KR100651101B1 - Ｃｄｍａ 시스템에서 동작하는 이동국용 적응성 핸드오프알고리즘 - Google Patents

Ｃｄｍａ 시스템에서 동작하는 이동국용 적응성 핸드오프알고리즘 Download PDF

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Abstract

CDMA 시스템에서 기지국 내 섹터들 간의 이동국 핸드오프를 지배하는 적응성 핸드오프 알고리즘이 개시된다. 핸드오프 알고리즘은 이동국에 의해 요구되는 서비스의 유형에 따라 선택된다. 또한 핸드오프 알고리즘은 이동국에 의해 요구되는 서비스의 유형에 대해 바람직한 운영 조건이 되는 이동국 핸드오프를 유도하기 위하여 다양한 품질 측정을 이용한다. 예를 들어, 음성 통화는 이동국이 배터리 커패시티를 최대화하고 업링크 간섭을 감소시키기 위하여 이동국 출력 전력을 최소화하는 섹터로 핸드오프하도록 유도하는 핸드오프 알고리즘이 될 수 있다. 또한 다른 알고리즘은 인터넷 웹 브라우징과 같은 패킷 인텐시브 서비스를 구현할 수 있어서, 다운링크 출력 전압을 감소하게 하며 셀에서의 간섭을 감소시키는 경향이 있는 섹터로 이동국을 핸드오프하도록 유도한다.
CDMA 시스템, 적응성 핸드오프 알고리즘, 소프트 핸드오프, 패킷 인텐시브 서비스, 다운링크

Description

ＣＤＭＡ 시스템에서 동작하는 이동국용 적응성 핸드오프 알고리즘{ADAPTIVE HANDOFF ALGORITHMS FOR MOBILES OPERATING IN CDMA SYSTEMS}
본 발명은 일반적으로 무선 전파 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 CDMA에서 동작하는 이동국용 적응성 핸드오프 알고리즘의 이용에 관한 것이다.
특히 CDMA와 같은 소위 제3 세대 광대역 시스템(WCDMA)으로 불리는 코드 분할 다중 접속(CDMA) 통신 시스템은 예를 들어 실질적으로 비트 레이트 성능이 개선된 회선 교환 및 패킷 교환 데이터 서비스를 포함하는 접속 서비스를 제공하도록 설계되었다. 제3 세대 광대역 시스템에 의해 지원되는 그러한 고 비트-레이트 성능은 무선 멀티미디어 및 비디오와 같은 다수의 서비스, 음성 동시 전송과 같은 무선 데이터 서비스, 그리고 향상된 인터넷 서비스를 발생시킨다.
다양한 서비스에 대한 운영 요구는 상당히 상이할 수도 있어서, 시스템에 상이한 성능 레벨을 상응하여 요구한다. 예를 들어, 통상적으로 회선 교환 음성 통화의 특성은 지연 민감성(즉, 흐름을 일시 방해하는 대화시의 과도한 중단(break)이 없음), 고 이동성, 상대적으로 짧은 통화 기간, 및 대칭적 서비스(즉, 동일한 양의 데이터가 업 링크 및 다운 링크 방향의 양방향으로 보내짐)이다. 반대로, 인터넷 웹 브라우징과 같은 패킷 기반 서비스는 통상적으로 지연 비민감성(잘못된 패 킷이 재전송될 수 있음), 저 이동성, 상대적으로 긴 통화 기간, 및 비대칭 서비스(즉, 예를 들어 웹 페이지의 로딩 시에 다운 링크 방향이 통상적으로 더 많이 이용됨)와 같은 특성이 있다. CDMA 시스템 내에서 동작하는 다양한 서비스의 성능에 영향을 미칠 수 있는 많은 요인이 있다. 통상적인 서비스의 성능에 영향을 미치는 것으로 알려진 그러한 한 요인은 이동국 핸드오프이다.
