アンテナ#2に送信することを意味する。
ステップ2117にて、前記第2基地局2120は、データ再送要求メッセージを前記第1基地局2110に送信する。例えば、前記第2基地局2120は、前記第1基地局2110に伝達されるデータを前記第2基地局2120に再伝達することを要求する。
ステップ2119にて、前記第1基地局2110は、前記端末2100の前記アンテナ#1に送信されるデータをバッファリングする。例えば、前記第1基地局2110は、前記端末2100の前記アンテナ#1のサービングセルが変更されると判断し、前記アンテナ#1との接続解除に備えて前記データをバッファリングする。
ステップ2121にて、前記第1基地局2110は、バッファリングしたデータを前記第2基地局2120に伝達する。すなわち、前記第1基地局2110は、前記データを前記第2基地局2120を介して送信するために、前記バッファリングしたデータを伝達する。
ステップ2123にて、前記端末2100の前記アンテナ#2はセル再接続イベントを前記端末2100の前記アンテナ#1に伝達する。この時、再接続の対象が前記第2基地局2120であることが共に指示される。
ステップ2125にて、前記端末2100は、前記アンテナ#1に対する接続情報を削除し、前記第2基地局2120に対するアンテナモードを変更する。換言すれば、前記端末2100は、前記第1基地局2110との接続を解除し、前記第2基地局2120に対するアンテナモードをSISOモードからMIMOモードに変更する。
ステップ2127にて、前記端末2100は、前記アンテナ#2を使用してアンテナ設定変更通報メッセージを前記第2基地局2120に送信する。例えば、前記端末2100は、前記第2基地局2120に対して前記アンテナ#1が追加的に割り当てられたことを通知する。換言すれば、前記端末2100は、アンテナモードがSISOモードからMIMOモードに変更されたことを通知する。
ステップ2129にて、前記端末2100は、アップリンクデータの分散伝送を中断する。すなわち、前記アンテナ#1及び前記アンテナ#2がいずれも前記第2基地局2120に接続されているので、前記端末2100は、前記アップリンクデータを分散しない。
ステップ2131にて、前記端末2100は、複数のアンテナを用いて前記第2基地局2120を介してアップリンクデータを送受信する。
ステップ2133にて、前記第2基地局2120は、ゲートウェイ2160にセル削除要求メッセージを送信する。換言すれば、前記第2基地局2120は、前記ゲートウェイ2160に前記端末2100との前記アンテナ#1を用いた前記第1基地局2110との接続が解除されたことを通知する。例えば、前記第2基地局2120は、ダウンリンクデータの分散送信を中断するために、前記端末2100及び前記第1基地局2110の接続解除を通知する。これにより、前記ゲートウェイ2160は、前記端末2100のサービングセル情報を更新する。換言すれば、前記ゲートウェイ2160は、各端末が接続した1つ又は複数のセルに関する情報を示すテーブルで、前記端末2100のサービングセルを更新する。換言すれば、前記端末のサービングセルから前記第1基地局2110を削除する。
ステップ2135にて、前記ゲートウェイ2160は、前記端末2100に対するダウンリンクの分散伝送を中断する。例えば、前記端末2100のサービングセルが1つになることによって、前記ゲートウェイ2160は、ダウンリンクデータの分散を中断する。
ステップ2137にて、前記ゲートウェイ2160は、前記第2基地局2120を介して前記端末2100のダウンリンクデータを送信する。そして、前記端末2100は、前記アンテナ#1及び前記アンテナ#2をすべて用いて前記第2基地局2120から前記ダウンリンクデータを受信する。例えば、前記ゲートウェイ2160のダウンリンクデータの分散送信の中断によって、前記端末2100へのダウンリンクデータはすべて前記第2基地局2120を介して送信される。
ステップ2139にて、前記ゲートウェイ2160は、セル削除要求応答確認メッセージを前記第2基地局2120に送信する。ステップ2141にて、前記第2基地局2120は、前記第1基地局2110に保存された前記端末2100のコンテキストを削除するように端末コンテキスト解除メッセージを送信する。ステップ2143にて、前記第1基地局2110は、前記端末2100のコンテキストを解除する。
