KR101485515B1 - 무선 통신 단말을 이용한 펨토셀 기지국의 운영 방법 - Google Patents

무선 통신 단말을 이용한 펨토셀 기지국의 운영 방법 Download PDF

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KR101485515B1 KR20130080254A KR20130080254A KR101485515B1 KR 101485515 B1 KR101485515 B1 KR 101485515B1 KR 20130080254 A KR20130080254 A KR 20130080254A KR 20130080254 A KR20130080254 A KR 20130080254A KR 101485515 B1 KR101485515 B1 KR 101485515B1
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Abstract

본 발명은 무선 통신 단말을 이용한 펨토셀 기지국의 운영 방법에 관한 것으로서, 매크로 기지국과 사용자 단말 사이에서 신호를 중계하는 무선 통신 단말을 이용한 펨토셀 기지국의 운영 방법에 있어서, a) 적어도 하나 이상의 무선 통신 단말과 이종 망간 부하 분산을 수행하는 중계 기지국이 결합되어 펨토셀 기지국을 형성하는 단계; b) 상기 무선 통신 단말과 상기 매크로 기지국간 RRC(Radio Resource Control) 연결을 설정하여 상기 무선 통신 단말과 망 관리 및 운영을 담당하는OAM(Operation and Maintenance) 서버간에 무선 구간 호 설정을 수행하는 단계; c) 상기 펨토셀 기지국의 영역 내에 있는 사용자 단말로 오버헤드(Overhead) 메시지를 송출하고, 상기 사용자 단말은 상기 펨토셀 기지국과 RRC 연결을 설정하며, 상기 매크로 기지국을 수용하여 신호 처리를 담당하는 코어망(EPC, Evolved Packet Core)이 상기 펨토셀 기지국을 통해 상기 사용자 단말과의 호 설정을 수행하는 단계; 및 d) 상기 코어망은 상기 펨토셀 기지국을 통해 상기 사용자 단말에 대한 세션을 설정하고 자원을 할당한 후에 트래픽을 처리하는 단계를 포함한다. 따라서, 본 발명은 무선 통신 환경에서 펨토셀 기능을 구현할 수 있어 기존에 유선 라인의 설치 및 유지에 소요되는 비용을 대폭 감소시킬 수 있다.

Description

무선 통신 단말을 이용한 펨토셀 기지국의 운영 방법{ Method of Operating Femto Cell Base Station using Wireless Communication Terminal }
본 발명은 무선 통신 단말을 이용한 펨토셀 기지국의 운영 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 펨토셀 기지국을 무선 통신 단말과 중계 기지국을 결합하여 형성하고, 펨토셀 기지국의 랜(WAN) 구간을 무선 통신 단말로 대체할 수 있는 무선 통신 단말을 이용한 펨토셀 기지국의 운영 방법에 관한 것이다.
펨토(Femto)란 10-15의 매우 작은 단위를 나타내고, 펨토 셀(Femto Cell)이란 초소형/저전력 가정/사무실용 옥내 기지국을 의미한다. 피코 셀(pico cell)과도 동일한 의미로 사용되지만, 좀 더 기능이 진화된 의미로 사용이 되고 있다. 펨토 셀은 브로드밴드 라우터에 연결되는 소형 셀룰러 기지국으로 기존의 2G는 물론 3G의 음성 및 데이터를 DSL 링크 등을 통해 이동통신사의 백본망으로 연결해 주는 역할을 한다.
펨토셀 기지국들은 주로 특정 주택 또는 사무실에 속하는 이용자들을 위해 의도된다. 펨토셀 기지국들은 사설 액세스 또는 공중 액세스일 수 있다. 사설 액세스인 펨토셀 기지국들에서, 액세스는 단지 등록된 이용자들, 예를 들면, 가족 구성원들 또는 고용인들의 특정 그룹들로 제한된다. 공중 액세스인 펨토셀 기지국들에서, 다른 이용자들이 또한 등록된 이용자들에 의해 수신된 서비스 품질(Quality of Service)을 보호하기 위해 특정 제약들을 조건으로 상기 펨토셀 기지국을 이용할 수 있다.