도 1은 일련의 디지털 전송 링크(115)에 의해 기지국의 네트워크로 링크된 무선 네트워크 제어기(RNC)를 구비하는 기본 셀룰러 통신 시스템을 예시하고 있다. 기지국은 지리적으로 분산되어 시스템에 대한 커버리지 영역을 형성한다. 각각의 기지국(BS)은 셀로 알려진 특정 영역을 커버하도록 지정되고, 여기에서 두 방향의 무선 통신 접속은 관련 셀에서 이동국과 BS 사이에서 발생할 수 있다. 셀 사이의 경계는 라인(110)으로 표시된다. 실제로는 실질적인 다수의 기지국이 시스템에 대한 기능적인 커버리지 영역을 형성할 것이지만, 단순화하여 예시적으로 설명하기 위해, 두 개의 기지국만이 도시된다. 이 예시적인 설명에 도시되지 않은 다른 성분 및 장치가 시스템에 통상적으로 포함된다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 일반적으로, MS가 네트워크를 통해서 이동함에 따라, 핸드오프라고 하는 이벤트로 이웃 기지국에 접속을 전달함으로써 네트워크와의 통신이 유지된다. 간단하게 이동국(mobile station)이라는 용어는 앞으로 이동국(mobile)이라고 할 것이다.
코드 분할 다중 접속(CDMA)에 따라 동작하는 통신 시스템에서는, 발신(originating) BS로부터 이웃 BS로 핸드오프하기 전에 이동국이 하나 이상의 BS와 동시에 통신하는 곳에서, 매크로 다이버시티(macro diversity)가 통상적으로 채용된다. 이것은 발신 BS와의 통신을 종료하기 전에 이동국이 이웃 BS와 통신을 개시한다는 점에서 당해 분야에서 "소프트 핸드오프(soft handoff)"라고 한다. 이 "메이크 비포 브레이크(make before break)" 절차는 공통 확산 스펙트럼 파형 주파수상에서 모든 트래픽을 작동시킴으로써 가능해진다. 소프트 핸드오프의 변형은, 이동국이 다수의 섹터의 동일한 BS와 동시에 통신할 때에는 "소프터 핸드오프(softer handoff)"라고 부르는 것이다. 통화 중단의 위험이 감소되고, 핸드오프시 음성에 방해가 없으며, 다운링크 신호 대 잡음비에서 이득이 증가되는 등 소프트 핸드오프와 관련된 여러 이점이 있다. 소프트 핸드오프/소프터 핸드오프의 다른 중요한 이점은, 평균적으로 페이딩(fading)의 효과 또는 다중 경로로부터의 수렴(convergence)이 동시에 일어나지 않기 때문에, 이동중 매크로 다이버시티의 이점, 즉 로그 노멀(log normal) 및 다중 경로 페이딩으로부터 더 많이 보호된다는 점이다.
CDMA 시스템에서 일어나는 핸드오프의 다른 유형은 "하드 핸드오프(hard handoff)"이다. 하드 핸드오프는 예를 들어 두 개의 경로 사이에 통상적으로 일어나는 핸드오프 또는 기지국이 소프트 핸드오프에 대해 적당히 동기화되지 않을 때 의 핸드오프이다. 이 유형의 핸드오프는 제2 주파수에서 통신에 확립되기 전에, 제1 주파수에서의 통신이 종료되기 때문에 종종 "브레이크 비포 메이크(break before make)"라는 특성이 있다. 동일한 셀 내에서 일어나는 하드 핸드오프는 셀내(intra-cell) 하드 핸드오프라고 하고, 셀 사이에서 일어나는 하드 핸드오프는 셀간(inter-cell) 하드 핸드오프라고 한다. 통상적으로 하드 핸드오프는 제조자 장치의 한계가 예를 들어 이동하는 이동국에 대한 층 변화, 예를 들어 듀얼 모드 시스템에서 모드 스위치, 오퍼레이터 네트워크 사이의 스위칭, 및 하드 핸드오프를 요구하는 리소스 할당 문제와 같은 소프트 핸드오프의 수행을 배제하는 상황에서 일어난다.