図22は、本発明の実施形態による無線通信システムにおける1つのセルに対する接続解除手順を示している。上記図22に示す実施形態は、特定のアンテナの信号品質が低下したり、障害物によって信号が遮断される場合に実施され得る。
上記図22に示す実施形態によれば、アンテナ#2が非活性化される場合、端末2200は活性化状態のアンテナ#1及び第1セル2210を介してアンテナ#2及び第2セル2220を介する接続を解除するシグナリングを行う。
上記図22を参照すると、ステップ2201にて、前記端末2200は、前記アンテナ#1を用いて第1基地局2210に接続し、前記アンテナ#2を用いて第2基地局2220に接続することによって、多重セル接続状態にある。換言すれば、前記端末2200は、前記アンテナ#1を用いて前記第1基地局2210とデータを送受信し、前記アンテナ#2を用いて前記第2基地局2220とデータを送受信する。
ステップ2203にて、前記端末2200は、前記アンテナ#2の非活性化イベントを認知し、前記非活性化イベントを前記アンテナ#1に伝達する。特定のアンテナの非活性化イベントは特定アンテナの信号品質が低下したり、障害物による信号遮断等によって発生する場合がある。
ステップ2205にて、前記端末2200の前記アンテナ#2の通信不能状態を知らせるために、前記端末2200は、前記アンテナ#1を用いてセル接続解除代理要求メッセージを前記アンテナ#1と接続された前記第1基地局2210に送信する。前記セル接続解除代理要求メッセージは、接続解除を希望するアンテナ、例えば、前記アンテナ#2のID、前記アンテナ#2を用いて接続されたセルの情報のうち少なくとも1つを含む。
ステップ2207にて、前記第1基地局2210は、前記端末2200の前記アンテナ#2が接続された前記第2基地局2220に情報伝達メッセージを伝達する。前記情報伝達メッセージは、上記ステップ2205にて受信したセル接続解除代理要求メッセージを含む。
ステップ2209にて、前記第2基地局2220は、前記端末2200の前記アンテナ#2に送信されていたデータをバッファリング(buffering)する。すなわち、前記第2基地局2220は、前記端末の前記アンテナ#2を用いた信号受信が困難になったと判断し、前記アンテナ#2との接続解除に備えて前記データをバッファリングする。
ステップ2211にて、前記第2基地局2220は、バッファリングしたデータを前記第1基地局2210に伝達する。すなわち、前記第2基地局2220は、前記データを前記第1基地局2210を介して送信するために、前記バッファリングしたデータを伝達する。
ステップ2213にて、前記第2基地局2220は、前記第1基地局2210に情報伝達メッセージを送信する。前記情報伝達メッセージは、セル接続解除代理要求応答メッセージを含む。
ステップ2215にて、前記第1基地局2210は、上記ステップ2213にて獲得したセル接続解除代理要求応答メッセージを前記端末2200の前記アンテナ#1に送信する。
ステップ2217にて、前記第2基地局2220は、ゲートウェイ2260にセル削除要求メッセージを送信する。換言すれば、前記第2基地局2220は、前記ゲートウェイ2260に前記端末2200との前記アンテナ#2を用いた接続が解除されたことを通知する。例えば、前記第2基地局2220は、ダウンリンクデータの分散送信を中断するために前記端末2200との接続解除を通知する。
ステップ2219にて、前記ゲートウェイ2260は、前記端末2200のサービングセル情報を更新する。換言すれば、前記ゲートウェイ2260は、各端末が接続した1つ又は複数のセルに関する情報を示すテーブルで、前記端末2200のサービングセルを更新する。換言すれば、前記端末のサービングセルから前記第2基地局2220を削除する。これにより、前記ゲートウェイ2260は、ダウンリンクデータ分散送信を中断するようになる。
ステップ2221にて、前記端末2200は、前記アンテナ#1を用いて前記第1基地局2210とデータを送受信する。例えば、前記ゲートウェイ2260のダウンリンクデータ分散送信の中断によって、前記端末2200に送信されるデータはすべて前記アンテナ#1を介して受信される。
ステップ2223にて、前記ゲートウェイ2260は、セル削除要求応答メッセージを前記第2基地局2220に送信する。ステップ2225にて、前記端末2200は、前記アンテナ#2を用いて占有していたリソースを解除する。ステップ2227にて、前記第2基地局2220は、前記端末2200の前記アンテナ#2に対するリソースを解除する。