한편, 3GPP LTE(Long Term Evolution)에서 정의된 eNB(evolved NodeB) 및 home eNB(home evolved NodeB)라는 기지국을 정의하고 있는데, 이중 eNB는 일반적인 매크로 셀(macro cell)을 관장하며, home eNB는 펨토 셀을 관장하는 펨토 기지국이다. 이러한 eNB 및 home eNB를 포함하는 무선 통신 시스템에서, eNB는 s1 인터페이스(interface)를 이용하여 코어 네트워크(core network)와 연결한다.
LTE 시스템에서 멀티미디어 데이터의 전송속도와 망 지연 시간을 개선하기 위해 다양한 기술이 개발되어 적용되고 있고, LTE 서비스 커버리지를 넓히기 위해 중계기 및 이종 기지국의 설치가 가속화되고 있다.
그러나, 특정한 LTE 서비스 지역에서는 RF 중계기 및 이종 기지국의 운영이 한계가 있다. 즉, LTE 시스템에 적용되는 RF 중계기는 자체 지연으로 인해 모기지국과 인접 지역에서 데이터 처리량(Throughput) 저하나 접속 불가 현상이 발생될 수 있으며, 발진이 발생할 수 있고, 모기지국 호 수용으로 인한 소모 전력이 증가되는 문제점이 있다.
한편, LTE 시스템에 적용되는 이종 기지국은 무선 액세스망(WAN, Wireless Access Network) 구간을 유선 네트워크를 사용함으로써 설치 지역에 한계가 있고,유선 네트워크를 사용할 경우에 도심 이외의 지역은 유선 라인의 설치 및 유지에 많은 비용이 소요되는 문제점이 있다.
본 발명은 서비스 환경에 따라 적어도 하나 이상의 무선 통신 단말과 중계 기지국을 결합하여 펨토셀 기지국을 형성하고, 펨토셀 기지국의 랜(WAN) 구간을 무선 통신 단말로 대체하여 무선 통신 환경에서 펨토셀 기능을 구현할 수 있는 무선 통신 단말을 이용한 펨토셀 기지국의 운영 방법을 제공한다.
실시예들 중에서, 무선 통신 단말을 이용한 펨토셀 기지국의 운영 방법은, 매크로 기지국과 사용자 단말 사이에서 신호를 중계하는 무선 통신 단말을 이용한 펨토셀 기지국의 운영 방법에 있어서,
a) 적어도 하나 이상의 무선 통신 단말과 이종 망간 부하 분산을 수행하는 중계 기지국이 결합되어 펨토셀 기지국을 형성하는 단계; b) 상기 무선 통신 단말과 상기 매크로 기지국간 RRC(Radio Resource Control) 연결을 설정하여 상기 무선 통신 단말과 망 관리 및 운영을 담당하는OAM(Operation and Maintenance) 서버간에 무선 구간 호 설정을 수행하는 단계; c) 상기 펨토셀 기지국의 영역 내에 있는 사용자 단말로 오버헤드(Overhead) 메시지를 송출하고, 상기 사용자 단말은 상기 펨토셀 기지국과 RRC 연결을 설정하며, 상기 매크로 기지국을 수용하여 신호 처리를 담당하는 코어망(EPC, Evolved Packet Core)이 상기 펨토셀 기지국을 통해 상기 사용자 단말과의 호 설정을 수행하는 단계; 및 d) 상기 코어망은 상기 펨토셀 기지국을 통해 상기 사용자 단말에 대한 세션을 설정하고 자원을 할당한 후에 트래픽을 처리하는 단계를 포함하되, 상기 a) 단계에서 펨토셀 기지국을 형성하는 단계는, a-1) 상기 무선 통신 단말이 상기 중계 기지국에 링크 구성 연결 요청을 수행하고, 상기 중계 기지국이 상기 무선 통신 단말의 링크 구성 연결 요청에 대한 응답을 수행하는 단계; a-2) 상기 중계 기지국이 상기 무선 통신 단말로 링크 구성 연결 요청을 재수행하고, 상기 무선 통신 단말이 상기 중계 기지국의 링크 구성 연결 요청에 대한 응답을 수행하는 단계; a-3) 상기 중계 기지국이 상기 무선 통신 단말에 유효성 확인 메시지를 전송하면, 상기 무선 통신 단말은 보안 알고리즘을 사용하여 유효성 응답 메시지를 전송하는 단계; 및 a-4) 상기 중계 기지국은 상기 유효성 확인 메시지와 유효성 응답 메시지를 비교하여 정상적으로 인증이 완료된 경우에, 상기 무선 통신 단말로 인증 확인 메시지를 전송하고, 상기 중계 기지국과 무선 통신 단말은 패킷 전송을 수행함으로써 펨토셀 기지국을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 a) 단계는 상기 펨토셀 기지국에 접속한 사용자 단말의 트래픽 상황에 따라 상기 무선 통신 단말의 접속 개수를 동적으로 할당하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 a) 단계는 상기 사용자 단말과 무선 통신 단말 사이에 신호의 크기를 증폭하여 통신 거리를 증가시키는 적어도 하나의 리피터(Repeater)를 설치할 수 있다.