예시적인 CDMA 시스템에서, 핸드오프 결정은 통상적으로 이웃 기지국에 의해 전송된 파일럿 신호의 신호 강도를, 이동국에서 검출하는 것에 기초한다. 파일럿 신호는 의사 잡음(pseudonoise) 시퀀스(PN)에 의해 구분되어서, 이동국은 별도의 분류 세트 내에서 기지국을 결정하고 할당할 수 있다. 예를 들어, 세트는 액티브 세트를 포함하는데, 액티브 세트는, 이동국이 기지국에 의해 설정된 시스템 파라미터에 기초한 통신에 대해 충분한 파일럿 강도를 갖는 기지국의 세트인 후보자 세트(Candidate Set), 및 이동국과 충분한 통신에 대한 잠재력을 나타내는 파일럿 강도를 갖는 영역에서의 기지국의 세트인 이웃 세트(Neighbor Set)와 활발히 통신하는 기지국의 세트이다. 그러나 당업자는 언급된 세트와 그 기능은 IS-95로 알려진 CDMA 표준에 의해 참조되지만, 그것들이 다르게 확인될 수도 있는 다른 CDMA 표준의 유사한 기능이 있는 아날로그 대응부를 가진다는 것을 알 수 있을 것이다. 세트 내에서 기지국의 분류는 예를 들어 이동국에 의해 수신된 파일럿 신호 강도에 따라 변할 수 있다. 그런 다음 핸드오프 결정은 시스템 제어기에 의해 이루어지고, 시스템 제어기는 통상 적어도 부분적으로는 보고된 파일럿 신호 강도 및 다른 기준에 기초하여 핸드오프 결정을 한다.
종래 기술에서, 음성 및 데이터 서비스 동안에 일어나는 핸드오프는 통상 서 비스 성능에 대한 영향에 관계없이 변하지 않는 핸드오프 알고리즘에 기초하고 있다. 따라서, 본 발명의 목적은 요구되는 서비스의 유형에 적합한 핸드오프 알고리즘을 이용하기 위한 기술을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적에 따라 상술한 다른 목적들을 달성하기 위해서, CDMA 시스템 내에서 동일한 또는 다른 기지국의 섹터 사이에서 이동국의 핸드오프를 지배하는 적응성 핸드오프 알고리즘이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에서, 일정한 품질 측정을 이용한 핸드오프 알고리즘은 이동국에 의해 요구되는 특정한 유형의 서비스에 응답하여 구현된다. 핸드오프 알고리즘에 의해 지배되는 핸드오프는 이동국에 대하여 바람직한 운영 환경을 이끄는 경향이 있다. 예를 들어, 음성 통화와 같은 서비스가 요구될 때, 핸드오프 알고리즘은 경로손실 및 업링크 간섭을 고려하는 품질 측정을 이용한다. 이는 이동국의 출력 전력이 최소화되는 기지국에 접속하는 이동국이 되는 핸드오프를 유도하는 경향이 있다. 이 상황은 이동국의 배터리 용량을 보존하는데 바람직하다. 다른 예에서, 이동국이 인터넷 브라우징과 같은 데이터 인텐시브 애플리케이션을 이용하면, 핸드오프 알고리즘은 이동국을 기지국에 의해 감소된 다운링크 출력 전력 레벨로 되는 섹터로의 핸드오프로 유도하는 품질 측정을 이용한다. 이는 셀에서 간섭 레벨을 감소시키는 경향이 있고, 그럼으로써 전송된 패킷을 정확히 수신할 기회를 개선하고 이에 따라 반복 전송의 필요를 감소시킨다.
본 발명의 다른 목적 및 이점을 첨부 도면과 함께 다음의 설명을 참조함으로 써, 더 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 간략화된 예시적인 무선 통신 시스템을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 예시를 도시한 도면.
통상적인 CDMA 시스템에서, 이동국은 핸드오프 절차에서 동적인 역할을 수행한다. 통화 또는 패킷 데이터 전송에 사용되는 동안, 이동국은 소프터/소프트 핸드오프를 수행하기 위한 준비중에 동일한 또는 이웃 기지국의 섹터로부터 파일럿 신호 레벨을 계속하여 감시한다. 이동국 외에도, 기지국(BS) 및 무선 네트워크 제어기(RNC)는 또한 새로운 섹터를 평가하는데 관련된다. 이동국은 RNC에 규정된 임계값 이상의 신호 레벨을 갖는 파일럿 혹은 섹터를 보고한다. 임계값은 예정되거나 동적일 수 있으며, 일반적으로 신호 강도 또는 신호 품질과 같은 소정의 측정값 세트에 기초한다. 이 정보에 기초하여 RNC는 이동국으로 하여금 액티브 세트로부터 섹터(즉, 이동국이 동시에 통신하는 섹터들)를 부가하거나 제거하도록 지시한다.