図23は、本発明の実施形態による無線通信システムにおける全てのセルに対する接続解除手順を示している。上記図23に示す実施形態は、端末1300が電源をオフ(off)にする場合に実施され得る。
上記図23に示す本発明の様々な実施形態によれば、前記端末2300は、最適のアンテナ及び代表基地局を選択し、前記代表基地局に接続解除要求メッセージを送信すると、ゲートウェイ2360は、現在前記端末2300が接続したサービングセルのリストを確認し、前記代表基地局に接続解除メッセージを伝達する。これにより、前記代表基地局は、前記端末2300に無線解除要求メッセージを送信し、前記端末2300の接続セルリストに含まれた少なくとも1つの他のセルにリソース解除メッセージを代わりに伝達する。
上記図23を参照すると、ステップ2301にて、前記端末2300のアンテナ#1及び第1基地局2310(第1セル)間で無線リソースが割り当てられている。ステップ2303にて、前記端末2300のアンテナ#2及び第2基地局2320(第2セル)間で無線リソースが割り当てられている。
ステップ2305にて、前記端末2300は、前記アンテナ#1を用いて第1基地局2310に接続し、前記アンテナ#2を用いて第2基地局2320に接続することによって、多重セル接続状態にある。換言すれば、前記端末2300は、前記アンテナ#1を用いて前記第1基地局2310とデータを送受信し、前記アンテナ#2を用いて前記第2基地局2320とデータを送受信する。
ステップ2307にて、前記端末2300で多重セル接続解除イベントが発生し、前記端末2300は、前記多重セル接続解除イベント発生を認知する。例えば、前記端末2300の電源がオフ(off)にされる。ステップ2309にて、前記端末2300は、複数のアンテナの信号品質、接続されたセルの負荷レベル等を考慮して代表基地局を選択する。
ステップ2311にて、前記端末2300は、前記第1基地局2310に接続解除要求メッセージを送信する。ステップ2313にて、前記第1基地局2310は、前記ゲートウェイ2360に接続解除要求メッセージを伝達する。ステップ2315にて、前記ゲートウェイ2360は、接続解除応答メッセージを前記第1基地局2310に送信する。ステップ2317にて、前記第1基地局2310は、上記ステップ2315にて受信した前記接続解除応答メッセージを前記端末2300の最適アンテナに送信する。
ステップ2319にて、前記ゲートウェイ2360は、前記端末2300のサービングセルリストを確認する。換言すれば、前記ゲートウェイ2360は、前記端末2300の各アンテナが接続されたセルを確認する。ステップ2321にて、前記ゲートウェイ2360は、前記端末2300が接続されたセルリストを含む端末リソース解除命令メッセージを前記第1基地局2310に送信する。ステップ2323にて、前記第1基地局2310は、前記端末2300に無線リソース解除メッセージを送信する。ステップ2325にて、前記端末2300は全てのリソースを解除する。
ステップ2327にて、前記第1基地局2310は、前記端末2300に割り当てられたリソースを返し、前記端末2300のためのリソースが残っている前記第2基地局2320に端末リソース解除メッセージを送信する。この時、前記第1基地局2310は、上記ステップ2321にて受信されたリソース解除命令メッセージに含まれたセルリストによって前記第2基地局2320が前記端末2300のためのリソースを割り当てたことを知ることができる。
ステップ2329にて、前記第1基地局2310は、前記第2基地局2320に端末リソース解除指示メッセージを送信する。ステップ2331にて、前記第2基地局2320は、前記端末2300に割り当てられていたリソースを返す。ステップ2333にて、前記第2基地局2320(第2セル)は、前記ゲートウェイ2360に端末リソース解除完了メッセージを送信する。ステップ2335にて、前記ゲートウェイ2360は、前記端末2300に割り当てられたリソースをすべて解除する。
図24は、本発明の実施形態による無線通信システムにおける端末のブロック構成を示している。
上記図24を参照すると、前記端末は、RF(Radio Frequency)処理部2410、基底帯域(baseband)処理部2420、保存部2430、制御部2440を含む。