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한편, 무선 통신 단말을 이용한 펨토셀 기지국의 운영 방법은, e) 상기 펨토셀 기지국은 주기적으로 자원 소모량 및 트래픽 서비스 중인 사용자 단말에 대한 정보를 상기 OAM 서버로 보고하는 단계; 및 f) 상기 OAM 서버는 상기 매크로 기지국과 상기 펨토셀 기지국간의 자원 사용량 및 트래픽 서비스중인 사용자 단말에 대한 정보를 근거로 하여 상기 펨토셀 기지국에 대한 자원 할당을 재설정하는 단계를 포함한다.
상기 a) 단계는, 상기 OAM 서버가 상기 무선 통신 단말로 상기 중계 기지국과의 결합을 통해 펨토셀 기지국을 형성할 수 있는 펨토셀 중계 서비스 어플리케이션을 제공하는 단계; 및 상기 무선 통신 단말은 상기 펨토셀 중계 서비스 어플리케이션을 저장한 후 상기 중계 기지국과의 결합 명령에 따라 실행되고, 상기 매크로 기지국의 동기 신호를 획득하여 상기 중계 기지국의 동기 신호로 변환하여 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 펨토셀 중계 서비스 어플리케이션은 이동 저장 매체에 저장되거나 상기 무선 통신 단말기의 내부 메모리에 저장된다.
또한, 상기 펨토셀 중계 서비스 어플리케이션은, 다용도 입출력포트(GPIO), USB 포트, 이더넷 포트(RJ45)를 포함한 주변 장치와 인터페이스를 수행하는 인터페이스 모듈; 상기 GPIO 포트에 대한 제어를 수행하고, 이더넷 기반의 데이타 출력이나 데이터 입력이 요구될 경우에 대응하는 입출력 방향 결정용 제어 신호를 출력하는 포트 구동 모듈; 상기 무선 통신 단말의 통신 모뎀을 구동하여 인터넷에 접속하도록 하는 모뎀 구동 모듈; 및 상기 포트 구동 모듈 및 모뎀 구동 모듈과 연결되어 통신 모뎀이 획득한 동기 신호를 기준으로 이더넷 기반의 동기 신호를 생성하여 상기 중계 기지국으로 전송하는 관리 모듈을 포함한다.
상기 펨토셀 기지국이 상기 매크로 기지국과 동일 주파수를 사용할 경우에, 상기 펨토셀 기지국은 상기 매크로 기지국의 무선 신호를 지속적으로 모니터링하여 최상의 무선 신호에 동기를 맞추고, 상기 OAM 서버와 자원 사용량과 트래픽 서비스중인 사용자 단말의 수에 대한 정보 교환을 통해 자원 사용량이 조정되도록 한다.
상기 펨토셀 기지국이 상기 매크로 기지국과 이종 주파수를 사용할 경우에, 상기 펨토셀 기지국은 사용 주파수에 대한 우선순위를 설정하고, 상기 매크로 기지국의 수신 신호에 대한 품질을 확인하여 기준값 이하이면 상기 OAM 서버에 상기 수신 신호의 품질 정보를 전송하며, 상기 OAM 서버는 상기 매크로 기지국 및 주변 기지국의 주파수 정보를 기준으로 신규 주파수로의 변경을 통보하고, 상기 변경된 주파수 정보가 상기 매크로 기지국 및 인접 기지국으로 전송되어 핸드오프가 수행되도록 한다.