음성 통화와 같은 요구된 서비스의 품질 및 이용자의 경험은 확립된 링크를 갖는 BS로부터 이동국을 이동시킴으로써 통상적으로 트리거되는 핸드오프 이벤트에 의해 영향을 받을 수 있다. 핸드오프 절차와 관련된 시스템 파라미터는 통상적으로 오퍼레이터에 의해 설정되고, 따라서 품질 측정에 기초한 액티브 세트에 대해 섹터를 평가하는 것과 같은 문제는 서비스 경험에 강한 영향을 미칠 수 있다. 예 를 들어, 예시적인 CDMA 시스템에서, 평가는 수신된 신호가 검출되는 이동국의 이웃 세트에서 각각의 섹터로부터, HO_품질_평가(HO_quality_estimate)라 불리는 품질 평가의 측정된 값을 비교함으로써 이루어진다. 파라미터 HO_품질_측정(HO_quality_measure)은 HO_품질_평가를 결정하는데 이용되는 품질 측정을 나타낸다. 핸드오프 알고리즘은 HO_품질_평가를 이용하여 액티브 세트의 내용 즉, 부가되거나 제거되어야 하는 섹터를 결정한다. 따라서, 핸드오프 알고리즘은 다른 유형의 서비스에 대하여 다른 품질 측정을 이용할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따라서, 다양한 품질 측정은,
(I) HO_품질_측정 = 경로 손실;
(Ⅱ) HO_품질_측정 = 경로 손실 + 업링크 간섭;
(Ⅲ) HO_품질_측정 = 다운링크 RSSI; 및
(Ⅳ) HO_품질_측정 = 다운링크 Eb/Io
를 포함한다.
여기에서 품질 측정(I)에서의 경로 손실은 BS에 의해 방송되는 파일럿 신호의 전송된 전력 레벨 값을 판독함으로써, 그리고 이동국에 의하여 실제의 수신된 신호 강도를 감산함으로써 이동국에 의해 평가된다. 경로 손실에 대해 예측된 핸드오프 알고리즘은 이동국을 가장 가까운 BS에 접속하게 하는 경향이 있다. 품질 측정(Ⅱ)은 경로 손실 및 BS에 의해 측정되는 업링크 간섭을 고려한다. 따라서, 경로 손실에 대해 예측된 핸드오프 알고리즘은 이동국을 최소한의 전송 전력량을 요구하는 BS에 접속하도록 이끄는 경향이 있으므로, 접속에 필요한 이동국 출력 전력을 최소화한다. 품질 측정(Ⅲ)에서, 핸드오프 알고리즘은 이동국에 의해 측정된 수신된 신호 강도(RSSI)에 기초한다. 이는 이동국을 가장 강한 파일럿 신호를 갖는 섹터에 접속하게 하는 경향이 있다. 품질 측정(Ⅳ)에서, 다운 링크 Eb/Io는 간섭의 전력 스펙트럴 밀도에 의해 나누어지는 칩 당 에너지에 관련되고 커버리지의 품질 및 강도를 나타내는 간섭 측정값이다. 이에 기초한 핸드오프 알고리즘은 BS가 최소한의 전력량을 필요로 하고 있는 섹터에 이동국을 접속하게 하는 경향이 있다. 즉 알고리즘이 최소량의 다운링크 간섭을 갖는 섹터로 이동국을 조정하는 경향이 있다.