前記RF処理部2410は、信号帯域の変換、増幅など無線チャネルを介して信号を送受信するための機能を行う。例えば、前記RF処理部2410は、前記基底帯域処理部2420から提供される基底帯域信号をRF帯域信号にアップコンバートした後、アンテナを介して送信し、前記アンテナを介して受信されるRF帯域信号を基底帯域信号にダウンコンバートする。前記RF処理部2410は、複数のアンテナそれぞれのためのRFチェーン(chain)を含み、各RFチェーンは、送信フィルタ、受信フィルタ、増幅器、ミキサ(mixer)、オシレータ(oscillator)、DAC(Digital to Analog Convertor)、ADC(Analog to Digital Convertor)などを含むことができる。
前記基底帯域処理部2420は、システムの物理層規格によって基底帯域信号及びビット列間の変換機能を行う。例えば、データ送信の際、前記基底帯域処理部2420は、送信ビット列を符号化及び変調することによって複素シンボルを生成する。また、データ受信の際、前記基底帯域処理部2420は、前記RF処理部2410から提供される基底帯域信号を復調及び復号化を介して受信ビット列を復元する。例えば、OFDM(Orthogonal Frequency Division Muitplexing)方式に従う場合、データ送信の際、前記基底帯域処理部2420は、送信ビット列を符号化及び変調することによって複素シンボルを生成し、前記複素シンボルを副搬送波にマッピングした後、IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)演算及びCP(Cyclic Prefix)挿入を介してOFDMシンボルを構成する。また、データ受信の際、前記基底帯域処理部2420は、前記RF処理部2410から提供される基底帯域信号をOFDMシンボル単位に分割し、FFT(Fast Fourier Transform)演算を介して副搬送波にマッピングされた信号を復元した後、復調及び復号化を介して受信ビット列を復元する。
前記基底帯域処理部2420及び前記RF処理部2410は、上述のように信号を送信及び受信する。これにより、前記基底帯域処理部2420及び前記RF処理部2410は、送信部、受信部、送受信部又は通信部と称することができる。
前記保存部2430は、前記端末の動作のための基本プログラム、アプリケーションプログラム、設定情報などのデータを保存する。例えば、前記保存部2430は、各アンテナの無線リンク品質測定情報などを保存することができる。そして、前記保存部2430は、前記制御部2440の要求に応じて保存されたデータを提供する。
前記制御部2440は、前記端末の全般的な動作を制御する。例えば、前記制御部2440は、前記基底帯域処理部2420及び前記RF処理部2410を介して信号を送受信する。本発明の様々な実施形態によれば、前記制御部2440は、多重セル接続に関連する手順を処理する多重セル接続処理部2442を含む。前記多重セル接続に関連する手順は、多重セル接続に基づいたデータ送信及び受信手順、多重セル接続手順、接続解除手順、最適セル交換手順などを含む。例えば、前記制御部2440は、前記端末が上記図7、上記図10、上記図13乃至上記図23に示す手順を行うように制御する。本発明の様々な実施形態による前記制御部2440の動作は、次のとおりである。
前記制御部2440は、第1アンテナを用いて接続する第1基地局及び第2アンテナを用いて接続する第2基地局を決定し、前記第1基地局及び前記第2基地局に接続するための接続手順を行い、前記第1アンテナを用いて前記第1基地局と、前記第2アンテナを用いて前記第2基地局と信号を送受信するように制御する。本発明の様々な実施形態によれば、前記制御部2440は、前記第1アンテナを用いて前記第1基地局と無線リソース接続確立手順を行い、前記第1アンテナを用いて認証手順を行い、前記第1アンテナを用いて前記第1基地局と無線区間セキュリティ設定手順、及び無線リソース接続再設定手順を行い、前記第2アンテナを用いて前記第2基地局と無線リソース接続確立手順、無線区間セキュリティ設定手順、及び無線リソース接続再設定手順を行うように制御する。本発明の様々な実施形態によれば、前記制御部2440は、前記第1アンテナを用いて前記第1基地局と無線リソース接続確立手順を行い、前記第1アンテナを用いて前記第1基地局及び前記第2基地局の両方に対する無線区間セキュリティ設定手順、無線リソース接続再設定手順を行い、前記第2アンテナを用いて前記第2基地局と無線リソース接続確立手順を行うように制御する。