본 발명의 무선 통신 단말을 이용한 펨토셀 기지국의 운영 방법은 서비스 환경에 따라 적어도 하나 이상의 무선 통신 단말과 중계 기지국을 결합하여 펨토셀 기지국을 형성하고, 펨토셀 기지국의 랜(WAN) 구간을 무선 통신 단말로 대체하여 무선 통신 환경에서 펨토셀 기능을 구현할 수 있기 때문에 기존에 유선 라인의 설치 및 유지에 소요되는 비용을 대폭 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 펨토셀에 접속한 사용자 단말의 트래픽 상황에 따라 무선 통신 단말을 동적으로 조절할 수 있고, 무선 통신 단말과 매크로 기지국과의 사용 주파수를 동일 주파수 또는 이종 주파수로 변환할 수 있어 다른 기지국에서 수신된 신호를 조합하여 전송 속도를 향상시키면서 셀 간섭을 제거할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 단말을 이용한 펨토셀 기지국의 운영 방법이 적용되는 네트워크 구성을 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1의 펨토셀 기지국의 구성을 설명하는 도면이다.
도 3은 도 2의 네트워크 처리부의 구성을 설명하는 도면이다.
도 4는 도 1의 펨토셀 기지국 내의 무선 통신 단말과 중계 기지국과의 연결 과정을 설명하는 동작 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 단말을 이용한 펨토셀 기지국의 운영 방법을 설명하는 동작 흐름도이다.
도 6은 도 1의 무선 통신 단말과 매크로 기지국이 동일 주파수를 사용시 주파수 사용 상태를 설명하는 도면이다.
도 7은 도 1의 무선 통신 단말과 매크로 기지국이 이종 주파수를 사용시 주파수 사용 상태를 설명하는 도면이다.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
한편, 본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 단말을 이용한 펨토셀 기지국의 운영 방법이 적용되는 네트워크 구성을 설명하는 도면이다.
도 1을 참고하면, 무선 통신 단말을 이용한 펨토셀 기지국의 운영 방법이 적용되는 네트워크 시스템은 매크로 기지국(150)이 사용자 단말(UE)과 LTE 시스템(100)을 중계하는데, LTE 시스템(100)은 OAM(Operation and Maintenance) 서버(110), EPC(Evolved Packet Core)(120) 및 햇넷 게이트웨이(130)를 포함한다.
OAM 서버(110)는 도메인 망의 형상 관리 및 운영 보전의 역할을 수행하고, EPC(120)는 매크로 기지국(150)을 수용한다. 매크로 기지국(150)은 eNodeB로서 사용자 단말(UE)과 SGW간의 연결, 과금/인증, 핸드 오버 관리를 수행한다.
한편, 헷넷(HetNET, Heterogeneous Network)은 매크로셀 영역 내부 특정 지역에서 사용자 수와 트래픽 수요에 따라 원격 무선 장비(RRH), 피코 기지국, 중계기 및 펨토셀 기지국과 같은 소형 셀을 배치해 단위 면적당 셀 용량 증대와 셀 경계지역에 위치한 단말의 서비스 품질을 향상시킨다.
EPC(120)는 SGSN(Serving GPRS Support Node), MME(Mobility Management Entity), SGW(Serving Gateway), PGW(Packet Data Network Gateway), HSS(Home Subscriber Server), PCR(Policy Charging Rules), PCRF(Policy Charging and Rules Function)를 포함한다.
SGSN은 3G 통신망에 접속하는 사용자 단말(UE)의 호 제어를 수행하고, MME는 매크로 기지국(150)과 SGW와의 신호 제어, 라우팅 결정을 수행하며, SGW는 매크로 기지국(150)간 3GPP/E-UTRAN(Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network) 간의 단말 이동 제어를 수행하고, PGW는 LTE와 Non 3GPP 네트워크간 단말 이동 앵커링(anchoring)을 담당하며, HSS는 가입자 위치 정보 및 가입자 인증을 수행한다. PCR 및 PCRF는 무선 사업자들이 망 자원을 최적화하여 수익성을 증대할 수 있도록 해주며, 유무선 통합 정책 관리를 제공한다.