예시적인 실시예에서, 핸드오프 알고리즘은 특정 유형의 서비스에 대해 가장 적합한 HO_품질_측정을 이용한다. 음성 통화에 대하여, 예를 들어 배터리 용량을 보존하고 셀에서의 전체적인 업링크 간섭을 저감하기 위하여, 이동국의 출력 전력을 가능한한 많이 최소화하는 것이 바람직하고, 그럼으로써 품질 측정(Ⅱ)이 보다 적합해진다. 한편, 인터넷 웹 브라우징은 통상적으로 업링크에 비해 훨씬 더 다운링크 용량을 요구하기 때문에, 품질 측정(Ⅳ)이 적합한 선택이 된다. 웹 브라우징과 같은 다운링크 인텐시브 서비스는 재전송되고 있는 반복된 패킷을 줄이게 되는 셀에서 통상적으로 전체적인 다운링크 간섭을 낮추는 다운링크 출력 전압을 최소화함으로써 이점을 얻을 수 있다. 반복된 패킷은 더 많은 전송으로 귀결되고, 더 많은 전송은 데이터 트랜잭션을 지연시킬 뿐만 아니라 셀에서의 더 높은 레벨의 간섭 의 원인이 된다.
도 2는 상술한 실시예의 예를 나타낸다. 단계 200에서, 이동국은 CDMA 시스템에서 시스템 무선 제어기에 대한 접속 요구를 만들고, 여기에서 이동국에 의해 요구되는 서비스의 유형은 단계 210으로 나타낸 바와 같이 RNC에 의해 결정된다. 단계 220에서, 이동국이 음성 통화를 수행하면, 단계 230에서 핸드오프 알고리즘은 품질 측정으로 경로 손실 및 업링크 간섭 둘 다를 이용한다. 만일 단계 240에서와 같이 이동국이 인터넷을 브라우징하면, 예를 들어 단계 250에 도시된 바와 같이 핸드오프 알고리즘은 셀 간섭을 감소시키기 위해서 다운링크 Eb/Io를 포함하는 품질 측정을 이용하게 된다. 상술한 적응성 기술을 이용하는 다른 예는, 비디오 데이터가 일반적으로 음성 데이터에 비해 더 많은 용량을 요구하기 때문에, 핸드오프 알고리즘이 비디오부에 유리하게 선택될 수 있는 멀티미디어 기간 동안이다. 일반적인 개념은, 멀티미디어 서비스가 수행될 때, 가장 높은 등급의 서비스를 요구하는 서비스(비디오)가 핸드오프 알고리즘의 선택을 결정해야 한다는 것이다.
핸드오프 알고리즘을 이용하는 다른 가능한 예는 개별 서비스 동안, 예를 들어 음성 통화 동안, 품질 측정들을 결합하는 것을 포함할 수 있으며, 예를 들어 셀에서 70%의 이동국이 셀에서의 간섭을 저감하기 위해서 BS로부터 상대적으로 멀리 있을 때, 이동국의 출력 전력을 최소화하려는 경향이 있는 품질 측정을 이용하는 것이 바람직할 수 있다. 유사하게, 더 낮은 BS 출력 전력을 유도하는 다른 품질 측정은, 다수의 이동국이 BS에 가까이에서 동작할 때 바람직하다.