上述のように多重セル接続後、アップリンクデータを送信する場合、前記制御部2440は、前記第1基地局及び前記第2基地局のうち1つの基地局を選択し、選択された基地局に対応するアンテナを用いて前記選択された基地局に前記データを送信するように制御する。
また、前記制御部2440は、遅延に敏感な(delay−sensitive)サービスのデータを無線リンク品質が最も良好なアンテナを用いて対応する基地局を介して送受信する。この時、無線リンク品質が最も良好なアンテナが変更されると、前記制御部2440は、無線リンク品質が最も良好なアンテナを用いて接続された基地局に各アンテナの無線リンク品質を報告する。そして、前記制御部2440は、前記遅延に敏感なサービスのデータに対するデータ経路を変更する。
前記特定のアンテナの無線リンク品質がしきい値以下に低下すると、前記制御部2440は、他のアンテナを用いて接続された基地局に前記無線リンク品質低下を報告するメッセージを送信し、前記特定のアンテナのリソースを解除し、前記他のアンテナを用いて接続された基地局に対する通信モードを単一アンテナモードから多重アンテナモードに変更する。
また、1つのアンテナに対する制御メッセージのシグナリングが必要な場合、前記制御部2440は、前記シグナリングを他のアンテナを用いて接続された第1基地局と行う。ここで、前記シグナリングは、ハンドオーバ、位置更新、ネットワーク接続解除のうち1つのためのシグナリングを含む。全ての接続を解除する場合、前記制御部2440は、サービングセルの中から代表基地局を決定し、前記接続を解除するためのシグナリングを前記代表基地局に対応するアンテナを用いて前記代表基地局と行う。
図25は、本発明の実施形態による無線通信システムにおける基地局のブロック構成を示している。
上記図25に示すように、前記基地局はRF処理部2510、基底帯域処理部2520、バックホール通信部2530、保存部2540、制御部2550を含んで構成される。
前記RF処理部2510は、信号帯域の変換、増幅など無線チャネルを介して信号を送受信するための機能を行う。例えば、前記RF処理部2510は、前記基底帯域処理部2520から提供される基底帯域信号をRF帯域信号にアップコンバートしてからアンテナを介して送信し、前記アンテナを介して受信されるRF帯域信号を基底帯域信号にダウンコンバートする。前記RF処理部2510は、複数のアンテナそれぞれのためのRFチェーン(chain)を含み、各RFチェーンは、送信フィルタ、受信フィルタ、増幅器、ミキサ、オシレータ、DAC、ADCなどを含むことができる。
前記基底帯域処理部2520は、システムの物理層規格によって基底帯域信号及びビット列間の変換機能を行う。例えば、OFDM方式に従う場合、データ送信の際、前記基底帯域処理部2520は送信ビット列を符号化及び変調することによって複素シンボルを生成し、前記複素シンボルを副搬送波にマッピングした後、IFFT演算及びCP挿入を介してOFDMシンボルを構成する。また、データ受信の際、前記基底帯域処理部2520は、前記RF処理部2510から提供される基底帯域信号をOFDMシンボル単位に分割し、FFT演算を介して副搬送波にマッピングされた信号を復元した後、復調及び復号化を介して受信ビット列を復元する。
前記基底帯域処理部2520及び前記RF処理部2510は、上述のように信号を送信及び受信する。これにより、前記基底帯域処理部2520及び前記RF処理部2510は、無線送信部、無線受信部、無線送受信部又は無線通信部と称することができる。
前記バックホール通信部2530は、ネットワーク内の他のノードと通信を行うためのインタフェースを提供する。例えば、前記バックホール通信部2530は、前記基地局で他のノード、例えば、他の基地局、コアネットワーク等に送信されるビット列を物理的信号に変換し、前記他のノードから受信される物理的信号をビット列に変換する。前記保存部2540は、前記基地局の動作のための基本プログラム、アプリケーションプログラム、設定情報などのデータを保存する。そして、前記保存部2540は、前記制御部2550の要求に応じて保存されたデータを提供する。