펨토셀 기지국(200)은 매크로 기지국(150)과 사용자 단말(UE) 사이에 신호를 중계하고, 무선 통신 단말(210)과 이종 망간 부하 분산을 수행하는 중계 기지국(220)인 헷넷을 포함한다.
도 2는 도 1의 펨토셀 기지국의 구성을 설명하는 도면이다.
도 2를 참고하면, 펨토셀 기지국(200)은 무선 통신 단말(210), 중계 기지국(220), RF 리피터(230) 및 네트워크 처리부(240)를 포함한다.
무선 통신 단말(210)은 LTE 서비스를 제공하는 LTE 모뎀(201)을 내장한 단말로서, PDA, 스마트폰, 태블릿 PC, 핸드헬드 PC(Handheld PC), 노트북, DMB 단말기 및 LTE 기반 웹단말기 등을 포함한다.
중계 기지국(220)은 IEEE 1588을 지원하는 이더넷(Ethernet)을 통해 무선 통신 단말(210)과 연결된다.
RF 리피터(230)는 사용자 단말(UE)과 무선 통신 단말(210) 사이에 신호의 크기를 증폭하여 통신 거리를 증가시키도록 적어도 하나 이상이 무선 통신 단말(210)에 연결될 수 있다. 따라서, RF 리피터(230)는 무선 통신 단말(210)의 RF 성능을 향상시킬 수 있다.
네트워크 처리부(240)는 펨토셀 기지국(200) 내에서 무선 통신 단말(210)이 랜 구간을 대체할 수 있도록 동기화 및 접속 기능을 수행한다. 이러한 네트워크 처리부(240)는 펨토셀 중계 서비스 어플리케이션으로 무선 통신 단말(210)의 내부 메모리에 저장되어 실행될 수 있고, USB 등의 이동저장매체를 통해 무선 통신 단말(210)에 연결되어 사용될 수 있다.
도 3은 도 2의 네트워크 처리부의 구성을 설명하는 도면이다.
도 3을 참고하면, 네트워크 처리부(240)는 인터페이스 모듈(241), 포트 구동 모듈(242), 모뎀 구동 모듈(243) 및 LTE 관리 모듈(244)을 포함한다.
인터페이스 모듈(241)은 다용도 입출력포트(GPIO), USB 포트, 이더넷 포트(RJ45)를 포함한 주변 장치와 인터페이스를 수행하는데, GPIO와 USB는 LTE 모뎀(201)과 연결되고, RJ45는 중계 기지국(220)과 연결된다.
포트 구동 모듈(242)은 GPIO 포트에 대한 제어를 수행하고, 이더넷 스위치로의 데이타 출력이나 데이터 입력이 요구될 경우에 대응하는 입출력 방향 결정용 제어 신호를 출력한다.
모뎀 구동 모듈(243)은 LTE 모뎀(201)을 구동하여 TCP/IP로 인터넷에 접속하도록 구동한다.
관리 모듈(244)은 포트 구동 모듈(242) 및 모뎀 구동 모듈(243)과 연결되어 동기화 및 접속 관리를 수행한다. 즉, 관리 모듈(244)은 LTE 모뎀(201)이 획득한 매크로 기지국(150)의 동기 신호가 GPIO 포트를 통하여 전송되면, 이 동기 신호를 기준으로 IEEE1588 신호를 생성하여 중계 기지국(220)에 전송한다.
도 4는 도 1의 펨토셀 기지국 내의 무선 통신 단말과 중계 기지국과의 연결 과정을 설명하는 동작 흐름도이다.
도 4를 참고하면, 무선 통신 단말(210)은 중계 기지국(220)에 링크 구성 연결을 요청(Link Configuration Request)하고, 중계 기지국(220)은 무선 통신 단말(210)의 링크 구성 연결 요청에 대한 응답(Link Configuration Ack)을 수행한다.
중계 기지국(220)이 무선 통신 단말(210)로 링크 구성 연결 요청을 재수행하고, 무선 통신 단말(210)은 중계 기지국(220)의 링크 구성 연결 요청에 대한 응답을 수행한다.