본 발명은 특정한 바람직한 실시예를 기준으로 몇몇 측면에서 설명하였지만, 당업자에게 명백한 변형 및 변경이 있을 수 있을 것이다. 특히, 대안적인 품질 측정은 예를 들어 다른 품질 측정에 기초한 것(예를 들어, 비트 에러 레이트, 셀 브리딩(cell breathing)에 영향을 미치는 누적 간섭), 또는 비-품질 관련 파라미터 예를 들어 서비스 유형 활용도를 포함하는 것이 이용될 수 있다. 또한, 예시적인 핸드오프 알고리즘이 소프트 핸드오프에 대해 설명되었지만, 당업자는 본 발명이 CDMA 시스템 내에서, 예를 들어 패킷 교환 서비스에 대해 데이터 전송속도를 개선하도록 만들어진 하드 핸드오프에 대해서도 핸드오프 알고리즘이 적용될 수 있음을 인식할 것이다. 따라서, 다음의 청구범위는 제한적으로 해석되어서는 안되며, 개시된 발명의 대상으로부터 유도되는 변형 및 변경 실시예를 포함하는 것으로 고려되어야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 무선 네트워크 제어기, 다수의 기지국, 및 상기 기지국들 내 적어도 두 개의 섹터와의 동시 통신 링크를 확립할 수 있는 이동국 - 상기 이동국은 상기 통신 링크를 지속시키기 위해서 상기 섹터들 사이에서 핸드오프 알고리즘에 의해 운용되는 핸드오프를 수행함 - 을 포함하는 코드 분할 다중 접속(CDMA) 시스템에서, 이동국을 핸드오프하는 방법으로서,
    상기 이동국에 의해 요구되는 서비스 유형을, 상기 무선 네트워크 제어기에 의해 결정하는 단계;
    상기 결정된 서비스 유형에 응답하여 상기 이동국에 대해 적합한 핸드오프 알고리즘을, 상기 무선 네트워크 제어기에 의해 선택하는 단계; 및
    상기 선택된 핸드오프 알고리즘을 상기 이동국에 대해, 상기 무선 네트워크 제어기 및 상기 기지국들에 의해 적용하는 단계
    를 포함하는 이동국 핸드오프 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 서비스 유형은 음성 통화이고,
    상기 적합한 핸드오프 알고리즘을 선택하는 단계는, 상기 이동국의 출력 전력을 최소화하는데 유리한 핸드오프 알고리즘을 선택하는 단계를 포함하는, 이동국 핸드오프 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 서비스 유형은 데이터 인텐시브 서비스이고,
    상기 적합한 핸드오프 알고리즘을 선택하는 단계는, 다운링크 출력 전력을 최소화하는데 유리한 핸드오프 알고리즘을 선택하는 단계를 포함하는, 이동국 핸드오프 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 핸드오프 알고리즘은 경로 손실, 경로 손실 및 업링크 간섭, 다운링크 수신 신호 강도(RSSI) 및 다운링크 간섭(Eb/Io) 중 어느 하나에 기초하는 이동국 핸드오프 방법.
  5. 무선 네트워크 제어기, 다수의 기지국 및 상기 기지국들 내 복수의 섹터와의 동시 통신 링크를 확립할 수 있는 이동국 - 상기 이동국은 상기 통신 링크를 지속시키기 위해서 상기 섹터들 사이에서 핸드오프 알고리즘에 의해 운용되는 핸드오프를 수행함 - 을 포함하는 코드 분할 다중 접속(CDMA) 시스템에서의 적응성 핸드오프 방법으로서,
    상기 이동국에 의해 요구되는 서비스 유형을, 상기 무선 네트워크 제어기에 의해 결정하는 단계; 및
    적응성 핸드오프 알고리즘에 의해 사용될 특정 품질 측정을, 상기 무선 네트워크 제어기에 의해 선택하는 단계- 상기 특정 품질 측정은 신호 경로 손실, 경로 손실 및 업링크 간섭, 다운 링크 수신 신호 강도(RSSI), 및 다운링크 간섭(Eb/Io)으로부터 선택되고, 상기 특정 품질 측정은 상기 이동국에 의해 요구되는 상기 서비스 유형에 기초하여 선택됨 -
    를 포함하는 적응성 핸드오프 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 요구되는 서비스가 음성 통화이면, 이동국의 출력 전력을 최소화하는데 도움이 되는 이동국 핸드오프를 유도하기 위해 상기 핸드오프 알고리즘에 의해 상기 경로 손실 및 간섭이 이용되는 적응성 핸드오프 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 요구되는 서비스가 인터넷 웹 브라우징이면, 다운링크 출력 전력을 저감시킴으로써 셀에서의 전체적인 간섭 레벨을 저하시키는데 도움이 되는 이동국 핸드오프를 유도하기 위해 상기 핸드오프 알고리즘에 의해 다운링크 간섭(Eb/Io)이 이용되는 적응성 핸드오프 방법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 핸드오프 알고리즘은 소프트 핸드오프 및 하드 핸드오프 중 어느 하나를 수행하는 이동국에 적용되는 적응성 핸드오프 방법.
KR1020017011465A 1999-03-11 2000-02-08 Ｃｄｍａ 시스템에서 동작하는 이동국용 적응성 핸드오프알고리즘 KR100651101B1 (ko)

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