前記制御部2550は、前記基地局の全般的な動作を制御する。例えば、前記制御部2550は、前記基底帯域処理部2520及び前記RF処理部2510を介して、又は前記バックホール通信部2530を介して信号を送受信する。また、前記制御部2550は、前記保存部2540にデータを記録したり読み取る。本発明の様々な実施形態によれば、前記制御部2550は、端末の多重セル接続をサポートするための多重セル接続処理部2552を含む。前記多重セル接続処理部2552は、多重セル接続関連手順のためのシグナリングを制御する。例えば、前記制御部2550は、前記基地局が上記図7、上記図10、上記図13乃至上記図23に示す手順を行うように制御する。本発明の様々な実施形態による前記制御部2550の動作は、次のとおりである。
前記制御部2550は、端末の第1アンテナに対するサービングセルとして前記端末との接続手順を行い、前記端末の前記第1アンテナを介して前記端末と信号を送受信するように制御する。この時、前記制御部2550は、前記基地局及び前記端末が第2アンテナを用いて接続しようとする他の基地局に関する情報を含むメッセージをゲートウェイに送信する。本発明の様々な実施形態によれば、前記制御部2550は、前記ゲートウェイから前記第1基地局との通信のための第1コンテキスト(context)情報及び前記第2基地局との通信のための第2コンテキスト情報を含むメッセージを受信し、前記第2基地局に前記第2コンテキスト情報を含むメッセージを送信できる。本発明の様々な実施形態によれば、前記制御部2550は、前記第2基地局から前記端末及び前記第2基地局の間の無線リソース接続確立のために使用される無線リソース情報を含むメッセージを受信し、前記端末に前記無線リソース情報を含むメッセージを送信できる。本発明のさらに他の実施形態によれば、前記制御部2550は、前記第2基地局から前記第1基地局との通信のための第1コンテキスト情報を含むメッセージを受信し、前記第2基地局に前記端末及び前記第1基地局の間の無線リソース接続確立のために使用される無線リソース情報を含むメッセージを送信できる。本発明のさらに他の実施形態によれば、前記制御部2550は、前記ゲートウェイから前記第1基地局との通信のためのコンテキスト情報、前記端末及び前記第2基地局の間の無線リソース接続確立のために使用される無線リソース情報を含むメッセージを受信し、前記端末に前記無線リソース情報を含むメッセージを送信できる。
前記端末から前記第1アンテナ及び前記第1基地局の間の第1無線リンクの品質及び前記第2アンテナ及び前記第2基地局の間の第2無線リンクの品質を含むメッセージが受信されると、前記制御部2550は、前記第1無線リンク及び前記第2無線リンクの品質に基づいて前記第1無線リンクで提供されるサービス及び前記第2無線リンクで提供されるサービスのデータ経路を交換すると判断し、前記第2基地局に前記データ経路の交換を要求するメッセージを送信する。また、前記ゲートウェイから前記第1アンテナ及び前記第1基地局の間の第1無線リンクで提供されるサービス及び前記第2アンテナ及び前記第2基地局の間の前記第2無線リンクで提供されるサービスのデータ経路を交換することを要求するメッセージが受信されると、前記制御部2550は、前記第2基地局に前記データ経路の交換を要求するメッセージを送信する。
前記端末から前記第2基地局との無線リンク品質を含むメッセージが受信されると、前記制御部2550は、前記第2基地局に前記第2基地局との無線リンク品質を含むメッセージを送信する。前記端末から前記第2基地局を介して前記端末との接続解除を要求するメッセージを受信されると、前記制御部2550は、前記第2基地局を介して前記端末に接続解除の要求に応答するメッセージを送信し、前記ゲートウェイに前記端末との接続解除を通知するメッセージを送信する。前記端末から前記第1基地局及び前記第2基地局の両方の接続解除を要求するメッセージが受信されると、前記制御部2550は、前記ゲートウェイに前記接続解除を要求するメッセージを送信し、前記ゲートウェイから前記端末のリソース解除を命令するメッセージを受信し、前記端末に対するリソースを解除し、前記第2基地局に前記端末のリソース解除を命令するメッセージを送信する。
図26は、本発明の実施形態による無線通信システムにおけるゲートウェイのブロック構成を示している。
上記図26に示すように、前記ゲートウェイは、通信部2610、保存部2620、及び制御部2630を含んで構成される。
前記通信部2610は、ネットワーク内の他のノードと通信を行うためのインタフェースを提供する。例えば、前記通信部2610は、前記ゲートウェイから他のノード、例えば、基地局、コアネットワーク、認証サーバなどに送信されるビット列を物理的信号に変換し、前記他のノードから受信される物理的信号をビット列に変換する。