중계 기지국(220)이 무선 통신 단말(210)에 유효성 확인 메시지(CHAP)(Challenge Handshake Authentication Protocol)/PAP(Password Authentication Protocol)를 전송하면, 무선 통신 단말(210)은 해시 함수나 기타 보안 알고리즘을 사용하여 계산된 값을 유효성 응답 메시지(CHAP/PAP Response)로 중계 기지국(220)에 전송한다.
중계 기지국(220)은 유효성 확인 메시지를 통해 보낸 인증값과 유효성 응답 메시지를 통해 무선 통신 단말(210)에서 계산된 값을 비교하여 서로 일치하면 인증 확인 메시지(CHAP/PAP Authentication OK)를 무선 통신 단말(210)로 전송한 후 중계 기지국(220)과 무선 통신 단말(210)간 패킷 전송이 수행되도록 함으로써 펨토셀 기지국(200)을 형성한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 단말을 이용한 펨토셀 기지국의 운영 방법을 설명하는 동작 흐름도이다.
도 5를 참고하면, 무선 통신 단말을 이용한 펨토셀 기지국의 운영 방법은 무선 통신 단말(210)과 중계 기지국(220)이 결합되어 펨토셀 기지국(200)을 형성한 후에 무선 통신 단말(210)과 매크로 기지국(150)간 RRC(Radio Resource Control) 연결을 설정한다. 이때, 무선 통신 단말(210)의 매크로 기지국(150)으로의 접근 권한 우선 순위(Access Class Priority)는 상위 우선순위(High Priority)으로 설정함으로써 일반 단말과 구분되도록 한다.
그리고, 무선 통신 단말(210)은 MME 사이에 호 설정하고, PCRF는 PCR 정보를 근거로 하여 세션을 설정한 후 AMBR 및 ARP를 무선 통신 단말(210)에 할당한다. PGW는 중계 기지국(220)에 대한 자원을 할당한다. OAM 서버(110)는 매크로 기지국(150)과 인접한 중계 기지국(220)의 PCI를 조합하여 기준 신호가 충돌하지 않는 PCI를 생성하여 중계 기지국(220)에 할당한다. 중계 기지국(220)은 PSS, SSS, PBCH 등의 신호를 송출한다.
펨토셀 기지국(200)은 펨토셀 기지국(200)의 영역 내에 있는 사용자 단말(UE)로 오버헤드를 송출하고, 사용자 단말(UE)은 LTE 서비스를 위해 펨토셀 기지국(200)과 RRC 연결을 설정하며, 사용자 단말(UE)은 MME 사이에 호 설정을 수행한다.
PCRF는 PCR 정보를 근거로 세션을 설정하고 AMBR, ARP를 사용자 단말(UE)에 할당하고, PGW는 사용자 단말(UE)에 대한 자원을 할당 후 트래픽이 흐른다. 이때, 무선 통신 단말(210)은 중계 기지국(220)에 무선 환경을 전달한다.
펨토셀 기지국(200)은 주기적으로 자원 소모량 및 트래픽 서비스 중인 사용자 단말에 대한 정보를 OAM 서버(110)로 보고하고, OAM 서버는 매크로 기지국(150)과 펨토셀 기지국(200)간의 자원 사용량 및 트래픽 서비중인 사용자 단말(UE)의 수에 대한 정보를 근거로 하여 펨토셀 기지국(200)에 대한 자원 할당을 재설정한다.
도 6은 도 1의 무선 통신 단말과 매크로 기지국이 동일 주파수를 사용시 주파수 사용 상태를 설명하는 도면이고, 도 7은 도 1의 무선 통신 단말과 매크로 기지국이 이종 주파수를 사용시 주파수 사용 상태를 설명하는 도면이다.
도 6 및 도 7을 참고하면, 무선 통신 단말(210)은 모듈 형태로 1~4개 정도에서 펨토셀 기지국(200)에 접속한 사용자 단말(UE)의 트래픽 상황에 따라 접속 개수를 동적으로 조절할 수 있고, 무선 통신 단말(210)은 매크로 기지국(150)과의 사용 주파수를 동일 주파수 또는 이종 주파수로 설정하여 다른 기지국에서 수신된 신호를 조합하여 전송 속도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 셀간섭을 제거할 수 있다.
먼저, 도 6에 도시된 바와 같이, 무선 통신 단말(210)이 매크로 기지국(150)과 동일 주파수를 사용할 경우에, 중계 기지국(220)에서 RF 신호를 지속적으로 모니터링하여 최상의 기지국의 신호에 동기를 맞추고, OAM 서버(110)와 자원 사용량 및 사용자 단말의 수에 대한 정보를 주기적으로 교환한다. 이때, OAM 서버(110)는 자원 사용량 및 사용자 단말의 수에 대한 정보가 기준갑시 이상이되면 자원 사용량을 자동으로 조정한다.
다음, 도 7에 도시된 바와 같이, 무선 통신 단말(210)이 매크로 기지국(150)과 이종 주파수를 사용할 경우에, 각 중계 기지국(220)마다 사용 주파수에 대한 우선순위를 설정한다. 중계 기지국(220)은 기지국의 수신신호의 품질을 확인하여 수신신호의 품질이 기준값 이하가 되면 이를 OAM 서버(110)에 보고한다.
OAM 서버(110)는 매크로 기지국(150) 및 인접 기지국의 주파수 정보를 기준으로 새로운 주파수로의 변경을 무선 통신 단말(210)로 통보하고, 이렇게 변경된 주파수 정보는 OAM 서버 및 인접 기지국으로 전송되어 핸드오프가 정상적으로 수행하게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 펨토셀 기지국(200)은 중계 서비스가 필요한 건물의 옥내 또는 옥외에 설치될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : LTE 시스템 110 : OAM 서버
120 : EPC 150 : 매크로 기지국
200 : 펨토셀 기지국 210 : 무선 통신 단말
220 : 중계 기지국 230 : RF 리피터
240 : 네트워크 처리부

Claims (10)

  1. 매크로 기지국과 사용자 단말 사이에서 신호를 중계하는 무선 통신 단말을 이용한 펨토셀 기지국의 운영 방법에 있어서,
    a) 적어도 하나 이상의 무선 통신 단말과 이종 망간 부하 분산을 수행하는 중계 기지국이 결합되어 펨토셀 기지국을 형성하는 단계; b) 상기 무선 통신 단말과 상기 매크로 기지국간 RRC(Radio Resource Control) 연결을 설정하여 상기 무선 통신 단말과 망 관리 및 운영을 담당하는OAM(Operation and Maintenance) 서버간에 무선 구간 호 설정을 수행하는 단계; c) 상기 펨토셀 기지국의 영역 내에 있는 사용자 단말로 오버헤드(Overhead) 메시지를 송출하고, 상기 사용자 단말은 상기 펨토셀 기지국과 RRC 연결을 설정하며, 상기 매크로 기지국을 수용하여 신호 처리를 담당하는 코어망(EPC, Evolved Packet Core)이 상기 펨토셀 기지국을 통해 상기 사용자 단말과의 호 설정을 수행하는 단계; 및 d) 상기 코어망은 상기 펨토셀 기지국을 통해 상기 사용자 단말에 대한 세션을 설정하고 자원을 할당한 후에 트래픽을 처리하는 단계를 포함하되,
    상기 a) 단계에서 펨토셀 기지국을 형성하는 단계는,
    a-1) 상기 무선 통신 단말이 상기 중계 기지국에 링크 구성 연결 요청을 수행하고, 상기 중계 기지국이 상기 무선 통신 단말의 링크 구성 연결 요청에 대한 응답을 수행하는 단계;
    a-2) 상기 중계 기지국이 상기 무선 통신 단말로 링크 구성 연결 요청을 재수행하고, 상기 무선 통신 단말이 상기 중계 기지국의 링크 구성 연결 요청에 대한 응답을 수행하는 단계;
    a-3) 상기 중계 기지국이 상기 무선 통신 단말에 유효성 확인 메시지를 전송하면, 상기 무선 통신 단말은 보안 알고리즘을 사용하여 유효성 응답 메시지를 전송하는 단계; 및
    a-4) 상기 중계 기지국은 상기 유효성 확인 메시지와 유효성 응답 메시지를 비교하여 정상적으로 인증이 완료된 경우에, 상기 무선 통신 단말로 인증 확인 메시지를 전송하고, 상기 중계 기지국과 무선 통신 단말은 패킷 전송을 수행함으로써 펨토셀 기지국을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 단말을 이용한 펨토셀 기지국의 운영 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 a) 단계는 상기 펨토셀 기지국에 접속한 사용자 단말의 트래픽 상황에 따라 상기 무선 통신 단말의 접속 개수를 동적으로 할당하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 단말을 이용한 펨토셀 기지국의 운영 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 a) 단계는 상기 사용자 단말과 무선 통신 단말 사이에 신호의 크기를 증폭하여 통신 거리를 증가시키는 적어도 하나의 리피터(Repeater)를 설치할 수 있는 것을 특징으로 하는 무선 통신 단말을 이용한 펨토셀 기지국의 운영 방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    e) 상기 펨토셀 기지국은 주기적으로 자원 소모량 및 트래픽 서비스 중인 사용자 단말에 대한 정보를 상기 OAM 서버로 보고하는 단계; 및