前記保存部2620は、前記ゲートウェイの動作のための基本プログラム、アプリケーションプログラム、設定情報などのデータを保存する。特に、前記保存部2620は、端末のサービングセル管理情報を保存する。前記サービングセル管理情報は、前記端末それぞれのサービングセルリスト、各サービングセルの無線リンク品質情報、各サービングセルの負荷レベル情報、各サービングセルのサービス情報、提供されるサービスの類型情報、サービスのQoSレベル情報などを含み、テーブルの形態で構成されることができる。そして、前記保存部2620は、前記制御部2630の要求によって保存されたデータを提供する。
前記制御部2630は、前記ゲートウェイの全般的な動作を制御する。例えば、前記制御部2630は、前記通信部2610を介して信号を送受信する。また、前記制御部2630は、前記保存部2620にデータを記録したり読み取る。本発明の様々な実施形態によれば、前記制御部2630は、端末の多重セル接続をサポートするための多重セル接続処理部2632を含む。前記多重セル接続処理部2632は、前記端末のダウンリンクデータに対するセルレベルスケジューリングを行い、前記保存部2620に保存されたサービングセル管理情報を維持、更新、管理する。例えば、前記制御部2630は、前記ゲートウェイが上記図7、上記図10、上記図13乃至上記図23に示す手順を行うように制御する。本発明の様々な実施形態による前記制御部2630の動作は次のとおりである。
前記制御部2630は、端末が第1アンテナを用いて第1基地局に接続し、前記端末が第2アンテナを用いて第2基地局に接続するための接続手順を行い、前記第1基地局及び前記第2基地局を介して前記端末とデータを送受信するように制御する。この時、前記制御部2630は、前記第1基地局から前記第1基地局及び前記第2基地局に関する情報を含むメッセージを受信する。本発明の様々な実施形態によれば、前記制御部2630は、前記第1基地局に前記第1基地局との通信のための第1コンテキスト(context)情報及び前記第2基地局との通信のための第2コンテキスト情報を含むメッセージを送信できる。本発明の様々な実施形態によれば、前記制御部2630は、前記第2基地局に前記第2基地局との通信のための第2コンテキスト情報を含むメッセージを送信し、前記第2基地局から前記第2基地局との接続のために使用される無線リソース情報を含むメッセージを受信し、前記第1基地局に前記第1基地局との通信のための第1コンテキスト情報、前記無線リソース情報を含むメッセージを送信できる。
前記端末にダウンリンクデータを送信する場合、前記制御部2630は、前記端末の各アンテナの無線リンク品質、前記第1基地局及び前記第2基地局の負荷レベルのうち少なくとも1つに基づいて前記第1基地局及び前記第2基地局に前記ダウンリンクデータを分配する。また、前記制御部2630は、遅延に敏感な(delay−sensitive)サービスのデータを相対的にリンク品質が良好なアンテナを用いて接続されたセルを介して送受信するように制御する。
前記端末の少なくとも1つの接続に対する解除を通知するメッセージが受信されると、前記制御部2630は、前記サービングセル管理情報で解除された少なくとも1つのセルに関する情報を削除する。前記端末の各無線リンクで提供されるサービスのデータ経路に対する交換を要求するメッセージが受信されると、前記制御部2630は、前記サービングセル管理情報で前記各サービングセルのサービス情報を更新する。前記第1基地局から前記端末の全ての接続に対する解除を通知するメッセージが受信されると、前記制御部2630は、前記端末のサービングセルリストを確認し、前記第1基地局に前記サービングセルリストに含まれる基地局のリソース解除を命令するメッセージを送信する。
本出願の請求項又は明細書に記載された実施形態による方法は、ハードウェア、ソフトウェア、又はハードウェアとソフトウェアの組み合わせの形態で具現される(implemented)ことができる。
ソフトウェアで具現する場合、1つ以上のプログラム(ソフトウェアモジュール)を保存するコンピュータ可読記録媒体が提供され得る。コンピュータ可読記録媒体に保存される1つ以上のプログラムは、電子装置(device)内の1つ以上のプロセッサによって実行可能に構成される(configured for execution)。1つ以上のプログラムは、本出願の請求項又は明細書に記載された実施形態による方法を電子装置が実行するようにする命令(instructions)を含む。
このようなプログラム(ソフトウェアモジュール、ソフトウェア)は、ランダムアクセスメモリ(random access memory)、フラッシュ(flash)メモリを含む不揮発性(non−volatile)メモリ、ROM(Read Only Memory)、電気的に消去可能なプログラマブル読み出し専用メモリ(EEPROM:Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)、磁気ディスク記憶装置(magnetic disc storage device)、コンパクトディスクロム(CD−ROM:Compact Disc−ROM)、デジタル多目的ディスク(DVDs:Digital Versatile Discs)又は他の形態の光学記憶装置、マグネティックカセット(magnetic cassette)に保存されることができる。又は、これらの一部又は全部の組み合わせで構成されたメモリに保存されることができる。また、それぞれの構成メモリは複数個が含まれることができる。
また、前記プログラムは、インターネット(Internet)、イントラネット(Intranet)、LAN(Local Area Network)、WLAN(Wide LAN)、又はSAN(Storage Area Network)のような通信ネットワーク、又はこれらの組み合わせで構成された通信ネットワークを介して接近(access)できる取り付け可能な(attachable)セキュリティ装置(storage device)に保存されることができる。このような保存装置は、外部ポートを介して本発明の実施形態を行う装置に接続できる。また、通信ネットワーク上の別途の保存装置が本発明の実施形態を行う装置に接続することもできる。
上記本発明の具体的な実施形態で、発明に含まれる構成要素は提示された具体的な実施形態によって単数又は複数で表現された。しかし、単数又は複数の表現は説明の便宜のために提示した状況に適するように選択されたものであって、本発明が単数又は複数の構成要素に制限されるものではなく、複数で表現された構成要素であっても単数で構成されたり、単数で表現された構成要素であっても複数で構成されることができる。
本出願の請求項又は明細書に記載された実施形態による方法は、ハードウェア、ソフトウェア、又はハードウェアとソフトウェアの組み合わせの形態で具現される(implemented)ことができる。
そのようなソフトウェアは、非一時的な(non−transitory)コンピュータ可読記録媒体に保存されることができる。前記非一時的なコンピュータ可読記録媒体は、少なくとも1つのプログラム(ソフトウェアモジュール)、電子装置で少なくとも1つのプロセッサによって実行される際に電子装置が本発明の方法を実施するようにする命令(instructions)を含む少なくとも1つのプログラムを保存する。
そのようなソフトウェアは、揮発性(volatile)又はROM(Read Only Memory)のような不揮発性(non−volatile)記憶装置の形態で、又はRAM(random access memory)、メモリチップ(memory chips)、装置又は集積回路(integrated circuits)のようなメモリの形態で、又はコンパクトディスクロム(CD−ROM:Compact Disc−ROM)、デジタル多目的ディスク(DVDs:Digital Versatile Discs)、磁気ディスク(magnetic disk)又は磁気テープ(magnetic tape)などのような光学又は磁気可読媒体に、保存されることができる。保存装置及び保存メディアは、実行の際に一実施形態を具現する命令を含むプログラム又はプログラムを保存することに適した非一時的なマシン−可読記録手段の実施形態である。したがって、様々な実施形態は、本明細書の請求項のいずれか1つで請求される装置又は方法を具現するためのコードを含むプログラムを及びそのプログラムを保存する非一時的なマシン−可読記録存手段を提供する。
一方、本発明の詳細な説明では具体的な実施形態について説明したが、本発明の範囲から逸脱しない限度内で様々な変形が可能であることは勿論である。したがって、本発明の範囲は、説明された実施形態に限定されて定められてはならず、後述する特許請求の範囲だけでなくその特許請求の範囲と均等なものによって定められるべきである。