    f) 상기 OAM 서버는 상기 매크로 기지국과 상기 펨토셀 기지국간의 자원 사용량 및 트래픽 서비스중인 사용자 단말에 대한 정보를 근거로 하여 상기 펨토셀 기지국에 대한 자원 할당을 재설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 단말을 이용한 펨토셀 기지국의 운영 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 a) 단계는,
    상기 OAM 서버가 상기 무선 통신 단말로 상기 중계 기지국과의 결합을 통해 펨토셀 기지국을 형성할 수 있는 펨토셀 중계 서비스 어플리케이션을 제공하는 단계; 및
    상기 무선 통신 단말은 상기 펨토셀 중계 서비스 어플리케이션을 저장한 후 상기 중계 기지국과의 결합 명령에 따라 실행되고, 상기 매크로 기지국의 동기 신호를 획득하여 상기 중계 기지국의 동기 신호로 변환하여 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 단말을 이용한 펨토셀 기지국의 운영 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 펨토셀 중계 서비스 어플리케이션은 이동 저장 매체에 저장되거나 상기 무선 통신 단말기의 내부 메모리에 저장되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 단말을 이용한 펨토셀 기지국의 운영 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 펨토셀 중계 서비스 어플리케이션은
    다용도 입출력포트(GPIO), USB 포트, 이더넷 포트(RJ45)를 포함한 주변 장치와 인터페이스를 수행하는 인터페이스 모듈;
    상기 GPIO 포트에 대한 제어를 수행하고, 이더넷 기반의 데이타 출력이나 데이터 입력이 요구될 경우에 대응하는 입출력 방향 결정용 제어 신호를 출력하는 포트 구동 모듈;
    상기 무선 통신 단말의 통신 모뎀을 구동하여 인터넷에 접속하도록 하는 모뎀 구동 모듈; 및
    상기 포트 구동 모듈 및 모뎀 구동 모듈과 연결되어 통신 모뎀이 획득한 동기 신호를 기준으로 이더넷 기반의 동기 신호를 생성하여 상기 중계 기지국으로 전송하는 관리 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 단말을 이용한 펨토셀 기지국의 운영 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 펨토셀 기지국이 상기 매크로 기지국과 동일 주파수를 사용할 경우에,
    상기 펨토셀 기지국은 상기 매크로 기지국의 무선 신호를 지속적으로 모니터링하여 최상의 무선 신호에 동기를 맞추고, 상기 OAM 서버와 자원 사용량과 트래픽 서비스중인 사용자 단말의 수에 대한 정보 교환을 통해 자원 사용량이 조정되도록 하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 단말을 이용한 펨토셀 기지국의 운영 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 펨토셀 기지국이 상기 매크로 기지국과 이종 주파수를 사용할 경우에,
    상기 펨토셀 기지국은 사용 주파수에 대한 우선순위를 설정하고, 상기 매크로 기지국의 수신 신호에 대한 품질을 확인하여 기준값 이하이면 상기 OAM 서버에 상기 수신 신호의 품질 정보를 전송하며,
    상기 OAM 서버는 상기 매크로 기지국 및 주변 기지국의 주파수 정보를 기준으로 신규 주파수로의 변경을 통보하고, 상기 변경된 주파수 정보가 상기 매크로 기지국 및 인접 기지국으로 전송되어 핸드오프가 수행되도록 하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 단말을 이용한 펨토셀 기지국의 운영 방법.
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